运用BIM技术打造绿色、亲民、节能型建筑——上海世博会国家电网企业馆

过 俊

(中建国际设计顾问有限公司(CCDI))

有着“能量之心”美称的“魔盒”是国家电网企业馆最典型的特征,而那些隐含在舒适的建筑体内部的设计却鲜为人知,由中建国际设计集团(CCDI)主持完成的国家电网企业馆,充分考虑世博会其间上海的气候情况,透过悬浮的“魔盒”、LED包围形屏幕,着力演绎了开发利用自然界可再生能源和电网的关系,展现了特高压输电和智能电网的创新发展,而除了保证其建筑自身的功能以外,更多的结合场馆需求、当地气候条件和节能而拓展的设计更是本项目的设计重点所在,而全程引入 BIM技术更是设计的突破。

1 理念打造精品

“城市,让生活更美好”是 2010年上海世博会的主题,“创新,点亮梦想”是国家电网企业馆的主题,而“打造绿色、亲民、节能型的建筑”是国家电网企业馆贯穿全程的设计理念,设计中采取多种手段,在满足场馆内部参观者舒适度的前提下最大限度的节能降低碳排放;

1.1 建筑自遮阳

场馆设计上采用“魔盒”及建筑架空,形成“建筑自遮阳”,为入场的参观者遮阳挡雨。

图1 国家电网馆外观图

图2 架空的魔盒图

图3 热压拔风示意图

1.2 顺应夏季主导风向

大量人员排队滞留的架空通道在设计上顺应了夏季主导风向,并使用主入口处的空调排风来实现降温,提高人员等候区域的舒适度。

采用了建筑自遮阳和风压自然通风,人员在室外排队等候时的舒适度和健康安全指标有很大改善,世博会期间统计不满足舒适小时数从 901小时(20%)降至 381小时(9%),不满足安全小时数从203小时(5%)降至 48小时(1%)。

1.3 增强型通风系统

利用太阳能加热建筑天井内空气,利用热压形成自然的太阳烟囱拔风效果。在太阳烟囱作用下,静风期人员等候区域始终保持微风习习,让参观者倍感舒适。

太阳烟囱的设置,使人员在排队等候时不满足舒适度的小时数进一步降低至 249小时(6%),不满足安全的小时数降低至 14小时(0%)。

1.4 细水雾降温系统

在参观者排队等待区域采用细水雾降温系统降温,使人员等候区空间的温度能够进一步下降,特别是相对湿度较低而气温较高的天气,阳光辐射强烈的正午,喷雾降温所起到的作用更为明显,可降温 1℃～2℃。细水雾降温加大了通道与天井上部空气的温度差,增强了通风效果。

采用喷雾降温,世博会期间不满足舒适度的小时数进一步降低至 154小时(3%),不满足安全的小时数降低至 10小时(0%)。

国家电网企业馆设计采用“遮阳 +自然通风 +太阳烟囱 +喷雾降温”的设计,大大降低了等候区不满足舒适度的小时数和不满足安全标准的小时数,将原来 5%左右的极端不利条件下的不安全比例降到 0%,同时由于采用均为绿色生态的方式,几乎不产生碳排放,对环境的影响也最小。

1.5 节能减排与低运行成本并行

太阳能系统:总面积约 800平方米的太阳能系统为建筑提供了部分所需的电力;

光导照明:光导照明将阳光利用光导纤维引入室内,在VIP区域和展示区内演示其效果,向参观人员推广生态环保的理念。

2 BIM提升效率

随着对节能减排、舒适度要求的增长,需要在设计阶段即要对很多运行指标进行分析,以尽最大可能保证设计的质量、提高设计效率、减少完工遗憾,比如:管道的空间碰撞、人流疏散模拟分析、空间气流运动分布、温度分布等等,对涉及到专业的要求也在提高。本项目设计采用 Autodesk Revit系列设计软件为主,配合多专业的数据分析软件,将可能发生的问题及早地解决在设计初期。

图4 BIM设计系统图

(1)首先由 Revit Architecture、Revit Structure、Revit MEP搭建建筑、结构、水、电等专业的 BIM模型,这样的模型拥有区别于传统图形的有利特点,它的信息量更多,数据的递交也更准确、更宽泛,它们可以提交传统的数据文件,也可以提交 IFC(建筑工程数据交换标准)数据;

·以IFC格式数据传给 sap2000,进行结构应力计算

·以DWF格式数据传给 Navisworks,进行漫游、管线综合

·以GBXML格式数据传给 Ecotect,进行建筑性能分析

·以DWG格式数据传给 AutoCAD,进行后期图纸调整

·以FBX格式数据传给 3Dmax,进行后期效果图

渲染,以及动画制作

(2)模型数据以 DWF格式传给 Autodesk Navisworks软件,在设计阶段对 BIM模型的结构构件、设备管线信息进行整合,进行结构构件与三维管线综合碰撞检查,从而大大提高设计师管线综合设计的技术解决能力,并大量避免了施工过程中可能会出现的管线碰撞问题。以使得设计变更量减少了30%,人力资源节约 12%;在施工阶段,设计师能够通过 BIM模型里面各管线的空间定位来指导施工,保证了施工的质量和进度(见图5、图6)。

(3)模型数据以 GBXML格式传给 Ecotect软件:进行日照分析、可视度分析、光环境分析及热环境分析等(见图7),通过客观的数据来辅助设计师进行方案调整与优化;

(4)用 IES软件:进行人流疏散模拟分析,优化人流疏散方案。通过数字仿真技术,根据展馆各层的容纳人数进行了人流疏散的模拟,从而较为真实地反映出疏散过程中可能出现的各种情况,并自动生成包含疏散过程的详细数据,辅助项目组分析、调整疏散路径,优化疏散方案。对今后展馆运营管理人员在实际遇到紧急情况下的应对措施起到指导性作用(见图8);

(5)用 Fluent软件:以上海地区典型年夏季和过渡季主导风向、风速为计算依据,进行 CFD数值模拟,以分析无风和不同风速下半室外空间气流运动和温度分布情况,为半室外空间人员舒适度评价提供基础依据;

(6)在钢结构安装环节,与钢结构施工方一起合作,通过 BIM模型与施工组织进度计划相链接,对钢结构的安装施工进行 4D施工模拟。通过多媒体视频,项目管理方能够非常直观的了解整个钢结构安装的时间节点及安装工序,并清晰把握在安装过程中的难点与要点,从而进一步提高其对施工进度的把控能力。施工方可以进一步对原有安装方案进行优化和改善,以满足管理方的要求。

图5 结构构件、设备管线整合图

图6 管线检查综合报告

图7 光环境、热环境分析图

图8 人流疏散分析计算图

3 优势必须互补

涉及到如此复杂的多专业设计分析,工作量之大是显而易见的,多专业协同设计也是很多设计单位期待实现的,然而设计师的专业经验与计算机使用能力往往会产生矛盾,这种矛盾在某些方面甚至会制约专业的发挥,CCDI这次采用了专业团队与软件技术支持团队的协作方式,各自发挥自己的优势,在短时间内实现专业与技术的最佳融合。

基于 BIM技术的 Revit系列设计软件,功能很强但短时间内达到灵活使用的程度依然有难度,这次 CCDI组织了一个有着很强的 Revit操作能力的团队,配合专业人员,以最快的速度将设计师的设计思想化为现实,现在这支团队不仅与公司内部配合,也具有了承接外部任务的能力。