基于 BIM 技术的绿色建筑设计的研究——以深圳广电集团科技大厦项目为例

相光祖（浙江江南工程管理股份有限公司， 浙江 杭州310013）

1 背 景

1.1 绿色建筑的定义

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源，包括节能、节地、节水、节材等，保护环境和减少污染，为人们提供健康、舒适和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑物。绿色建筑技术注重低耗、高效、经济、环保、集成与优化，是人与自然、现在与未来之间的利益共享，是可持续发展的建设手段。

1.2 基于 BIM 技术的绿色建筑设计的优势

BIM 技术作为绿色建筑设计的工具，具有如下优势。

（1）BIM 的一些特性（如参数化、构件库等）能为建筑设计的结果提供及时和高效的反馈。

（2）实际的构件信息为绿色建筑分析软件提供了强大的数据支持，同时确保了结果的准确性。

（3）绿色建筑设计是一个跨越多个学科的综合性设计，BIM 模型正好能够顺应此需求，不仅实现了单一数据平台上各工种间的协调设计和数据集中，而且还可结合Navisworks 等软件加入四维信息，使跨阶段的管理和设计完全参与到信息模型中来。

（4）BIM 的实施能将建筑各项物理信息分析从设计后期显著提前，有助于建筑师在方案甚至概念设计阶段进行绿色建筑相关的决策。

2 BIM 在绿色建筑中的应用

以深圳广电集团科技大厦项目为例，分析 BIM 在绿色建筑中的应用。

2.1 采光模拟-日照分析

针对设计阶段的要求，本工程设计配合 Ecotect 软件和 Revit 软件进行日照分析。利用其强大的分析功能，对投影遮挡分析、日轨图分析、遮阳优化设计和太阳辐射强度分析进行可视化处理。

在 Ecotect 软件和 Revit 软件中，通过设置项目的地理位置、日期和时间，可以指定地点、投影方向和遮挡。相比于 Revit 软件，Ecotect 软件的数据集成度高，但可视化略微逊色，因此采用两种软件交叉完成日照分析。实施采光模拟-日照分析的目的主要体现在以下3个方面：

（1）动静观察建筑的日照时间，并判断是否满足日照标准，帮助辅助设计建筑日照；

（2）观察光照强时的遮阳效果；

（3）观察室外广场地面在冬季和夏季的遮挡情况，辅助设计室外热环境。

利用建好的模型文件，设置好深圳的地理位置（北纬23.30°，东经113.83°）。在 Revit 软件中打开日照分析，通过移动太阳的轨迹来改变时间状态，相应的光影也会出现变化。

2.2 光环境分析

光环境是建筑环境分析的重要组成部分，它涉及室内视觉舒适度、遮阳形式、照明能耗、空调能耗等多种影响因素。深圳广电集团科技大厦项目多采用幕墙，因此光环境分析显得格外重要，在分析过程中需要综合考虑各种因素的影响。

在 Ecotect 中，室外照度采用的是设计天空照度，为全年从9点到17点的日照时数中有85% 的时间能达到或者超过的照度。根据国家相关文件规定，深圳的照度设置为5000lx。本项目中的案例采用立体网格，即三维空间实体网格。深圳广电集团科技大厦周边环境较为空旷，建筑间距较大，因此只对广电大厦的地上几层做采光分析。颜色越亮，代表光照越强。由软件分析得知，深圳广电集团科技大厦裙楼的照度范围在68%～75% 之间，可以满足人们生产办公的舒适要求。再对整体裙楼做光照分析，在线框模式下观察到日照能量的分布。深圳广电集团科技大厦裙楼的照度范围在68%～96% 之间，也能满足建筑生产办公的舒适要求。在实体模式中观察到的光照照度与线框模式下基本相同，实体模式下的光照分布更加直观，照度范围在68%～96% 之间，可以满足建筑生产办公的舒适要求。

利用 Ecotect 软件还可分析其他与光照有关的数据计算，如所有可见热量区域、建筑温度分布。根据软件分析，深圳广电集团科技大厦裙楼1d 的日照强度在12点～17点最大，在1000lx～1300lx 之间（规范要求办公场所的照度应满足500lx～1000lx），可以满足人们的办公生活需求。

2.3 噪声模拟分析

室内声环境是室内建筑物理的基本组成部分。通常人们在音响为50dB 以下的环境中能够保证较高的工作效率；超过这一程度则会影响人们的情绪，造成疲劳。安静睡眠则需要控制声音在40dB 以下。对于会议室等特殊场所，需要按照建筑面积及需求对其进行音质设计，以便达到最佳听觉效果。

在计算选项卡中，假设深圳广电集团科技大厦裙楼中，某楼层每10m2有1人办公，则一共约有210人办公，再输入该楼层的体积，得到混响时间曲线。深圳广电集团科技大厦裙楼中语音频率为0.5kHz～4kHz 范围内的计算值，远高于语音用途的建议混响时间1.2s～1.4s，是建议值的2倍。将部分吊顶材料改用水泥膨胀珍珠岩板，通过材质的吸声系数曲线对它们进行比较，查看材质在倍频程中心频率上的吸声系数及其曲线。通过对比，发现两种材质差别主要集中在中高频范围：混凝土板对于中高频的吸声作用较弱，大部分中高频声被反射回室内空间；而水泥膨胀珍珠岩板的中高频吸声作用相对于前者要强一些。深圳广电集团科技大厦在换了屋面吸声材质之后，语音所在的中频范围内的混响时间明显有所下降，并且基本控制在0.7s ～0.8s 左右；但低频的混响时间还是偏高。对于需要讲话的房间来说，其频率特性曲线应较为平直，同时低频混响时间不宜高于中频混响时间，因此在设计中应再次修改墙体的材料以保证吸声系数。

2.4 风环境分析

建筑风环境包括室内风环境和室外风环境两个部分。室内风环境针对空调通风和自然通风系统进行模拟分析，以防止室内设计完成后出现室内风场不均、风场盲区、自然通风不良等影响室内舒适的问题。室外风环境针对单体建筑或者群落建筑进行风场模拟，以免因建筑规划不合理而导致的风场安全问题。另外，在一般情况下，要求规划区建筑物周围人行区域距地面1.5m 高度处的风速小于5m/s，以达到满足不影响人们正常室外活动的基本要求。利用 PHOENICS软件可对深圳广电集团科技大厦风环境进行评价分析。

本项目研究以夏季主导风向西南偏西风，主导风速2m/s；冬季主导风向为东北偏北风，主导风速1.6m/s。本项目主要就深圳广电集团科技大厦室外自然通风状况进行模拟分析。本研究中，在原有二维图纸的基础上建立三维 BIM 模型，利用 PHOENICE 软件对模型进行风环境模拟。

在 PHOENICS 软件中，模型外场的尺寸选择主要以不影响建筑群边界气流流动为准。根据相关工程经验并进行模拟试算后，确定放置外场计算尺寸为1200m×1000m×300m（长×宽×高），模型中沿 Y 轴方向设置为北向。

在进行室外风环境模拟时，确定合理的边界条件，是保证模拟计算结果正确与否的一个重要环节。为了让区域的模拟比较接近真实情况，对建筑所处地理位置的风速和风向进行分析；利用风玫瑰图，给出频率最高的风速、风向情况，确定为当地平均风速，作为模拟区域的输入条件。深圳广电集团科技大厦在室外1.5m 高、西南偏西风场下，计算得到平均风速为1.67m/s；最高风速出现在西北墙角处，约2.2m/s。

分析图形模拟结果，得出以下结论。

（1）在2.0m/s 的西南偏南风场下，建筑室外绝大部分区域在人行高度1.5m 处的风速环境，没有超过节能评估评价标准所规定的5.0m/s；风速放大系数不大于2。因此，我们认为，在2.0m/s 的西南偏南风场下，建筑的室外风环境在舒适度要求的范围之内。

（2）在2.0m/s 的西南偏南风场下，建筑室内绝大部分区域在高度1.5m 处的风速环境，没有超过节能评估评价标准所规定的5.0m/s；风速放大系数不大于2。因此，我们认为，在2.0m/s 的西南偏南风场下，建筑的室内风环境在舒适度要求的范围之内。

（3）在2.0m/s 的西南偏南风场下，办公室绝大部分区域在高度1.5m 处的风速环境，没有超过节能评估评价标准所规定的5.0m/s；风速放大系数不大于2。因此，我们认为，在2.0m/s 的西南偏南风场下，办公室风环境在舒适度要求的范围之内。

2.5 建筑能耗模拟计算

深圳广电集团科技大厦的建筑能耗计算，主要以空调能耗为主要研究对象。其建筑的空间体量较大，设备较为密集，建筑能耗的计算变得越来越困难，但对计算精度的要求在不断提高。随着计算机计算能力的不断提高，再结合复杂的能耗计算方法，有望能够取得满足室内环境要求的逐时建筑能耗。下面以深圳广电金融中心为例，对该建筑大楼的建筑能耗进行模拟计算（见表1、表2、表3、表4和 表5）。

表1 深圳广电金融中心的建筑能耗基本情况

表2 维护结构材质

表3 体形系数

表4 窗墙比

表5 能耗计算结果

3 结 语

本文通过对 BIM 技术和绿色建筑相关理论的研究，结合 BIM 技术分析出基于 BIM 的绿色建筑工作流程。以此解决传统绿色建筑的瓶颈问题。本课题的思路是以深圳广电集团科技大厦为案例，以 BIM 技术在绿色建筑实践的应用为导向，以绿色建筑设计时间顺序为主线，在设计阶段进行 BIM 技术应用研究，得出以下应用方法。

（1）应用 BIM 技术参数化、可视化的特点可快速进行概念建模，利用日照、通风等模拟工具对建筑的体型及总平面布局进行深化设计；然后以简单 BIM 模型为基础，进行初步性能分析，对比选出最优方案。

（2）在绿色建筑设计阶段，应用 BIM 技术参数化、协同设计的特点，协同建筑、结构和机电等专业，对已选出的最优方案在 BIM 平台上进行具体深化设计；结合风、光、热、声、能耗等性能模拟，进行建筑的设计优化，以达到绿色建筑评价标准中的要求。