室內自然采光BIM模擬分析研究概述

吳 偉 梁 銘 彭 杰 王 承

(1.上海中建東孚投資發展有限公司，上海 200122； 2.華東建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

室內自然采光BIM模擬分析研究概述

吳 偉1梁 銘1彭 杰1王 承2

(1.上海中建東孚投資發展有限公司，上海 200122； 2.華東建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

隨著人們對建筑要求品質的提高，綠色理念已經或多或少的被利用至建筑設計中。本文著重探討了中建廣場項目BIM和自然采光技術的結合，研究了如何利用BIM模型結合相關軟件直接進行自然采光技術全過程。

BIM技術;自然采光;模型簡化

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.03

1 前言

在現代室內裝修過程中，為達到一定的建筑功能和美觀效果，一般會采用采用大量人工照明，這在一定程度上不僅僅隔離了人和自然的聯系，也有可能造成能源的極大浪費。在當前大力提倡實現可持續發展的大背景下，室內自然采光設計最終會走到綠色生態設計這個方向上。

如何在保證達到建筑功能及美觀效果的同時，合理的利用能源已經成為現代建筑設計過程中的難點和重點。傳統采光分析在分析軟件中依據CAD圖紙進行模型搭建并進行相關參數設置，最終計算得出模擬分析結果。這種方式需花費大量的工作時間在基礎分析模型的搭建上。而基于BIM模型進行的分析僅需通過項目既有的BIM模型的基礎上進行簡化、調整，然后導入到分析軟件中即可進行性能化模擬分析。與傳統的性能化分析相比，工作量大幅減少。

BIM技術和室內自然采光分析技術的結合，在一定程度上使得項目采光設計過程各種方案得到快速的論證，保證采光設計方案的設計的優化和高效。

2 關鍵技術闡述

2.1 軟件選型

目前對于室內自然采光分析，主要的分析軟件有DIALux和Radiance。DIALux是當今市場上最具功效的照明計算軟件，它能滿足目前所有照明設計及計算的要求。Radiance采用了蒙特卡洛算法優化的反向光線追蹤引擎。Radiance廣泛地應用于建筑采光模擬和分析中，其產生的圖像效果完全可以媲美高級商業渲染軟件，并且比后者更接近真實的物理光環境。

兩者相較而言DIAlux 更加偏向于照明設計軟件，兼具自然采光模擬的功能，而Radiance功能更加全面，在自然采光模擬方面更具專業性。

因此，本次自然采光模擬我們選用了Radiance進行模擬分析。

2.2 BIM模型簡化

在室內自然采光分析計算時會忽略室內家具等設施的影響，在模擬過程中需要考慮圍護結構的空間位置、壁面材質反射系數、玻璃材質可見光透射比等參數。而BIM模型的建立不僅僅應用于一般分析還需考慮各專業協調等其他用途，其模型所包含的構件遠比室內自然采光分析要多很多，如直接將模型導入ECOTECT中將會導致數據量很大使得計算效率降低或軟件死機的情況出現，所以需根據實際需求進行BIM模型的簡化。

2.3 BIM分析流程

室內自然采光的分析流程主要如圖1：

圖1 室內自然采光模擬流程

2.3.1 數據準備

1)方案設計模型或二維圖、氣象數據、區位數據。

2.3.2 分析優化操作流程

1)收集數據，并確保數據的準確性；

2)根據前期數據以及分析軟件要求，建立分析所需的模型；

3)根據氣象、區位信息進行環境設定；

4)分別獲得單項分析數據，綜合各項結果反復調整模型，進行評估，尋求建筑綜合性能平衡點；

5)根據分析結果，調整設計方案，選擇能夠最大化提高建筑物性能的方案。

3 項目介紹

周家渡項目(圖2、圖3)位于上海周家渡區域，緊靠世博園B片區。項目地塊緊靠地鐵6、7號高科西路站，東靠東明路(北至東方路、臨沂路)、楊高南路(向北直達中建大廈)，南側為高科西路(西至西藏南路隧道)，北側為白蓮涇河西側、西側為河道匝道口。項目總用地面積16 573.7m2，總建筑面積75 968m2，其中地上50 413m2，地下25 555m2。

規劃初期，項目制定了綠色三星及LEED金獎的需求。項目制定了年能耗110KWH的高性能綠色指標，引入60多項綠色技術，并在全過程中引入BIM，輔助進行設計、施工及運營維護； 將綠色設計、綠色施工和綠色生活的理念貫穿于全過程。

圖2 項目BIM模型

圖3 項目效果

4 BIM分析

4.1 日照條件

上海日照充足，太陽輻射最高的季節為春、夏季，最高輻射量可達800W/m2。其他季節平均輻射量也可達500至600W/m2(圖4)。

圖4 項目日照條件圖示意

4.2 參考依據

1)《建筑采光設計標準》GB/T 50033-2013；

2)委托方提供的相關建筑設計文件；

4.3 評價標準及內容

由于各地光氣候資源條件存在差異，不同地區相同建筑類型建筑采光系數要求各不相同。根據《建筑采光設計標準》GB/T 50033—2013規定，采光系數標準值應乘以相應地區的光氣候系數 K，不同地區光氣候系數如表1所示。

表1 光氣候系數

光氣候區ⅠⅡⅢⅣⅤK值0．850．911．11．2室外天然光設計照度(lx)1800016500150001350012000 注：本表引自《建筑采光設計標準》GB/T50033-2013表304。

上海地區屬于Ⅳ類光氣候區，其室外天然光設計照度為13 500 lx，光氣候系數為1.1。

表2 各采光等級參考平面上的采光標準值

采光等級側面采光頂部采光采光系數標準值(%)室內天然光照度標準值(lx)采光系數標準值(%)室內天然光照度標準值(lx)Ⅰ57505750Ⅱ46003450Ⅲ34502300Ⅳ23001150V11500575

表4 采光系數標準值

采光等級場所名稱側面采光頂部采光備注采光系數標準值(%)室內天然光照度照度標準值(lx)采光系數標準值(%)室內天然光照度照度標準值(lx)Ⅲ辦公室、會議室3045022300強制性條文Ⅳ大堂2030010150非強制性條文

《建筑采光設計標準》GB/T 50033-2013中： 3.0.3 規定了各采光等級參考平面上的采光標準值，見表2。此外，辦公建筑的各類功能空間的采光標準要求值見表1-3。

表3 辦公建筑的采光系數標準值

采光等級房間名稱側面采光采光系數標準值(%)室內天然光照度標準值(lx)Ⅱ設計室、繪圖室40600Ⅲ辦公室、會議室30450Ⅳ復印室、檔案室、大堂20300V走道、樓梯間、衛生間10150

因此，依據《建筑采光設計標準》(GB50033-2013)中對各類型房間的采光等級和采光系數的要求。結合本項目所在地區及各個房間的作業精度，各類功能房間和區域的采光要求分別見表4。

4.4 分析軟件

Revit模型簡化后導入ECOTECT并結合Radiance計算的方式對室內自然采光進行模擬，并分析判斷其室內各類功能空間的采光效果是否達到《建筑采光設計標準》(GB/T 50033-2013)的要求。

4.5 參數設置

材料的材質、顏色和表面狀況決定了光的吸收、反射和透射性能，對建筑的采光和遮陽分析有著較大的影響，模擬分析時應依據實際材料的屬性對參數進行設置。本報告依據委托方提供的材料(建筑施工圖)并參考《建筑采光設計標準》(GB/T 50033-2013)中的附錄D進行參數選取，各圍護結構光學性能參數的具體取值如表5所示。

表5 材料光學性能參數

構造材料室內反射比可見光透射比樓面、地面塑料貼面板012[BH?墻面乳膠漆080[BH?頂棚白色乳膠漆石膏板吊頂084[BH?玻璃幕墻隔熱鋁合金雙玻窗043

此外，對于透光材料，如側窗和天窗，還需考慮采光構件的窗結構擋光折減系數和窗玻璃的污染折減系數，參照《建筑采光設計標準》中的附錄D進行相關設置，其具體參數取值如表6所示。

表6 透光構件的折減系數

構造名稱窗結構擋光折減系數窗玻璃的污染折減系數窗07509

4.6 分析模型

分析模型采用項目既有Revit模型進行簡化調整導入ECOTECT軟件，圖5所示為項目的分析模型。

圖5 分析模型效果

4.7 自然采光分析結果

根據《建筑照明設計標準》(GB 50034-2004)中各類建筑照明標準值規定，本次室內自然采光模擬計算時，主要功能空間的參考平面為0.8m水平面。

表7

續表7

計算結果表明，項目的主要功能空間采光系數和71.37%的內區主要功能空間采光系數滿足《建筑采光設計標準》(GB 50033-2013)中的要求。因此，項目最終設計滿足《綠色建筑評價標準》GB50378-2014中8.2.6條“公共建筑主要功能房間80%以上面積的采光系數滿足現行國家標準《建筑采光設計標準》GB 50033的要求”和8.2.7(2)條“內區采光系數滿足采光要求的面積比例不低于60%”的要求。

5 結論

利用BIM技術和室內采光技術進行結合，將BIM模型進行簡化后導相關計算軟件，在減少傳統根據CAD重復建模的工程量的同時，能大大提高分析效率。

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Analysis and Research on BIM Simulation of Indoor Natural Lighting

Wu Wei1, Liang Ming1， Peng Jie1， Wang Cheng2

(1.CSCDongFuGroup，Shanghai200122,China; 2.EastChinaArchitecturalDesing&ResearchInstitution，Shanghai200041，China)

With the improvement of the quality of building requirements，the concept of green has been more or less used in the architectural design.This chapter focuses on the combination of BIm and natural lighting technology in the CSC Plaza project，and studies how to use the BIM model combined with the relevant software to carry out the whole process of natural lighting.

BIM Technology; Indoor Natural Lighting; Model Simplification

吳偉(1981-)，女，上海中建東孚投資發展有限公司技術研發部BIM組長，主要研究方向：綠色建筑、裝配式建筑、BIM新技術研發及推廣;王承(1985-)，男，碩士，華東建筑設計研究院有限公司數字化技術研究咨詢部BIM經理，主要研究方向：項目BIM全生命周期應用。

TU17;TU113.5

A

1674-7461(2016)06-0018-05