绿色建筑设计技术研究的若干方向

1、1Dongleon Dongleon 绿色建筑设计技术绿色建筑设计技术研究的假设干方向研究的假设干方向董靓博士董靓博士, ,教授教授西南交通大学西南交通大学绿色建筑研究与评估中心绿色建筑研究与评估中心2Dongleon Dongleon 绿色建筑绿色建筑绿色建筑Green Building就是在全生命周期内，最就是在全生命周期内，最大限度地节约资源大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材节能、节地、节水、节材)、保护环、保护环境和减少污染，具有地方特色和文化内涵的，健康、舒境和减少污染，具有地方特色和文化内涵的，健康、舒适、便利和平安的，与自然和谐共生的人居环境空间。适、便利和平安的，与自然和

2、谐共生的人居环境空间。绿色建筑绿色建筑Green Building就是在保证使用功能和就是在保证使用功能和室内外环境质量的前提下，在全生命周期内节约资源室内外环境质量的前提下，在全生命周期内节约资源(节能、节地、节水、节材节能、节地、节水、节材)、环境友好的建筑。、环境友好的建筑。3Dongleon Dongleon 绿色建筑学绿色建筑学绿色建筑学Green Architecture是一门依据可持续是一门依据可持续开展的理念和原那么，实现绿色建筑设计并监理设计实开展的理念和原那么，实现绿色建筑设计并监理设计实现的学问，是关于绿色建筑设计过程，方法和工具，以现的学问，是关于绿色建筑设计过程，方法

3、和工具，以及对绿色建筑技术问题进行研究分析并提出解决方案的及对绿色建筑技术问题进行研究分析并提出解决方案的科学和艺术。科学和艺术。绿色建筑学，就其学科内涵来说，是依据可持续开展绿色建筑学，就其学科内涵来说，是依据可持续开展的原那么，从观念上和理论根底上对传统的建筑学进的原那么，从观念上和理论根底上对传统的建筑学进行再造行再造,真正实现建筑是科学与艺术的结合真正实现建筑是科学与艺术的结合.4Dongleon Dongleon 建筑设计技术开展70s80s90s0010Tracing PaperLayered ProductionPC/Plotting/CA DraftingBIMBLMMainf

4、ramesDesign MethodsStructural and Energy AnalysisWorkstationsGraphicsRenderingModel-based Design Systems4D CADCollaboration Large Color DisplaysMobile DevicesPen-based input?PCNetAccommodateAdaptEvolve5Dongleon Dongleon 绿色建筑的设计要素节地与室外环境节地与室外环境节能与能源利用节能与能源利用节水与水资源利用节水与水资源利用节材与材料资源节材与材料资源室内环境质量室内环境质量6

5、Dongleon Dongleon 绿色建筑设计技术研究的假设干方向协同设计协同设计 建筑信息模型建筑信息模型 建筑性能分析建筑性能分析 虚拟现实虚拟现实绿色建筑设计技术绿色建筑设计技术以建筑设计知识为核心，以网络和计算机为辅助工具，充分贯彻绿色设计的理念和方法 设计评价设计评价7Dongleon Dongleon - CO2 emissions- acid rain- ozone depletion- rainforest depletion- energy performance- renewable energy- water conservation- air quality- the

6、rmal comfort- lighting & noise- hazardous materials- material selection- recycling of materials- waste management- disposal & reuse- environmental policy- transport strategy- building maintenance- site selection- urban design- landscape planningCriteria &Factors8Dongleon Dongleon Assessm

7、ent MethodsAssessmentexamination of the performance of a building or its sub-system against a declared set of criteriaScale of performancerequire measuring the performance of buildings and their building systemsassign points or score to various aspects of performance9Dongleon Dongleon Assessment Met

8、hodsScope of the evaluationbuilding productsbuilding processesstructural elementsbuilding servicessingle buildingsgroups of buildings10Dongleon Dongleon Assessment MethodsApproachchecklists or formscomputer-based methodsw spreadsheetw computer programsModels usedenvironment modelproduct modellife cy

9、cle model11Dongleon Dongleon Assessment MethodsTypes of toolscomputer-aided planning toolcomputer-aided assessment toolcertification (e.g. energy certification, building certification, building rating)audit (certificate)catalogueguidelineproduct/process information12Dongleon Dongleon Assessment Tool

10、sWhole buildingBREEAM-UKBREEAM-CanadaBEPAC-CanadaLEED (USA)Building materials or productsAthena (Canada)BEES (USA)13Dongleon Dongleon Model of Athena sustainable material assessment tool14Dongleon Dongleon Assessment ToolsGBToolGBC (Green Building Challenge) for 19 countriesissues consideredw resour

11、ce consumption (R)w environmental loadings (L)w indoor environmental quality (Q)w quality of service (S)w economics (E)w pre-operations management (M)w architectural quality (? not included)15Dongleon Dongleon Four Performance levels:PlatinumGoldSilverCertifiedLEEDTM - Leadership in Energy & Env

12、ironmental DesignSustainable SitesWater EfficiencyEnergy & AtmosphereMaterials & ResourcesIndoor Environmental QualityDesign Excellence16Dongleon Dongleon 绿色建筑设计技术研究的假设干方向协同设计协同设计 建筑信息模型建筑信息模型 建筑性能分析建筑性能分析 虚拟现实虚拟现实绿色建筑设计技术绿色建筑设计技术以建筑设计知识为核心，以网络和计算机为辅助工具，充分贯彻绿色设计的理念和方法 设计评价设计评价17Dongleon Dong

13、leon 建筑性能分析建筑性能分析 计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)：一项跨学科的数值模拟分析技术。特点是以工程和科学问题为背景，建立计算模型并进行计算机仿真分析。使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模拟得到满意的解答使大量繁杂的工程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，防止了低水平重复的工作，使分析更快、更准确。18Dongleon Dongleon 建筑性能分析 u主要指建筑的物理环境性能分析，包括：建筑热环境与能耗分析建筑热环境与能耗分析建筑风环境分析建筑风环境分析建筑声环境分析建筑声环境分析建筑光环境分析建

14、筑光环境分析建筑日照分析建筑日照分析建筑水环境分析建筑水环境分析uCFD技术19Dongleon Dongleon 能耗分析技术的开展能耗分析技术的开展SAT by Mackey & WrightSAT by Maeda,T.COMISTRNSYSEsp-rASHRAENBSLD by Kusuda,T.HASP/ACSSmicro-PEAKESPDOE-2.2Corrected Response Factors by Kimura,K.Weighting Function by Maeda,T.Matrix Analysis by Terai,T. or Ohara,S. Sampl

15、ed-Data Control by July,E.I. Conduction by Carslaw & JaegerMatrix Analysis by Pipes,L.A.SWDENERGY+ BLASTPulse Transfer Function by Yamazaki,H.Dynamic Room Air Temp.Theory by Hasegawa,F.HASP/ACLDDOE-2 by LBNLResponse Factors by Mitalas,G.P.Weighting Factors by Tustin,A.HVACSIM+ by NISTEnergy Simu

16、lation by Clarke,J.A.20Dongleon Dongleon 国内外主要的能耗分析软件uDOE-2 : Whole building analysis programuInterface as eQuest, PowerDoe, VisualDoe, etc. uBLAST: building Load Analysis and System ThermodynamicsuEnergyPlus : Combination of DOE & Blast + additional featuresuEnergy10 : For residential and small

17、 commercial buildings uBuilding Design Advisor: Early stages of design and optimization uTRNSYS : Designed to simulate the transient performance of thermal energy system uESP-r : Major European tool. Public domain program, only Unix env.uCOMBINE : Integrates more than 10 design tools into an Intergr

18、aph based architectural CAD systemuDeST: 由清华大学开发出一套面向设计人员的设计用模拟工具，Desingers Simulation Toolkit (DeST)。 21Dongleon Dongleon CFD技术CFD分析通常包含如下三个主要环节：建立数学物理模型、数值算法求解、结果可视化。目前比较有影响的CFD软件有：FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%。举凡跟流体，热传递及化学反响等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能.CFX：英国AEA公司开发PHOENICS：

19、英国CHAM公司开发，有30多年的历史。PHOENICS的VR虚拟现实彩色图形界面菜单系统很方便。STAR-CD: 创始人之一Gosman与PHOENICS的创始人Spalding都是英国伦敦大学同一教研室的教授。STAR：Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Region，CD：computational Dynamics Ltd。22Dongleon Dongleon CDD 图片欣赏23Dongleon Dongleon 绿色建筑设计技术研究的假设干方向协同设计协同设计 建筑信息模型建筑信息模型 建筑性能分析建筑性能分析 虚拟现实虚拟现实绿色

20、建筑设计技术绿色建筑设计技术以建筑设计知识为核心，以网络和计算机为辅助工具，充分贯彻绿色设计的理念和方法 设计评价设计评价24Dongleon Dongleon 协同设计协同设计或计算机支持的协同设计CSCD(Computer Supported Cooperative Design)的概念源于CSCW(Computer Supported Cooperative Work)，即计算机支持的协同工作。CSCW可以定义为：在基于计算机支持的共享环境中，一个群体协同工作去完成某一项共同的任务。CSCW 的特征是：明确的共同任务;友好的共享环境; 流畅的通信平台;良好的合作精神协调的人际关系。25D

21、ongleon Dongleon 网络环境下的群体协作时 间地 点工 作 状 态同步模式同一地点共同决策、分析、设计、研究、会议不同地点（分布式）群体决策、协作分析、协作设计、电视会议、协作研究异步模式同一地点轮流分析和设计不同地点（分布式）电子邮件、大规模设计项目、远程传输设计文档资料和图纸26Dongleon Dongleon 媒体特征面对面共同出现，视觉，听觉，共有性，同时性，序列性电话听觉，共有性，同时性，序列性远程电视会议视觉，听觉，共有性，同时性，序列性远程计算机会议同时性，序列性，可检查性录音电话听觉，可检查性电子邮件可检查性，视觉可重复性信件可检查性，视觉可重复性27Dongl

22、eon Dongleon 计算机支持的群体设计平台28Dongleon Dongleon 29Dongleon Dongleon 协同设计的关键技术共享工作空间: 参与共同任务的个体，不离开自己的工作地点，通过计算机显示的工作界面的远程共享来交流和协作。异步协同与同步协同 协同用户界面: 传统用户界面是以系统为中心，而协同用户界面那么以协作者群体为中心，通过该协同用户界面，为协作者提供各种协作功能。 协同感知方法 冲突消解 分布集成与数据管理 30Dongleon Dongleon 绿色建筑设计技术研究的假设干方向协同设计协同设计 建筑信息模型建筑信息模型 建筑性能分析建筑性能分析 虚拟现实虚

23、拟现实绿色建筑设计技术绿色建筑设计技术以建筑设计知识为核心，以网络和计算机为辅助工具，充分贯彻绿色设计的理念和方法 设计评价设计评价31Dongleon Dongleon 建筑信息模型建筑信息模型美国National Institute of Building Sciences，NIBS的Facilities Information Council，FIC对建筑信息模型(Building Information Model，BIM,在2006年2月给出的工作定义是：A Building Information Model, or BIM, utilizes cutting edge digit

24、al technology to establish a computable representation of all the physical and functional characteristics of a facility and its related project/life-cycle information, and is intended to be a repository of information for the facility owner/operator to use and maintain throughout the life-cycle of a

25、 facility.中国正在制定的行业标准?建筑信息模型：平台局部?定义：建筑信息完整协调的数据组织，便于计算机应用程序进行访问、修改或添加。这些信息包括按照开放工业标准表达的建筑设施的物理和功能特点、以及其相关的工程或生命周期信息。32Dongleon Dongleon 建筑信息模型建筑信息模型国家游泳中心效果图国家游泳中心效果图(左左)和在结构上使用的维伦第尔式空间梁架和在结构上使用的维伦第尔式空间梁架(右右)“水立方设计的灵感来自于肥皂泡泡以及有机细胞天然图案的形成。设计人员采用的建筑结构是 3D 的维伦第尔式空间梁架Vierendeel space frame，每边都是 175 公尺，

26、高 35 公尺。空间梁架的根本单位是一个由 12 个五边形和2个六边形所组成的几何细胞。设计人员使用Bentley Structural和MicroStation TriForma制作一个 3D 细胞阵列，然后为建筑物作造型。其余元件的切削外表形成这个混合式结构的凸缘，而内部元件那么形成网状。在 3D 空间中一直重覆，没有留下任何闲置空间。33Dongleon Dongleon 建筑信息模型建筑信息模型自由塔的设计方案自由塔的设计方案 建筑师在推敲方案时用建筑师在推敲方案时用RevitRevit软软件对原有的建筑造型进行扭曲件对原有的建筑造型进行扭曲 34Dongleon Dongleon 基

27、于建筑信息模型的设计软件的特点参数化设计构件关联变化 单一建筑模型 统一的关系数据库实现了信息集成信息共享、协同工作 35Dongleon Dongleon 建筑信息模型在绿色建筑设计中的应用建筑信息模型在绿色建筑设计中的应用将建筑信息模型与节能分析软件集成:由于BIM中的数据库集成了各种设计信息，能够进行各种复杂的设计评价和分析;将BIM和能耗分析的软件或者商业化的能耗分析软件集成在一起，就使得复杂严密的建筑能耗分析变得容易。建筑师可以直接利用工具在设计过程的早期，通过多种能源效率设计的比较，得到及时的信息反响，从而选择出合理的建筑设计方案，实现节能和可持续开展的目标。通过XML实现建筑设计

28、与能耗分析的互操作:如gbXML(Green Building XML)。gbXML是一种基于XML的、用于能耗分析的、简单的数据传输协议，可以应用该协议来传输BIM软件中建筑模型的数据到能源分析的应用程序。gbXML实现了BIM和大量第三方分析应用软件之间集成的交互操作性。36Dongleon Dongleon 绿色建筑设计技术研究的假设干方向协同设计协同设计 建筑信息模型建筑信息模型 建筑性能分析建筑性能分析 虚拟现实虚拟现实绿色建筑设计技术绿色建筑设计技术以建筑设计知识为核心，以网络和计算机为辅助工具，充分贯彻绿色设计的理念和方法 设计评价设计评价37Dongleon Dongleon

29、虚拟现实虚拟现实VRVR技术技术虚拟现实虚拟现实 Virtual RealityVirtual Reality，VR VR 技术，融合了数字图像处理、计算技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的开展。推进了计算机技术的开展。虚拟现实系统就是要利用各种先进虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。成的虚