BIM技术在三亚新海干部疗养基地设计中的应用

张绪松 谢 宜 刘晓波

(1．深圳市建筑设计研究总院有限公司，深圳 518031;2．华中科技大学BIM工程中心，武汉 430074;3．广州优比建筑咨询有限公司，广州 510640)

1 前言

信息技术已经为制造业、电子业等行业带来了革新性的变化，而建筑业信息化程度仍旧处于较低的水平。随着社会文明的发展，建筑业已开始向低能耗、低污染、可持续发展的方向发展，且伴随着国外同行业日益激烈的竞争与挑战，应用信息化技术革新我国建筑行业是现阶段应运而生的发展方向。建筑信息建模(Building Information Modeling，BIM)作为一种创新的工具与生产方式，是信息化技术在建筑业的直接应用，自2002年被提出后，已在欧美等发达国家引发了建筑业的巨大变革。BIM技术通过建立数字化的BIM参数模型，涵盖与项目相关的大量信息服务于建设项目的设计、施工、运营等整个生命周期，为提高生产效率、保证生产质量、节约成本、缩短工期等发挥出巨大的优势作用。虽然我国的BIM应用还处在雏形阶段，但是认识并发展BIM、实现建筑业的信息化转型已是势不可挡的趋势。

随着经济高速发展，人们的生活水平不断提高，对于能源、资源的利用不断上升，但现代化的生活方式很多是以牺牲环境为代价的。种种的迹象表明，我们的生态环境正在被破坏，人与自然的平衡被打破。为此，如何利用信息技术支撑可持续发展的理论，既能满足当代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力，已经成为各行各业都在思考和探索的问题。在这种注重长远发展的经济增长模式下，在建筑行业里，我们相应的提出并推行发展低碳环保建筑概念，同时伴随着信息技术的发展，BIM技术开始进入我国建筑界，建筑设计也开始使用BIM专业软件计算建筑性能分析，并通过分析结果优化设计方案和减少能耗，将建筑的舒适度与建筑经济指标做到均衡，为协调人类生活与生态环境的和谐发展而努力。

2 项目背景

本文将通过介绍新海干部疗养基地的BIM设计及性能分析内容，具体阐述BIM复合设计流程及BIM性能分析的主要成果，目的是通过该项目的设计分析总结建筑设计BIM复合设计方案流程，对比建筑传统设计方案和BIM设计方案通过性能分析后在建筑性能上提升。

2．1 设计背景及设计方案介绍

(1)项目设计背景

新海干部疗养基地位于海南三亚市，基地的方向为基地西、北两侧与均与18 m红线宽市政道路相邻，东侧为一类居住用地，南侧为水系，基地可通过南侧建筑间距享受海景(图1)。

图1 项目现场

(2)设计方案的演变(图2)

图2 设计方案的演变

(3)场地高差策略(图3、图4)

图3 原始设计方案场地高差策略

图4 修改后设计方案场地高差策略

建筑通过抬高2．5 m，下沉3 m，局部大空间下沉5 m，使负一层为有良好的通风与采光。基地南侧和东侧城市道路无高差。

(4)总平面图设计(图5)

建筑整体采用滨海的建筑形态，细部设计运用新疆建筑元素烘托出强烈的民族气氛。入口大堂采用敞开式的设计，充分利用自然通风，降低能耗，并与环境产生良好的互动关系。敞廊、内庭院的布局形式适应三亚气候特征。基地南侧留有一定的预留发展用地。

图7 基地入口透视图

2．2 项目难点

本项目的设计过程难点在以下几个方面:(1)如何将方案的设计意图和设计理念向业主阐述?除了传统的设计文本、设计图、CG动画和效果图之外，需要更加数据化的表达方式，要通过精确的数据向业主阐述设计方案的优点和理念。(2)如何在设计方案阶段表达方案的低能耗、舒适性与经济性并重的设计思想?传统的设计表达意图已经无法将低能耗、舒适性等指标量化，通过文字的阐述始终不能使人信服。(3)复杂曲面如何定位?传统的设计方法无法将曲面的节点通过图纸进行精确坐标定位，必须要通过三维复杂曲面设计方式解决。(4)如何通过信息技术检查设计错误，高效检查设计方案，减少设计图纸的错、漏、碰、缺?现阶段的图纸都是通过CAD技术二维映射图纸的方式表达三维空间，而在三维空间的表达图纸映射表达始终是二维图纸的一大缺陷，同时，图纸的二维映射容易在表达三维空间关系时出现错误，所以必须建立三维空间模型，将图纸立体化，这样才能检查设计方案的空间三维关系，这样才能检查设计方案的空间合理性和设计的准确性，并且能极大地减少图纸的错漏碰缺问题。

通过分析这些问题，设计团队决定在本项目的设计过程中采用BIM技术。采用BIM技术的主要目标一是辅助设计工作，通过BIM设计建立新的BIM设计的流程及规范，创建新的基于BIM技术的设计工作流;二是通过BIM设计模型进行可视化表达，通过BIM模型的可实时浏览技术向业主充分表达设计思想和设计理念;三是对BIM模型的信息进行提取，通过专业建筑性能分析软件计算设计方案的建筑性能指标，指导设计方案的修正，同时也向业主传达设计方案的建筑性能优化数据;四是通过BIM曲面建模，找准设计方案曲面空间节点的精确空间坐标，为后续结构优化给予数据支撑;五是通过BIM模型检查图纸方案的设计错误和设计方案的空间合理性，最大化减少图纸错、漏、碰、缺问题。

3 BIM技术方案

3．1 BIM复合设计流程

总的来讲，BIM复合设计流程是将设计方案BIM模型化后，通过性能分析检查、建筑构件空间检查以及设计师对设计方案空间感觉的评估后，通过修改设计方案的一种工作流程(图8)。

图8 BIM复合设计流程图

BIM复合设计流程主要是设计方案在各单项分析之后，综合各项结果反复调整模型，寻找建筑物综合性能平衡点，提高建筑整体性能。“BIM软件平台——数据格式——专业分析软件”构成了BIM技术在建筑环境领域综合应用的基本模型。在建筑全生命周期不同阶段的调整均以性能分析的结果并综合建筑设计的规划和经济指标为依据，从真正意义上构建可持续建筑。BIM模型建立以Autodesk公司的Revit系列BIM工具为建模工具。模型见图9、图10。

3．2 建筑性能分析

建筑设计在满足使用功能的前提下，如何让人们在使用过程中感到舒适和健康是建筑环境领域研究的主要内容。其中，寻找室内舒适性、建筑能耗、环境保护之间的矛盾平衡点是亟待解决的问题。通过BIM建筑性能分析，最终达到建筑设计功能性与舒适性的完美结合。本次性能分析的主要内容是下面四部分:检查基地设计方案1－3层中空大堂通风分析优化 (风速、温度);中庭通风分析优化(风速、温度);负一层能耗分析优化;第三层标准层能耗分析;第三层标准层采光遮阳分析优化。模型分层见图。建筑性能主要是两部分内容，一是建筑本身的功能(用途)，二是建筑的性能(质量)。建筑功能评估主要是功能的完善性和扩展性，二建筑性能评估主要是指建筑的舒适性和设计、施工、用料质量等(图11)。

图11 建筑性能

图14 负一层能耗分析模型与BIM模型对比

图15 一层到三层层空间BIM模型图

(1)性能分析工作流程

性能分析工作最基本的载体来源于BIM模型，该模型是严格按照设计图纸构件，同时将建筑构件的属性信息附在建筑模型上，通过BIM模型工具对其属性信息进行提取，构件性能分析用的专业分析模型，导入到专业性能分析软件中，通过综合气象数据、建筑使用的基本规律等边界条件，最后计算得到模型的各个性能指标(图12)。

(2)建筑性能指标选取

本次项目建筑性能分析指标选取主要为:能耗分析(年累计能耗分析、舒适度模拟、区域太阳得热模拟、冷热负载等)，风模拟分析主要计算1－3层开敞空间风速和温度分布，了解室内热岛区域。指标表见图13。

(3)能耗指标选取与设计意图之间的关系负一层

新海干部疗养基地在负一层的设计中考虑了通风与采光的设计，因此在负一层计算指标中，特别注重能耗分析，并以BIM分析结果作为对设计的检验依据，通过BIM分析结果对设计进行进一步调整。

通过不断的性能分析和设计调整，达到了设计方案功能性、舒适性和低能耗可持续性融合的目的。负一层能耗分析模型和BIM模型见图14。

a．一层至三层开敞空间

一层至三层全部采用完全开敞空间的设计方式(图15)，设计师意图最大化利用通风降低一层至三层的空间热量，降低区域热岛和能耗，为此，BIM风环境分析特别选取了1－3层开敞空间计算室内通风情况，通过计算夏季开敞空间的风速流动和温度情况，得到1－3层的空气流动舒适度情况。

b．三层客房密闭空间

三层是典型的客房区，是入住酒店客户对舒适度要求最高的地方(图16)，选取三层客房区域作为日照和热舒适度计算目标区域，了解三层客房每个房间的舒适度情况。

(4)边界条件设置

边界条件主要集中在气象条件、建筑堆砌材料、设计方案的前后变化和建筑物使用规律等。

a．气象条件

三亚的气候属热带海洋季风气候。年平均气温25．4度，七月平均最高气温28．3度，一月平均最低20．7摄氏度气温，全年日照时间约2．563小时。在BIM建模软件和分析软件中可精确定位项目位置获取当地气象数据(图17、图18)。

b．建筑物使用规律

人员与运行设置，人员着衣量选定为1．00，人员采用办公室办公人员，散发热量70W(图19)。

空调设置为混合模式系统，空调范围为18度-26度。空调运行时间为6点19点，周一至周五运行(图20)。

原始设计方案与修改后设计方案的边界条件1-3层通风。

图19 负一层室内活动指标及空调设置

图20 负一层室内运行规律设置

本项目引入自然空间的方式来改善内部小气候，营造舒适的生活环境。原始设计方案对1-3开敞进行了半开敞设计，在酒店入口与庭院间通道及回廊采用了开敞空间设计，酒店东西侧未使用可开启通风窗设计，而使用了推拉门设计(图21)。

修改设计方案对1-2层进行了全开敞设计，在酒店入口与庭院间通道及回廊采用了开敞空间设计，酒店东西侧全部使用可开启通风窗设计，使用全可推开的平开门设计，并将建筑物南向水体面积设计增大，以降低风场温度(图22)。

c．负一层能耗分析堆砌材料方案前后对比

原始设计方案中，负一层采用了轻质骨料混凝土堆砌，在导热系数、比热等指标方面都不属于节能材料(图23)。

设计方案修改后，采用了导热系数更低的加气混凝土骨料堆砌，属于更加节能和环保的堆砌材料(图24)。

图23 负一层原始设计方案轻质骨料混凝土热工属性

d．三层阳台设计

原始设计采用了无遮阳措施的退台设计(图25)。修改后的阳台采用了百叶作为遮阳板，一是可以起到美观作用，二是可以为室内进行遮阳(图26)。