室内自然采光BIM模拟分析研究概述

吴 伟 梁 铭 彭 杰 王 承

(1.上海中建东孚投资发展有限公司，上海 200122； 2.华东建筑设计研究院有限公司，上海 200041)

室内自然采光BIM模拟分析研究概述

吴 伟1梁 铭1彭 杰1王 承2

(1.上海中建东孚投资发展有限公司，上海 200122； 2.华东建筑设计研究院有限公司，上海 200041)

随着人们对建筑要求品质的提高，绿色理念已经或多或少的被利用至建筑设计中。本文着重探讨了中建广场项目BIM和自然采光技术的结合，研究了如何利用BIM模型结合相关软件直接进行自然采光技术全过程。

BIM技术;自然采光;模型简化

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.06.03

1 前言

在现代室内装修过程中，为达到一定的建筑功能和美观效果，一般会采用采用大量人工照明，这在一定程度上不仅仅隔离了人和自然的联系，也有可能造成能源的极大浪费。在当前大力提倡实现可持续发展的大背景下，室内自然采光设计最终会走到绿色生态设计这个方向上。

如何在保证达到建筑功能及美观效果的同时，合理的利用能源已经成为现代建筑设计过程中的难点和重点。传统采光分析在分析软件中依据CAD图纸进行模型搭建并进行相关参数设置，最终计算得出模拟分析结果。这种方式需花费大量的工作时间在基础分析模型的搭建上。而基于BIM模型进行的分析仅需通过项目既有的BIM模型的基础上进行简化、调整，然后导入到分析软件中即可进行性能化模拟分析。与传统的性能化分析相比，工作量大幅减少。

BIM技术和室内自然采光分析技术的结合，在一定程度上使得项目采光设计过程各种方案得到快速的论证，保证采光设计方案的设计的优化和高效。

2 关键技术阐述

2.1 软件选型

目前对于室内自然采光分析，主要的分析软件有DIALux和Radiance。DIALux是当今市场上最具功效的照明计算软件，它能满足目前所有照明设计及计算的要求。Radiance采用了蒙特卡洛算法优化的反向光线追踪引擎。Radiance广泛地应用于建筑采光模拟和分析中，其产生的图像效果完全可以媲美高级商业渲染软件，并且比后者更接近真实的物理光环境。

两者相较而言DIAlux 更加偏向于照明设计软件，兼具自然采光模拟的功能，而Radiance功能更加全面，在自然采光模拟方面更具专业性。

因此，本次自然采光模拟我们选用了Radiance进行模拟分析。

2.2 BIM模型简化

在室内自然采光分析计算时会忽略室内家具等设施的影响，在模拟过程中需要考虑围护结构的空间位置、壁面材质反射系数、玻璃材质可见光透射比等参数。而BIM模型的建立不仅仅应用于一般分析还需考虑各专业协调等其他用途，其模型所包含的构件远比室内自然采光分析要多很多，如直接将模型导入ECOTECT中将会导致数据量很大使得计算效率降低或软件死机的情况出现，所以需根据实际需求进行BIM模型的简化。

2.3 BIM分析流程

室内自然采光的分析流程主要如图1：

图1 室内自然采光模拟流程

2.3.1 数据准备

1)方案设计模型或二维图、气象数据、区位数据。

2.3.2 分析优化操作流程

1)收集数据，并确保数据的准确性；

2)根据前期数据以及分析软件要求，建立分析所需的模型；

3)根据气象、区位信息进行环境设定；

4)分别获得单项分析数据，综合各项结果反复调整模型，进行评估，寻求建筑综合性能平衡点；

5)根据分析结果，调整设计方案，选择能够最大化提高建筑物性能的方案。

3 项目介绍

周家渡项目(图2、图3)位于上海周家渡区域，紧靠世博园B片区。项目地块紧靠地铁6、7号高科西路站，东靠东明路(北至东方路、临沂路)、杨高南路(向北直达中建大厦)，南侧为高科西路(西至西藏南路隧道)，北侧为白莲泾河西侧、西侧为河道匝道口。项目总用地面积16 573.7m2，总建筑面积75 968m2，其中地上50 413m2，地下25 555m2。

规划初期，项目制定了绿色三星及LEED金奖的需求。项目制定了年能耗110KWH的高性能绿色指标，引入60多项绿色技术，并在全过程中引入BIM，辅助进行设计、施工及运营维护； 将绿色设计、绿色施工和绿色生活的理念贯穿于全过程。

图2 项目BIM模型

图3 项目效果

4 BIM分析

4.1 日照条件

上海日照充足，太阳辐射最高的季节为春、夏季，最高辐射量可达800W/m2。其他季节平均辐射量也可达500至600W/m2(图4)。

图4 项目日照条件图示意

4.2 参考依据

1)《建筑采光设计标准》GB/T 50033-2013；

2)委托方提供的相关建筑设计文件；

4.3 评价标准及内容

由于各地光气候资源条件存在差异，不同地区相同建筑类型建筑采光系数要求各不相同。根据《建筑采光设计标准》GB/T 50033—2013规定，采光系数标准值应乘以相应地区的光气候系数 K，不同地区光气候系数如表1所示。

表1 光气候系数

光气候区ⅠⅡⅢⅣⅤK值0．850．911．11．2室外天然光设计照度(lx)1800016500150001350012000 注：本表引自《建筑采光设计标准》GB/T50033-2013表304。

上海地区属于Ⅳ类光气候区，其室外天然光设计照度为13 500 lx，光气候系数为1.1。

表2 各采光等级参考平面上的采光标准值

采光等级侧面采光顶部采光采光系数标准值(%)室内天然光照度标准值(lx)采光系数标准值(%)室内天然光照度标准值(lx)Ⅰ57505750Ⅱ46003450Ⅲ34502300Ⅳ23001150V11500575

表4 采光系数标准值

采光等级场所名称侧面采光顶部采光备注采光系数标准值(%)室内天然光照度照度标准值(lx)采光系数标准值(%)室内天然光照度照度标准值(lx)Ⅲ办公室、会议室3045022300强制性条文Ⅳ大堂2030010150非强制性条文

《建筑采光设计标准》GB/T 50033-2013中： 3.0.3 规定了各采光等级参考平面上的采光标准值，见表2。此外，办公建筑的各类功能空间的采光标准要求值见表1-3。

表3 办公建筑的采光系数标准值

采光等级房间名称侧面采光采光系数标准值(%)室内天然光照度标准值(lx)Ⅱ设计室、绘图室40600Ⅲ办公室、会议室30450Ⅳ复印室、档案室、大堂20300V走道、楼梯间、卫生间10150

因此，依据《建筑采光设计标准》(GB50033-2013)中对各类型房间的采光等级和采光系数的要求。结合本项目所在地区及各个房间的作业精度，各类功能房间和区域的采光要求分别见表4。

4.4 分析软件

Revit模型简化后导入ECOTECT并结合Radiance计算的方式对室内自然采光进行模拟，并分析判断其室内各类功能空间的采光效果是否达到《建筑采光设计标准》(GB/T 50033-2013)的要求。

4.5 参数设置

材料的材质、颜色和表面状况决定了光的吸收、反射和透射性能，对建筑的采光和遮阳分析有着较大的影响，模拟分析时应依据实际材料的属性对参数进行设置。本报告依据委托方提供的材料(建筑施工图)并参考《建筑采光设计标准》(GB/T 50033-2013)中的附录D进行参数选取，各围护结构光学性能参数的具体取值如表5所示。

表5 材料光学性能参数

构造材料室内反射比可见光透射比楼面、地面塑料贴面板012[BH〛墙面乳胶漆080[BH〛顶棚白色乳胶漆石膏板吊顶084[BH〛玻璃幕墙隔热铝合金双玻窗043

此外，对于透光材料，如侧窗和天窗，还需考虑采光构件的窗结构挡光折减系数和窗玻璃的污染折减系数，参照《建筑采光设计标准》中的附录D进行相关设置，其具体参数取值如表6所示。

表6 透光构件的折减系数

构造名称窗结构挡光折减系数窗玻璃的污染折减系数窗07509

4.6 分析模型

分析模型采用项目既有Revit模型进行简化调整导入ECOTECT软件，图5所示为项目的分析模型。

图5 分析模型效果

4.7 自然采光分析结果

根据《建筑照明设计标准》(GB 50034-2004)中各类建筑照明标准值规定，本次室内自然采光模拟计算时，主要功能空间的参考平面为0.8m水平面。

表7

续表7

计算结果表明，项目的主要功能空间采光系数和71.37%的内区主要功能空间采光系数满足《建筑采光设计标准》(GB 50033-2013)中的要求。因此，项目最终设计满足《绿色建筑评价标准》GB50378-2014中8.2.6条“公共建筑主要功能房间80%以上面积的采光系数满足现行国家标准《建筑采光设计标准》GB 50033的要求”和8.2.7(2)条“内区采光系数满足采光要求的面积比例不低于60%”的要求。

5 结论

利用BIM技术和室内采光技术进行结合，将BIM模型进行简化后导相关计算软件，在减少传统根据CAD重复建模的工程量的同时，能大大提高分析效率。

[1]陈雪峰.BIM协同绿色建筑设计成趋势[J].建材发展导向.2015(4)： 75.

[2]张迪, 郝之鹏.从最新绿建标准看BIM的应用与发展[J].土木建筑工程信息技术,2015,7(4)： 52-58.

[3]杨科, 康登泽, 车传波, 徐鹏.基于BIM的碰撞检查在协同设计中的研究[J].土木建筑工程信息技术,2013,5(4)： 71-75+98.

[4]刘清.BIM在绿色建筑中的应用探析[J].四川水泥.2016(1)： 122.

[5]刘立明, 李宏芬, 张宏南, 邢宇.基于BIM的项目5D协同管理平台应用实例——RIB-iTWO系统应用介绍[J].城市住宅.2014(8)： 47-51.

[6]魏来.BIM、信息化、大数据、智慧城市及其他[J].城市住宅.2014(6)： 14-16.

Analysis and Research on BIM Simulation of Indoor Natural Lighting

Wu Wei1, Liang Ming1， Peng Jie1， Wang Cheng2

(1.CSCDongFuGroup，Shanghai200122,China; 2.EastChinaArchitecturalDesing&ResearchInstitution，Shanghai200041，China)

With the improvement of the quality of building requirements，the concept of green has been more or less used in the architectural design.This chapter focuses on the combination of BIm and natural lighting technology in the CSC Plaza project，and studies how to use the BIM model combined with the relevant software to carry out the whole process of natural lighting.

BIM Technology; Indoor Natural Lighting; Model Simplification

吴伟(1981-)，女，上海中建东孚投资发展有限公司技术研发部BIM组长，主要研究方向：绿色建筑、装配式建筑、BIM新技术研发及推广;王承(1985-)，男，硕士，华东建筑设计研究院有限公司数字化技术研究咨询部BIM经理，主要研究方向：项目BIM全生命周期应用。

TU17;TU113.5

A

1674-7461(2016)06-0018-05