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一
引言
建筑环境性能通常指建筑在运行过程中的环境表现和建筑运行所消耗的资源，以及对环境的影响等。建筑环境性能模拟的内容主要包括：建筑室内采光、通风组织、热舒适性等；室外的场地交通系统、光污染、建筑周围的声环境、热环境、室外景观布置等；以及建筑系统本身的适应性、保温性能和耐久性等；还包括建筑环境负荷，如对生态多样性的影响，对能源、建筑材料、水、土地等各种资源的消耗，以及污染物排放、日照、光污染、风害、热岛效应、基础设施负荷等对周边环境的冲击等。
建筑环境性能的好坏通常在设计阶段就已经基本确定，这些性能指标直接关系到使用者的舒适度、建设成本、运营维护成本以及能耗等等。但是以前由于缺少合适的技术，大部分项目以合规验算和定性分析为主要手段，在整个设计完成以后甚至施工图出来以后再进行分析计算。这样很难充分利用自然通风、日照等自然资源，很难充分满足使用者对舒适的要求。如果发现设计存在问题，通常需要大量整改而造成浪费。
当前，BIM 技术以其富含信息的多维建筑模型为上述建筑性能分析的应用提供了可能性。建筑师在设计早期阶段就可对建筑环境进行模拟分析，并根据分析结果调整设计方案，提高设计的效率和质量。本文仅以景观分析、日照分析、风环境分析、噪音分析、温度分析为例进行介绍。
二
应用举例
01项目景观分析
不论是商业地产项目还是住宅地产项目，环境景观是项目定位一个很重要的因素。电脑效果图在项目的开发前期、尤其是在项目的营销阶段起到非常重要的作用，是对项目形象的一个最直观的展示。但是电脑效果图具有很大的随意性，尤其缺乏数据支撑，很难做到与真实情况一致，有时还会为了视觉效果牺牲真实性。现在更多的业主、开发商对于效果图的客观性也提出了更高的要求。
应用BIM技术，把项目BIM模型与环境场景位置精确定位后，可以从价值高的景观反算出项目各位置对于该景观的可视度。根据需要，可以选择模型中任意的位置，例如窗户、阳台等，经过软件分析计算，得出景观物体在这些位置的景观可视度的数据，通过颜色、数值等多种不同的表现形式直观地展现其景观可视度情况。
图 | BIM用于景观可视度分析示例
上图模拟了某区域内城市道路对地标建筑的可视度，从结果可以清晰的看到，城市道路上对该地标建筑的可视度分布。图例表示景观建筑被可视面积的大小，从蓝色到黄色对应面积为0到2800平方米。在道路上网格的颜色区域变化则显示了能看到景观建筑的区域变化。
02建筑环境日照分析
国家已经在建筑设计相关规范中规定了日照标准，随着人们对居住品质的要求不断提高，人们对日照的重视度也较高，据有关资料显示，日照和建筑间距信访量占城市建设相关总信访量比重较高。而且对于地产开发，日照情况的好坏也决定了房屋的价值。因此，如何合理利用土地资源，通过科学的手段做出日照情况良好的设计是地产开发一个重要的环节。
目前，比较常见的方法是多方案比较。由于每一个方案都需要大量时间制作，因此也不可能做太多的对比方案，所以大多数情况还得靠经验来主观衡量，从而导致了日照的准确性不够理想。另外一个问题是目前的建筑设计还是以二维设计为主，对应体型比较复杂的建筑物，常规的日照计算软件可能误差较大，这将留下日照纠纷隐患。
BIM技术的引入，大大提高了日照计算的效率，尤其是提高体型复杂的建筑物的日照精确度。由于计算效率的提高，也使多方案比较变得相对容易实现。只要具备项目的地理位置、朝向，把项目概念模型放入该地形图中，就可以计算出任意时间的日照情况。由于基于BIM的概念模型具备比较随意的拉伸、旋转、变形等参数化控制，可以根据日照计算结果，很方便地进行模型调整，而关联的面积、容积率等数据也随即变化。因此可以及时地获取到不同设计方案的日照结果和面积、容积率等数据。
图 | 日照时间分布模拟示例
如上图所示，立面网格上的颜色区域，从黄色到蓝色显示了当日日照累计时间的递减。从上图看，该立面左下方区域由于遮挡，日照时间少。图右上方的图例表示日照时间从0小时到5小时对应的颜色（蓝色到黄色）。
03建筑风环境分析
随着都市建筑的高度密集化和高层化，建筑物之间的风环境的相互作用变得越来越重要。建筑外部环境对建筑内部居住者的生活也有着重要的影响，建筑小区二次风、小区热环境等问题日益受到人们的关注。改善建筑物外环境的空气自然流动，可避免局部产生不利于室外活动的风环境，改善外部空气质量，保障室内良好的自然通风。
因此，在项目规划设计时，就要先进行项目环境的风环境分析。首先，把周边环境的基本体量模型建立起来，再加上项目本身的方案模型，根据当地的气象数据，进行风环境模拟分析，得出空气的流动形态，然后再进行设计调整。风环境模拟分析主要内容包括：空气龄、风速和风压。
图 | CFD风环境模拟分析
采用CFD可以方便地对建筑外环境进行模拟分析，从而设计出合理的建筑风环境。通过BIM技术与CFD技术的结合运用，可以方便、快捷地对建筑内、外环境的气流流场进行模拟仿真，可以形象直观地对建筑内外环境的气流流动形成的流体环境做出分析和评价，并及时地调整方案。这有利于规划师、建筑师在方案设计的时候全面、直观地对环境影响的因素进行把握。
04建筑环境噪音分析
安静是良好环境的重要条件之一，不论是白天的工作还是晚上的休息，人们都需要安静的环境。然而随着城市建设的高速发展，建筑密度增大，道路行驶的汽车增多，城市噪音污染也随即增大。
项目环境噪音分析，就是把项目周边已存在的、我们无法改变的现状: 诸如道路、人群活动比较多的广场、娱乐场所等产生噪音比较大的噪音源放入到项目模型中进行分析模拟。通过分析模拟，对受噪音影响比较严重的区域，进行特殊处理，比如双层玻璃、隔音楼板和隔音墙体、吸音材料、调整窗户方向避免噪音直线传播等措施，以及增加挡音墙、种植隔音效果较好的树木等等，改善整体项目噪音环境。
图 | BIM用于噪音分析示例
上图为某组团规划模型，噪音源假设选取为露天体育场，并设定为500M赫兹的噪音，噪音波成球状散射，高度角为45度，方位角90度，声波数量1000，以此对组团的声环境进行分析。
05建筑环境温度分析
人体对于空气的温度是比较敏感的，人感觉舒适的温度还与湿度、风等要素有关，我国的设计规范要求室内温度夏季在24~26℃，冬季在16~20℃。然而，如果要采用人工的温度控制措施，需要消耗大量的能源。
项目环境温度分析，主要有两项工作: 一是项目区域的温度分析; 二是室内温度分析。通过建立项目区域BIM 模型，结合相关气候数据属性，分析模拟出项目区域的热环境情况。根据分析结果，调整环境设计，譬如调整建筑物布局，改善自然通风路线，增加水景、绿化等措施，以降低局部区域温度。对于室内温度分析，在BIM 模型里加入建筑围护结构的热特征值，诸如导热系数、比热、热扩散率、热容量、密度等数据，除了通常的冷热负荷计算外，还可进行全年的室内温度分析，优化室内温度的设定值。进而优化供暖和制冷系统，实现在满足舒适度的前提下减少能耗。
图 | 区域温度云图示例
图 | 冷热负荷计算示例
三
结语
在建筑设计阶段进行建筑环境性能分析，对于建设一个良好的项目是十分必要的。通过上述示例我们发现，BIM技术为建筑环境性能分析提供了基础保障。基于BIM的设计提供了一个包含建筑物相关信息的三维载体，通过与模拟工具之间的关联操作可以充分发挥模型中信息的作用，同时改善建筑性能设计的工作流，大大提高建筑设计的质量，增强建筑设计的科学性。相信随着BIM技术的不断升级，其与不同模拟工具间的协同和集成将会更加优化，为设计师带来更大的便利。
（编辑：奚雅青）
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