基于BIM流程的室内自然通风模拟实践——以周家渡01-07地块项目为例

张　星　王　凯　王海龙　朱庆涛

(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)



基于BIM流程的室内自然通风模拟实践
——以周家渡01-07地块项目为例

张星1王凯2王海龙1朱庆涛1

(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)

本文在分析现有绿色建筑设计模式不足的基础上，以周家渡01-07地块项目为例，实施了基于BIM的室内自然通风分析。在实践的基础上，提炼总结出一套新的基于BIM绿色建筑设计工作流程和方法。

绿色建筑设计； 室内自然通风模拟； BIM

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.08

图1　周家渡0-107地块项目效果图与BIM模型

1　项目背景

本项目位于上海浦东周家渡，社区紧靠世博园B片区。地块东靠东明路(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。1号楼为办公用楼，地上17层，地下2层，高84m，地上建筑面积为24 860m2； 2号楼为公寓式酒店，地上10层，高58m， 3号楼为3层商业裙楼，局部有4层，建筑高度23.8m，地块总用地面积16 573.7m2，地上建筑面积50 413m2。如图1所示。

项目在设计之初制定了绿色设计三星及LEED金奖目标，每平方米设计年能控制在100度电以内。为此，引入了BIM作为设计手段，并应用了多项被动式设计手法。本文以室内自然通风分析中的过渡季室内风速分布和主要功能房间通风换气次数模拟为例。

2　基于BIM的性能化模拟策略

当前，国内绿色建筑设计模式主要还是基于二维图纸，由建筑专业牵头，绿色建筑顾问和相关专业进行辅助配合，按照项目节点分工协作的形式展开，按周期提资工作。该模式的过程组织和任务分配上具有阶段性强、分工明确等优点，满足了一定时期的绿色建筑设计发展需求。随着时代发展，该模式不足之处也逐渐显现出来，大致可以归纳为以下两个方面：

2.1质量难控制

基于二维图纸的绿色建筑设计流程中，绿色咨询工程师基于设计提资资料开展相关工作，各个环节绿色分析成果由各专业绿色咨询顾问回馈给建筑师，建筑师处理单一问题并修改设计方案。按时间线性顺序的设计流程无法充分支持每个分离的设计阶段以得到最佳的绿色设计成果。难免会出现分析结果偏误，导致顾此失彼，缺乏系统性、宏观性。

国内工程项目节奏快、工期紧，导致设计与分析成果同步性不高，分析结果与实际效果脱节情况。以室内自然通风的模拟为例，绿建顾问常常在提到设计图纸和其它背景资料后，分析模型刚建好或报告出来之前，设计就发生变更，并未及时通知给绿色建筑咨询顾问，导致分析结果与实际效果相差较大的情况发生。

此外，传统分析数据参考文件主要有：WORD 文档、EXCEL 表格、CAD 图纸、场地相片甚至视频电子文件等。部分数据在建筑项目中反复引用了多年已经不准确，根据美国 LEED 绿色评估的统计资料，这个阶段的数据误差可达30%左右。

2.2进度难控制

当前的绿色建筑设计模式中，各参与方分工具有专业化和专门化的趋势，即线性系统的各个组成部分只行使特定的功能，存在忽略集成和协同工作价值的现象(图2)。这种模式时间节点作用强，阶段性的成果难以构成项目周期的循环体系，部分环节的设计要点多次修改，并且受多方影响，流程的任一环节出现严重问题，都有可能导致返工。

基于 BIM 技术的室内自然通风模拟思路是以 BIM 模型及相关分析软件为基础，以BIM三维协同设计为平台，统筹考虑气候、环境、项目条件等诸多问题，实施场地微环境模拟和分析，并以此评估结果对建筑决策阶段成果进行修正和建筑空间布局的调控(图3)。

图2　基于二维的绿色建筑设计流程

图3　基于BIM的绿色建筑设计流程

3　基于BIM的室内自然通风模拟解析

以周家渡01-07地块项目室内自然通风分析中的过渡季室内风速分布和主要功能房间通风换气次数模拟为例，具体分析过程分为如下三步：

3.1搭建绿色分析平台

本项目采用Autodesk Revit作为三维设计平台，并选择ANSYS、Autodesk Simulation CFD、Ecotect作为主要模拟分析工具。Revit可以输出多种通用的三维绿色分析格式，例如：Gbxml、DWG、3Ds、DXF、SAT等，能够满足较全面的绿色性能化分析的需求。如图4所示。

图4　基于BIM绿色建筑分析数据流

3.2数据收集与整理

被动式设计以气象环境数据为主要切入点，作为建筑布局调整与立面设计的基础资料。设计方的BIM三维模型不仅具有详细的几何信息，并集成了地理、气候资料，通过Autodesk Ecotect Weather Tool和《中国建筑热环境分析专用气象数据集》统计得到上海市全年夏季、冬季及过渡季风速和风向，夏季上海市主导风向为SEE向，该风向平均风速为3.5m/s； 冬季上海市主导风向为NW向，该风向平均风速为3.1m/s； 过渡季季节主导风向为NNE向，风速3.4m/s。

3.3实施模拟分析

通过BIM输出3DS格式模型通风分析几何模型到Ansys ICEM进行划分网格，得到网格总数646 万，最小网格尺寸2.1354×10-4m3，该网格能较好表征建筑形状。建筑的每一边人行高度区1.5 高度进行加密处理，划分15 个网格。网格划分完毕后，采用Fluent实施室内自然通风模拟，结果如图5所示。

图5　计算网格划分

3.3.1一层

一层主要分布有大堂、休息区及商业。大堂设置中庭， 1～2层联通。各个空间通过走道可以互相连通。由于受NNE季风影响，北侧立面为主要进风面，室外风从北侧出入口进入，通过室内空间，从西侧、南侧的出入口吹出，形成了明显的穿堂风。入口风速较高，接近2m/s，一层室内平均风速0.54m/s，具有良好的自然通风效果。

3.3.2二层

二层一般为大厅、电梯厅上空，另一侧为商业。由于二层幕墙未设置可开启扇，功能空间设门朝向1号楼内区，往东侧商业部分也设置隔墙并未打通，故无法进行自然通风。建议二层商业可以与东侧商业区联通，从而使得此部分商业区域获得自然通风。

3.3.3三层

三层主要为商业空间，幕墙均设置可开启扇，且东侧开设出入口，可与商业区域联通。从速度云图上看，自然通风效果明显。室外风从东侧、北侧开启扇吹入室内空间，东侧、北侧功能空间室内空气流动明显； 北侧南侧功能空间也通过室内环形走廊，得到了加强，整体穿堂风效果明显。三层平均风速0.46m/s，具有良好的自然通风效果。

3.3.4四层

四层主要功能空间为办公用途，功能布局以及开窗设置与5～17层类似。以此层分析代表以上楼层。从速度云图上看，室内功能分隔布局合理，室内穿堂风明显，各个房间均能看到明显的空气流动。四层平均风速0.37m/s，具有良好的自然通风效果。以上1-4层室内自然通风分析结果如图6所示。

图6　1-4层室内自然通风分析结果

4　总结

既有的二维绿色建筑设计模式已经无法满足当下绿色建筑设计的需求。从传统割裂的绿色建筑设计工作流转换到基于BIM的协同绿色建筑设计工作流是当前绿色建筑业发展的新趋势。基于BIM的三维协同绿色建筑设计流程具有集成、灵活、动态、开放等优势，模型数据从建模之初，就可以逐步地运用于建筑全生命周期的各种分析设计，保证了模型数据的可传递性，并从一定程度上简化绿色建筑性能化分析的流程。

[1]Erin Rae Hoffer，BIM for LEED，The Military Engineer，May-June 2009.

[2]王凯， 张晓菲 等.基于BIM的设计总控实践与探索——以后世博央企总部基地项目群为例[J].土木建筑工程信息技术， 2015， 7(5)： 113-115.

[3]林晨. 自然通风条件下传统民居室内外风环境研究，西安建筑科技大学硕士论文， 2006.

[4]潘毅群. 实用建筑能耗模拟手册[M].中国建筑工业出版社.2013.9.ISBN 9787-112-15510-1.

[5]任娟， 刘煜 等.基于BIM平台的绿色办公建筑早期设计决策观念模型.建筑实践， 2012(12)： 45-48.

Indoor Natural Wind Ventilation Simulation Practice based on BIM Workflows——An Example of Zhoujiadu 01-07 Project

Zhang Xing1，Wang Kai2，Wang Hailong1, Zhu Qingtao1

(1.CSCDongfuGroup，Shanghai200122，China；2.EastChinaArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.，Ltd.，Shanghai200041，China)

With the practice of indoor natural ventilation simulation in Zhoujiadu 01-07 Project,The author summerizes the disadvantages of present green building design method and puts forward new green design workflows based on BIM.

Green Building Design; Indoor Natural Wind Ventilation Simulation; BIM

张星(1982-)，男，上海中建东孚投资发展有限公司BIM主管，主要研究方向：建筑信息模型；
王凯(1982-)，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技术总监，主创建筑师，主要研究方向：数字化建筑设计与理论、建筑与室内一体化设计;
朱庆涛(1969-)，男，上海中建东孚投资发展有限公司党委书记，高级工程师，主要研究方向：绿色建筑、装配式建筑、建筑信息模型。

TU17

A

1674-7461(2016)04-0046-04