城市有機更新區的綠色建筑實踐
——中國建筑設計研究院?創新科研示范中心

和諧的生長于城市環境之中是綠色建筑的核心本質，而立足于區域環境模型的模擬分析是其中的一部分重要工作。中國院希望更多的利用BIM三維的優勢，以大量的剖軸側圖來傳遞信息，比如管綜圖、幕墻深化設計圖等，并探討以此改變國內二維出圖標準的可能性。

＞＞圖1 創新科研示范中心

＞＞圖2 日照反推的建筑形態

＞＞圖3 平臺管線綜合軸測圖

＞＞圖4 建筑構件可視化比較

＞＞圖5 平臺得熱分析

簡介

中國建筑設計研究院（CAG）是2000年4月由原建設部四家直屬的建設部設計院、中國建筑技術研究院、中國市政工程華北設計研究院和建設部城市建設研究院組建的大型骨干科技型中央企業，前身是創建于1952年的中央直屬設計公司，改革開放后是第一批進入國際建筑市場并較早獲得對外經營權的設計企業之一。2000年11月通過ISO9001國際質量體系認證。

中國建筑設計研究院（簡稱“中國院”）創新科研示范樓位于北京市西二至三環之間，屬于在城市有機更新區的建設項目。綜合考慮周邊城市環境，營造高品質的辦公場所是本項目的目標如圖1。

中國建筑設計研究院創新科研示范樓項目地上14層，地下4層，地上建筑面積約2.1萬平方米。綜合考慮周邊住宅等建筑的日照條件及面積最大化要求，通過日照反推形體形成建筑的基本形態如圖2。

根據中國院發展規劃要求，本項目將建成為一個高效的、節能的、智能控制的綠色建筑，并達到我國綠色建筑三星級標準，并在設計、施工、運營的建筑全生命周期采用BIM方式。

本項目工作方式為全專業BIM，且BIM團隊人員即設計人員，最大程度保證設計過程與信息模型的即時性和一致性。

打造真正的綠色建筑

結合項目的三大特征進行BIM技術應用，打造真正的綠色建筑。

室外平臺

因日照條件對建筑形體切削形成的層層跌落的室外平臺是本建筑的最大特點之一。充分應用Revit模型的三維優勢，將傳統二維方式下傳達不清的各種信息充分表現，以解決結構處理方式、屋面構造系統、設備綜合布置等問題。

利用分析模擬軟件在平臺的光、熱環境等方面進行分析，并以此為依據安排平臺人員活動的方式。

1、平臺結構降板與管線綜合

為保證室內外的無障礙聯通，對平臺處結構進行降板處理，于是這一部分成為本項目各專業需綜合解決的一個系統問題。 充分利用全專業BIM的協作能力，通過三維方式及時準確的傳達信息，成為BIM高效解決此類問題的最大優勢。

2、平臺處軸側管線綜合圖

在以往的BIM應用中，以最終施工圖二維出圖的標準來衡量Revit軟件的優缺點是個現象如圖3。

中國院則希望更多的利用BIM三維的優勢，以大量的剖軸側圖來傳遞信息，比如管綜圖、幕墻深化設計圖等，并探討以此改變國內二維出圖標準的可能性。

3、平臺建筑構件可視化比較

在深化設計階段，對建筑構件進行有必要的方案調整是經常遇到的過程，針對平臺部分，中國院利用Revit快速替換欄桿構件的族系統，并使用云渲染服務，進行可視化比較如圖4。

4、平臺監控點位模擬

室外平臺因其極大的開放性對后期的運營維護提出挑戰，根據物業等部門提出的對平臺室外區域全部監控要求，中國院利用Revit的相機結合攝像頭的實際參數，對監控點位的數量和位置進行了模擬，Revit模型指導了這一部分的相關設計。

5、平臺得熱分析

將Revit模型通過dxf數據導入Ecotect Analysis，對平臺各個季節得熱和日照陰影進行模擬。直接說明露臺雖然朝北，但全年仍有大部分時間可得到陽光，并可以此為依據設置綠化植被位置和人員活動區域等如圖5。

6、平臺日照陰影分析

同樣將Revit模型通過dxf數據導入Ecotect Analysis，對平臺各個季節得熱和日照陰影進行模擬。依據陰影分析，重新組織了聯系室外平臺的樓梯方向，為平臺上的人員活動提供更好的環境條件。

＞＞圖6 行為節能模擬

＞＞圖7 平臺舒適度模擬分析

＞＞圖8 結合不同方案的立面得熱對比

7、平臺的行為節能研究

本項目作為綠色建筑的另外一個重要理念是“健康”。大量的開放平臺為員工開展健康的活動提供了機會，同時每層之間有樓梯連接，這也為員工提供了比使用電梯更健康也更節能的交通方式。

中國院將Revit模型與IES VE軟件相結合，對比了高峰時期（如中午同時下樓去食堂吃飯）平臺樓梯和電梯的使用耗時對比。將IES軟件中的疏散模擬轉換為步行評測，電梯最長等候時間接近步行時間的40%，單從效率上講，步行已經具備優勢，而這些數據可作為將來高峰期電梯運營管理的依據如圖6。

8、平臺風場及舒適度分析

將Revit模型通過sat數據導入Simulation CFD，對BIM樓室外各個季節的速度場和平臺舒適度進行模擬分析。通過對BIM樓周邊速度場進行模擬分析，可分析可開啟窗戶及設備取風口的位置，平臺風速大小及風向，通過對平臺舒適度進行模擬分析，可預知人員何時適宜在平臺進行活動如圖7。

陶板幕墻

建筑外墻選用陶板及陶百葉組成的開放式幕墻系統，也是建筑的另外一個特點。

在方案及深化設計階段，利用各軟件之間信息交換進行采光遮陽、建筑得熱等分析，并結合材料的不同構件尺寸使其效果，及用量造價實時呈現。

1、陶板幕墻系統的多方案可視化

在Revit軟件中直接修改局部方案，并使用云渲染服務獲得更真實的材料比較效果，且實效性不遜于以往Sketchup等軟件，并且在Ecotect中通過對立面得熱的模擬分析獲得支持立面設計的有效依據。

2、陶板幕墻與方案結合的得熱分析

立面深化調整與Ecotect分析相結合，得到支持優化設計的理性依據如圖8。

3、陶板幕墻系統構件統計分析

建筑西立面的“陶板+陶棍”系統幕墻呈現規律性不明顯的參數化特征，利用Revit中的明細表功能統計各個構件的數量，并結合各種構件的單價作為整體幕墻的造價控制依據。

4、陶板幕墻“立體墻身”圖紙表達

利用BIM三維的優勢，以大量的剖軸側圖來傳遞信息，比如幕墻深化設計圖等。

5、鋼結構

本項目地上結構形式采用鋼結構體系，也是作為綠色建筑的最大特征之一。在結構的BIM應用中，主要進行了以Revit為平臺的數據傳輸計算等工作。

軟件交互計算

PKPM與Autodesk Revit通過盈建科軟件實現雙向對接，從而可以單獨在Revit或者計算軟件建模，提高工作效率。ETABS與Revit實現雙向對接，也可以單獨在Revit或者計算軟件建模，本工程用Etabs做輔助計算 。

軟件交互節點設計

BIM設計、BIM施工，Revit模型要為后期施工提供信息模型，本工程通過Revit提供的信息模型，在三維詳圖軟件XSTEEL中直接進行后續加工圖設計。本工程也嘗試用Robot Structural軟件交互進行節點設計如圖9。

3、圖紙表現

本工程通過嘗試定義特殊族，生成符合國內制圖規范的結構平面圖。

探索與反思

一些想法雖然沒能直接得出有效結論，但在BIM應用中設計思路得到了理性拓展。

1、城市有機更新區交通環境模擬

和諧的生長于城市環境之中是綠色建筑的核心本質，而立足于區域環境模型的模擬分析是其中的一部分重要工作，除了可以基于Simulation CFD軟件實現的自然條件環境分析之外，交通分析也是一個重要切入點。如在本項目中向西側道路增加了兩處開口，高峰時交通壓力的影響如通過BIM進行模擬評估，應該能得到具有說服力的解釋，但由于專業的制約，這一點的BIM應用我們仍在研究之中。

2、通過日照反切建筑最大容積研究

本方案因日照條件而生，在方案前期中國院是通過日照計算軟件中的日照圓錐與建筑體量進行布爾運算再導入Sketchup中得到的原始體量，這也可以說是一個樸素而笨拙的BIM方式。在接觸BIM系列軟件之后，中國院試圖用Vasari和Ecotect得到這個體量，以實現后期深化設計中與Revit進行無縫連接，但目前仍未獲得理想的結果。

3、多層平臺排水系統模擬

本方案逐層疊落的平臺提供了很多可以通過BIM研究并得到有效結論的切入點，多層屋面的排水系統設置是本方案的一個難點，如果將排水系統與建筑形態結合，通過模擬分析得到各層雨水量與排水設施之間的關系，這也是中國院仍在努力探索的一個方面。

＞＞圖9 鋼結構節點設計

感言

BIM幫助我們在二維的空間里解決三維的問題，但作為建筑師而言，我們還要訓練自己三維的頭腦，在真實的世界里豐富個人的體驗，讓虛擬的BIM模型生動鮮活。

——中國建筑設計研究院一合建筑設計研究中心副主任、創新科研示范中心項目負責人 柴培根

機電專業的BIM之路還有很長要走。

——中國建筑設計研究院綠色建筑研究中心副主任 趙昕

BIM理念作為一種系統化的工具和設計方法，不僅開啟了行業本身工作方式的換代升級，更從思維方式理性拓展了建筑師的思路，并將帶動評估建筑的科學標準的升級。

——中國建筑設計研究院一合建筑設計研究中心、創新科研示范中心項目負責人 周凱

BIM軟件的三維設計帶來了新的設計理念，新的配合方式，同時也帶來新的難度，未來的設計從BIM三維設計開始，展現一片可見的三維設計空間。

——中國建筑設計研究院結構一室工程師 孫海林

基于BIM的Revit軟件，它讓我感受到了全專業在一個模型里完成協同的強大功能。

——中國建筑設計研究院一合建筑設計研究中心建筑師 任