本站原创背景
在当前推行循环经济,建设可持续性发展型社会的大背景下,建筑领域也积极倡导节能、节地、节水、节材、环保的理念.而设计作为建设项目全生命周期中的前期阶段,往往以最小的消耗代价决定了一个项目在建设和使用乃至拆除的全过程中的资源消耗状况.而目前建筑领域的粗放型建设、高能耗使用的现状,很大程度上源自“赶工设计”的粗放成果.建设“绿色”建筑,除了具备先进的理念和技术,如何提升设计质量,走精细化设计的道路,也是建筑彻底改变现状,实现“四节一环保”目标的重要一环.
深圳市建筑科学研究院多年来致力于绿色可持续发展建筑研究、设计工作,在绿色建筑设计理论和设计方面有了一定的技术储备,因而设计建造自己的办公科研大楼,便成为我们将这些理论,方法和技术集成综合实践的一次难得的机会.多达四十余项新技术、新材料集成应用在项目中,建筑空间、功能较为复杂,在实践过程中,逐渐感觉到目前传统的二维化CAD制图式的设计工具很难满足绿色、综合性的精细化设计的需要.
深圳建科院新建的办公科研展示综合体――“深圳建科大楼”是以“本土、低耗,精细化”绿色生态建筑为建设目标,实现设计、建造、运行、管理、维护、更新的全寿命周期综合有机协调,并在此基础上探索循环经济、可持续发展理念在建筑领域的有效实现途径.该项目是目前国内夏热冬暖地区办公综合建筑绿色可持续发展的综合示范工程,也是国家可再生能源利用城市级示范工程项目.该项目位于深圳市福田区中轴线的北端,用地面积3000m2,总建筑面积1.8万m2,地上12层,地下2层,是集研发、实验、办公、会议、展示、餐厅、宿舍等多种功能于一体的综合建筑.
面临的挑战
1 如何满足项目动态的研发需要
作为集设计、科研于一体的单位,设计项目往往需要在绿色可持续建筑设计领域进行诸多探索性工作.这就决定了从建筑设计方案构思阶段,就伴随着大量基础科研工作同步进行.而科研工作的结论又往往对建筑方案从布局到形态提出动态的指导和修改建议.这就要求建筑师需要对方案同步进行多方面的调整、变化,要不停地在整体形象效果,绿色节能和具体实现问互动调整.而传统设计工具的调整使工作量十分庞大,且不易被分解给更多的参与者,所以在有限的时间内,往往只能降低互动的频率,难以达到最充分的协调结果.
2 如何为决策提供更快捷的分析数据
深圳建科院一贯坚持建筑设计应关注建筑物全寿命周期成本的理念,将传统上建筑设计只对建造成本负责的范围延伸到建筑策划、定位、设计、建造、使用、管理、维护等整个生命周期中,在建筑体形的设计、材料设备的选择、管理模式确定等方面均需要较为精确的数据统计作为几个因素平衡的依据.而这必然比传统设计要求提供更频繁的数据统计和调整论证工作.
3 如何使有限的人员完成更精细化的设计
目前国内大量的建设任务决定了各设计单位多数在超负荷运行,深圳建科院目前承担的科研,设计工作量也逐年大幅度攀升.设计、科研人员工作量均非常饱和,项目组不可能依靠增加更多的设计人员来满足为实现绿色示范项目所需要增加的庞大工作量.如何让有限的人员更充分的发挥效能,“好钢用在刀刃上”,将专业设计人员的工作精力和时间从一些低技术含量的重复劳动中解放出来,高效率、集中地用在更能体现价值的创造性劳动中,也是能否实现项目目标的关键问题.
探询解决方法
通过对上述存在问题的综合分析,使我们认识到,要想实现真正意义的绿色、生态,可持续性建筑设计,除了具有先进的设计理念、综合运用新材料、新科技能力,我们的设计工具,也迫切需要更新,以满足新的工作目标对“质”和“量”的全新要求.期间,我院也在不停地探索运用了一系列国内外相关领域的先进设计工具软件.Autodesk针对建筑设计的三维信息化(BIM)解决方案“Revit”软件的推出,该软件所体现出的三维精确化的设计模式、信息化的构建系统、实时的数据统计功能、完善的外部接口、高效的协同模式等符合我们对绿色建筑实现工具的目标需求.为三维信息化设计工具在我院的全面推广积累经验、数据,同时探索新工具可能带来的全新的工作协调和运行模式.
用精细化的规划设计和全寿命成本的总体控制来提升建筑设计的综合性能,并通过在该项目的初步运用,尝试应用三维信息化的设计工具,将绿色节能技术有效地整合起来,以实现以下目标：
(1)信息化设计工具符合并能帮助我们实现以精细化设计应对建筑全生命周期关注的设计理念：
(2)三维信息化模型设计模式,在保证工程设计的科学性、严谨性的基础上,为建筑师提供直观且高效操作环境,有效提升设计品质；
(3)动态更新技术和双向关联的数据模型,为工程人员节省大量因绿色建筑研究而同步修改相关设计的时间,有效避免因频繁连动修改而导致设计中的错漏碰缺+提高了设计工作效率,使建筑师能将更多的精力投入到创造性工作中.
BIM解决方案的尝试运用
从已经熟悉的设计工具转到另一个全新的设计平台,是许多已经不是很年轻的建筑师面临的头一个难关.项目组同事在提升设计精细化品质的迫切愿望下,努力以积极的态度转换设计习惯和方法,学习和掌握这一我们在理念上十分认同的新工具.而BIM软件的人机交互界面比较符合建筑师的工作习惯,相比较传统的“制图”工具更接近去“设计”,甚至是“搭建”一座建筑.所有的工作不用在设计构思与表达之间做过多的转换,这也大大提升了大家对应用好这一工具的信心.通过实验运用,大家普遍感觉到新的设计工具在很多方面解决了长期困扰我们的问题.
1 实现建筑设计与技术模拟的同步化
实现绿色建筑设计,首先规划设计的大关系,往往就决定了一个项目未来的发展走向.而传统的方案构思设计阶段只能依赖建筑师对绿色、节能问题的理解做粗略分析,而模拟技术的发展,使得在设计初期对规划布局、空间分布、体形关系选择等方面进行定量的更加精确的模拟分析成为可能.所以,长期以来我院坚持从方案推敲阶段便开始同步进行绿色节能模拟.但以往的方案设计中,考虑到项目有限的设计周期和投八的人力成本等因素,都是建筑师先构思设计,大体定了方向,再由节能研究的同事重新在模拟软件里建三维模型进行模拟推敲,再将模拟结果和修正意见反馈给建筑师,建筑师再根据结果调整设计.中间总有很多互相“等提资”的时间.使得互动的次数不可能很多,而且经常被迫要在有限的时间里做出妥协性的选择.而新的设计工具,设计方案从开始便在三维空间中进行体量分析,对象日照间距,体形系数、窗墙面积比等初步数据更始同步生成统计数据,而通用的三维数据模型也可方便的转换到节能通风模拟软件中进行计算.
2 从令人“畏惧”的频繁修改中解放出来
传统模式中对修改的“畏惧”,很大程度上并不是来自完善、改进工作本身,而是修改往往牵一发而动全身,为了完善某个小细节而需要对大量相关设计进行调整.虽然建筑师往往希望对每个细节推敲到最后一刻,但随之而来的烦琐的重复修改,却使得大多数情况下,不得不放弃对不是大原则问题的细节上的完美追求,而仅有精力去应对那些不得不改的地方带来的庞杂而又单调的修改工作量.参数化设计工具首先确定了项目所有构件之间的关系,这些关系可实现协调和修改管理的功能.这些关系由软件自动创建,也可以由设计者根据项目进行情况进行个性化定义(在数学和机械CAD中,定义这些关系的数字或特性称为参数,因此该软件的运行是参数化的),这一概念非常重要,使设计工具有了基本的设计协调能力,使常规需要人力去解决的相互关联问题由更具效率和准确性的机器去完成,任何时间在项目中的任何位置进行修改,软件都会在整个项目内按照既定的规则进行协调和修改.以往由于各种原因而进行的令人头疼的反复调整,在BlM里成了让人享受的事情.往常一个墙体,一扇窗洞的调整而带来的相关修改不仅烦琐,而且因人为疏漏而产生错误,有些错误到了施工中才发现,而那些已经成为永久的“遗憾”.附图中蓝色标示的大梁,因为该处结构转换复杂,在报告厅后部顶蓬处结构有两道连续的大梁,梁高在1.4m,梁下是阶梯状的报告厅,结构复核梁下净空高度是满足要求的,但在BIM的模型里,设计师能很方便地在报告厅的各个角度创建效果来验证不同位置座位的视觉效果,当在模拟后排右侧一个角度时,就发现这个大梁会遮挡住舞台台口上方四分之一的视线.于是与结构专业协商将该处大梁进行了调整.这种问题在传统CAD跨专业对图中往往被忽视,而BIM提供了一个机会,避免了可能的损失.
在BIM中,项目需要在配合研发调整优化建筑布局、开窗位置尺寸时,建筑师完全没有“畏惧”心理,而是积极而轻松地在三维的环境里与研究人员共同讨论,可以同时在平面,立面、剖面乃至任何角度的三维空间中与研发人员一起分析最佳的效果.建科大楼项目因作为示范工程,涉及许多新技术、新材料的对比实验,各个楼层的平面布局、功能需要,材料应用都不相同,很多位置甚至需要与特殊的室内设备和家具的布置精确化模拟分析,随着设计的不断深入,面临大量反复调整修改.而BIMT具越是到复杂的后期调整,其同步修改的优势就愈加明显,完全不用担心人为疏忽带来的遗漏和错误,同步修改就更加令人兴奋.
3 数据信息的实时统计
传统上,由于与项目相关的各项技术统计工作量十分繁杂,只能在项目大阶段完成时,进行必要的统计和经济核算.而构件参数化设计工具,提供了一种可以实现随设计随统计的同步数据采集汇总功能.使设计人员可以在项目的不同阶段就能根据设计或研究工作的需要,把通常只有到最后才敢做的面积计算、材料用量统计、表格编制等提前进行,而配合一定的单价计算,可以对项目的经济因素进行更有效的分析和控制.而不必担心因某个修改而使这些“提前”的工作前功尽弃.实现更有效的“经济”设计,使建筑师的每一步工作都能同时落到实处,有效避免出现那种设计是很不错的效果,但由于投资偏差太大而成了不可能实现的“空中楼阁”的情况.
实时可见的空间,设计师有条件充分利用建筑材料、结构框架和设备排布本身的美,大大减少需要二次装修的空间.体现了精细化设计带来的经济适用和简约美观的统一.建筑层高控制在3.6m,不做吊顶,更加高效、充分的利用层高空间.
4 三维信息化的设计工具实现与配合人员更有效沟通
三维的设计环境给设计师和业主在设计的各个阶段多角度地观察、体验建筑的机会,传统的设计模式,只是在方案阶段有专业制作的主要角度的三维效果图,而随着设计深入进行的众多调整,就只有建筑师自己在脑海里靠空间感觉去想象了.往往出现非专业的业主和配合工程师只有项目建成了,才看到“真实”效果是怎样的尴尬局面.BIM的工作环境,使任意角度的三维效果生成只是一个简单操作,而且可以在生成的效果上进行相关部件的实时调整.在本项目中,建筑师和结构工程师共同“发明”了一种新型的结构梁板体系,而这种体系是为空调、水、电.智能综合怎么写作的.而不设计吊顶的“暴露式”装修设计,使得这一体系的布梁方向也同时受到室内设计师的高度关注.要让这么多专业的工程师同时协调在一个跨层的三维构件设计中找到自己关心的角度,对传统设计工具而言几乎是～项不可能完成的事情.而在BIM里,建筑师只用召集一次全部参加的会议,在计算机屏幕上便让所有人都通过平面、剖面和多角度的图充分理解了这一设计,并立即从本专业角度出发提出修改建议,而这些建议也同时得到很快的反映.使平常要通过多次整体和个别的沟通会议才能确定的问题很快就得到解决.而与非专业的业主的沟通,更是在熟悉的三维空间里进行讨论和同步修改,往往是会开完了,修改工作也完成了大半.
结语
信息化的设计过程,使我们可以更积极地控制建筑设计的各种经济技术指标,同时与通风、日照、能耗等技术实现跟踪模拟,实现更加准确和精细化的节能生态设计.
利用三维信息化设计工具,我们可以随时从更真实的角度对设计成果进行评价和调整,避免更多可能建成后才发现的遗憾.提高工作效率,大大减少了因为配合科研、试验而频繁调整给设计人员带来的工作量.
建科大楼目前已建成投入使用,精细化设计和综合集成绿色生态技术实现了最初的建设目标,以4300元／m2的工程总造价,达到了国家绿色建筑评价标准三星级的要求,取得了较为突出的社会效益――经初步测算分析,1.8万m2规模的整座大楼每年可减少运行费用约150万元,其中相对常规建筑节约电费145万元,节约水费5.4万元,节约标煤610t,每年可减排CO21600t,在当今全社会的节能减排事业中贡献了自己的力量.
三维信息化设计工具在建科大楼和其他一些项目中的探索实践,使我们更加坚定了走全面提升设计品质、实现精细化绿色建筑设计的道路.以更高的生产效率和设计质量,来提升企业的市场竞争力.我们相信,在我国高速发展的建筑市场对精细化设计、绿色生态设计和全寿命周期设计的需求日益增强的情况下,随着这一全新理念设计工具的推广应用,配合国家大力发展循环经济.绿色建筑、努力提升建筑品质的政策环境,必将为我国的建筑设计水平的全面提升提供新的契机.