基于BIM平台的绿色设计 | 中日曹妃甸生态工业园综合服务大楼

中日曹妃甸生态工业园综合服务大楼效果图

综合服务大楼是生态工业园规划中最高的建筑，并且占据了滨河和滨海的有利地形，建成后将成为整个工业园的地标性建筑。加之工业园突出生态特色，所以综合服务大楼特别强调绿色设计，把达到绿色建筑三星标准作为设计目标。

BIM模型的建立

在综合服务大楼的设计中，我们引入BIM技术，建立三维信息化模型。相比于传统的二维CAD模型，BIM模型不仅能更加直观地表达出建筑的形态和内部的空间结构，而且其所包含的大量建筑信息为绿色分析提供了便利的条件。比如BIM模型中所包含的围护结构传热信息可以直接用来模拟分析建筑的能耗，玻璃透过率等信息可以用来分析室内的自然采光，这样就大大提高了绿色分析的效率。同时，绿色分析和设计的结果可以更快地反馈到模型的改进中，保证了绿色分析结果在项目设计过程中的落实。

综合服务大楼BIM模型

建筑风环境分析

综合服务大楼所在的核心服务区占地面积约1.4km⊃2;，在规划设计过程中，我们引入风环境模拟分析技术（CFD），不断调整和优化规划方案，保证了核心区在夏季有良好的自然通风，同时在冬季人行高度的风速小于5m/s，保证室外环境的舒适度。在综合服务大楼的设计上，首先根据室外风环境的模拟结果来合理选择建筑的朝向，避免建筑的主立面朝向冬季的主导风向，有利于冬季的防风保温。

左：项目周边风环境模拟分析（冬季人行高度风速分布） 右：建筑中庭内的自然通风

综合服务大楼中央设置中庭，以此来强化整个建筑的自然通风和自然采光，不仅各个房间自然采光大大改善，而且在室内热压和室外风压的共同作用下，整个建筑的自然通风能力大大提高，有效降低了整个建筑的采光能耗和空调能耗。

建筑自然采光分析

在建筑能耗的各个组成部分中，照明能耗所占的比重较大，为了降低照明能耗，我们特别强调自然采光的设计。在综合服务大楼的设计中，除了引入中庭强化自然采光外，我们还采用了多项被动技术：如地下空间的自然采光通过设置数个大面积的采光天井来实现，采光天井的天窗开在地面，和地面上的植物、水景有机结合；在建筑西侧立面设置遮阳百叶，在保证室内自然采光要求的基础上，遮挡太阳直射，避免室内眩光的产生。

综合服务大楼首层室内自然采光模拟分析结果

为了验证设计效果，我们利用BIM模型分析大楼建成后室内的自然采光状况。BIM模型包含了建筑围护结构的种种信息，特别是玻璃透过率和内表面反射率等参数，对采光分析尤为重要。上图为首层室内自然采光的模拟结果，从图上看，室内约90%面积采光系数超过2%，远超绿色建筑三星标准中75%的要求。首层以上各层由于建筑自遮挡的减少，自然采光效果更优。

综合服务大楼室内绿色天井效果图

建筑综合节能分析

按照中国绿色建筑评价标准的要求，对于达到三星级标准的建筑，其能耗要降低60%。为了实现这个目标，在综合服务大楼的设计上，除上述的各种被动技术外，我们还引入了多项新技术：在围护结构的设计上，采用了双层中空Low-e玻璃；在每个房间的外侧设置一个封闭的空间，作为室内外的过渡区，既有利于冬季的保温，又有利于夏季的隔热；在设备系统上，空调系统选用地源热泵系统，大大降低了冬夏两季的空调采暖能耗；屋顶设置太阳能热水器，提供整个大楼的生活热水；室内照明系统采用T5节能灯，部分区域选用LED低能耗光源；水系统普遍采用节水器具，并把雨水收集作为室外植被浇灌的重要水源。

建筑能耗分析用建筑模型

综合服务大楼露台效果图

由于节能设计涉及到多个专业，各个节能措施之间相互影响，仅靠定性化分析很难综合优化节能方案，因此我们引入定量化分析工具，根据模拟结果来改进建筑及设备系统设计，达到方案的综合最优。我们将BIM模型直接输入到节能分析软件中，根据BIM模型中的信息来预测建筑全年的能耗，再根据能耗的大小调整建筑的各个参数，以实现最终的节能目标（表1）。经过反复多次优化，整个大楼的节能率达到67%，超过绿色建筑三星标准的要求。

注：标准煤转换关系，1MW热量=0.123ton标准煤，1MWh电=0.334ton标准煤

传统的建筑设计更多地依靠建筑师和工程师的经验，但随着建筑功能与系统越来越复杂，尤其是绿色和生态等高技术的引入，原有的定性化分析已经很难满足设计要求。绿色性能化分析的引入，不仅可以将设计师的想法具象化，而且可以准确地判断各种措施是否可行，并实现系统的优化设计。

综合服务大楼的设计将BIM与绿色性能化分析和设计紧密地联系起来，将建筑师的创作灵感与工程师的缜密分析联系起来。有了BIM这个平台，绿色分析与设计不再繁琐；有了绿色设计这个方向，BIM的应用更加广阔。两者的结合，必将使得未来的绿色建筑设计更加完美、更加平衡。

[注]：本项目获得由中国勘察设计协会和欧特克联合举办的“创新杯”建筑信息模型（BIM）设计大赛最佳绿色分析应用奖二等奖。

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