潘和平,詹 青

(安徽建筑大学 经济与管理学院，安徽 合肥 230601)

随着人们对于高品质生活的追求，绿色建筑成为时下兴起之秀。于是对于到底什么是绿色建筑，怎么样才能算得上是“绿色”建筑呢，一些专家学者都对此进行了探索，但是将BIM 技术与绿色建筑环境评价结合起来的研究相对较少。BIM技术在国内的建筑行业发展非常迅速，普遍应用BIM技术带来的效益也是巨大的。以BIM 技术的视角重新审视绿色建筑环境评价分析这个方向空间大，无论在理论研究上还是实际应用中都有重要的价值。因此，绿色建筑环境这个方向有着光明的前景和发展前途，引起广大专家学者的关注与重视。

1 绿色建筑与BIM技术的基础研究

1.1 绿色建筑的定义及发展趋势

人们常把绿色和自然、清新、舒适、环保、宁静联系起来。对于绿色建筑而言，由于受到各地区经济发展水平、社会文化水平以及建筑的各种使用功能不同的影响，不同地区对绿色建筑的理解都是不相同的。从本质上讲绿色建筑比传统建筑对环境产生的影响要小，在整个项目生命周期内要按照绿色的含义去立项、设计、施工，这意味着评定一个建筑是否满足绿色建筑的标准不是唯一的，也不是固定不变的，一定是根据不同建筑所处的不同环境做一个相对整体的考察，并且考虑能源资源的消耗以及节能，绿色建筑绝对不是一个孤立的存在，必须依附于其他事物，与其周边的事物有着密切的联系[1]。

目前，亚洲在绿色建筑领域发展非常快，但是和欧洲国家相比，仍然有差距。根据调查的数据分析得到，在亚太地区，涉及到绿色建筑的企业在未来几年内还将会有一个大幅度的提升，当然这个市场潜在发展空间是很大的，所以很多企业在这个过程中也会获得良好的业绩和利润加成[2]。在未来几年内，为了向绿色建筑市场靠拢，使绿色建筑逐渐成为市场大环境下的一个大趋势，同时也在绿色建筑上投入了一些绿色产品，绿色建筑是对资源合理利用且可持续发展的节能建筑，在当下随处可见的太阳能资源就是一个很好的例子。

1.2 BIM技术在绿色建筑中的应用

绿色建筑的发展同时也伴随一些技术的提升，BIM技术对于绿色建筑的发展是必不可少的，同时是相辅相成的。随着BIM技术的兴起，其可贯穿整个项目生命周期，从前期立项、设计、策划到后期的运营管理，BIM技术无一不融入各个项目，特别是在一些复杂工程或者是对工程质量和工期要求比较严格的时候，更是少不了BIM技术。对于风、声、光照这些抽象的东西该怎么处理呢，这就不免是个难题了，但是BIM刚好可以解决这个燃眉之急。可以利用以BIM为基础的一些专业软件模拟出建筑物所处的环境，包括风环境模拟、声环境模拟以及光环境模拟等。从模拟出的结果，就可以很直观地得出该建筑到底适不适合宜居，能不能实现“绿色”生活。

风环境模拟是室外自然风模拟和室内自然通风模拟，主要用的软件是VENT 。在进行室外模拟的时候，我们要保证风速的大小能够在人体的舒适范围内，在测得得风速偏大时，我们可以采取一些方法去改进，比如调整建筑物布局，载种树木或者设置挡风板等。在进行室内模拟的时候，要考虑开窗的大小，研究室内的空气流通状态，保证室内换气次数能满足人体舒适度要求。

声环境模拟就是要研究周边噪声对建筑物的影响，用到的软件是CADNA/A。要特别考虑的是建筑材料的选取，不仅要达到环保条件，还有对于声音的隔断也是很重要的。现代人因为白天忙忙碌碌的工作再加上不规律的作息，经常会出现神经衰弱的情况，甚至是出现一点点声响都会难以入眠，所以在夜晚的时候一个安静的休息环境显得格外的重要。

光环境模拟是对于自然采光进行模拟分析，一般会用两个指标去进行考察，分别是采光系数和室内天然光照强度，用到的软件是ECOTECT。除此之外，也有一些特殊的情况要特殊对待，除了要考虑以上的两个指标外，还要再增加一个采光均匀度。

对于BIM技术的这3个模拟技术来说，分别在空气、噪音、光照3个方面起着重要的作用，恰恰这3个方面是生活中很重要的，对人们的生活有着巨大的影响。所以，BIM技术中的风声光环境模拟技术对于绿色建筑的设计有着很重要的作用，提供了很大的帮助，可以通过此技术尽可能让建筑达到这3个方面的最好舒适度，推动绿色建筑的发展，提供更好的舒适环境。

2 BIM技术下绿色建筑环境分析

2.1 绿色建筑的环境评价体系

2.1.1 评价指标的选取原则

对于光环境、声环境、风环境的最终评价分析结果而言，可以通过以BIM为基础的专业软件来模拟得到，但是影响环境质量的因素很多，在选取评价指标的时候应遵循一些准则：

(1)代表性原则。顾名思义，代表性指的是评价指标中最具有说服力和最可靠的一个指标，可以代表大部分指标，它是可以代表基本指标的情况，它可以真正反映出环境的质量。

(2)可比性原则。很明显这个原则是需要去比较的，是有可比性的，在不同的方面进行比较。这个原则包括两个维度的比较，即横向的比较和纵向的比较，在选择指标的时候，要对不同城市类似建筑比较，同时也要对同类城市不同的建筑进行比较。

(3)独立性原则。每个评价指标考察某一个针对的问题，最好不要相互干扰，每个指标能独立实施。保证指标的独立性，可以更加公平的去考察问题，也对前面的可比性原则有着更好的保障。

2.1.2 评价指标的选取方法

选取的指标主要涉及三个维度，采用主分量分析法去研究光、声、风，在指标选取的时候除了要遵循以上的选取原则外，还有一个必须要遵循的条件，即必须要满足国家标准，主要参照以下这几个标准：GB50033-2013《建筑采光设计标准》、GB/T12454-2008《视觉环境评价方法》、GB3096-2008《中华人民共和国国家标准——声 环境质量标准》和GB/T50785-2012《民用建筑室内热湿环境评价标准》[6]。针对以上的维度对评价指标进行层层考量,必要时候向从事环境监测的工作人员以及有经验的室内装修人员咨询室内环境质量方面的意见，然后将最终筛选出来的指标划分等级进行分类。在这个过程中，要提到一种分析法，即主分量分析法，这是一种常见的、普遍的统计方法。所谓主分量分析法就是当能获得的样本的信息非常少的时候，首先采取少中选优，即在这些少量的信息中挑选出最具有代表性的信息，其次将具有代表性的信息进行整理分析，探讨如何得出这些指标的权重，最终以主成分作为决策分析的综合指标值。

3 BIM技术下的绿色建筑在实际工程中的应用

3.1 项目简介及BIM软件的应用

3.1.1 项目简介

合肥市经济开发区紫云路安徽建筑大学体育馆，位于南校区西北角，主要由西侧两层、中间连接大厅以及东侧体育馆3大部分组成，其中西侧一层为乒乓球场馆以及舞蹈室，二层为羽毛球场馆；东侧又可分为篮球馆和4层的办公楼，中部为连接大厅，可通过楼梯到达羽毛球馆以及篮球场看台。总建筑面积10 035 m2。

体育馆的主体结构采用钢筋混凝土框架结构，总建筑高度为22.7 m，体育馆主要功能是作为教学训练场地，除此之外，有时候也可作为训练、比赛、演出等的临时场地。

3.1.2 BIM基础下绿色建筑的建模

到底应该如何进行绿色建筑环境分析？首先将已有的体育馆的图纸导入BIM相关软件，开始Revit建模过程，接着在BIM里面进行一些有效地修改并将最后的模型导入到Ecotect软件中进行绿色建筑分析。Revit建模过程主要包括建筑结构和机电管线两部分，但是这里面涉及的专业很多，因此BIM模型的建立需要多个专业相互协调配合共同完成[7]。建模的过程如图1所示。

图1 建模过程

这个体育馆施工的难点在于它的外立面是不规则的，通过二维设计技术达不到上述模型的效果，如果我们想要达到和设计图上一样的效果，需要引入BIM技术去弥补二维设计的不足，充分利用BIM技术的优势，不但可以解决这一问题，而且可以近乎完美得达到设计图中最好的效果。

图2 BIM模型

3.2 绿色建筑环境分析

3.2.1 室外风环境模拟

(1)参照依据

采用斯维尔Vent2014软件模拟建筑室外风环境的数值。根据最新颁布的《绿色建筑评价标准》和《绿色建筑设计标准》，以及《建筑通风效果测试与评价标准》[8]，在这些标准里面我们主要要参照这几个标准，分别是风速、风压、模拟评价。

(2)夏季工况模拟

设定风向为NE，风速为2.39 m/s，人行高度处的风速基本都处于合理的范围之内，弱风区较少，非常适合行人在户外进行活动。在夏季主导风向下，除第一排迎风建筑外，本案项目前后压差小于5 Pa，有利于自然风的利用以改善室内热环境。

(3)冬季工况模拟

设定风向为S，风速为2.9 m/s，环境对于模拟结果有着较大的影响，季节不同，风速的大小，都会有一定的影响，那么如何去改善或者解决这些问题呢？在进行模拟的时候要尤其考虑这种室外风主导的时候，可以采取一些措施去改善这个问题，比如可以调节周边建筑之间的间距去改善该区域内的风力。经模拟最终得出，人行高度处的风速基本都处于0.34 m/s～2.09 m/s之间，风速系数大约为1.54，符合舒适要求。

(4)过渡季工况模拟

设定风向为E，风速为2.74 m/s，在模拟的时候过渡季、夏季工况下场地内人活动区不出现涡旋或无风区，整体一般身高标准范围内的人体高度所处风速都处于合理的范围之内，风速分布在0.30 m/s～1.70 m/s之间，符合《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2014标准要求。

3.2.2 室内自然采光模拟分析

(1)参照依据

在模拟的时候参考国家最新颁布的关于绿色建筑的评价标准以及建筑采光设计的标准，建筑总平面图、建筑设计图纸等图纸资料，其他相关资料。主要功能房间采光系数情况如表1所示。

表1 主要功能房间采光系数达标情况

(2)模拟结果

在进行采光模拟的时候选取的是最不利的楼层，即第一层。一层室内自然采光系数分布云图如图3所示。

图3 一层室内自然采光系数分布云图

由上面计算可知该体育馆采光系数达标率为90%，满足规范要求。

3.2.3 室外声环境模拟

项目内的主要噪声因素包括：周边道路、配电系统。

体育馆外的操场北临紫蓬路，东接校园主干道，沿体育馆四周布置环道，主入口位于体育馆东侧，南侧考虑室外停车场。

声模拟采用Cadna/A软件，根据周边道路等主要噪声情况进行预设，参照最新城市道路规范中的城市主、次干路的速度[9]。通过计算机反复模拟和校正，最终确定一个最接近项目建成后的噪声环境。

(1)计算原理

对于室外声环境模拟，需要知道的是建筑物附近的情况，所以常用的方法是采用标准模型去求解，即k-ε模型。在模拟分析过程中还会应用到多种方程，这些方程在模拟分析的过程中都发挥着不同的作用，会涉及到连续性、能量和动量等。但是在使用的时候更倾向于通用方程：

(1)

式中：φ在不同的情境中代表着不同的含义，比如速度、湍流动能、湍流耗散率、温度，具体含义要根据具体情况来定。

(2)昼间模拟结果

昼间整体、局部平面噪声分布图如图4、图5所示。由昼间声环境模拟的结果分析来看，体育馆场地内的噪声来源主要是附近道路的车辆。噪声最大值达到了52 dB。

图4 整体平面噪声分布图 图5 局部平面噪声分布图

(3)夜间模拟结果

夜间整体、局部平面噪声分布图如图6、图7所示。由模拟结果可知：夜间最大值为33 dB，噪声环境良好。模拟分析结果满足国家最新颁布的关于声环境质量的相关要求。即：满足昼间噪声不大于55 dB、夜间不大于45 dB。

图6 整体平面噪声分布图 图7 局部平面噪声分布图

3.2.4 室内自然通风环境模拟

(1)参照依据

依据CFD基本求解原理和流程通过斯维尔Vent2014软件进行室内通风模拟，参照国家最新颁布的关于绿色建筑的评价标准和建筑通风效果测试与评价的标准，即《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2014对室内通风的要求和《建筑通风效果测试与评价标准》JGJ/T309-2013标准对于模拟评价的要求[10]。

表2 换气次数与面积比例

有很大一部分的面积开口设置在迎风处，因此体育馆内的80%房间都可以通过迎风处的进风口形成有效气流，使得体育馆内保持新鲜空气流通，且流动的空气更不易滋生细菌，营造更为舒适的环境；相对迎风处，背风处局部区域的风速较小。由模拟结果可知，体育馆内频繁使用的房间通风状况良好，同时由表2和公式(1)推导可知体育馆配套公建换气次数比例为89.51%，综合来说满足人体的舒适要求，提供了舒适的环境。

4 结 语

从BIM 技术的视角重新审视绿色建筑，对如今绿色建筑发展的现状与存在的相关问题进行探讨。绿色建筑作为现代建筑的一个潮流趋势，有了BIM技术参与的绿色建筑会越来越发挥它的真正功能，实现真正的“绿色”，实现人们宜居家园的目标。从绿色建筑的定义入手，到将BIM技术引入绿色建筑，这一个过程虽然是短短数语，但是其中的复杂必须深入其中才可知。在这个过程中，对于BIM模型的构建，对于评价指标的选取原则和方法，以及后期对于各种环境的模拟都是一个连贯的、相互影响的过程。有了BIM技术介入的绿色建筑，使得一些抽象的东西变成以指标的形式具体化，有利于不断完善不足和提出新的绿色理念，为人们的良好生活居住环境有着重要的意义，从而让人们居住在更加舒适的环境。