韶关市仁化县职业学校教学楼BIM绿色建筑分析

陈咏昕，池慧，林楠超，陈伟科，欧国强 （广东海洋大学，广东 湛江 524088）

0 前言

2022 年，住建部在“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划中提出倡导建筑绿色低碳设计理念，充分利用自然通风、天然采光提高建筑健康性能[7]。而教学建筑在照明、供热供冷方面的消耗都不容小觑[8-9]，为提高建筑健康性能，通过借助BIM 了解建筑在采光、通风两方面对环境的影响以及环境对建筑的影响，以降低建筑用能强度，实现建筑设计的可持续发展。

BIM 作为建筑相关工具软件也证明了其对绿色建筑的适应性，其技术特点，如可视化和建模、多维信息传输以及作为建筑整个生命周期的模拟分析和管理工具，与绿色建筑的发展理念完全一致。通过建模，BIM 软件可以用来了解更多关于建筑项目、建筑对环境的影响以及环境对建筑的影响，使设计决策更节能减排[15]。

1 基于BIM技术的工程应用实例

1.1 项目概况

广东省韶关市仁化县职业学校中部南侧的教学楼，占地面积746m2，总建筑面积3890.53m2，建筑高度20.95m，共6 层，地上5 层（标准层平面图如图1），局部地下设备1 层，教学用房。建筑结构为框架结构，抗震烈度为6 度，建筑采用外廊式平面布局，南北朝向（北偏东8°）。

图1 标准层平面图

1.2 Autodesk Revit建模

本设计基于Autodesk 公司开发的Revit 软件建立三维模型，建模步骤为绘制标高轴网，布置基础，绘制柱、梁、板，创建楼梯、屋顶、墙体、门窗，绘制零星构件、附属构件（百叶格栅），如图2 所示。并联合BIMMAKE 完成周围建筑模型，最终效果图如图3所示。

图2 韶关市仁化县职业学校教学楼效果图

图3 场地布置效果图

1.3 绿色分析模型

斯维尔采光和通风分析用到的工程模型由单体模型（如图4）和总图模型（如图5）组成，斯维尔支持直接导入Revit模型（rvt格式文件），但还需要通过相应的调整使模型与软件适配。

图4 三维实时仿真单体模型

图5 三维实时仿真总图模型

图6 3层静态采光分析彩图

图7 4层静态采光分析彩图

图8 5层静态采光分析彩图

2 教学楼采光分析

2.1 建筑采光评价与规范

建筑采光分析的参照标准有《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）[1]、《建筑采光设计标准》（GB 50033-2013）[2]、《采光测量方法》（GB/T 5699-2008）[5]、图纸资料有项目总平面图、建筑专业设计图纸、设计效果图等。

2.2 采光分析报告

计算分析中分为静态采光计算和动态采光计算，前者用于全面计算建筑的采光系数，后者可实现《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）采光指标[1]的计算和对标。

2.2.1 静态采光

依据《建筑采光设计标准》（GB 50033-2013）要求，通过采光分析可知，本设计中64 个房间，其中20 个标准条文强制要求房间（实训课室），6 个标准条文非强制要求房间（值班室及老师办公室），采光面积为1622.43m2，均不满足采光要求。

但单凭静态采光系数评价，既未考虑建筑的朝向、天气的变化，也不能预测是否有建筑物的遮挡，不能预测强光问题[17]。因此，需要对该设计的动态采光进行分析。

2.2.2 动态采光

根据《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）中的要求，分别对内区采光系数、地下空间平均采光系数、室内主要功能房间面积比例区域的采光照度值以及主要功能房间是否有眩光控制措施四个方面分别进行评分并累计。

①内区采光统计结果

由图9 可知，本设计建筑室内天然采光总面积405.53m2，达标面积0.00m2，得出本设计建筑室内空间天然采光的评分项得分为0分。

图9 5层内区采光达标图

②地下空间天然采光评价

由图10 可知本设计地下空间平均采光系数不小于0.5%的面积，与首层地下室面积的比例为97%，该项评分项得分3分。

图10 地下采光达标图

③室内主要功能房间天然采光评价

通过分析，本设计中26 个主要功能房间（包括实训课室和办公室），采光面积1622.43m2，只有6 个房间（采光面积388.25m2）不满足要求，不超过“在采光照度需求不少于4h/d 的情况下，有60%的面积比例区域能做到”的要求，得3分。

④眩光分析结果

通过对本设计的20 个实训课室进行眩光分析计算，最高DGI为10.1，最低为0，DGI 限值为25，其中0 个房间不满足标准限值要求，本设计合理控制眩光项得分为3分。

依据《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2019）的评判标准，综合上述四项评分，本教学楼建筑设计的采光指标满分为12 分，总得分9 分，采光状况良好。

图11 为建筑采光条件最好的5 层采光分析图，结合分析图、数据及评分可知，采光好的部分位于建筑南侧，实训课室的平均采光系数在1.04%～1.90%，采光好的部分平均占13%；采光在差与极差区间，分别最高可达48%和61%，且都在较低楼层的北侧。由此可知，教学楼建筑距南侧窗户较远区域照度明显不够，整体空间照度分布不均匀，平均采光系数低。

图11 5层动态采光分析彩图

2.3 改进措施

增加反光板或反光百叶，利用光的反射作用[18]、[20]，光照射到反光板上时，反光板上的高反光材质将光反射到室内，然后通过漫反射作用，使光纤在室内均匀分布，提高室内采光均匀度。反光板的工作原理如图12、图13，图中显示了反光板的截面和顶面视图。采用反光百叶，也能增加室内的光照，反光百叶采用百叶正面的W 形部件，能将夏季阳光角度高度入射光一次反射到户外，防止过多的阳光进入室内，使室内温度过高。采用反光板的反射原理，将其截面形状设计的与反光百叶相似[20]，如图14 所示。

图12 反光板截面图

图13 反光板顶面图

图14 反光百叶

3 教学楼通风分析

3.1 建筑通风评价与规范

建筑通风分析的参考标准有《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）、《建筑通风效果测试与评价标准》（JGJ/T 309-2013）[6]、《绿色建筑评价技术细则》，图纸资料有项目总平面图、建筑专业设计图纸、设计效果图等。

3.2 通风分析报告

3.2.1 室外通风

3.2.1.1 冬季工况

本设计冬季工况的入口边界风速为2.90m/s，风向为NNW。

本设计计算结果依据标准要求，人行区没有出现风速大于5m/s的区域（图15）；户外休息区、儿童娱乐区没有出现风速大于2m/s 的区域（图16）；人行区没有出现风速放大系数大于等于2 的区域（图17）；本设计没有出现建筑迎风面与背风面表面风压差大于5Pa 的建筑（图18、表1），得2分。

表1 建筑-教学楼迎背风面窗平均风压差表

表 2 建筑外窗室内外风压差达标判定表

图15 人行区域-1.5m高度水平面风速云图-冬季

图16 户外休息区、儿童娱乐区-1.5m高度水平面风速云图-冬季

图17 人行区域-1.5m高度水平面风速放大系数云图-冬季

图18 建筑迎风面和背风面风压云图

图19 教学楼室内空气龄云图

图20 韶关市仁化县职业学校教学楼1-1剖面图

建筑迎风面和背风面风压云图，见图18。

建筑迎风面和背风面风压差计算结果，见表1。

3.2.2.2 夏季工况及过渡季工况

《绿色建筑评价标准》（GB/T 5-378-2019）中要求场地内人活动区不出现涡旋或无风区，得3 分；外窗室内外表面的风压差50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa，得2 分。本设计得到数据汇总表如表2 所示，可见本设计中的全部建筑都达到了“超过50%可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa”的规定要求。

3.2.2 室内通风

依据《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2019）要求，室内通风从换气次数及建筑可开启面积比例进行评判，由表3 可知，本教学楼的主要功能房间换气次数大于2 次/h 的面积比例为84.24%，满分8分，可得6分。

可开启面积比例通过计算得知，该教学楼建筑外窗可开启面积比例为50.1%，玻璃幕墙可开启面积比例为77.8%，综合绿标5.2.2 中条款1、条款2和条款3 的规定，本教学楼建筑在建筑可开启面积比例项目中，得分为6 分，满分6分。

根据分析图示及得分情况可知，本项目拥有绿色、开阔的绿化空间，优良的生态资源，良好的室内外通风条件，但由于学校基本采用行列式布局[14]，且前后单调，几乎没有遮挡，造成部分地区的室外风环境风速较大，但建筑局部受周围建筑影响，通风不畅，夏季及过渡季容易出现无风率过高的现象。

同时本设计的教学楼为单一外廊式单体结构，缺乏下层架空空间、中厅通高、室外露台等灰空间，可以作为室内和室外的过渡空间，导致其缺少了垂直向的通风[19]。

3.3 相应措施

增加广场绿化，加强防风防沙力度；在校园主要道路两侧种植常绿阔叶松和小灌木，可有效地阻止对流风，减少局部强风，防风的同时可供学生观景休息[13]。

从建筑结构上改进建筑内部和外部的通风[14]，在建筑物上增设导流罩，可以有效地吸引风向和强度。在建筑物的外墙上设置防风结构，冬天时吸收风，可降低空气中的压力，如表4所示。

4 总结

通过综合应用BIM 技术与绿色建筑评价软件斯维尔对韶关市仁化县职业学校教学楼进行了绿色建筑采光设计、通风设计分析。通过模拟得出，该教学楼的采光设计及通风设计还有部分不能满足标准要求。针对夏热冬冷地区的城市，夏季高温闷热、冬季阴冷、梅雨季节集中静风率高等气候特点[10]，在考虑建筑采光和建筑通风时，还需综合考虑夏季、冬季气候差异大的特点，要能同时兼顾，做到尽可能地实现节能指标，以达绿色标准。