設(shè)計(jì)初期實(shí)現(xiàn)低碳建筑設(shè)計(jì)方法的探索

李禎

（江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院）

前言

進(jìn)入新世紀(jì)以后，隨著社會(huì)公眾環(huán)保意識(shí)的提升以及我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，低碳建筑的概念受到了越來越多的關(guān)注。根據(jù)我國房地產(chǎn)研究會(huì)、住宅產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及技術(shù)的委員會(huì)聯(lián)合頒布的“低碳住宅技術(shù)體系”的相關(guān)內(nèi)容，低住宅主要涉及到了低碳設(shè)計(jì)、低碳構(gòu)造、低碳排放等多方面的內(nèi)容，為我國低碳建筑的發(fā)展指明了方向。

1 低碳建筑與低碳建筑設(shè)計(jì)

1.1 低碳建筑的概念和發(fā)展現(xiàn)狀分析

低碳建筑即是指在建筑材料、設(shè)備制造、施工過程以及建筑使用的整個(gè)生命周期內(nèi)，盡可能的減少對(duì)化石能源的使用，提高能源利用效率的同時(shí)降低二氧化碳的排放量[1]。當(dāng)前階段，二氧化碳過度排放使得全球氣候變暖現(xiàn)象逐步加深，危及到了人類的生存。為了降低二氧化碳排放量，必須將低碳理念融入到所有行業(yè)中。建筑行業(yè)的碳排放一直以來都被人們忽視，但實(shí)際上其排放量可以達(dá)到汽車尾氣的兩倍以上?？梢灶A(yù)見到，低碳建筑必將成為未來建筑行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。

低碳建筑雖然和綠色節(jié)能建筑之間存在一定的共通之處，但前者更加傾向于降低建筑對(duì)自然環(huán)境和氣候的負(fù)面影響[2]。但是很長一段時(shí)間內(nèi)，我國建筑行業(yè)對(duì)低碳建筑的認(rèn)知整體上存在誤區(qū)，顧慮低碳設(shè)計(jì)會(huì)造成建筑成本的增加，導(dǎo)致低碳建筑的推廣受到了嚴(yán)重的阻礙。直到2010年1月19日，我國房地產(chǎn)研究會(huì)、住宅產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)委員會(huì)提出了“低碳住宅技術(shù)體系”，才使得人們對(duì)低碳建筑的認(rèn)知變得明晰起來，與此同時(shí)，我國針對(duì)低碳建筑的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也在逐步完善。截止目前為止，越來越多綠色節(jié)能技術(shù)在建筑行業(yè)中得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，為我國低碳建筑的發(fā)展提供了充足的動(dòng)力。

1.2 低碳建筑設(shè)計(jì)概述

低碳建筑設(shè)計(jì)的目的就是通過建筑材料和建筑技術(shù)的科學(xué)選用，最大程度的降低建筑施工和后期使用過程中的能源消耗，同時(shí)對(duì)建筑整個(gè)生命周期內(nèi)排放的二氧化碳進(jìn)行控制。由此可見，低碳建筑設(shè)計(jì)不僅能夠起到環(huán)境保護(hù)的效果，同時(shí)還能夠極大的提高資源的利用率。在全球氣候逐漸變暖的情況下，低碳建筑設(shè)計(jì)已經(jīng)成為建筑行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。另一方面，越來越多新型建筑材料和施工技術(shù)的涌現(xiàn)出來，同時(shí)現(xiàn)代化信息技術(shù)在建筑行業(yè)中也得到了廣泛應(yīng)用，這些都為低碳建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展的奠定了基礎(chǔ)。

2 設(shè)計(jì)初期實(shí)現(xiàn)低碳建筑的設(shè)計(jì)方法

2.1 低碳建筑設(shè)計(jì)初期存在的問題分析

結(jié)合大量的低碳建筑工程實(shí)踐來看，低碳建筑初期設(shè)計(jì)是建筑整體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)建筑節(jié)能減排的實(shí)際效果存在十分重要的影響。只有保障初期設(shè)計(jì)科學(xué)性，才能實(shí)現(xiàn)工程施工的順利落實(shí)，最大程度的降低設(shè)計(jì)變更出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，提高工程質(zhì)量。現(xiàn)階段，低碳建筑初期設(shè)計(jì)存在的問題主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）能效計(jì)算問題。在低碳建筑建造中，和能源相關(guān)的設(shè)計(jì)決策一般發(fā)生在設(shè)計(jì)的早期階段，碳排放評(píng)估是其中的重要環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，若是沒有能源顧問全程參與，很可能出現(xiàn)建筑碳排放判斷不準(zhǔn)確的情況。近些年來，針對(duì)這一問題，人們引入現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)，開發(fā)出了許多建筑能耗模擬和分析軟件，實(shí)現(xiàn)了工作效率和精度的大幅度提高。進(jìn)入低碳時(shí)代后，為了在建筑設(shè)計(jì)階段充分發(fā)揮出能量分析的效用，為設(shè)計(jì)階段建設(shè)低碳奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，必須在設(shè)計(jì)中提高能量分析的效率。解決問題的關(guān)鍵就在于一個(gè)包含數(shù)字模型且能夠有效識(shí)別信息能量的分析工具。

（2）設(shè)計(jì)方法問題。現(xiàn)階段，低碳建筑初期設(shè)計(jì)大部分都是依靠設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)完成，對(duì)現(xiàn)代化信息技術(shù)的應(yīng)用十分稀少，導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作質(zhì)量和效率都無法得到良好的保障[3]。

2.2 設(shè)計(jì)初期實(shí)現(xiàn)低碳建筑設(shè)計(jì)方法研究

在建筑領(lǐng)域，約80%與能量相關(guān)的決策都發(fā)生在設(shè)計(jì)初期，因此在初期設(shè)計(jì)中，只有做到對(duì)建筑碳排放量的有效評(píng)估，才能真正的實(shí)現(xiàn)低碳建筑。為了達(dá)到這一目的，可以基于BIM技術(shù)構(gòu)建設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行低碳建筑的初期設(shè)計(jì)。

在低碳建筑設(shè)計(jì)初期，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以為建筑設(shè)計(jì)人員提供詳實(shí)可靠的決策依據(jù)?；贐IM技術(shù)構(gòu)建的建筑虛擬模型可以將所有建筑信息都包含其中，例如建筑材料性能、建筑構(gòu)件特征等。在這樣的情況下，設(shè)計(jì)人員只需利用合適的能量分析工具就可以完成建筑能量分析，為建筑碳排放評(píng)估做好準(zhǔn)備，最終完成設(shè)計(jì)方案的確立。在低碳建筑初期設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)，存在以下幾個(gè)方面的積極意義：①在BIM技術(shù)支撐下，建筑相關(guān)能量分析可以自主完成，大幅度降低工作量的同時(shí)也切實(shí)保障了分析結(jié)果的可靠性，同時(shí)工作效率也得到了有效提升。②能量分析的難度得到了極大的降低。③可以全面掌握沒有涉及建筑碳足跡的結(jié)果，使設(shè)計(jì)人員可以充分實(shí)現(xiàn)低碳技術(shù)的相關(guān)訴求[4]。

在設(shè)計(jì)方案確立階段，設(shè)計(jì)人員可以基于BIM技術(shù)對(duì)建筑的空間形態(tài)、構(gòu)造形式以及結(jié)構(gòu)材料等進(jìn)行修改，獲得相應(yīng)的能量和碳足跡分析結(jié)果，在此基礎(chǔ)上通過綜合分析獲得碳排放量最低的一種設(shè)計(jì)方案，從而最大程度的降低對(duì)自然環(huán)境的負(fù)面影響。采用這種方法不僅也簡(jiǎn)化碳排放分析的程序，提高設(shè)計(jì)工作效率，同時(shí)還可以將建筑碳排放控制在最低的范圍內(nèi)。同時(shí)，包含建筑全部信息的虛擬建筑模型在操作上更加方便，且可以根據(jù)設(shè)計(jì)方案的變更進(jìn)行信息更新，這樣就可以幫助建筑設(shè)計(jì)人員在不同階段都能夠及時(shí)獲得能量分析結(jié)果，這對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)優(yōu)化是十分有利的。

在實(shí)際建筑工程項(xiàng)目中，低碳建筑比較常見的設(shè)計(jì)方法如下：①自然采光。照明系統(tǒng)是建筑中能耗較高的部位，照明系統(tǒng)運(yùn)行中會(huì)釋放大量的二氧化碳，因此在建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)該充分利用當(dāng)?shù)氐淖匀还庹諚l件，采用鏡面反射采光、光伏效應(yīng)間接采光、導(dǎo)光管采光等多項(xiàng)技術(shù)，利用陽光進(jìn)行建筑空間照明。如此可以大幅度降低能源消耗和二樣化探的排放[5]。②科學(xué)選用建筑材料。很多不合格的建筑材料也會(huì)造成建筑碳排放的增加，因此為了實(shí)現(xiàn)低碳建筑，建筑材料的選用也不容忽視。例如，在屋面設(shè)計(jì)中，可以采用種植屋面的形式，在減少碳排放的同時(shí)為居民營造良好的生活環(huán)境。在外墻設(shè)計(jì)中，采用聚氨酯硬質(zhì)泡沫等新型綠色環(huán)保建材，起到良好隔熱保溫效果。③加強(qiáng)新型清潔能源的應(yīng)用。新型清潔能源利用是降低建筑碳排放的有效措施，現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的新型清潔能源有太陽能、生物能、風(fēng)能等，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合建筑當(dāng)?shù)氐膶?shí)際環(huán)境條件設(shè)計(jì)出新能源利用方法，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能減排。

3 結(jié)語

綜上所述，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略深入實(shí)施的背景下，低碳建筑逐漸成為建筑行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。建筑設(shè)計(jì)初期是實(shí)現(xiàn)低碳建筑的關(guān)鍵時(shí)期，為了降低碳排放，設(shè)計(jì)人員必須采用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，全面貫徹落實(shí)低碳理念，為低碳建筑的推廣奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。