面向可持续设计的建筑信息模型(组图)

-1-AutodeskBIM:面向可持续设计的建筑信息模型（组图）2008-10-22过去二十多年中，信息技术彻底变革了电影和音乐、飞机和烤箱、机械和娱乐设施的设计和生产方式。其中最有代表性的就是设计软件的应用让制造类产品的设计有了长足的进步。这些软件可以设计并分析部件的各种特性，从物理和操作特性，到热行为和制造要求。采用数字样机制造的产品不仅功能更加强大，制造成本也大大降低，而且外形更加时尚。建筑师和工程师现在正在使用相似的工具来设计建筑。其中最完善的一些工具可以对更广泛的特性提供持续、即时的反馈，功能远远优于传统的设计工具。借助这些工具，可轻松获得材料数量和特性、能源性能、照明质量、场地干扰以及新施工项目和翻新项目之间的假设比较等各类信息。这种建筑设计方法与使用传统CAD软件存在巨大差别，因此行业为它起了一个新名称：建筑信息模型（BIM）。在建筑的发展中交织着环保问题和日益攀升的能耗成本问题，建筑设计出现了一个日益壮大的领域——可持续设计，即在设计、施工和运营建筑时尽可能地减少环境影响的做法。绿色建筑对于大多人而言，建筑所造成的环境影响令人震惊：在美国，商用和住宅建筑消耗了近40%的总能源、70%的电力、40%的原材料和12%的淡水。它们排放出30%的温室气体，并产生1.36亿吨重的施工和拆毁废料（约2.8磅/人/天）。可持续设计旨在通过使用环保型的设计和施工做法来缓解建筑带来的负面影响。可持续设计的目标是建造“环保、可盈利、适合生活和工作”的绿色建筑。可持续设计并非全新概念。例如，纽约市的洛克斐勒中心建造于20世纪30年代，便应用了我们今天称之为“绿色”的设计元素——屋顶花园和可操控窗户。而70年代的能源危机和新兴的环保运动真正促成了环保设计的新纪元。可持续设计标准随着关注重心从太阳能加热向整体绿色设计方式的转变，资源保护工作和可持续设计在八九十年代开始壮大发展。1993年，北美建筑行业的一些领导者成立了一个全国性的可持续设计组织—美国绿色建筑协会（USGBC）。今天该组织引导着自发性认证体系LEED（LeadershipinEnergyandEnvironmentalDesign）绿色建筑评级系统的发展方向，该评级系统被广泛接纳-2-为美国国家可持续设计标准。LEED评级系统根据下列5个领域的指定绿色建筑标准进行评分：场地设计、市内环境质量以及能源、材料和淡水的使用效率。LEED标准在美国全国范围内被联邦机构、州和地方政府以及热心的私营公司作为可持续设计的指导原则。较高的LEED评分（理论上最高评分为69）是对绿色建筑设计的认可，获得此类评分的项目可以从州政府和地方政府、甚至是一些致力于推广可持续设计的私人组织获得经济奖励和政策优惠。在全球范围内，也出现了一些相似标准。加拿大已经加入LEED项目，多个欧洲国家拥有自己的绿色评估项目，包括英国的BREEAM®（建筑研究环境评估方法）、荷兰的Eco-Quantum和瑞士的ecoinvent生命周期分析方法。图1LEED认证得到各类建筑业主的推崇。（资料来源：USGBC，2004年9月）非营利性组织19%，私营企业25%，地方政府24%，州政府13%，联邦政府10%，其它9%。绿色成绩单尽管今天大多数建筑项目在设计和建造过程中很少考虑环境问题，但不可否认，最近建筑行业对可持续设计的兴趣日渐浓厚。USGBC报告显示，2002年和2003年间的LEED认证项目数量翻了一番。一份2003年的建筑行业调查则显示，有近一半的受调查公司至少在一个项目中应用了绿色建筑原则。那可持续设计的成本如何？不同的建筑项目类型和所选“环保”设计方法将决定建筑的施工和运行成本显著减少或增加。长期生命周期评估无疑能证明建筑的完美性能，但在当今竞争激烈的经济环境中，建筑开发商和业主非常看重设计和建筑成本所带来的经济效益。设计流程将需要更多资源，因为很多在设计后期才涉及的设计和分析任务现在需要在设计早期完成，以便完成各项可持续设计评估，而且之前不曾涉及的一些任务也被添加到了流程中（例如采光分析现在成了例行步骤），成本分析会因此变得更加复杂。BIM拥有专业技术的支持，可以在标准设计流程中以副产品的形式生成可用于可持续设计、分析和认证的信息，从而显著降低设计成本。-3-什么是BIM?建筑信息模型是一种创新的建筑设计、施工和管理方法，由欧特克在2002年提出。其主要特点是可以持续、即时地提供高质、一致、可靠的项目设计规模、进程和成本信息。支持BIM的技术很多，但AutodeskRevit是专为BIM而开发的软件和解决方式，可为BIM提供最大优势。因为它基于参数化建筑模型技术，该技术使用关系数据库和行为模型来动态地捕捉和表现建筑信息。就像电子表格是专门用来处理数据的工具一样，基于参数化建筑建模技术的软件是一款专门用来设计建筑的工具。和电子表格相同，参数化建筑建模器中的任意一处变更都将即时反映到所有位置，模型将自动全面更新，无需用户干预。BIM与可持续设计但是目前许多数字建筑模型都不包含可持续建筑设计的建筑模块，因此不能为建筑性能分析和评估提供足够信息。而传统的物理模型和工程图根据CAD或对象CAD解决方案中的图形来评估建筑性能，这需要大量的人员干预和解释说明，导致分析时间和/或成本显著增加。Revit参数化建筑建模器用一个包含关联信息的综合数据库来表示建筑。它不是以图形来描述设计，而是在项目设计推进过程中捕捉支持设计分析所需的大量数据。Revit建筑信息模型已经转变了业内人士对于如何在建筑设计、施工和管理中应用技术的认识。因此，Revit非常适合用来解决可持续设计专业人士日常工作中的问题，而且今后还将具备新的建筑设计功能，例如全面的能耗和生命周期成本计算功能，从而方便建筑的评估和优化。许多LEED评估机构都要求建筑公司提交申请项目的工程图。尽管大多数此类工程图可以使用传统CAD软件来创建，但Revit可以在创建建筑信息模型的过程中生成工程图，因此更加高效。而且该软件采用了参数化变更技术，可以随时协调变更并确保一致性。Revit模型包含着许多其它可持续设计和/或LEED认证所需的信息。例如，用户可以模型中直接获得建筑组件明细表，从而确定材料重复使用或回收利用的比例。他们还可以在模型中分析和跟踪各种可持续性设计选项。用户可以使用先进的可视化方法来说服持怀疑态度的客户，向其证明绿色设计不仅美观而且性能更高。设计优化在任何设计流程中，建筑团队都需要跟踪各类设计选项，直到拥有足够信息来做出选择。例如，用户需要用更详细的图纸来跟踪表达一个开放式办公室方案-4-中的采光信息和视图，从而确保图档满足法规和环保要求。这两个选项可在随后用于执行更详细的日光设计分析。AutodeskRevit建筑信息模型可以优化设计，建筑师可以利用一个模型同时开发并分析多个设计备选方案（绿色或非绿色）。设计选项可以根据可视化、量化和假设分析需要开启/关闭，还可以长时间保存（甚至可以持续到设计流程的后期），并在制定关键设计决策时融入、放弃或归档。这样，用户可以轻松检查不同级别LEED认证（或实现同一级别认证的不同方法）对应的各种可持续设计选项的假设分析，并将这些信息完整地保存在Revit建筑信息模型中，从而长时间保存优秀创意，随时供评估之用。设计优化案例分析：SkyscraperDigitalSkyscraperDigital成立于1992年，是一家专门致力于为各种客户提供三维技术和服务，从而提高客户工作效率的公司。现在，Skyscraper的独特数字工具涉足各行各业，如公共机构、教育、企业、政府、休闲和娱乐等。Skyscraper最近承接的一个项目是负责修缮一个位于北卡罗来纳州夏洛特市的14层大楼，该大楼是一家大型金融公司的总部。为了支持采光分析，Skyscraper为该项目开发了一系列设计选项，全都存储在建筑信息模型中。现在，Revit客户正在使用建筑信息模型从事各种可持续设计活动，包括设计优化、可视化、采光、能源分析、工程量计算和规范管理等等。SkyscraperDigital拥有4年的Revit建筑信息建模解决方案使用经验，并在最近的一个建筑修缮项目中广泛使用了模型中的设计选项特性。随着设计的逐步进展，Skyscraper可以利用处于活动状态的各种设计选项，在示意图、设计开发和施工图档阶段研究多种日光方案。通过在一个文件中包含多个设计选项，他们可以随着项目的推进在这些选项中灵活选择。例如，他们可以在早期简单的体量造型和更加精确、详细的解决方案之间进行切换，如图2所示。-5-图2SkyscraperDigital在这个建筑修缮项目中大量应用了设计优化。中央数据库可以确保Skyscraper的团队可不进行重复性工作，并在整个设计流程中做出明智决策。可视化从整个中世纪一直到文艺复兴，建筑大师使用实地、真实大小的模型（即实际构建的项目）来设计和建造他们的项目。数百年后，这些曾用来建造圣彼得大教堂和巴黎圣母院等建筑杰作的流程已演变成我们今天所熟知的设计/施工流程，建筑师从施工流程中脱离，使用二维工程图来表示和记录他们的设计。BIM使建筑师和工程师成为“数字化”建筑大师，他们可以在设计过程中，更重要的是在设计转化成高成本的砖块和灰泥（或者更多的是金属立筋和石膏板）之前，实时地查看建筑、建筑材料、建筑结构和建筑性能。同时，这种模型还可以极其高效地提供精确、可靠、完全关联的传统图档集。这便是AutodeskRevit建筑信息模型的优势所在，也往往是可持续设计成功的关键。建筑信息模型可以结合使用能源分析、采光分析等软件工具，从而量化绿色设计，而且三维可视化和漫游可以让设计团队和客户清晰观看更加环保的设计。一些设计专业人士认为BIM可以帮助他们更加游刃有余地控制整个建筑项目—这也许可以让建筑师更接近文艺复兴时期那些建筑大师们的境界。可视化案例研究：LittleDiversifiedArchitecturalConsultingLittleDiversifiedArchitecturalConsulting总部位于美国北卡罗来纳州夏洛特，办事处遍及美国各地，并通过纳入面向工作场所、零售和社区客户的可持续设计分析服务扩展了自己的核心设计服务。它们受北卡罗来纳州大学委托，将一座建于20世纪60年代的宿舍楼改造成现代化的高端学生宿舍，改善其内部舒适度和能源使用效率，更新和重整建筑的外观。该项目所面临的环保挑战是如何最大程度地减少光污染。使用外部灯光照亮夜空是不必要的，而且成本高昂，但是在北美以及其它国家和地区这种现象非常普遍—一方面是由于疏忽，一方面是由于缺乏时间和工具有效地加以管理。而且，有的业主认为这是“光污染”，而有的业主则将其视为“安全照明”。投资方要求要求使用LEED评级系统作为该修缮项目的指导方针，这也是北卡罗来纳州绿化州内建筑项目的试点项目。-6-图3LittleDiversifiedArchitecturalConsulting使用Revit创建的高质量图片来说明减少外部光污染设计的优势。Little的团队在该项目中应用了Revit系列产品，以可视的方式分析定制的照明装置对外观的影响，旨在减少光污染。他们还使用Revit开发了有效的光架设计，可以最大达程度将日光反射到10层宿舍通道一侧的窗户上。使用标准设计环境设计这些特殊功能可以使他们的决策流程变得更加高效、合理。采光采光就是使用自然光为建筑提供照明，这不仅可以提高人们的舒适度和工作效率，还可以大幅减少照明用电负荷，进而减少散热和能源负荷。成功的高性能可持续设计需要有效利用太阳能，并将其融入到建筑外观和主窗设计中。但是，有效采光并非易事，因为现有可精确分析采光特点的方法非常复杂。虽然，能够完成这种分析任务的电脑软件程序在很多年前就已经问世，但由于复杂繁琐的建筑设计信息输入问题，这些软件应用起来非常不方便。Revit改变了这种局面，它支持设计团队（而不是成本高昂的光效实验室）在标准设计环境中执行建模、测量和记录复杂的内部采光设计。采光案例研究：LittleDiversifiedArchitec