廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念下的綠色BIM技術(shù)應(yīng)用
——以安溪第十五幼兒園項(xiàng)目為例＊

張可寒 林秋達(dá) 王紹森

當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)感性與理性的結(jié)合，包含廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念?？茖W(xué)性、主動(dòng)性與控制性是廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念的核心觀點(diǎn)，其途徑被總結(jié)為分析、綜合、判斷。綜合的前提是理性分析，包括場(chǎng)地、空間、文化等主觀解讀與建筑本體客觀性能分析。在信息時(shí)代背景下，BIM技術(shù)以可視化、協(xié)同化、集成化、精確化的優(yōu)勢(shì)成為良好的虛擬模型載體和分析載體。自1999年BIM技術(shù)概念被提出后，學(xué)者和建筑從業(yè)者就開(kāi)始將BIM技術(shù)引入綠色建筑設(shè)計(jì)中，即綠色BIM。2010年美國(guó)的一份調(diào)查報(bào)告顯示，在參與調(diào)查的美國(guó)建筑公司中，約78%曾將BIM技術(shù)引入到綠色建筑設(shè)計(jì)中，約65%建立了完整的BIM模型來(lái)計(jì)算建筑的綠色建筑性能指標(biāo)。綠色建筑強(qiáng)調(diào)節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材，BIM技術(shù)在數(shù)據(jù)集合、模型呈現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)分析等方面有顯著優(yōu)勢(shì)。以綠色建筑設(shè)計(jì)為目標(biāo)，利用綠色BIM技術(shù)進(jìn)行科學(xué)分析，通過(guò)建筑師對(duì)信息進(jìn)行綜合判斷并做出控制，最后發(fā)揮建筑師的感性認(rèn)知提升建筑文化與美學(xué)屬性，這是廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念的科學(xué)性、主動(dòng)性和控制性的體現(xiàn)。

1 分析、綜合、判斷：廣義理性視角下綠色BIM技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用

綠色BIM技術(shù)的應(yīng)用點(diǎn)包含性能分析、信息集成及設(shè)計(jì)優(yōu)化，分別對(duì)應(yīng)了廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念的分析、綜合、判斷的過(guò)程。

1.1 分析：建筑性能分析

對(duì)建筑方案的諸多因素加以分析是廣義理性設(shè)計(jì)的前提。BIM分析軟件大多支持使用IFC標(biāo)準(zhǔn)及Open BIM數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化及綠色建筑評(píng)估。建筑師通?？梢詮沫h(huán)境分析與能源利用兩個(gè)方向入手，對(duì)方案性能進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，并在分析的基礎(chǔ)上記錄方案的客觀指標(biāo)表現(xiàn)，以便后續(xù)的綜合與判斷。

1.2 綜合：建筑信息集成

廣義理性建筑設(shè)計(jì)視角下，對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題的分析依賴于整體性思考。BIM強(qiáng)調(diào)信息集成與整合。一方面，完整的BIM模型包含場(chǎng)地、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、材料、圖紙等多項(xiàng)內(nèi)容，具有全面豐富、直觀可視、自洽聯(lián)動(dòng)、協(xié)同并進(jìn)的特點(diǎn)。另一方面，綠色建筑分析軟件可以借助BIM軟件接口，完整導(dǎo)入BIM項(xiàng)目信息，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目模型至綠色建筑模型的高效率轉(zhuǎn)換。再者，BIM模型強(qiáng)調(diào)協(xié)同化、可視化、實(shí)時(shí)化，通過(guò)對(duì)方案效果與綠色指標(biāo)的綜合考慮，達(dá)到性能與效果的平衡。

1.3 判斷：設(shè)計(jì)優(yōu)化評(píng)審

分析和綜合，都是對(duì)建筑方案的主動(dòng)控制與優(yōu)化設(shè)計(jì)。在《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 50378-2019）中，綠色BIM技術(shù)對(duì)于多項(xiàng)條目均有良好的判斷輔助應(yīng)用，包括對(duì)場(chǎng)地環(huán)境的優(yōu)化評(píng)審，如借助BIM模型進(jìn)行環(huán)境分析、節(jié)地設(shè)計(jì)、熱島模擬等；對(duì)建筑空間與形體的優(yōu)化評(píng)審，如平面布局、體量組合、風(fēng)光熱環(huán)境、窗墻比等，強(qiáng)調(diào)節(jié)能作用；對(duì)建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備、材料的優(yōu)化評(píng)審，如碰撞檢測(cè)、結(jié)構(gòu)與管線評(píng)估、構(gòu)件統(tǒng)計(jì)等，強(qiáng)化節(jié)材效果。

借助綠色BIM技術(shù)科學(xué)地對(duì)建筑方案進(jìn)行分析、綜合與判斷，可以有效增強(qiáng)建筑方案在各個(gè)階段的合理性，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的整體理性控制。

2 設(shè)計(jì)實(shí)踐：安溪第十五幼兒園項(xiàng)目

以筆者參與設(shè)計(jì)的安溪第十五幼兒園項(xiàng)目為例，闡述以廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念為基礎(chǔ)的綠色BIM技術(shù)的應(yīng)用方式。綠色BIM技術(shù)貫穿方案及施工圖兩階段，涵蓋了廣義理性建筑設(shè)計(jì)分析、綜合、判斷的主要流程。

2.1 項(xiàng)目背景

安溪第十五幼兒園位于福建省泉州市安溪縣，總建筑面積8 700m。場(chǎng)地北側(cè)為僑居村落，東側(cè)、南側(cè)為山體，形成了坐南朝北、三面環(huán)山的整體環(huán)境。項(xiàng)目以廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念進(jìn)行分析，在各個(gè)階段借助BIM技術(shù)進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，與綠色建筑的節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材指導(dǎo)思想相融合。

2.2 場(chǎng)地設(shè)計(jì)：依山就勢(shì)，優(yōu)化節(jié)地

尊重原有生態(tài)環(huán)境與地形地貌，是綠色建筑設(shè)計(jì)的基本理念之一。本項(xiàng)目三面環(huán)山，周邊環(huán)境復(fù)雜，入口的坡度及標(biāo)高會(huì)直接影響建筑設(shè)計(jì)的效果，圖紙與模型分離的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不利于對(duì)場(chǎng)地的整體直觀考量。所以項(xiàng)目借助BIM技術(shù)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行分析，通過(guò)三維模型及數(shù)據(jù)計(jì)算把握坡度、土方控制、面積等內(nèi)容，形成合理的場(chǎng)地設(shè)計(jì)方案。

通過(guò)Grasshopper插件，讀取原有地理高程信息，并在Rhino內(nèi)快速生成地形模型，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)調(diào)整后導(dǎo)入Revit，形成可視化的BIM三維場(chǎng)地信息模型，為場(chǎng)地標(biāo)高設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供可視化基礎(chǔ)。項(xiàng)目利用Rhino快速生成三種不同的建筑高程方案，并根據(jù)不同的標(biāo)高設(shè)計(jì)場(chǎng)地的坡度。將Revit三維模型導(dǎo)入AutoCAD，結(jié)合湘源控規(guī)軟件，分別計(jì)算三種方案的場(chǎng)地內(nèi)土石方平衡量，并利用BIM三維模型評(píng)估不同方案效果，根據(jù)對(duì)場(chǎng)地的分析與判斷，選定最終方案。

在建筑落成后，建筑與場(chǎng)地形成了良好的關(guān)系，入口形態(tài)、通向教室宿舍的坡度也得到了良好的控制，業(yè)主使用反饋良好。場(chǎng)地設(shè)計(jì)過(guò)程體現(xiàn)了廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念中對(duì)于整體信息環(huán)境的綜合設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)的二維圖紙式的設(shè)計(jì)判斷過(guò)程轉(zhuǎn)化為BIM三維模型，利用Rhino數(shù)字化建模、BIM軟件間的模型格式轉(zhuǎn)換、土方平衡計(jì)算、建筑效果評(píng)估等環(huán)節(jié)，以節(jié)地理念指導(dǎo)設(shè)計(jì)，控制場(chǎng)地與建筑的效果，保證指標(biāo)與效果的平衡。

2.3 方案設(shè)計(jì)：性能分析，綜合優(yōu)化

廣義理性建筑設(shè)計(jì)需基于對(duì)建筑本體的認(rèn)知分析。項(xiàng)目以BIM模型為核心，借助軟件對(duì)建筑本體性能指標(biāo)進(jìn)行分析，包含日照、風(fēng)環(huán)境、室外光環(huán)境、室內(nèi)光環(huán)境等。其中綠色BIM應(yīng)用包含前期總體設(shè)計(jì)和建筑立面優(yōu)化兩個(gè)部分。

在總體設(shè)計(jì)中，將Revit模型以dwg格式導(dǎo)入斯維爾軟件中，對(duì)建筑進(jìn)行日照分析，同時(shí)調(diào)整幼兒園和宿舍的總體布局，減弱對(duì)北側(cè)建筑的日照影響。同時(shí)，將Revit模型置入Vasari分析軟件，進(jìn)行室外風(fēng)環(huán)境模擬，判斷風(fēng)環(huán)境影響。立面設(shè)計(jì)方面，利用Vasari軟件進(jìn)行室內(nèi)采光模擬，結(jié)合模擬結(jié)果和造型效果評(píng)估建筑立面設(shè)計(jì)的合理性，包括窗臺(tái)高度、建筑窗墻比、窗地比及建筑造型。項(xiàng)目使用BIM模型，借助構(gòu)件面積，計(jì)算窗地比和窗墻比，結(jié)合室內(nèi)光環(huán)境分析，實(shí)現(xiàn)采光、開(kāi)窗等重要指標(biāo)的可視化，對(duì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代，優(yōu)化幼兒園活動(dòng)室空間開(kāi)窗設(shè)計(jì)。

方案設(shè)計(jì)階段，綠色BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在模型實(shí)時(shí)更新、性能可視化及三維視圖的直觀性。但過(guò)程中模型建立、模型分析、模型修改等流程仍需較多的人工介入，未來(lái)需從軟件層面上進(jìn)一步發(fā)展。

2.4 施工圖設(shè)計(jì)：精準(zhǔn)優(yōu)化，靶向?qū)?yīng)

項(xiàng)目以Revit作為施工圖出圖載體，通過(guò)全專業(yè)協(xié)同實(shí)現(xiàn)施工圖的正向深化設(shè)計(jì)。綠色BIM技術(shù)對(duì)施工圖的優(yōu)化集中體現(xiàn)在節(jié)能及節(jié)材兩個(gè)方面，包含設(shè)計(jì)協(xié)同、空間優(yōu)化、節(jié)材設(shè)計(jì)、節(jié)能設(shè)計(jì)等。施工圖以二維圖紙結(jié)合三維模型的形式同步送審，并順利通過(guò)審查。

2.4.1 全專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同與空間優(yōu)化：平臺(tái)綜合，減少碰撞

項(xiàng)目施工圖采用中心文件全專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)的模型集成。施工圖設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決復(fù)雜區(qū)域的沖突與空間優(yōu)化，如地下空間。同時(shí)以表格的方式輸出碰撞清單與空間評(píng)估表，在避免碰撞的同時(shí)優(yōu)化凈高，節(jié)約建筑材料與空間。

項(xiàng)目借助斯維爾Revit插件，將BIM模型導(dǎo)出至斯維爾，在節(jié)能計(jì)算軟件中進(jìn)行微調(diào)和參數(shù)錄入，實(shí)現(xiàn)節(jié)能指標(biāo)快速計(jì)算。

2.4.2 建筑節(jié)材設(shè)計(jì)：數(shù)字統(tǒng)計(jì)，核定分析

項(xiàng)目借助BIM模型，對(duì)幕墻板材面積、外立面涂料面積、門(mén)窗、欄桿、設(shè)備構(gòu)件的數(shù)量等進(jìn)行精細(xì)化統(tǒng)計(jì)，并輸出為材料統(tǒng)計(jì)列表，同時(shí)與建設(shè)方緊密配合溝通，最大程度控制各環(huán)節(jié)建筑材料的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，保證設(shè)計(jì)效果，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)效率。

1 鳥(niǎo)瞰效果

2,3 主入口效果

4 立面效果

5 室內(nèi)光環(huán)境效果

3 結(jié)語(yǔ)

廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念強(qiáng)調(diào)以理性思維控制感性創(chuàng)作過(guò)程。綠色BIM技術(shù)作為以理性為主的分析技術(shù)，其集成化、信息化的特性既保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，又為各參與方提供了開(kāi)放平臺(tái)，提高了綠色建筑設(shè)計(jì)、分析、施工的效率與質(zhì)量，為建筑師的設(shè)計(jì)綜合判斷提供了有效工具。本文所述案例以廣義理性建筑設(shè)計(jì)理念為基礎(chǔ)，以BIM模型為核心與信息載體，通過(guò)多軟件配合，實(shí)現(xiàn)空間、材料、場(chǎng)地多方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。項(xiàng)目于2020年竣工，獲得第十一屆“創(chuàng)新杯”建筑信息模型（BIM）應(yīng)用大賽文體類三等獎(jiǎng)，以及福建省首屆建筑信息模型（BIM）應(yīng)用大賽設(shè)計(jì)二等獎(jiǎng)。

綠色BIM理念在我國(guó)處于起步階段，仍存在一系列問(wèn)題。例如BIM技術(shù)使用程度與效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，缺乏導(dǎo)則類的規(guī)范與相應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn)；BIM技術(shù)軟件與各綠色建筑分析軟件接口不完善，自動(dòng)化程度較弱；同時(shí)熟悉BIM技術(shù)與綠色建筑的設(shè)計(jì)人才匱乏，設(shè)計(jì)存在割裂。相信隨著國(guó)家對(duì)綠色建筑和BIM技術(shù)的支持，建筑師可以更加充分地發(fā)揮自身主觀能動(dòng)性，結(jié)合理性分析與主觀判斷，以更高的效率和更優(yōu)的效果進(jìn)行創(chuàng)作。

6,7 室內(nèi)效果

8 風(fēng)環(huán)境分析

9 室內(nèi)光環(huán)境分析

10 BIM 設(shè)備模型與空間優(yōu)化

1-7 林秋達(dá)攝影

8-10 項(xiàng)目組自繪

項(xiàng)目名稱：安溪第十五幼兒園

業(yè)主：福建省泉州市安溪縣蓬萊鎮(zhèn)人民政府

建設(shè)地點(diǎn)：福建省泉州市安溪縣蓬萊鎮(zhèn)

建筑設(shè)計(jì)：廈門(mén)合立道工程設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：林秋達(dá)

BIM團(tuán)隊(duì)：張可寒、孫雅雯、蔣華輝

總建筑面積：8 700m

設(shè)計(jì)時(shí)間：2017

建成時(shí)間：2020

攝影：林秋達(dá)