本發(fā)明屬于bim綠色建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種基于bim技術(shù)和模擬仿真技術(shù)相結(jié)合的綠色建筑設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

bim的英文全稱(chēng)是buildinginformationmodeling，即建筑信息模型。bim技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造管理的數(shù)據(jù)化工具，通過(guò)參數(shù)模型整合各種項(xiàng)目的相關(guān)信息，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息做出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括建筑運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。bim技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性與可出圖性五個(gè)特點(diǎn)。

在以往的建筑設(shè)計(jì)中，尤其是在方案策劃階段，由于缺乏相應(yīng)的模擬仿真技術(shù)，參與各方的都只能重視方案的經(jīng)濟(jì)性，而忽略了建筑的合理性。帶來(lái)許多本可以避免的設(shè)計(jì)缺陷及浪費(fèi)。只設(shè)計(jì)不驗(yàn)證已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)默認(rèn)的缺陷。粗獷的設(shè)計(jì)不符合目前我國(guó)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的國(guó)策。

目前的模擬仿真軟件，與設(shè)計(jì)流程中使用的軟件，不能進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交流，有了合適的工具卻不能應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中,導(dǎo)致模擬分析的不準(zhǔn)確性。

bim技術(shù)的誕生，創(chuàng)建了連通設(shè)計(jì)軟件及仿真模擬軟件數(shù)據(jù)交流的通道，但是由于bim技術(shù)導(dǎo)致設(shè)計(jì)流程發(fā)生改變，以及bim技術(shù)與模擬仿真軟件間的數(shù)據(jù)接口匹配問(wèn)題，使得兩者未能良好共同服務(wù)于建筑設(shè)計(jì)。

現(xiàn)階段研究成果都是節(jié)點(diǎn)式的，未能形成完整、系統(tǒng)的生產(chǎn)流線(xiàn)與設(shè)計(jì)過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題而提出，其目的是提供一種基于bim技術(shù)和模擬仿真技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于bim技術(shù)和模擬仿真技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

i根據(jù)項(xiàng)目基地圖紙及相關(guān)資料，用civil3d建立現(xiàn)狀場(chǎng)地模型，對(duì)地表徑流進(jìn)行分析，進(jìn)行初步場(chǎng)地標(biāo)高設(shè)計(jì)，并用civil3d計(jì)算土方量，以此為依據(jù)選擇合理設(shè)計(jì)標(biāo)高。

ii根據(jù)場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高和基地圖紙，在revit里建立現(xiàn)狀場(chǎng)地模型，包括基地周邊建筑體量和場(chǎng)地、道路。

iii將revit模型導(dǎo)入starccm+、simulationcfd進(jìn)行總圖布局前的現(xiàn)狀場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境分析；將revit模型導(dǎo)入ecotect、radiance進(jìn)行總圖布局前的場(chǎng)地光環(huán)境的分析。

iv依據(jù)上述分析，結(jié)合區(qū)位、交通、功能、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析等，進(jìn)行多種總圖布局設(shè)計(jì)，并分別在revit里建立總圖設(shè)計(jì)體量模型以便模擬。

v將含有不同總圖布局體量的revit模型分別導(dǎo)入starccm+、simulationcfd進(jìn)行風(fēng)環(huán)境分析，將revit模型導(dǎo)入ecotect、radiance進(jìn)行光環(huán)境的分析。

vi通過(guò)revit模型與分析軟件的配合應(yīng)用，進(jìn)行總圖設(shè)計(jì)優(yōu)化比選，確定合理的總圖布局，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行單體建筑設(shè)計(jì)；

vii在確定的總圖revit模型中繼續(xù)創(chuàng)建方案階段單體revit模型，隱藏先前的總圖設(shè)計(jì)體量，模型中應(yīng)保證每個(gè)室內(nèi)空間的封閉性；

viii對(duì)單體模型按照步驟iii所述再次進(jìn)行風(fēng)、光環(huán)境分析，根據(jù)模擬分析結(jié)果調(diào)整單體體形、開(kāi)窗位置與面積、建筑內(nèi)部空間布局，同時(shí)進(jìn)行被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)；

ix將revit模型導(dǎo)入ies、energyplus對(duì)模型進(jìn)行能耗分析，并形成優(yōu)化意見(jiàn)，指導(dǎo)模型修改直至符合設(shè)計(jì)要求；

x深化方案模型，形成擴(kuò)初階段模型；

xi按照步驟iii所述對(duì)重點(diǎn)房間的室內(nèi)光、風(fēng)環(huán)境進(jìn)行局部重點(diǎn)分析，對(duì)不合理部分調(diào)整設(shè)計(jì)方案直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；

xii深化擴(kuò)初模型至施工圖深度，轉(zhuǎn)移模型至出圖深化階段。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.基于bim模型的分析模擬，確保了分析模型的準(zhǔn)確性，從而保證了分析結(jié)果的真實(shí)可靠性。

2.將bim技術(shù)和綠色設(shè)計(jì)模擬相融合。各個(gè)步驟都基于分析模擬的設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)更加有理可依，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量及合理性。

3.通過(guò)創(chuàng)新工作流程，形成設(shè)計(jì)與分析優(yōu)化的反饋機(jī)制，提高建筑綠色設(shè)計(jì)模擬的準(zhǔn)確性及效率。

4.將bim與綠建設(shè)計(jì)充分結(jié)合，形成完整系統(tǒng)的工作方法，串點(diǎn)成線(xiàn)，實(shí)施應(yīng)用性強(qiáng)。

5.模擬了建筑物在最不利情況下的物理反應(yīng)，避免過(guò)度設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)不足，提高了設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明

圖1是具體實(shí)施例中冬季風(fēng)環(huán)境分析結(jié)果圖；

圖2是具體實(shí)施例中夏季風(fēng)環(huán)境分析結(jié)果圖；

圖3是具體實(shí)施例中光伏效率分析結(jié)果圖；

圖4是具體實(shí)施例中采光情況分析結(jié)果圖；

圖5是具體實(shí)施例中室內(nèi)風(fēng)環(huán)境分析結(jié)果圖一；

圖6是具體實(shí)施例中室內(nèi)風(fēng)環(huán)境分析結(jié)果圖二；

圖7是具體實(shí)施例中建筑能耗分析結(jié)果圖；

圖8是具體實(shí)施例中旱廁空間通風(fēng)分析。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中設(shè)計(jì)軟件主要包括以下幾種：

civil3d:civil3d是土木工程軟件工具，支持建筑信息模型，有助于縮短設(shè)計(jì)、分析和實(shí)施變更修改的時(shí)間，幫助設(shè)計(jì)道路、橋梁、市政管網(wǎng)、場(chǎng)地地塊設(shè)計(jì)、地理空間分析等。

star-ccm+：star-ccm+軟件是由cd-adapcogroup公司開(kāi)發(fā)的新一代通用計(jì)算流體力學(xué)分析軟件，采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)數(shù)值技術(shù)開(kāi)發(fā)的新一代cfd求解器。

simulationcfd：autodesksimulationcfd是一款模擬傳熱和流體流動(dòng)分析的計(jì)算流體力學(xué)(cfd)工具軟件。它可以進(jìn)行高速湍流與不可壓縮流，以及導(dǎo)熱與對(duì)流傳熱的三維仿真分析。

ecotect：一款可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)及分析工具，支持功能：建筑能耗分析，熱工性能，水耗，日照分析，陰影和反射等。

ies(ve)：是由英國(guó)ies公司開(kāi)發(fā)的集成化建筑模擬軟件，其核心思想是通過(guò)建立一個(gè)三維模型，在建筑前期對(duì)建筑的光照，太陽(yáng)能，及溫度效應(yīng)進(jìn)行模擬。其功能類(lèi)似ecotect，可以與radianceq兼容對(duì)室內(nèi)的照明效果進(jìn)行可視化的模擬。

radiance：radiance是美國(guó)能源部下屬的勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于上世紀(jì)90年代初開(kāi)發(fā)的一款優(yōu)秀的建筑采光和照明模擬軟件包，它采用了蒙特卡洛算法優(yōu)化的反向光線(xiàn)追蹤引擎，其應(yīng)用于建筑采光模擬和分析中，產(chǎn)生更接近真實(shí)的物理光環(huán)境。

grasshopper：grasshopper是一款在rhino環(huán)境下運(yùn)行的采用程序算法生成模型的插件，當(dāng)方案邏輯與建模過(guò)程聯(lián)系起來(lái)時(shí)，grasshopper可以通過(guò)參數(shù)的調(diào)整直接改變模型形態(tài)。

dynamo：dynamo是一款可視參數(shù)化軟件，可以基于revit也可以獨(dú)立運(yùn)行，能和revit數(shù)據(jù)對(duì)接。

如圖1～8所示，一種基于bim技術(shù)和模擬仿真技術(shù)的綠色建筑設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

i根據(jù)項(xiàng)目基地圖紙及相關(guān)資料，用civil3d建立現(xiàn)狀場(chǎng)地模型，對(duì)地表徑流進(jìn)行分析，進(jìn)行初步場(chǎng)地標(biāo)高設(shè)計(jì)，并用civil3d計(jì)算土方量，以此為依據(jù)選擇合理設(shè)計(jì)標(biāo)高。

ii根據(jù)場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高和基地圖紙，在revit里建立現(xiàn)狀場(chǎng)地模型，包括基地周邊建筑體量和場(chǎng)地、道路。

iii將revit模型導(dǎo)入starccm+、simulationcfd進(jìn)行總圖布局前的現(xiàn)狀場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境分析；revit模型導(dǎo)入ecotect、radiance進(jìn)行總圖布局前的場(chǎng)地光環(huán)境的分析，這都將指導(dǎo)接下來(lái)的總圖設(shè)計(jì)。

iv依據(jù)上述分析，結(jié)合區(qū)位、交通、功能、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析等，進(jìn)行多種總圖布局設(shè)計(jì)，并分別在revit里建立總圖設(shè)計(jì)體量模型以便模擬。

v將含有不同總圖布局體量的revit模型分別導(dǎo)入starccm+、simulationcfd進(jìn)行風(fēng)環(huán)境分析，同樣，將其導(dǎo)入ecotect、radiance進(jìn)行光環(huán)境的分析。

vi通過(guò)revit模型與分析軟件的配合應(yīng)用，反復(fù)模擬推敲，進(jìn)行總圖設(shè)計(jì)優(yōu)化比選，確定合理的總圖布局，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行單體建筑設(shè)計(jì)；

vii在確定的總圖revit模型中繼續(xù)創(chuàng)建方案階段單體revit模型(包括墻、門(mén)、窗、樓地面、電扶梯、樓梯、屋頂、房間等)，隱藏先前的總圖設(shè)計(jì)體量，模型中應(yīng)保證每個(gè)室內(nèi)空間的封閉性；

viii對(duì)單體模型按照步驟iii所述再次進(jìn)行風(fēng)、光環(huán)境分析，根據(jù)模擬分析結(jié)果調(diào)整單體體形、開(kāi)窗位置與面積、建筑內(nèi)部空間布局，同時(shí)進(jìn)行被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)；

ix將revit模型導(dǎo)入ies、energyplus對(duì)模型進(jìn)行能耗分析，并形成優(yōu)化意見(jiàn)，指導(dǎo)模型修改直至符合設(shè)計(jì)要求；

x深化方案模型，形成擴(kuò)初階段模型；

xi按照步驟iii所述對(duì)重點(diǎn)房間的室內(nèi)光、風(fēng)環(huán)境進(jìn)行局部重點(diǎn)分析，對(duì)不合理部分調(diào)整設(shè)計(jì)方案直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；

xii深化擴(kuò)初模型至施工圖深度，轉(zhuǎn)移模型至出圖深化階段。

所述步驟iii或v所述的star-ccm+、simulationcfd、ecotect、radiance軟件計(jì)算所需要的模型是由revit生成經(jīng)簡(jiǎn)化后的stl模型或是由revit直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

所述revit模型數(shù)據(jù)將完整傳遞至starccm+、simulationcfd、ecotect、radiance、ies、energyplus進(jìn)行模擬分析。

所述步驟viii中被動(dòng)式綠色設(shè)計(jì)包括：調(diào)整采光面積，補(bǔ)充必要遮陽(yáng)措施，增大夏季建筑內(nèi)外風(fēng)壓差、減小冬季建筑內(nèi)外風(fēng)壓差。

通過(guò)模擬軟件建立虛擬環(huán)境，利用bim技術(shù)建立模型，經(jīng)過(guò)相關(guān)插件轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換成模擬軟件能夠使用的計(jì)算用模型，分析其在不同自然環(huán)境下利用自然資源、對(duì)自然環(huán)境的影響、和自身合理性的分析及驗(yàn)證。從中分析出負(fù)面因素并在設(shè)計(jì)中進(jìn)行修正。

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的改造，使bim技術(shù)能夠很好的適應(yīng)于設(shè)計(jì)中，并形成普適性的工作方法，形成完整系統(tǒng)的工作體系。

具體實(shí)施例：

1依據(jù)基地資料在civil3d里建立場(chǎng)地，做地表徑流分析；發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地平整，無(wú)需做土方平衡設(shè)計(jì)，故采用原場(chǎng)地標(biāo)高為設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2依據(jù)上步分析結(jié)果、設(shè)計(jì)標(biāo)高和項(xiàng)目基地資料，在revit中建立現(xiàn)狀場(chǎng)地模型，本例中場(chǎng)地周?chē)諘鐭o(wú)建筑，所以模型只包含場(chǎng)地、道路。

3將場(chǎng)地模型導(dǎo)入star-ccm+做風(fēng)環(huán)境分析，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地通風(fēng)良好無(wú)遮擋，夏季主導(dǎo)風(fēng)向東南風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向西北風(fēng)。并將模型導(dǎo)入ecotect進(jìn)行日照分析，結(jié)論為日照充足無(wú)遮擋。

4依據(jù)上述分析進(jìn)行總圖設(shè)計(jì)，提出三種總圖布局，分別建立revit體量模型。將不同方案revit模型轉(zhuǎn)換成stl格式，導(dǎo)入到star-ccm+中，分析不同方向來(lái)風(fēng)風(fēng)速和風(fēng)壓，比較冬季冷風(fēng)滲透和夏季通風(fēng)狀況，為建筑選擇最佳的朝向、合理的出入口以及立面的開(kāi)窗形式等，輔助設(shè)計(jì)。如下圖案例，通過(guò)風(fēng)速風(fēng)壓對(duì)比，我們認(rèn)為南偏西10度時(shí)，建筑冬季冷風(fēng)滲透最弱，熱能損失最小，如圖1所示。

2參照步驟4，分析夏季風(fēng)環(huán)境,，夏季通風(fēng)良好，如圖2所示。

3由于屋頂要設(shè)置太陽(yáng)能光伏板，將模型導(dǎo)入ecotect，分析屋頂最適合的傾斜角度使光伏效率最高。綜合考慮室內(nèi)空間的舒適性，所以選擇了30度。如圖3所示。

建筑周?chē)淮嬖谡趽蹶?yáng)光的可能，所以在本項(xiàng)目中未做日照分析。由于地勢(shì)平坦，也未做地表徑流分析。

4經(jīng)過(guò)上述的方案分析比選，確定建筑體量，劃分室內(nèi)空間，形成方案階段的模型。

5將模型導(dǎo)入ies分析室內(nèi)采光情況，確定開(kāi)窗形式與大小，如圖4所示。

6將模型導(dǎo)入star-ccm+分析室內(nèi)通風(fēng)，確定天窗合理的位置與適合的大小，如圖5、圖6所示。

7將模型導(dǎo)入ies，分析建筑的能耗，確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)，制定機(jī)電系統(tǒng)方案和運(yùn)行策略，如圖7所示。

8深化設(shè)計(jì)，方案模型變?yōu)閿U(kuò)初模型。

9將模型導(dǎo)入simulation中分析重點(diǎn)空間的氣流。這個(gè)項(xiàng)目為了節(jié)水設(shè)置了一個(gè)旱廁，通過(guò)對(duì)旱廁風(fēng)環(huán)境的模擬知道設(shè)計(jì)，確保室內(nèi)良好的空氣質(zhì)量，如圖8所示。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.基于bim模型的分析模擬，確保了分析模型的準(zhǔn)確性，從而保證了分析結(jié)果的真實(shí)可靠性。

2.將bim技術(shù)和綠色設(shè)計(jì)模擬相融合。在各個(gè)步驟都基于分析模擬的設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)更加有理可依，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量及合理性。

3.通過(guò)創(chuàng)新工作流程，形成設(shè)計(jì)與分析優(yōu)化的反饋機(jī)制，提高建筑綠色設(shè)計(jì)模擬的準(zhǔn)確性及效率。

4.將bim與綠建設(shè)計(jì)充分結(jié)合，形成完整系統(tǒng)的工作方法，串點(diǎn)成線(xiàn)，實(shí)施應(yīng)用性強(qiáng)。

5.模擬了建筑物在最不利情況下的物理反應(yīng)，避免過(guò)度設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)不足，提高了設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。