關于數字技術輔助綠色建筑方案設計的研究

擁浩

摘要：21世紀隨著我國經濟不斷的提高，科技不斷的進步，數字技術在各領域得到了廣泛的應用，關于數字技術輔助綠色建筑設計，國外學界在其理論基礎及技術路線等方面已有一定討論。該領域可被看作是設計方法的另一切入點，對我國目前推進可持續發展方針和建筑領域語匯的多樣性來說均具有切實意義。

關鍵詞：數字技術;綠色建筑方案;設計

引言

數字技術是現代網絡信息時代的特殊產物，與電子計算機相伴相生的科學技術，具有多樣化、模塊化、連續化特征，基本已滲透至各行業。數字技術與綠色建筑設計兩者的融會貫通，對我國建筑設計領域未來生態化和綠色化發展起到了積極的推動作用。本次研究緊緊圍繞數字技術和綠色建筑設計相關內容，對綠色建筑設計中數字技術所發揮作用進行深入探討，進而為方案的優化與完善提供科學的參考。

1數字技術與綠色建筑設計的基礎特征

1.1傳統綠色建筑設計特征

從傳統綠色建筑設計來看，具體方案的節能與否無法憑借設計師自身經驗和審美判斷，而以數字技術為平臺所建立的各種數據模擬技術可以對建筑綠色設計方案進行綜合測評。所以綠色建筑所采取的設計路線為常規設計，即運用專業軟件模擬建筑室內外風、光、熱、能耗等物理環境，并圍繞結果數值進行量化比對，從而實現對方案節能與能耗的有效評估。一般情況下，建筑設計方案的生態性測評活動需在前期所有設計工作完成后開展，如施工圖設計完成后方可進行節能計算。因此，綠色建筑設計的“模擬”也是一種評價和檢驗方案的流程，而并非全部納入設計前期。若綠色設計工具在建筑方案中無法發揮自身作用和效應，將對生態設計整體效率產生嚴重影響。NilesLarsson在GBC2000中提出一種全新的工作流程，即：綠色技術+建筑設計模式。其中，在建筑的初步設計環節，能耗模擬、結構設計以及設備設計等相關內容被設計為一個循環體，可將工程師相關設計評價和設計意見進行總結和統計，生成系列化的“反饋信息”，進而對初始方案進行修繕和更新。該過程也被視為循環設計，主要目的在于突出“數據反饋”的重要地位。

1.2數字技術特征

數字技術是典型的參數化技術，其核心在于構建相應的“關系模型”。目前，部分參數化軟件在早期開發過程中，均被賦予了“記錄建構歷史”的功能特性，其中最具代表的軟件就是Rhino、Maya等，此類軟件也是早期關聯性技術和參數化技術的具體體現。當軟件在描述建筑設計中各幾何體結構時，自始至終堅持“高維提取低維，低維構建高維”的理念原則。但從某種角度來看，“記錄建構歷史”主要所記錄內容為各種規則下的具體“關系”，如，模型建立“關系”，并且通過對原始幾何信息相關結果的有效更改，可在某種程度上強化參數化系統內部“關聯性”。由于傳統建模軟件平臺中RecordHistory實際功能存在某種限制，目前，“Grasshopper”參數化平臺是應用最為廣泛的關系模型軟件。因而，參數化技術又被認為是一種“關聯模型”，相關數據的輸出主要由模型一端所負責，可有效指導不同類型的系統操作，并在對關聯記錄后進行傳遞，最終形成對設計結果的有效輸出。而該“關聯模型”的核心就是“關聯性”，可以有效控制相關“過程”和“數據”。

2數字技術輔助綠色建筑方案設計的策略

2.1組團層級

從宏觀層面來看，傳統聚落、居住區域以及城市設計等的綠色生態設計主要可以從兩個關系著手：建筑與建筑的關系、建筑與環境的關系。在各建筑體系之間，需要綜合規劃和設計建筑群落整體朝向、建筑與街道、建筑樓間距以及建筑與開放空地等建筑組團布局;而在建筑與環境關系中，則需要考慮自然環境中各個不同要素與建筑之間的關系，如，光照、風、土地、地形、水源和植被等。從整體上來看，以組團形式為主的生態策略，

重點在于優化建筑整體布局的形態和關系，進而從根本上提高對室外風環境、自然采光以及陽光輻射等自然資源的有效利用。依托相關數字化平臺進行關聯模型的建立，以便于對群組形態及空間關系的系統描述，通過有效輸入建筑相關參數，如，形態、高度、數量以及疏密等等，合理調節建筑最終所呈現效果。從評測體系所設定待優化目標來看，室外風環境、熱環境、容積率以及建筑采光優劣等均可借助性能模擬所獲結果數據實現“反饋優化”，進而從根本上確保建筑組團布局的生態性與科學性。城市生成。該策略主要在一些國際性城市設計競賽或數字城市設計研究中較為常見，其生成主要是為了進一步確定建筑整體形態結構的原型，而相關性能模型則可在一定程度上為城市群落的生成，提供“中間數據”支撐。相較于其他形式，這種在城市設計上的創新與探索，極富建筑設計色彩，并且在參數關聯模型的相關控制之下，因此可生成更具整體性、有機性、純粹性的城市結構和城市形態。反饋優化。該策略主要在一些已經確定城市片區或居住區的建筑群組結構中較為常見，通過單個目標或多個目標的設定，以實現對各建筑單體朝向、層高、布局和開間進行系統優化。

2.2體量層級

在設計體量層級建筑主體時，需綜合考慮兩方面內容：一是建筑形態，二是功能布局。前者對建筑節能的影響主要包括以下三種因素，如，建筑體型系數、庭院設置以及界面形狀等。另外，形體組合關系也是影響建筑整體性能的一大重要影響因素。而針對建筑的不同功能的布局和劃分，需將用戶使用形式和用戶在空間內的活動量等因素納入考慮方位。在惡劣氣候朝向設置次要房間，充當整個建筑空間的“生態緩沖區”，并通過各機電設備進行區域化和集中化布置，進而從根本上降低對建筑能源的過度消耗。

2.3細部層級

（1）概述對于建筑細部層級的綠色設計討論同樣可分為兩個方面。一是優化設計方案外圍護體系的細部構造。對此，維護結構的熱工性能好壞決定其生態與否，一般認為構造層次的傳熱系數K值較小則較為綠色低碳，即“墻體越厚越保溫”。而細部的優化處理則為了防止因結構外露及門、窗等處形成“冷熱橋”而降低外圍護體系的整體性能。二是建筑外立面（如開窗、遮陽等元素）的設計深化。開窗處往往是維護體系熱工性能的薄弱環節，其大小、位置以及用材、構造等都需從生態優化的角度重新定位。遮陽是建筑被動節能的主要措施之一，其能有效降低進入室內的陽光輻射，并改善自然采光均勻度，是構成建筑外立面的一類重要元素。有研究顯示，外遮陽措施節能效率可達10%～24%，而其造價僅占工程總造價的2%～5%，可被看作低投入、高效率的建筑被動式節能技術典范。（2）數字技術介入在已經確定方案體量的前提之下，數字技術在細部層級的介入主要體現在性能評測結果數據的“控制深化”，例如運用參數化關聯模型總體控制建筑表皮的生成，而生態模擬則為之提供了合理的數據來源，即表皮構件中各元素遞變的“外力”，用以整體控制、干預界面的結構形態和呈現效果。

結束語

影響建筑生態性能的主要策略基本在方案設計階段確定，即初期的概念設計成果往往對建筑最終生態節能與否有較大影響。無論從國家對建筑節能的硬性指標、國內目前的建筑能耗現狀，還是從建筑師所肩負的社會責任出發，推行綠色低能耗設計都勢在必行。

參考文獻：

[1]吳維，吳堯.綠色建筑節能設計中的BIM技術[J].工業建筑，2019，49（10）：230-231.