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面向可持續設計的建筑信息模型

2019/11/09 来源:海东信息港

导读

面向可持续设计的建筑信息模型过去二十多年中,信息技术彻底变革了电影和音乐、飞机和烤箱、机械和娱乐设施的设计和生产方式其中有代表性的就是

面向可持续设计的建筑信息模型

过去二十多年中,信息技术彻底变革了电影和音乐、飞机和烤箱、机械和娱乐设施的设计和生产方式其中有代表性的就是设计软件的应用让制造类产品的设计有了长足的进步这些软件可以设计并分析部件的各种特性,从物理和操作特性,到热行为和制造要求采用数字样机制造的产品不仅功能更加强大,制造成本也大大降低,而且外形更加时尚建筑师和工程师现在正在使用相似的工具来设计建筑其中完善的一些工具可以对更广泛的特性提供持续、即时的反馈,功能远远优于传统的设计工具借助这些工具,可轻松获得材料数量和特性、能源性能、照明质量、场地干扰以及新施工项目和翻新项目之间的假设比较等各类信息这种建筑设计方法与使用传统CAD软件存在巨大差别,因此行业为它起了一个新名称:建筑信息模型(BIM)在建筑的发展中交织着环保问题和日益攀升的能耗成本问题,建筑设计出现了一个日益壮大的领域——可持续设计,即在设计、施工和运营建筑时尽可能地减少环境影响的做法绿色建筑对于大多人而言,建筑所造成的环境影响令人震惊:在美国,商用和住宅建筑消耗了近40%的总能源、70%的电力、40%的原材料和12%的淡水它们排放出30%的温室气体,并产生1.36亿吨重的施工和拆毁废料(约2.8磅/人/天)可持续设计旨在通过使用环保型的设计和施工做法来缓解建筑带来的负面影响可持续设计的目标是建造“环保、可盈利、适合生活和工作”的绿色建筑可持续设计并非全新概念例如,纽约市的洛克斐勒中心建造于20世纪30年代,便应用了我们今天称之为“绿色”的设计元素——屋顶花园和可操控窗户而70年代的能源危机和新兴的环保运动真正促成了环保设计的新纪元可持续设计标准随着关注重心从太阳能加热向整体绿色设计方式的转变,资源保护工作和可持续设计在八九十年代开始壮大发展1993年,北美建筑行业的一些成立了一个全国性的可持续设计组织—美国绿色建筑协会(USGBC)今天该组织引导着自发性认证体系LEED(LeadershipinEnergyandEnvironmentalDesign)绿色建筑评级系统的发展方向,该评级系统被广泛接纳为美国国家可持续设计标准LEED评级系统根据下列5个领域的指定绿色建筑标准进行评分:场地设计、市内环境质量以及能源、材料和淡水的使用效率LEED标准在美国全国范围内被联邦机构、州和地方政府以及热心的私营公司作为可持续设计的指导原则较高的LEED评分(理论上评分为69)是对绿色建筑设计的认可,获得此类评分的项目可以从州政府和地方政府、甚至是一些致力于推广可持续设计的私人组织获得经济奖励和政策优惠在全球范围内,也出现了一些相似标准加拿大已经加入LEED项目,多个欧洲国家拥有自己的绿色评估项目,包括英国的BREEAM (建筑研究环境评估方法)、荷兰的Eco-Quantum和瑞士的ecoinvent生命周期分析方法图1LEED认证得到各类建筑业主的推崇(资料来源:USGBC,2004年9月)非营利性组织19%,私营企业25%,地方政府24%,州政府13%,联邦政府10%,其它9%绿色成绩单尽管今天大多数建筑项目在设计和建造过程中很少考虑环境问题,但不可否认,近建筑行业对可持续设计的兴趣日渐浓厚USGBC报告显示,2002年和2003年间的LEED认证项目数量翻了一番一份2003年的建筑行业调查则显示,有近一半的受调查公司至少在一个项目中应用了绿色建筑原则那可持续设计的成本如何不同的建筑项目类型和所选“环保”设计方法将决定建筑的施工和运行成本显着减少或增加长期生命周期评估无疑能证明建筑的完美性能,但在当今竞争激烈的经济环境中,建筑开发商和业主非常看重设计和建筑成本所带来的经济效益设计流程将需要更多资源,因为很多在设计后期才涉及的设计和分析任务现在需要在设计早期完成,以便完成各项可持续设计评估,而且之前不曾涉及的一些任务也被添加到了流程中(例如采光分析现在成了例行步骤),成本分析会因此变得更加复杂BIM拥有专业技术的支持,可以在标准设计流程中以副产品的形式生成可用于可持续设计、分析和认证的信息,从而显着降低设计成本什么是BIM?建筑信息模型是一种创新的建筑设计、施工和管理方法,由欧特克在2002年提出其主要特点是可以持续、即时地提供高质、一致、可靠的项目设计规模、进程和成本信息支持BIM的技术很多,但AutodeskRevit是专为BIM而开发的软件和解决方式,可为BIM提供优势因为它基于参数化建筑模型技术,该技术使用关系数据库和行为模型来动态地捕捉和表现建筑信息就像电子表格是专门用来处理数据的工具一样,基于参数化建筑建模技术的软件是一款专门用来设计建筑的工具和电子表格相同,参数化建筑建模器中的任意一处变更都将即时反映到所有位置,模型将自动全面更新,无需用户干预BIM与可持续设计但是目前许多数字建筑模型都不包含可持续建筑设计的建筑模块,因此不能为建筑性能分析和评估提供足够信息而传统的物理模型和工程图根据CAD或对象CAD解决方案中的图形来评估建筑性能,这需要大量的人员干预和解释说明,导致分析时间和/或成本显着增加Revit参数化建筑建模器用一个包含关联信息的综合数据库来表示建筑它不是以图形来描述设计,而是在项目设计推进过程中捕捉支持设计分析所需的大量数据Revit建筑信息模型已经转变了业内人士对于如何在建筑设计、施工和管理中应用技术的认识因此,Revit非常适合用来解决可持续设计专业人士日常工作中的问题,而且今后还将具备新的建筑设计功能,例如全面的能耗和生命周期成本计算功能,从而方便建筑的评估和优化许多LEED评估机构都要求建筑公司提交申请项目的工程图尽管大多数此类工程图可以使用传统CAD软件来创建,但Revit可以在创建建筑信息模型的过程中生成工程图,因此更加高效而且该软件采用了参数化变更技术,可以随时协调变更并确保一致性Revit模型包含着许多其它可持续设计和/或LEED认证所需的信息例如,用户可以模型中直接获得建筑组件明细表,从而确定材料重复使用或回收利用的比例他们还可以在模型中分析和跟踪各种可持续性设计选项用户可以使用先进的可视化方法来说服持怀疑态度的客户,向其证明绿色设计不仅美观而且性能更高设计优化在任何设计流程中,建筑团队都需要跟踪各类设计选项,直到拥有足够信息来做出选择例如,用户需要用更详细的图纸来跟踪表达一个开放式办公室方案中的采光信息和视图,从而确保图档满足法规和环保要求这两个选项可在随后用于执行更详细的日光设计分析AutodeskRevit建筑信息模型可以优化设计,建筑师可以利用一个模型同时开发并分析多个设计备选方案(绿色或非绿色)设计选项可以根据可视化、量化和假设分析需要开启/关闭,还可以长时间保存(甚至可以持续到设计流程的后期),并在制定关键设计决策时融入、放弃或归档这样,用户可以轻松检查不同级别LEED认证(或实现同一级别认证的不同方法)对应的各种可持续设计选项的假设分析,并将这些信息完整地保存在Revit建筑信息模型中,从而长时间保存创意,随时供评估之用设计优化案例分析:SkyscraperDigitalSkyscraperDigital成立于1992年,是一家专门致力于为各种客户提供三维技术和服务,从而提高客户工作效率的公司现在,Skyscraper的独特数字工具涉足各行各业,如公共机构、教育、企业、政府、休闲和娱乐等Skyscraper近承接的一个项目是负责修缮一个位于北卡罗来纳州夏洛特市的14层大楼,该大楼是一家大型金融公司的总部为了支持采光分析,Skyscraper为该项目开发了一系列设计选项,全都存储在建筑信息模型中现在,Revit客户正在使用建筑信息模型从事各种可持续设计活动,包括设计优化、可视化、采光、能源分析、工程量计算和规范管理等等SkyscraperDigital拥有4年的Revit建筑信息建模解决方案使用经验,并在近的一个建筑修缮项目中广泛使用了模型中的设计选项特性随着设计的逐步进展,Skyscraper可以利用处于活动状态的各种设计选项,在示意图、设计开发和施工图档阶段研究多种日光方案通过在一个文件中包含多个设计选项,他们可以随着项目的推进在这些选项中灵活选择例如,他们可以在早期简单的体量造型和更加精确、详细的解决方案之间进行切换,如图2所示图2SkyscraperDigital在这个建筑修缮项目中大量应用了设计优化中央数据库可以确保Skyscraper的团队可不进行重复性工作,并在整个设计流程中做出明智决策可视化从整个中世纪一直到文艺复兴,建筑大师使用实地、真实大小的模型(即实际构建的项目)来设计和建造他们的项目数百年后,这些曾用来建造圣彼得大教堂和巴黎圣母院等建筑杰作的流程已演变成我们今天所熟知的设计/施工流程,建筑师从施工流程中脱离,使用二维工程图来表示和记录他们的设计BIM使建筑师和工程师成为“数字化”建筑大师,他们可以在设计过程中,更重要的是在设计转化成高成本的砖块和灰泥(或者更多的是金属立筋和石膏板)之前,实时地查看建筑、建筑材料、建筑结构和建筑性能同时,这种模型还可以极其高效地提供精确、可靠、完全关联的传统图档集这便是AutodeskRevit建筑信息模型的优势所在,也往往是可持续设计成功的关键建筑信息模型可以结合使用能源分析、采光分析等软件工具,从而量化绿色设计,而且三维可视化和漫游可以让设计团队和客户清晰观看更加环保的设计一些设计专业人士认为BIM可以帮助他们更加游刃有余地控制整个建筑项目—这也许可以让建筑师更接近文艺复兴时期那些建筑大师们的境界可视化案例研究:LittleDiversifiedArchitecturalConsultingLittleDiversifiedArchitecturalConsulting总部位于美国北卡罗来纳州夏洛特,办事处遍及美国各地,并通过纳入面向工作场所、零售和社区客户的可持续设计分析服务扩展了自己的核心设计服务它们受北卡罗来纳州大学委托,将一座建于20世纪60年代的宿舍楼改造成现代化的高端学生宿舍,改善其内部舒适度和能源使用效率,更新和重整建筑的外观该项目所面临的环保挑战是如何地减少光污染使用外部灯光照亮夜空是不必要的,而且成本高昂,但是在北美以及其它国家和地区这种现象非常普遍—一方面是由于疏忽,一方面是由于缺乏时间和工具有效地加以管理而且,有的业主认为这是“光污染”,而有的业主则将其视为“安全照明”投资方要求要求使用LEED评级系统作为该修缮项目的指导方针,这也是北卡罗来纳州绿化州内建筑项目的试点项目图3LittleDiversifiedArchitecturalConsulting使用Revit创建的高质量图片来说明减少外部光污染设计的优势Little的团队在该项目中应用了Revit系列产品,以可视的方式分析定制的照明装置对外观的影响,旨在减少光污染他们还使用Revit开发了有效的光架设计,可以达程度将日光反射到10层宿舍通道一侧的窗户上使用标准设计环境设计这些特殊功能可以使他们的决策流程变得更加高效、合理采光采光就是使用自然光为建筑提供照明,这不仅可以提高人们的舒适度和工作效率,还可以大幅减少照明用电负荷,进而减少散热和能源负荷成功的高性能可持续设计需要有效利用太阳能,并将其融入到建筑外观和主窗设计中但是,有效采光并非易事,因为现有可精确分析采光特点的方法非常复杂虽然,能够完成这种分析任务的电脑软件程序在很多年前就已经问世,但由于复杂繁琐的建筑设计信息输入问题,这些软件应用起来非常不方便Revit改变了这种局面,它支持设计团队(而不是成本高昂的光效实验室)在标准设计环境中执行建模、测量和记录复杂的内部采光设计采光案例研究:LittleDiversifiedArchitecturalConsultingLittle依靠Revit为哥伦比亚南卡罗来纳州大学设计了一个创新的绿色生活/学习中心这个综合建筑将容纳500名学生,包括集会空间、教室和办公区学习中心融入了的可持续设计概念,部分建筑在地下,特有的草皮屋顶不仅可以吸收雨水,而且可以使新建筑与现有校园更加融为一体图4Little使用Revit中的模型来生产高质、逼真的效果图,可用于采光分析(左)和量化伪彩色强度辐射度模型(右)在过去,Little通常会将此类项目外包给实验室进行采光分析,但是借助Revit,他们现在可以自己完成这项分析在规划过程中,该公司综合使用Revit和AutoCAD软件来选择的场地和方位,以实现的光照效果,从而充分利用自然采光来节能在设计阶段,Little使用Revit进行采光设计,以及建筑物之间的外部反光设计而且RevitBuilding是Little衡量建筑能否达到金牌LEED评级要求的关键工具该中心近刚刚竣工,兑现了公司对投资方所作的建造一座高质量可持续建筑的承诺:该建筑使用的能源和水资源分别比传统建筑少45%和20%,几乎没有出现任何浪费水资源的现象,建筑成本也与建造传统建筑相仿能源分析根据美国能源部信息,目前美国有超过7,600万座住宅建筑和近500万座商用建筑本白皮书开始部分提到一个与这些建筑相关的重要数据:在美国消耗的所有能源中,建筑消耗了其中的40%将该数据与路上行驶的SUV、小卡车和轻型卡车所消耗的能源(约占7%)相比,可以发现,广受叱责的SUV所有者所消耗的石油资源是多么的微不足道4完善的能源分析是实现建筑设计战略的必要手段,可以确保有效降低能耗和采光分析软件一样,虽然能源分析软件程序在多年前就已经问世,但采用这些相关分析软件的设计公司却寥寥无几出于时间和成本考虑,许多公司都将能源分析工作外包出去,因此建筑能源性能信息只能在项目中的特定阶段才能获得不过现在,Revit提供了足够详细和可靠的高质量设计信息,完全可以满足在设计流程初期进行分析的需求,而且设计师可以按照自己的能源分析标准轻松完成例行分析Revit直接与GeoPraxis推出的GreenBuildingStudio (GBS)服务相关联GeoPraxis是开发和实施建筑能源分析工具和基于web解决方案的行业GBS服务创建了一个精确的建筑热学模型,采用了本地建筑规范条件,创建了DOE-2程序,并运行分析,将概述结果返回至设计师的浏览器这样,设计师就可以在整个设计流程中执行能源分析在设计初期,设计师还可以结合使用体量研究和能源分析结构来就如何将建筑放置到场地上做出决策随着设计推进,设计师可以评估各种日光选项以节省能源在适当情况下,可以结合使用DOE-2模型输入文件和eQUEST 、EnergyPlusTM或Trane Trace 700等工程分析系统,进行详细分析这样可以自动完成几何坐标输入,从而节省数百小时的手动操作时间能源分析案例研究:ArchitecturalResourcesArchitecturalResources是一家拥有27名员工的建筑、内部和规划公司,办事处位于布法罗市和纽约市自1991起,ArchitecturalResources(A|r)就一直致力于为整个纽约州的业主和个人提供高质量、个性化的设计和项目管理服务目前他们正使用Revit来设计位于纽约州的一个新项目—QueensPsychiatricCenterCommunityServices,一个占地45,000平方英尺的教育/医疗设施,设计要求是在不增加原始预算的情况下满足LEED建筑要求实现这一目标的方法之一就是将总能耗成本(功能成本预算或ECB)降低20%A|r之前评估建筑性能的做法是与咨询工程师合作工程师负责在工程软件中重新绘制整个建筑,并先后根据源范例(小代码)和较高节能水平来对建筑进行分析,这种分析方法的节能效果非常有限,而且通常需要花费数周时间才能完成,还会就增加的服务向客户收取费用借Revit和GBS,A|r设计师可以轻松将建筑模型以与主流工程软件应用软件相兼容的格式导出,然后在10分钟内完成源范例研究设计师可以重复这程,比较之前空间和特性重新配置的结果然后,咨询工程师可以使用源范例信息HVAC系统,修改建筑R值,并生成ECB所用时间不超过一周,而且无需增添其它服务,这使A|r可以确信由工程师分析的空间符合他们的设计意图规范管理提取、处理和运输建筑材料会对环境造成影响,因此仔细选择材料是可持续设计的一个重要方面但是就绿色项目所需的材料进行沟通往往是可持续设计项目中的一大障碍,因为材料规范通常是在设计模型之外独立创建的,因此它们的开发和维护需要耗费大量时间,而且极易出错LEED评级系统鼓励使用绿色产品和材料,向获得LEED认证的项目需要识别LEED的材料,并跟踪与这些材料相关的提交要求e-SPECS参考MASTERSPEC (美国建筑师协会授权的主规范系统)制定,后者包括数百个LEED材料选择要求参考因此,由e-SPECS从建筑信息模型自动生成的规范还包括LEED要求的交互参考,不仅可以提高协调效率,而且可以节约时间此外,对Revit识别出的有助于获得LEED评分的特定产品和材料,e-SPECS会将相应的规范语言插入到相应的规范中如果一家公司创建了一个绿色版本的主规范,e-SPECS还可以关联到现有的办公主规范中,以鼓励可行的绿色选择减少浪费、提高效率浪费和低效是建筑施工行业中存在的一个极其严重的问题,这种现象从环境和经济角度来讲都完全不具有可持续性2000年《经济学家》报告指出,美国一年的施工开支为6,500亿美元,其中低效、错误和延期导致的开支达到2,000亿美元,几乎有近三分之一的开支被浪费掉ITConstructionBestPractice服务指出,在英国,每年纠正由低质详图和错误指令造成的施工瑕疵的开支估计为10亿英镑(约16.6亿美元)这种浪费和低效很大程度是由于图档资料协调不善而导致的现场返工所造成的每个耗费业主和建筑商资金但不会增加建筑价值的变更都是资源浪费施工现场浪费的各种人力物力都意味着能源和材料的浪费,间接造成废物流以及化石燃料消耗等问题Revit可以从源头上杜绝浪费—杜绝不一致、不协调或不能精确反映设计的施工文档参数化变更技术可以确保Revit建筑信息模型(包括图档)在任何时刻都可以保持协调、一致和完整由于设计团队可以在一个熟悉的工程图和明细表视图中工作,因此Revit可以在项目中所有其它视图中协调他们的设计信息—无论是模型视图、工程图、明细表、剖面图还是平面图等等随着设计的推进,Revit可以从头至尾保留所有信息在设计中渲染的同一模型可用来准备施工图档以及生成规范在施工阶段减少人力和资源的浪费,可以为建筑增加更多价值,再次体现了该软件的环保功能,这也是Revit的立竿见影的优势之一关于AutodeskRevitAutodeskRevit平台是欧特克专门面向建筑信息模型开发的解决方案AutodeskRevitArchitecture、AutodeskRevitStructure以及AutodeskMEP都是基于Revit平台而建立的专业建筑设计和图档创建系统,能够为所有设计和施工图创建阶段提供支持AutodeskRevit的建筑信息建模技术可以帮助建筑获得多达20点的LEED认证评分该软件可以提供经济高效的可持续设计,让企业有充分信心为其项目获得令人满意的LEED评级,并增强可持续设计服务的竞争力美国议会绿色建筑圆桌会议的可持续设计简报表示:“技术、综合设计实践的持续发展,以及行业意识的不断提升,无疑将继续转变以较低创新率为特征的建筑行业”建筑信息建模和AutodeskRevit系列产品在这种转变中扮演着重要角色,为这个面临变革的行业提供了重要的创新驱动力想要了解更多欧特克可持续设计和建筑信息模型相关信息,请登陆: 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