袁 莊

綠色建筑性能分析作為建設過程中的重要工作之一，直接關系到整個綠色建筑的建設效果。綠色建筑規(guī)模較龐大，內(nèi)部結構較復雜，如果只是利用傳統(tǒng)二維圖紙進行分析，不僅無法真正確定綠色建筑性能的具體情況，而且效率低，不利于綠色建筑工程的后續(xù)建設。因此，現(xiàn)代綠色建筑建設時，需要利用BIM 技術開展性能分析，通過觀察與分析建筑的三維模型，更加準確地判斷建筑性能，以促使綠色建筑方案不斷優(yōu)化。

1 工程概況

本文以某綠色建筑工程作研究。工程位于我國長沙市城南區(qū)，總占地面積約為24513 m2，建筑面積約742604 m2，分為地上與地下兩部分。其中地下面積約177553 m2，用于地下停車場、電氣設備貯藏間等；地上約565051 m2，含3 棟商業(yè)樓、1 棟獨立幼兒園和65 棟住宅樓如表1 所示。在基礎形式方面，用獨立基礎+筏板基礎+水泥粉煤灰碎石（Cement Flyash Gravel，CFG）樁復合地基方案，提升建筑的穩(wěn)定性。建設時，為保證工程建設質(zhì)量與效率，擬采用BIM 軟件分析工程性能，并適當優(yōu)化建筑方案。

2 基于BIM 技術的建筑綠色性能數(shù)值模擬分析

2.1 建筑室外風場環(huán)境的數(shù)值模擬

2.1.1 建筑風場環(huán)境分析

綠色建筑性能分析包括很多方面，風場環(huán)境評估是其中較為關鍵的內(nèi)容之一。通過風場環(huán)境評估，可以準確了解建筑周邊風場的具體情況，判斷風場水平是否符合人們的生活需求，進而以此為基礎，從保溫隔熱性等角度出發(fā)優(yōu)化建筑結構，以構建出功能良好、舒適性更強的綠色建筑。建筑工程設計與建設時，根據(jù)現(xiàn)場氣候條件、地質(zhì)特點等因素，合理對風場環(huán)境進行設計，可促使建筑周邊空氣順暢流通，提升人員在建筑內(nèi)外部活動的舒適性[1]。因此，綠色建筑設計時，應以BIM 技術為依托，通過收集施工現(xiàn)場氣象條件數(shù)據(jù)，模擬并分析建筑的風環(huán)境。在BIM 軟件內(nèi)，利用自帶的外部接口，直接導入用于風環(huán)境分析的Ecotect 軟件。同時，以氣象數(shù)據(jù)分析轉換系統(tǒng)Weather Tool 為主要工具，從當?shù)貧庀蟛块T氣候數(shù)據(jù)庫內(nèi)直接提取有關的氣候數(shù)據(jù)，從而為風場環(huán)境模擬與分析提供支持。

2.1.2 建筑風場環(huán)境分析結果

通過提取某工程所處地區(qū)的Weather Tool，能夠得到如表2 所示的氣候數(shù)據(jù)。由表2 可知，夏季工程所在地風速在3 m/s以內(nèi)，主要是西北風，風向頻率約為12.87%；過渡季節(jié)工程所在地風速在4 m/s 以內(nèi)，主要是西北風，風向頻率約為24.12%；冬季工程所在地風速在5 m/s 以內(nèi)，主要是北西北風，風向頻率約為24.85%。

表2 某工程所在地氣候數(shù)據(jù)

以流體動力學模擬軟件WinAir4為工具，模擬該項目的建筑風場環(huán)境，在模擬運算分析過程中，將風速設置成3.0 m/s。由模擬分析可知，距地面1.5 m 時，建筑周邊風速均小于1.5 m/s，均值約為1.0 m/s，風速并不是很大，滿足人們的舒適性要求。

利用上述所示模型分析迎風側的風壓值，從而得到迎風側風壓BIM 模型。其中，大于0 為正風壓，小于0為負風壓。由迎風側風壓BIM 模型可知，處于最不利情況時，大多數(shù)建筑的風壓為-2 ～-1 kPa，占比約為80%，-1 ～2 kPa 的風壓占比約為20%，正負風壓均不是很大，在相關規(guī)定范圍內(nèi)。

2.2 建筑室外光照環(huán)境的數(shù)值模擬

綠色建筑設計時，還應模擬室外光照環(huán)境，以保證室外光線合理照射到室內(nèi)，既要確保室內(nèi)光線充足，又要避免光照過強影響人們的生活與工作[2]。光照環(huán)境模擬過程中，采用Radiance 和Ecotect 軟件。運算過程中，需要根據(jù)工程具體情況，分別設置各種計算參數(shù)，如表3 所示。另外，室外自然光設計照度值為13500 lx，光氣候系數(shù)為1.1，地下空間平均采光系數(shù)不小于0.5。

表3 光照環(huán)境參數(shù)設置表

以表3 為依據(jù)，選擇SY3 商業(yè)樓為具體分析對象，利用Radiance 和Ecotect 軟件對光照環(huán)境進行模擬分析，從而得到相應結果。由分析結果可知，該區(qū)域的采光系數(shù)（Daylight Factor，DF）均值約為3.58%。其中建筑一層整體采光性能良好，商鋪與大廳都符合Ⅲ級采光標準；在其他樓層，由于辦公室有墻體阻隔，加之空間較大，采光效果并不是很好，而其他區(qū)域則具有良好的采光效果，基本符合Ⅲ級采光標準[3]。

3 基于BIM 技術的綠色建筑性能方案優(yōu)化

3.1 方案設計

在建筑性能分析的基礎上不斷優(yōu)化設計方案，以提升建筑的綠色環(huán)保性，使建筑工程在實際中可以體現(xiàn)出更高的環(huán)保價值[4]。為此，本文選擇窗墻比為主要指標，對不同窗墻比時的建筑能耗水平進行模擬分析。針對模擬分析要求，共設計了5 種窗墻比方案，分別為0.20、0.25、0.30、0.40與0.50。

3.2 結果分析

通過對5 種方案的模擬分析，可以得到如表4 所示結果。由表4 可知：第1，隨著建筑窗墻比的提高，建筑內(nèi)部所需的熱量逐漸增加，因此采暖與熱水的能耗量逐漸提升。窗墻比為0.2 時，能耗量僅有154.27 kW·h，而0.50 時能耗量則提升至172.36kW·h，提升率將近12%。第2，窗墻比提高后，空調(diào)系統(tǒng)制冷的能耗量也在逐漸增加。窗墻比為0.2 時，能耗量為1683.66 kW·h，而0.50 時能耗量則提升至1824.06 kW·h，提升率約為8.34%。第3，窗墻比提高后，通風的能耗量顯著提升。窗墻比為0.2 時，能耗量約為1747.89 kW·h，而0.50 時能耗量則提升至1802.16 kW·h，提升率約為3.10%。第4，而在照明能耗方面，則呈逐漸下降的趨勢。窗墻比為0.2時，能耗量為686.66 kW·h，0.50 時能耗量下降至576.95 kW·h，下降率將近16.0%。第5，在辦公設備能耗方面，各種窗墻比條件下無變化，均保持在712.00 kW·h。從整體角度來說，單位面積能耗量與窗墻比呈正相關關系，窗墻比越大，建筑能耗量越高。但需要注意的是，若建筑窗墻比過大，可能影響建筑結構的穩(wěn)定性[5]。由此可知，實際工程中將窗墻比設置成0.30為最佳。

表4 不同窗墻比條件下建筑能耗水平

3.3 BIM分析與傳統(tǒng)分析方式的對比

相對于傳統(tǒng)綠色建筑分析方法，BIM 分析法具有諸多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下2 個方面：

一方面，分析結果更加精確。傳統(tǒng)方法對綠色建筑進行分析時，需要由工作人員將相關數(shù)據(jù)錄入分析軟件，不僅效率低，而且如果人員錄入信息不準確，還會導致分析結果出現(xiàn)較大的偏差，不利于綠色建筑的分析與后續(xù)建設。采用BIM 分析法后，可自動將綠色建筑信息導入BIM 分析軟件，由軟件自動分析，避免因人員錄入錯誤而影響分析結果的準確性。另一方面，成果可視化。傳統(tǒng)分析方法得到的成果以二維圖紙為主，直觀性差，不利于工作人員的觀察與了解。而BIM 可繪制全面的三維模型，使得分析成果更加直觀，相關工作人員通過三維模型的觀察即可準確了解綠色建筑的具體情況，為綠色建筑建設打下堅實基礎。

4 結語

本文以BIM 技術為依托，對綠色建筑性能進行分析，并提出相應的優(yōu)化方案。通過分析可知，某工程原設計方案良好，風環(huán)境與光環(huán)境均符合要求。為了進一步提升建筑的節(jié)能性，應將建筑窗墻比設為0.3，確保建筑結構具有較強穩(wěn)定性的同時，降低建筑能耗。