生态模拟技术在绿色建筑设计中的应用探析

邵 爽 左雅丽（同圆设计集团股份有限公司烟台分公司，山东 烟台 264000）

现代化建筑设计理念的不断更新，为建筑行业的发展给予了助力，为了满足生态建设持续化发展需求，在建筑设计时，提出了一种针对建筑设计的绿色理念，即在设计中，从节约能源、保护环境等角度入手，致力于提高开发设计成果的市场价值[1]。为了实现此项工作，应全面推进绿色设计理念，本文将基于生态模拟技术，开展绿色建筑设计的研究。

1 绿色建筑设计生态环境指标

建设绿色化建筑工程项目，是引领地方经济建设，把握产业经济宏观发展的关键。为了建设社会经济“高端产业新区”，需要将建立“立体化交通网络、生态化商业服务圈”作为主要工作，将高端、新兴、低碳、环保、生态等规划理念融入建筑设计工作中，以此种方式，为建筑内的受众群体营造或提供一个相对优质的生存环境[2]。因此，在建设或开发绿色建筑时，施工方的首要工作是明确此建筑的绿色化建设目标，明确开发不同项目在市场中的地位与价值，在此基础上，设计科学的建筑方案，使设计成果成为国家试点生态建筑工程项目。

在明确绿色建筑设计必要性与重要性的基础上，将《绿色建筑设计与评价标准》（GB/T65307-2008）、《民居建筑绿色化设计规范》（JGJ/T6700-2012）标准作为参照标准，结合绿色建筑的空间布局设计要求、功能定位需求、建筑项目运营标准，提出五个方面针对绿色建筑设计的生态环境指标，具体内容见图1。

图1 绿色建筑设计生态环境指标

图1明确了基于生态模拟角度下，绿色建筑设计的标准化指标，为了进一步落实此项工作，优化建筑设计工作，下述将从提出的三个指标方面展开详细研究。

2 生态模拟技术在绿色建筑设计中的应用探析

2.1 生态模拟技术在绿色建筑日照环境设计中的应用

结合大量研究结果表明，大寒日8：00～16:00 时段中，建筑的底层满窗结构的日照时间不得小于2h，以此才能够满足绿色建筑标准建设规定。当前，大部分建筑的日照条件基本能够符合上述规定，为了进一步探究不同建筑群区域中日照环境是否能够满足设计要求，可引入生态模拟技术对其进行验证。结合验证得出的结果，对日照条件不符合绿色建筑建设标准的进行日照环境优化设计[3]。若建设条件允许，则可以在建筑顶层结构上增设导光管，利用该装置实现自然采光，并将采集到的自然光引入到室内，以此弥补建筑日照条件不符合绿色建筑标准的问题。除此之外，也可采用低能耗的照明灯具，通过人工采光的方式实现对光照条件的优化。

针对处于商业区域的绿色建筑，为了满足绿色建筑评价标准，可在设计中大量引入可再生能源，并利用其替代以往不可再生资源[4]。太阳能是绿色建筑一体化设计的最佳再生能源，在选择这一能源时，应当对绿色建筑的日照时数进行设计，针对其太阳能资源的具体分布情况进行确定，并选择符合该区域建设要求的太阳能光伏组件，将获取到的相关信息作为绿色建筑设计的参考依据[5]。通常情况下，商务区中的建筑较多，对于建筑高度的设计应当在满足日照时数的基础上进行设计。对于商务区建筑高度立面而言，日照时数不得小于3h，并且整个屋面的日照时数应当不小于6h。

2.2 生态模拟技术在绿色建筑风环境设计中的应用

建筑的风环境会直接影响到建筑内居民居住的舒适性以及室内自然通风的效果，同时也会在一定程度上影响到建筑周围污染气体的运输和传递[6]。选择风速和风压数值最佳时建筑外窗开启高度的数值作为标准，在结合建筑设计合理性的基础上，对建筑外窗开启高度进行调整。结合绿色建筑设计标准，要求在建筑物周围人行区域内1.5m高位置上的风速不得超过5m/s，以此避免对行人行走造成影响，同时也能够有效避免由于强风出现造成卷刮物撞碎玻璃的问题产生[7]。常见的通风结构包括中庭通风和单面通风两种，如图2所示。

图2 建筑通风结构示意图

在选择通风结构时，可利用生态模拟技术对建筑场区内风速的分布情况进行模拟，推算出其最低风速和最高风速。将得出的数值作为依据，确定整个区域的平均风速，并将其与绿色建筑设计标准对比，根据对比结果对通风结构进行调整，从而确保完成绿色建筑设计时，通风结构为最佳。

2.3 生态模拟技术在绿色建筑声环境设计中的应用

在对绿色建筑的声环境进行设计时，结合绿色建筑声环境质量标准可知，当噪声超过40dB 时，认为该建筑周围存在明显噪声超标问题。针对这一问题，引入生态模拟技术，将设计的声环境参数输入到模拟软件当中，通过软件计算得出各个方位上的噪声数值，将该数值与标准噪声上限对比，以此实现对声环境设计可行性的验证。图3 为建筑不同方向上的噪声级模拟示意图。

图3 建筑不同方向上的噪声级模拟示意图

从图3 所示的建筑不同方向上的噪声级模拟示意图可以看出，在该建筑周围西侧噪声和东侧噪声已经远远超过40dB噪声上限。在生态模拟过程中，可设定一个针对设计建筑的允许噪声范围，明确噪声的最大允许值为40dB，将这一数据作为参照，进行演算与推理，得到建筑在各个立面的隔声量应保持在15dB～35dB范围内。除此之外，对于建筑不同高度而言，其噪声等级也会存在一定差异，通过模拟得出，当建筑中噪声集中在40m 以下区域时，可以明确此时噪声在建筑内呈现一种逐步衰减的变化趋势，当建筑中噪声集中在40m～90m 区域时，可明确此时噪声在建筑内呈现一种逐步递增的变化趋势，当建筑高度超过90m时，此时噪声又会呈现出逐渐衰减的变化趋势。同时，声源的范围较大时会出现噪声叠加的情况，此时噪声的分布会表现出没有规律的变化，进而产生特异性。针对这一问题，在对绿色建筑声环境设计时，应当综合考虑建筑高度以及对隔声量的具体要求，针对同一高度的立面声环境设计参数也可不同。在选择隔声窗时还需要从材质和性能等多方面综合选择，一方面起到降低噪声的效果，另一方面促进绿色建筑整体经济效益的提升。

3 对比分析

为检验生态模拟技术在实际应用中的可行性，选择丽泽金融商务建筑群项目，作为此次对比实验的研究对象，对此建筑在设计前期的基础信息进行描述。建筑商业区域施工有效面积约为923 万m2，此建筑群中的核心建筑占地面积约为305 万m2。在设计前，考虑到此类建筑结构具有多样性、规模化等特点，建筑群中不仅包括既有建筑结构，还包括商业建筑群、办公建筑楼群、酒店建筑楼群与新建建筑楼群，其中新建建筑楼群的有效占地面积超过568 万m2，大部分建筑结构为高层结构建筑，占建筑总面积的七成左右。

掌握此次开发建设项目的基础信息后，引进本文提出的生物模拟技术，对此建筑的日照环境、风环境与声环境进行模拟分析。

在此过程中，将建筑群相关信息以直观数据的方式导入计算机，构建一个针对此建筑的结构模型，根据设计中的需求，对部分关键设计位置进行参数化处理，并按照施工标准导入数据。根据绿色建筑设计标准，使用生态模拟软件，导入本建筑地区气象数据，结合此建筑的地理位置，利用现有数据，实现对绿色建筑在设计中的能耗模拟。在此基础上，根据设计标准与设计要求，进行建筑中日照、通风、隔音等方面内容的整体布置与规划。

根据上文提出的绿色建筑生态环境指标，将建筑距地1.5m位置的风速控制达标率与噪声测试达标率作为此次对比实验的检验指标，对比基于生态模拟技术与传统技术进行绿色建筑设计后的风速控制设计指标与噪声控制设计指标的达标率。其中风速控制指标达标率见表1。

表1 建筑距地1.5m位置的风速控制达标率

在此基础上，随机选择建筑群内若干个测点，在测点进行噪声隔音检测，根据《绿色建筑设计与评价标准》（GB/T65307-2008）中相关内容要求，设定绿色建筑隔音标准，进行噪声控制实验，对比噪声达标率，见图4。

图4 噪声控制达标率

从图4与表1所示的实验数据中可以看出，按照本文引进的生态模拟技术进行建筑设计，可以保证噪声控制达标率与风速控制达标率达到100%，而使用传统方法进行绿色建筑设计，无法实现100%达标率要求。

4 结语

如何实现建筑在设计中的高效率、低耗能，一直是建筑方与设计方重点关注的问题，为了全面落实并推进此项工作，施工方应联合技术人员在建筑工程项目的设计阶段，对绿色设计工作加以管控，从不同角度对设计成果的可行性进行评估与模拟，配合专业设计人员，对建筑方案进行全面优化与改进，提高建筑的绿色化程度，推动绿色建筑在我国规范化与规模化发展，提升建筑的综合效益与经济效能。