王丙強 韋 亮

(華北理工大學建筑工程學院，河北 唐山 063009)

綠色建筑設計中的信息模型建構★

王丙強 韋 亮

(華北理工大學建筑工程學院，河北 唐山 063009)

對綠色建筑與建筑信息模型理念進行了闡釋，從方案構思、數(shù)據(jù)分析和跨學科協(xié)作三個方面討論了信息模型建構與綠色建筑設計的結合策略，并進一步探索了兩者的結合對建筑行業(yè)進步的推動作用，為建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會提供條件。

綠色建筑，信息模型，建構，整合設計

0 引言

隨著經(jīng)濟迅速崛起，我國社會面臨著傳統(tǒng)能源緊缺和生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力。為建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，建設主管部門通過推廣綠色建筑，力圖實現(xiàn)到2020年使全社會建筑總能耗減少65%[1]。本文結合實際工程，在綠色建筑設計中融合信息模型建構，運用“工程實踐+理論研究”的手段，實體模型與數(shù)據(jù)分析并行，使普適性建筑與生態(tài)技術一體化設計，讓適宜的節(jié)能技術在綠色建筑設計中有的放矢。

1 理念闡釋

1.1 綠色建筑

綠色建筑提倡與大自然和諧共生，在減少不可再生能源消耗的同時提高使用者的生活質(zhì)量，為人類提供健康、適用和高效的活動空間。綠色建筑涉及面寬廣，是一門多學科、多工種交叉的系統(tǒng)工程，以建筑人本論來理解，綠色建筑在實現(xiàn)自身價值的同時，適應能力強，是一個身心健康、不浪費有限資源的建筑。

1.2 建筑信息模型

建筑信息模型的建構是在于建筑使用過程中的一切物質(zhì)運動和能量運動在虛擬建筑中都被信息運動所替代，建筑師可直觀預計建筑的使用能耗，選取可操作性強的節(jié)能技術。建筑信息模型的建立過程是創(chuàng)建并利用數(shù)字模型對項目進行設計、建造及運營管理的過程，即利用計算機三維軟件工具，創(chuàng)建包含建筑工程項目中完整數(shù)字模型，并在該模型中包含詳細工程信息，能夠將這些模型和信息應用于建筑工程的設計過程、施工管理，以及物業(yè)和運營管理等建筑全生命周期管理過程[2]。

1.3 建構

建構具有技術和文化雙重的含義，要求建筑師既了解建筑建造的過程同時又清楚如何把握建筑設計的美觀,是客觀地表達建筑空間、材料、結構與建造的方法。建筑的根本在于建造，在于建筑師應用材料并筑成整體的建筑物的創(chuàng)造過程和方法。綠色建筑的模型建構是指從建筑設計到建成過程中，既符合結構特征，又遵循生態(tài)理念，同時也符合從藝術審美角度去審視其自身所應具有的美學法則，并且在建造實施過程中保持其以上特征的過程[3]。

2 綠色建筑與信息模型建構相得益彰

2.1 對既有建筑進行改進

首先對既有建筑進行信息模型建構來分析綠色建筑設計的得失，研究的對象是華北理工大學第二教學樓工程。該項工程于2012年竣工，建筑面積達16 818.35 m2，為二類高層公共建筑，雖然木已成舟，不能再對該建筑進行大刀闊斧的改建，但對其設施可以進行優(yōu)化，減少建筑的使用能耗。

利用建構軟件eQUEST對這棟教學樓建立模型，采用本地氣象參數(shù)進行能耗模擬。在建筑模型中選取Single Clr/Tint,Single Low-E,Double Low-E 三種類型的玻璃進行模擬，由于不同的玻璃類型對建筑采暖和空調(diào)的能耗影響不同，三種不同類型的玻璃全年累計耗電量如圖1所示。比較可以發(fā)現(xiàn)采用Double Low-E玻璃節(jié)能效果最好，原因在于其傳熱系數(shù)的降低使得該玻璃的保溫性能更好，在炎熱的夏季減少了室內(nèi)冷量的散失，即降低了空調(diào)的冷負荷，同時其較低的遮擋系數(shù)使得室內(nèi)能有充足的陽光，減少照明燈具的使用時間，也降低了室內(nèi)的燈光熱擾，從而在一定程度上減少了空調(diào)的能耗。

2.2 模型建構始于方案設計

在構思方案、勾勒草圖、研究美觀的過程中，建筑師就應處理好生態(tài)技術與造型藝術的關系。在綠色建筑設計中運用信息模型建構的軟件，如Autodesk公司出品的REVIT設計平臺，借助其先進的輔助功能，建筑師就像站在了巨人的肩膀上。在設計之初考慮生態(tài)技術因素，將對整個項目實現(xiàn)綠色目標起到指導作用。由于建筑模型中已經(jīng)包含了大量設計信息，通過相應的分析軟件，幫助建筑師在設計伊始就通過信息模型建構來統(tǒng)一生態(tài)技術和造型藝術，讓建筑形態(tài)的推敲和生態(tài)技術的應用有機結合。

目前建筑師在做方案設計時，多是基于CAD平臺，使用平、立、剖三視圖的方式來表達，或采用Sketch Up軟件三維建模后渲染的方式來展現(xiàn)設計成果。這些傳統(tǒng)的設計方法是通過線面組合以形成幾何形體，再在幾何體表面賦予材質(zhì)，依靠人的空間想象力來實現(xiàn)設計者與觀察者之間溝通。這一過程不可避免的忽視了建筑結構、材料和構造應有的明晰屬性，尤其體現(xiàn)不出與實現(xiàn)綠色目標相關的建筑材料屬性，省略了各組成部分的真實的組合方式。繪制建筑的過程畢竟不能全面反映實際建造的過程，甚至會產(chǎn)生虛假的后果。

隨計算機模擬技術的成熟與跨學科應用，信息模型的建構技術應運而生，為建筑師提供了一條解決上述弊端的途徑。信息模型建構建筑所見即所得的過程讓建筑師使用三維的思考方式來完成建筑設計，使其更專注于設計而不是畫圖。

2.3 借模型信息助綠色數(shù)據(jù)分析

初期建構好的粗線條模型可以方便的導出建筑平、立、剖各個方面的圖紙，基本滿足方案表達的要求。而信息量進一步豐富的建筑信息模型后可以通過數(shù)據(jù)子集與其他軟件對接，進行建筑采光與日照、建筑及其材料熱工、建筑能耗等綠色設計分析。

在筆者參與設計的北京市昌平區(qū)某小學方案構思中體現(xiàn)了基于綠色設計的模型建構，通過建構信息模型與Ecotect設計軟件平臺相結合，模擬在實際場地環(huán)境，包括建筑朝向、與太陽輻射相關的日照與遮陽、全年風場等影響，得出較直觀的數(shù)字化分析圖，保證從方案階段開始就將綠色建筑的理念貫穿設計全過程。根據(jù)小學所處的居民區(qū)環(huán)境，首先進行室外采光分析，室內(nèi)全年日照百分比分析，以及遮陽設計。針對該項目首要滿足周圍高層建筑對本案無陰影遮擋，其次減少新建建筑自身的陰影遮擋。遮陽策略要考慮兩方面，一是夏季周邊住宅最好把陽光擋出去，冬季讓陽光盡可能多的照進來，二是遮陽會使自然采光受到影響，會增加室內(nèi)人工照明。

通過太陽軌跡顯示出一天內(nèi)陰影的變化情況，一方面平衡室內(nèi)自然采光，另一方面調(diào)節(jié)全年能耗，兩方面結合起來形成最優(yōu)的方案。最終基于兩者策略平衡下采用的垂直交錯組合的方案，總平面布局合理，建筑體型設計采光良好。

初期的方案是沒有庭院的，對室外風場進行分析發(fā)現(xiàn):冬季1.5 m高度場地內(nèi)風速過高，考慮到是小學，又是北方，冬天小學生游玩時會冷，方案調(diào)整布局造成半圍合布局，活動場地減少了寒風的侵襲。

3 殊途同歸的綠色設計

根據(jù)我國能源科技發(fā)展路線圖，建筑節(jié)能技術要從現(xiàn)階段墻體、屋面和門窗節(jié)能技術、采暖和空調(diào)節(jié)能技術、采光和通風節(jié)能技術向建筑節(jié)能環(huán)保一體化技術發(fā)展。綠色建筑要求設計師跨學科綜合性全過程設計，將設計信息在不同的領域中分享和延續(xù)，建筑信息模型的建構順應了這個要求。

現(xiàn)階段的綠色設計在不同專業(yè)設計中處于各自為政的狀態(tài)。條件圖共享之前，各專業(yè)綠色設計在局限于不同的圖紙上，就像跑在不同車道上的車，不小心會撞車。施工圖節(jié)能設計審查階段是個關鍵的節(jié)點，綠色設計得到全面重視，這時如果某項節(jié)能檢驗不過關，必須對作品針對性的修改。這種頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的修改多為應付審查，不能有效實現(xiàn)綠色目標，還可能造成各專業(yè)因前期設計不合理產(chǎn)生碰撞，耽誤設計進程。

信息模型的建構將各專業(yè)集成在一個三維模型中，是一個整合所有設計的過程。信息的創(chuàng)建本是一個動態(tài)的過程，信息模型的建構是一個高效動態(tài)增加、處理信息的平臺，碰撞、修改、調(diào)整一目了然，比傳統(tǒng)方式高效且直觀。比如：在設計后期一個樓層層高要增加500 mm，按傳統(tǒng)方法，若將改變了的工程量數(shù)據(jù)結合各專業(yè)重新整理出來，可能要一個月時間，而在一個完善的信息模型里，只要調(diào)整一個層高參數(shù)，重新計算，通常是幾分鐘時間就調(diào)整好，一套新的數(shù)據(jù)就出來了[4]。建筑信息模型的建構基于實現(xiàn)全過程的與現(xiàn)行設計標準、信息標準無縫化結合，使其易用性、整合性空前強大，將從根本上改變工程項目投資、設計和施工三方的溝通方式。

4 結語

信息模型建構是一副“解毒劑”，讓建筑師擺脫了喧囂塵上的技術重負和審美意識的不確定性，使建筑設計回歸本源，是綠色建筑發(fā)展的必由之路。

總體上看，綠色設計與信息模型建構結合的價值體現(xiàn)還不理想，因為好多的建筑師不愿摒棄傳統(tǒng)的設計方式，為學一個處于探索階段的新東西費時費力。目前結合工作還需完善，實現(xiàn)常用的綠色建筑設計標準和規(guī)范在信息模型虛擬建構的軟件中得到全面支持，讓建筑師有的放矢。只有建筑師體會到了新技術的方便、快捷與準確，自動就舍棄了簡單過時的設計方式，信息模型建構才會登堂入室，成為綠色建筑推廣的強勁動力。

[1] 李洪欣.我國綠色工業(yè)建筑評價體系發(fā)展淺析[J].工業(yè)建筑,2014(1):54-56.

[2] 廖小烽,王君峰.Revit 2013/2014建筑設計火星課堂[M].北京:人民郵電出版社,2013:32-42.

[3] 周 潔.建構:作為一種選擇[J].建筑學報,2003(10):47-49.

[4] 劉 芳.關于BIM技術對綠色建筑產(chǎn)生的積極意義的探討[J].中外建筑,2013(6):60-61.

The tectonics of green building modeling★

Wang Bingqiang Wei Liang

(NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,CollegeofBuildingEngineering,Tangshan063009,China)

The paper interprets the information model theory for the green buildings and architecture, discusses the combination of the information model structure and green architectural design from the schemes, data analysis and interdisciplinary coordination, and explores the promotion of the combination in architectural industry, so as to provide some conditions to construct the resource-saving and environmental-friendly society.

green building, information model, construction, integration design

2015-08-26★：2014年國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(項目編號：201410081011)

王丙強(1992- )，男，在讀本科生； 韋 亮(1979- )，男，講師

1009-6825(2015)31-0166-03

TU201.5

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