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隨著我國人均能耗的逐年增加，國家對建筑節(jié)能愈發(fā)重視,，大力發(fā)展綠色建筑被擺上日程,。面對越來越復(fù)雜的綠色建筑設(shè)計(jì),，BIM 技術(shù)的優(yōu)勢日益凸顯。BIM技術(shù)可以應(yīng)用于分析影響綠色建筑條件的采光,、日照,、通風(fēng)、能源效率和可持續(xù)性材料等建筑性能的方方面 面,；可分析,、實(shí)現(xiàn)最低建筑能耗，并借助通風(fēng),、采光,、氣流組織等對人體舒適度進(jìn)行分析及改善,，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保,；可在項(xiàng)目方案階段適 時(shí)進(jìn)行日照計(jì)算、模擬風(fēng)環(huán)境等,，并將分析結(jié)果反饋回方案設(shè)計(jì),，為建筑的綠色設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，使建筑成為真正的“綠色建筑”,。

天津市解放南路文體中心項(xiàng)目總占地面積17km2,，分三個(gè)階段建設(shè)（圖1）。根據(jù)天津市政府“十二五”規(guī)劃,，要將解放南路地區(qū) 建設(shè)成為生態(tài)宜居的居住社區(qū),，成為國內(nèi)首個(gè)中心城區(qū)人口密集區(qū)的綠色生態(tài)居住區(qū)，因此規(guī)劃明確要求,，區(qū)域內(nèi)所有新建建筑需全部 達(dá)到國家綠色建筑標(biāo)準(zhǔn),。

▲ 圖1 解放南路文體中心實(shí)景圖

文體中心項(xiàng)目是這一區(qū)域內(nèi)第一個(gè)非經(jīng)營性質(zhì)的公共建筑，目的是為周圍居民提供健身活動(dòng),、休閑交流,、文化娛樂等服務(wù)，使居住 區(qū)的配套功能更加完善,，同時(shí)降低實(shí)際運(yùn)營成本,，為社會展示綠色建筑理念等。該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)為：低碳零能耗,、國家綠色建筑評價(jià)三 星以及美國LEED鉑金認(rèn)證,，建成之后將成為北方第一座零能耗建筑。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了綜合節(jié)能措施以尋求最佳方案,。

首先，根據(jù)天津市所在的北方寒冷地區(qū)的氣候條件來選擇適宜的被動(dòng)節(jié)能措施,，同時(shí)將其與建筑造型結(jié)合起來進(jìn)行研究,，然后通過 被動(dòng)節(jié)能措施的選擇以及其他條件來對主動(dòng)節(jié)能措施進(jìn)行優(yōu)化,。設(shè)計(jì)過程中充分運(yùn)用了基于BIM技術(shù)的數(shù)據(jù)分析方法，對眾多模擬數(shù)據(jù) 進(jìn)行整合并綜合分析,，從而為設(shè)計(jì)提供依據(jù),。 

文體中心項(xiàng)目技術(shù)亮點(diǎn)如下：

（1）全程采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括建筑形體的三維設(shè)計(jì),、全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)和重要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的精細(xì)化設(shè)計(jì),，并結(jié)合計(jì)算軟件將 分析數(shù)據(jù)模型化，與各專業(yè)實(shí)時(shí)互動(dòng)（圖2）,。

（2）設(shè)計(jì)全過程有效利用BIM技術(shù),，逐步完善建筑設(shè)計(jì)。通過提取模型中包含的數(shù)據(jù)信息,，簡化計(jì)算體型系數(shù)等 設(shè)計(jì)參數(shù),，指導(dǎo)設(shè)計(jì)深化。同時(shí)利用數(shù)據(jù)接口,，將模型導(dǎo)入其他分析軟件中進(jìn)行模擬與驗(yàn)證,，有效指導(dǎo)設(shè)計(jì)中的被動(dòng)措 施選擇、主動(dòng)措施優(yōu)化及可再生能源的利用,，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全過程的可持續(xù)設(shè)計(jì),。

（3）通過持續(xù)完善Revit模型，實(shí)現(xiàn)全專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì),，減少專業(yè)間的設(shè)計(jì)誤差,。同時(shí)，利用Revit模型直接生成 施工圖紙,，減少因模型信息偏差而產(chǎn)生的返工和拆改問題,，減少能源和材料的浪費(fèi)，提高項(xiàng)目的表達(dá)完成度,，避免施工 中的理解誤差（圖3）,。 

 ▲ 圖2 直觀生動(dòng)的設(shè)計(jì)展示 

▲ 圖3 精細(xì)化的設(shè)計(jì)質(zhì)量 

BIM技術(shù)在綠色建筑設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮著多方面的作用，針對不同設(shè)計(jì)階段分析整合相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型,，每個(gè)階段都要 進(jìn)行提取數(shù)據(jù),、交互分析、循環(huán)驗(yàn)證的過程,，形成一個(gè)閉合的應(yīng)用工作模式,，為綠色建筑設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的量化數(shù)據(jù)支 持。綠色建筑設(shè)計(jì)主要從主動(dòng),、被動(dòng)和可再生能源利用三個(gè)方面著手（圖4）,。

  ▲ 圖4 綠色建筑設(shè)計(jì)主要從主動(dòng)、被動(dòng),、可再生能源利用三個(gè)方面著手 

2.2.1 被動(dòng)式設(shè)計(jì) 

（1）基于分析數(shù)據(jù)進(jìn)行場地設(shè)計(jì),，確定建筑與人工湖位置,，節(jié)省土方量，實(shí)現(xiàn)低影響開發(fā),；利用相關(guān)軟件進(jìn)行環(huán)境模擬分析,，指導(dǎo)氣候響應(yīng)設(shè)計(jì)（圖5）。

（2）基于分析數(shù)據(jù)進(jìn)行場地光環(huán)境模擬分析,，指導(dǎo)氣候響應(yīng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件分析,，在此分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了四種形體 方案，進(jìn)行體形系數(shù),、圍護(hù)結(jié)構(gòu)日均太陽輻射得熱,、地塊內(nèi)自然通風(fēng)模擬及分析等多方面比選，確定最佳形體（圖6,，7和表1）,。 

（3）對建筑室外進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬，確定地道風(fēng)取風(fēng)口位置位于建筑西南側(cè),，指導(dǎo)生態(tài)中庭設(shè)計(jì)（圖8）,。

（4）基于分析數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)風(fēng)環(huán)境分析,，根據(jù)共享空間內(nèi)垂直方向速度矢量圖和溫度分布云圖并結(jié)合地道風(fēng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)生態(tài)中庭設(shè)計(jì)（圖9）,。

（5）基于數(shù)據(jù)分析和能耗模擬進(jìn)行窗墻比限值計(jì)算，確定30%～40%的區(qū)間,；基于輻射得熱的能耗分析確定立面樣式以及合理的外窗和墻體的傳熱系數(shù),；依據(jù)日照條件，為不同朝向選擇適合的遮陽形式（圖10）,。 

▲ 圖5 利用 BIM 技術(shù)分析場地環(huán)境

▲ 圖6 通過分析數(shù)據(jù)推敲建筑形體

▲ 圖7 地塊內(nèi)自然通風(fēng)模擬及分析

▲ 表1 多方案比較 

▲ 圖8 室外風(fēng)環(huán)境模擬 

▲ 圖9 生態(tài)中庭設(shè)計(jì)

▲ 圖10 通過模擬確定遮陽形式 

2.2.2 主動(dòng)式設(shè)計(jì)

1）利用高效的暖通空調(diào)設(shè)備,；2）利用高效的照明設(shè)備，基于數(shù)據(jù)進(jìn)行室內(nèi)光環(huán)境分析,，對同一房間的照明區(qū)域進(jìn)行分控,，達(dá)到節(jié)能目標(biāo)；3）優(yōu)化其他機(jī)電設(shè)備,。 

2.2.3 可再生能源

充分利用太陽能并對地?zé)岬蜏責(zé)崴菁壚?。基于分析?shù)據(jù)對太陽能光伏板發(fā)電量的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬,，針對15°坡屋 頂建立詳細(xì)的分析模型并導(dǎo)入當(dāng)?shù)貧夂驐l件,，計(jì)算出一年中每月總發(fā)電量。

BIM是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ),，在建筑全生命周期內(nèi)將各種相關(guān)信息整合并對項(xiàng)目進(jìn)行有效把控管理的一種設(shè)計(jì)模 式,。它的集成化管理具有延續(xù)性，可以最大程度地整合社會有效資源,，提升質(zhì)量,，控制成本,，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)設(shè)計(jì)。BIM的設(shè) 計(jì)模式為綠色建筑設(shè)計(jì)提供了一種全新的技術(shù)支持平臺,。

首先,，BIM優(yōu)化了綠色建筑設(shè)計(jì)的全過程。為實(shí)現(xiàn)綠色建筑目標(biāo)并保證建筑舒適度,，必須在設(shè)計(jì)全過程中盡可能節(jié)約 資源,，這就對建筑性能提出了量化統(tǒng)計(jì)要求，通過各種分析得出的量化結(jié)論也必須可轉(zhuǎn)化為信息模型,，延續(xù)設(shè)計(jì)成果,。通 過BIM我們可以從建筑全生命周期最初期獲得可靠、開放的理論依據(jù),，并獲得可以延續(xù)至終的建筑信息模型,，通過多軟件環(huán)境的互導(dǎo)，對設(shè)計(jì)成果進(jìn)行反復(fù)分析,、優(yōu)化和論證,。分析成果可轉(zhuǎn)化為具有可視化特點(diǎn)的量化指標(biāo)，極大地優(yōu)化了綠 色建筑設(shè)計(jì)全過程,。另外,，對于建筑性能的實(shí)時(shí)分析預(yù)測，也在一定程度上保證了建筑建成后的舒適度,。 

其次,，通過實(shí)時(shí)分析和模擬，保障了綠色建筑與自然相融合,。周邊環(huán)境對建筑的影響因素有很多,，如光照、氣溫,、 氣流以及現(xiàn)有建筑物,、綠植等，不同的區(qū)域定位也會帶來很大的差別,。通過實(shí)時(shí)分析模型技術(shù),，提供可靠分析，使建筑 師可以自由調(diào)用環(huán)境數(shù)據(jù),，從而對建筑體量,、外形進(jìn)行推敲、分析和驗(yàn)證,，引導(dǎo)建筑被自然環(huán)境所接納,，并將這個(gè)過程 中得到的可持續(xù)完善的成果進(jìn)行分享和傳遞，使建筑如同一棵有生命的大樹一樣與環(huán)境融合,，在自然中生長,。

具體優(yōu)勢如下：1）BIM技術(shù)運(yùn)用在綠色建筑的設(shè)計(jì)中,，可大幅提高設(shè)計(jì)深度和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的協(xié)同 管理,，實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目整體設(shè)計(jì),、建造與運(yùn)營的全面把控，達(dá)到質(zhì)量和效率的新高度,；2）綠色建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)跨學(xué)科,、跨 階段的綜合性設(shè)計(jì)過程，BIM模型則正好滿足此特性,，可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺上不同參與方的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)集中,。同時(shí) 結(jié)合Navisworks等軟件加入4D信息，使跨階段的管理和設(shè)計(jì)能有效利用信息模型中的數(shù)據(jù)信息,，實(shí)現(xiàn)綠色建筑全生命期 的綜合把控,；3）真實(shí)的BIM數(shù)據(jù)和豐富的構(gòu)件信息為綠色建筑仿真模型分析提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，確保了分析結(jié)論與 設(shè)計(jì)理念的有機(jī)結(jié)合,，有助于建筑師在方案概念設(shè)計(jì)階段進(jìn)行綠色建筑相關(guān)的決策,；4）BIM強(qiáng)大的能耗模擬功能，使建 筑師與工程師可以在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段以模擬能耗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),，進(jìn)行充分比選,，得到更加合理的項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，這對資源的 高效利用有積極的作用,。

利用BIM技術(shù)參與綠建設(shè)計(jì)也存在相應(yīng)的難題,，比如建筑信息模型依賴于在不同階段,、不同專業(yè)之間的信息傳遞標(biāo) 準(zhǔn),，需建立一個(gè)全行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)語義和信息交換標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),，在單一階段的應(yīng)用中也存在數(shù)據(jù)傳遞的問題,。由于現(xiàn)在市場 上有眾多的BIM技術(shù)軟件，方案初期的建模工具以及后期的很多分析軟件所支持或輸出的格式各不相同,，而目前國內(nèi)還 未出臺一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),，這就為信息交互帶來了困難。 

針對以上問題,，探討了一些建筑專業(yè)在方案設(shè)計(jì)和能耗分析時(shí)對于BIM 模型數(shù)據(jù)的傳遞方法,，應(yīng)用中取得了較好的 效果，梳理總結(jié)如下,。 

在方案設(shè)計(jì)過程中,，建筑師通常需要根據(jù)場地條件對建筑的擺位和體塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過BIM技術(shù)提供的數(shù)據(jù)交互整 合平臺,，可以將多元化的信息（場地信息,、建筑形態(tài)信息等）匯入同一數(shù)據(jù)源,，并作為后續(xù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)（圖11）。

▲ 圖11 將多元化信息匯入同一數(shù)據(jù)源 

在體塊方案設(shè)計(jì)階段可以使用Revit自身的功能對建筑的形體進(jìn)行初步設(shè)計(jì),，對于不同格式的文件,，也可以導(dǎo)入Revit中 繼續(xù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對于現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)廣泛使用的Sketch UP（以下簡稱SU）和Rhino,，也可以將其模型導(dǎo)入到Revit中,。 

4.1.1 Rhino導(dǎo)入Revit

Rhino導(dǎo)入Revit的格式為*.sat，方式有以下三種,。 

（1）在常規(guī)項(xiàng)目中直接導(dǎo)入,。這種導(dǎo)入格式只能作為形體參考，無法編輯和附加材質(zhì),，不建議使用,。

（2）在體量編輯模式下導(dǎo)入。在這種方式下,，可以通過Rhino導(dǎo)入面片或形體,，導(dǎo)入后這些形體變?yōu)镽evit自身可 以拾取的“體量”模型，通過Revit自身的體量編輯,，可以將體量上的面變?yōu)閴w或屋頂,，并自由改變材質(zhì)或轉(zhuǎn)化為幕 墻系統(tǒng)。例如,，通過上述方式建立異形屋頂并將其下部墻體附著到屋頂,。需要注意的是，一般通過Rhino建模是為了設(shè) 計(jì)異形體量建筑,，而對于這些異形體量,，導(dǎo)入之前需要對Rhino的曲面進(jìn)行編輯調(diào)整，使曲面達(dá)到G1（相切）的連續(xù)級 別,，再導(dǎo)入到Revit中,。

（3）在內(nèi)建常規(guī)模型下導(dǎo)入?？梢詫ζ渥孱悇e進(jìn)行設(shè)定,，使其擁有特定族類別，實(shí)現(xiàn)量化統(tǒng)計(jì),?？梢詫ζ浣M類別 進(jìn)行編輯，擁有特定屬性,，以實(shí)現(xiàn)一些功能,，如異形屋頂導(dǎo)入后的墻體附著等。 

4.1.2 SU導(dǎo)入Revit

SU導(dǎo)入格式為SKP5以下版本的*.SKP文件，導(dǎo)入后為整體不可編輯模型,，但可以通過在體量編輯模式下導(dǎo)入進(jìn)行 構(gòu)件拾取,，其作為底圖被Revit接收并生成自身模型，原理與Rhino導(dǎo)入模式相同,。此外對于SU,，可以建立Revit與SU文 件的連接，這樣當(dāng)SU文件被修改時(shí),，Revit文件中的模型會進(jìn)行同步修改,，但這種方法只限于建筑配景（圖12）。

▲ 圖12 Sketch UP 模型導(dǎo)入到 Revit 中

目前進(jìn)行模擬分析的常用軟件眾多,，其中最常用的是從Revit導(dǎo)出到IES和Ecotect進(jìn)行分析,，主要通過將Revit本身 輸出的*.gbxml格式文件導(dǎo)入軟件中進(jìn)行分析。

 針對Ecotect和IES分析對空間封閉性的嚴(yán)格要求,，在從Revit導(dǎo)出文件之前,，也需要根據(jù)需要對Revit文件進(jìn)行調(diào) 整。在Revit模型中,，封閉空間的概念是通過“房間”工具實(shí)現(xiàn)的,，所以在導(dǎo)出之前，需要將所有空間中加入“房間”并 保證房間高度高于當(dāng)前層層高（圖13）,，并在文件中忽略和墻體連接的所有結(jié)構(gòu)柱并簡化構(gòu)造柱,，減少文件中的異形空 間，創(chuàng)建等效的常規(guī)空間,，從而提升分析模型的完整度,。同時(shí)，IES對于模型封閉程度比Ecotect還要高,，也就是說IES比 Ecotect更容易報(bào)錯(cuò),。 

由于Ecotect在2011年停止了更新，如果需要將Revit2013以上版本的文件在Ecotect中進(jìn)行分析,，也需要對生成的 gbxml格式進(jìn)行轉(zhuǎn)碼,，方法為通過寫字板打開gbxml文件并另存為新的xml格式文件，在編碼選項(xiàng)中將編碼改為UTF-8之 后再導(dǎo)入到Ecotect中（圖14）,。 

▲ 圖13 保證房間在空間上完全封閉

▲ 圖14 通過改變編碼解決版本問題

流體力學(xué)分析可以通過Star CCM+或CFDesige完成。兩個(gè)軟件所接收的文件格式均為*.STL格式文件,，此類文件無 法通過Revit直接導(dǎo)出,，針對兩個(gè)軟件我們也有相應(yīng)的解決方案。

（1）CFDesign作為Autodesk系列軟件產(chǎn)品,，自身在安裝過程已在Revit中嵌入了導(dǎo)入插件,，可以通過該插件功能 將模型直接導(dǎo)入CFDesign進(jìn)行分析（圖15）。

（2）StarCCM+本身較為封閉,，且只接受*.STL格式文件,，解決方法是通過Rhino進(jìn)行“搭橋”使其在兩個(gè)軟件 間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,，通過Revit生成的SAT文件導(dǎo)入Rhino中再導(dǎo)出*.STL文件，就可以成功地將Revit文件導(dǎo)入StarCCM+中,。 但是這種方法也存在問題,，需要在Revit中盡量減少多邊形數(shù)量，在Rhino中將所有線段進(jìn)行合并,，這需要一定工作量的調(diào)整,。

▲ 圖15 利用 CFDesign 軟件進(jìn)行分析

通過對解放南路地區(qū)文體中心項(xiàng)目采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色建筑設(shè)計(jì)的實(shí)踐，研究了BIM技術(shù)的成果輸出方式以及與 各分析軟件間的數(shù)據(jù)交換方式,。實(shí)踐證明,，利用BIM技術(shù)建立起來的動(dòng)態(tài)信息模擬具有良好的科學(xué)性、合理性,、完整性 和關(guān)聯(lián)性,。以BIM模型為載體，在能耗模擬,、各專業(yè)碰撞檢測,、循環(huán)驗(yàn)證等可持續(xù)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了嘗試，探索了Revit平 臺和分析軟件的結(jié)合應(yīng)用,，為我國綠色建筑的發(fā)展提供了經(jīng)驗(yàn),。

業(yè)主：天津城投置地投資發(fā)展有限公司

建設(shè)地點(diǎn)：天津市解放南路與外環(huán)線交口

建筑設(shè)計(jì)：天津市建筑設(shè)計(jì)院、天津大學(xué)建筑學(xué)院

BIM 團(tuán)隊(duì)：天津市建筑設(shè)計(jì)院

建筑面積：11 659.5㎡（地上建筑面積 10 700㎡,，地下建筑面積 960㎡）

設(shè)計(jì)時(shí)間：2012

建造時(shí)間：2013

獲獎(jiǎng)情況：國家綠色建筑評價(jià)三星,、美國 LEED 鉑金認(rèn)證、2018 年首屆 WBIM 國

際數(shù)字化大獎(jiǎng)設(shè)計(jì)組卓越獎(jiǎng)大項(xiàng),、2017 年美國 AEC Excellence Awards“全球

BIM 大獎(jiǎng)賽”可持續(xù)大獎(jiǎng),、2012 年“創(chuàng)新杯”建筑信息模型（BIM）應(yīng)用大賽最佳

BIM 綠色分析應(yīng)用獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等國內(nèi)外獎(jiǎng)項(xiàng)。

天津市建筑設(shè)計(jì)院 BIM 設(shè)計(jì)中心主任,，中國建筑學(xué)會 BIM 分會委員,，國家一級注冊建筑師。國內(nèi)BIM技術(shù)領(lǐng)域資深專家,，參與大量相關(guān)課題,、標(biāo)準(zhǔn)制定、學(xué)術(shù)著作等科研工作,，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)連續(xù)兩年獲得美國AEC Excellence Awards“全球 BIM 大獎(jiǎng)賽”獎(jiǎng)項(xiàng),、2018 年 WBIM 國 際數(shù)字化大獎(jiǎng)設(shè)計(jì)組卓越大獎(jiǎng)一項(xiàng)及眾多國內(nèi)獎(jiǎng)項(xiàng)

天津市建筑設(shè)計(jì)院建源萬合投資管理發(fā)展有限公司總經(jīng)理，中國城市 科學(xué)研究會綠色建筑與節(jié)能專業(yè)委員會委員,，LEED AP,。獲得 2017 年美國 AEC Excellence Awards“全球 BIM 大獎(jiǎng)賽”可持續(xù)大獎(jiǎng)、2018 年 WBIM 國際數(shù)字化大獎(jiǎng)設(shè)計(jì)組卓越大獎(jiǎng).