石磊  郄崇霄  韩智华  徐阳

中国建筑设计院有限公司BIM设计研究中心

1.基于BIM 技术的绿色设计内容定义

基于BIM技术的绿色设计，即建筑设计工作基于建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），结合当地气候条件，强调从设计初始阶段便依靠设计、评估的决策循环迭代流程，进行建筑效能分析（Building Performance Analysis，BPA），来产生符合环境效益的最佳设计方案，最终达到追求环境可持续发展的目的。（如图1所示）

2. 基于BIM 技术的绿色设计实施体系

2.1 基于BIM技术的绿色设计实施步骤

绿色设计强调整个建筑生命周期中，在建造和使用流程上保护环境和提高资源使用效率。BIM可持续设计与绿色设计目标关注点相同，结合BIM技术进行绿色设计的系统性实施步骤如下：①界定基于BIM技术的绿色设计范围；②目标设定；③气象资料获取；④BIM性能化模拟；⑤方案优化。（如图2所示）

图2-1 基于BIM技术的绿色设计实施步骤

2.2 基于BIM技术的绿色设计实施方法

基于BIM技术的绿色设计的实施方法为：将BIM技术引入绿色设计，BIM信息模型可以高效与各类仿真模拟软件实现数据链接，对建筑的声、光、热、风环境以及建筑能耗进行模拟仿真，验证建筑物理性能的合理性，从而快速校验设计方案是否达标绿色设计目的、是否满足绿色建筑评价标准的相关要求。

2.2.1 风环境仿真模拟分析

风环境模拟利用计算流体力学（CFD）技术实现对建筑内外气流场进行计算分析。目前，CFD仿真模拟软件常用的有Autodesk Simulation CFD、PHOENICS、ANSYS Fluent等。

（1）基于BIM技术的室外风环境性能化模拟案例

CFD仿真模拟软件通过对模型设定边界条件等操作后，对建筑室内外气流运动的趋势进行计算，利用模拟生成的气流矢量图、迹线图、压力图等，分析建筑内部或者外部空间的气流密度分布、气流主导方向、微粒随气流扩散、模型表面压力分布等情况，从而指导项目的整体规划设计，改善建筑物群组关系、优化建筑造型细节等，提高建筑群组的风环境质量，有效减少城市急流等城市风害，并为绿色建筑有关风环境舒适性的评估提供依据。（如图2-2所示）

（2）基于BIM技术的室内风环境性能化模拟案例

建筑内部自然通风方式、机械通风的气流组织是否合理等问题，也可利用CFD模拟软件进行分析。模拟建筑在外窗全部开启的情况下，其室内通过自然风压形成的室内气体流动，对其建筑室内的自然通风状况进行预测，为建筑功能布局、窗口位置提供合理化建议，并为内部通风系统提供节能策略。此外，通过确定风口布置、风口形式以及风量等设计参数设定模型计算参数，对室内机械通风的气流组织情况进行分析，根据气流流向、流速、流量分布等数据，分析通风空调方案的合理性及方案优化比选。（如图2-3所示）

图2-3 室内自然通风情况分析

在高大空间或对风速要求较高房间的空调设计方面，CFD仿真模拟显得更为重要。通过对其内部温度场、矢量场、压力场等进行研究，保证人员活动区域温湿度、风速满足设计要求，避免产生直吹感或通风死角等。同时，可通过CFD仿真技术进行通风空调方案的优化比选，在保证方案合理性的同时实现节能设计，并为人员营造一个健康舒适的室内环境。（如图2-4所示）

2.2.2 光学仿真模拟分析

光学仿真模拟一般涉及建筑物的自然采光、人工照明等仿真模拟分析。目前常用的模拟软件有Autodesk Ecotect Analysis、Dialux、Radiance等。

（1）基于BIM技术的建筑室内采光性能化模拟案例

利用光环境仿真模拟可得出建筑空间内部的采光系数分布图，直观的结果可确定建筑物的开窗形式及窗口尺寸、比例是否合理，并为自然采光提供优化措施，最大限度地利用自然光，减少人工照明的同时保证室内照度分布的均匀性，从而营造良好的室内光环境。配合灯具性能的参数设定，优化人工照明设计方案，合理布置灯具，减少眩光等有害光照。（如图2-5所示）

2.2.3 热能仿真模拟分析

热仿真模拟分析主要包括日照分析、室内热环境分析、热岛强度分析等。常用软件有Autodesk Ecotect Analysis、清华日照分析软件、ANSYS Fluent等。

（1）基于BIM技术的日照分析性能化模拟案例

日照分析主要研究建筑群组之间相互遮挡和影响的关系。通过仿真模拟，得出建筑群中各建筑单体全年时间内任意时间的全天日照总时数，生成日照时间分布图，用于确定建筑物布局、确定建筑物之间合理间距，在不产生不合理遮挡的前提下最大限度地节省土地。（如图2-6所示）

图2-6  建筑全天日照模拟

（2）基于BIM技术的热能环境性能化模拟案例

室内热环境分析主要研究太阳辐射、围护结构传热传湿、人为释热等因素对室内热环境的影响。通过仿真模拟，得出室内温度场、矢量场等结果，用于确定建筑遮阳方式、建筑保温材料与保温形式、验证室内通风空调方案的合理性等。也可以用来模拟建筑群夏季典型日不同时刻的室外平均温度与来流温度，从而计算建筑群的平均热岛强度。（如图2-7所示）

2.2.4 声学仿真模拟分析

室外声环境（噪音）仿真模拟分析主要模拟软件包括Cadna/A、SoundPLAN等。室内声环境仿真模拟分析主要模拟软件有Raynoise、Virtual Lab等。

（1）基于BIM技术的室外声环境性能化模拟案例

通过在建筑群组受周边交通道路、人群嘈杂等影响下模拟建筑表面及内部的噪声分布，通过噪音等声线图、声强线图等模拟结果可为建筑物布局、道路规划的合理性、隔声屏障设置等提供科学的技术分析依据，得出建筑周边噪声分布情况、优化围护结构隔声设计等。（如图2-8所示）

（2）基于BIM技术的室内声环境性能化模拟案例

对声音品质要求较高的工程项目（如剧院、演播厅、音乐厅等），需要对建筑室内音效和音质进行精确的计算，通过声仿真模拟软件得出的室内等声线云图、声强分布图，混响时间测算数据等，确定方案的合理性以及优化其外部几何形体、内部空间布局及高度、看台设计等。（如图2-9所示）

图2-9  室内场模拟计算等值线分布

2.2.5 能耗仿真模拟分析

基于BIM技术仿真模拟分析建筑能耗，特指建筑的运行能耗，即人们日常用能，如采暖、空调、照明、炊事、洗衣等的能耗。能耗仿真软件主要有Energy Plus、Design Builder等。基于BIM技术的建筑能耗性能化模拟案例如图2-10、图2-11所示。

3. 基于BIM技术的绿色设计评估体系

为了客观全面规范绿色建筑的设计、施工和运维管理，世界各国相继推出了适合本国国情的绿色建筑评价标准体系，如我国《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）。《绿色建筑评价标准》基于客观的评价指标和原则，在执行过程中，由设计单位按照要求展开设计，由申报单位按照要求汇总整理资料进行申报，由评审单位根据项目申报材料展开评审活动。

BIM技术在绿色建筑评价体系中也扮演着举足轻重的作用，我国《绿色建筑评价标准》中分门别类详细制定了对于绿色建筑的量化要求，其中的大部分指标计算、资料汇总、统计、模拟数据输入与输出等条文要求，理论上均可以通过提取BIM模型设计信息（统计、计算或借助分析软件模拟）取得（如图3-1所示）。不难看出，BIM信息模型数据结构与《绿色建筑评价标准》量化判定条文建立数据链接关系，即判定条文自然语言转化为数字判定语言，就可以实现绿色建筑数字化评估。

建立基于BIM技术的绿色建筑评估关键在于BIM信息模型数据结构与《绿色建筑评价标准》量化判定条文建立数据链接关系，根据《绿色建筑评价标准》各条文要求与BIM信息关联性，BIM链接数据主要分为两类：

（1）BIM设计模型非几何信息（数据链接类型1）：在BIM模型搭建完成后，通过非几何信息统计功能判定是否达到绿色建筑评价相应条文的要求。

例如，《绿色建筑评价标准》节材与材料资源利用条文要求统计建筑耗用混凝土、钢结构、可再生、可再利用材料、可再循环材料各自占总量比值。这些材料属性信息在BIM信息模型中是以属性参数（族参数、共享参数）定义录入的，方便建筑生命周期后期的采购发包与预估算统计使用，同时也成为绿色建筑评价的量化标准。

（2）BIM设计模型几何信息（数据链接类型2）：借助第三方模拟分析软件，进行专项计算分析，根据模拟分析的结果判定是否满足绿色建筑相关条文的要求。

《绿色建筑评价标准》规定的量化指标中，有些条文判定不能从BIM技术体系下的信息直接得到。这个过程通常分为2种情况：

◎将BIM模型中的数据信息作数学运算，如为了计算节地与室外环境控制项中的人均居住用地指标，需要在BIM模型中测量得到面积数据和计划人口数量；

◎将BIM信息模型整体或部分导入其他分析工具中进行多量的复杂模拟计算，如计算住宅建筑的室外日平均热岛强度等。

通过梳理，在《绿色建筑评价标准-住宅建筑》中，有13条目可以采用BIM信息链接途径实现，其中，归属数据链接类型1的共6条，归属数据链接类型2的共7条。在《绿色建筑评价标准-公共建筑》中，有15条目可以采用BIM信息链接途径实现，其中，归属数据链接类型1的共7条，归属数据链接类型2的共8条，如表3-1、表3-2所示。

表 3-2 《绿色建筑评价标准-公共建筑》条文和BIM信息链接实施途径一览表

根据上述分析，将《绿色建筑评价标准》相关条文要求与BIM模型集成数据关联链接，建立集成数据BIM数据信息的《绿色建筑评价标准》量化评分表（如表3-3、表3-4所示），评分表数据与BIM模型数据信息保持数据传递唯一性，量化评分在绿色星级评分栏给予最直接的评价反映，包括绿色星级、绿色星级评分、绿色评价子项评分与子项数。

根据表3-3、表3-4得出的BIM模型信息在绿色建筑评价指标应用分析，其中，公共建筑的控制项相较住宅建筑控制项更为容易从BIM模型信息中获取。无论是公共建筑还是住宅建筑，其一般项指标在BIM信息模型中的对应率都比较高。

BIM 框架下的绿色建筑评价具有良好的应用价值：可简化绿色建筑设计、申报及评审流程，有效提高工作效率。但是，并非所有的绿色设计数据及评估指标都可以借由BIM 模型获取，随着未来国家对于绿色指标的限定也将进一步细化（数字量化），《绿色建筑评价标准》的数字化评估将会实现。

表 3-3 基于BIM信息链接的《绿色建筑评价标准-公共建筑》判定表

附注：判定表已勾选项为《绿色建筑评价标准-公共建筑》条文和BIM信息链接项，可依据BIM信息数据判定。

表 3-4 基于BIM信息链接的《绿色建筑评价标准-住宅建筑》判定表

附注：判定表已勾选项为《绿色建筑评价标准-住宅建筑》条文和BIM信息链接项，可依据BIM信息数据判定。

4. 结语

基于BIM信息技术的绿色建筑设计必将成为建筑设计的常态和主流。相信随着BIM信息化及各类绿色设计技术软件的进一步完善，以BIM可持续设计技术为核心的绿色建筑设计会获得更加广泛而深入的推广与普及。