BIM+技术性能化分析探索之路

BIM+性能化分析探索之路总述BIM与性能化分析脱开并行：BIM——碰撞检查/净空分析/管线综合/数据统计性能化分析——绿色咨询工作范围总述BIM与性能化分析融合：BIM基础模型性能化分析模型分析优化结果设计模型深化Revit体量模型Fomit模型Rhino体块模型各类性能化分析软件Dynamo总述BIM+性能化分析绿色分析消防性能化分析专项分析气候分析太阳辐射分析日照分析自然采光分析遮阳分析室外风环境分析能耗模拟分析自然通风分析舒适度分析热环境分析灯光模拟钢结构抗火分析火灾烟气模拟人员疏散模拟排水分析声学分析视线分析流线分析基于体块模型的基于详细模型的结构性能化分析挠度分析构件性能化分析弹塑性时程分析总述基于体块模型的分析Revit体量Rhino体块gbxml/dwg格式直接导入性能化分析软件确定方案定性分析总述基于详细模型的分析Revit模型局部简化模型gbxml/dwg/fbx格式直接导入性能化软件比选方案/性能验证定量分析细节删减,保留关键数据01绿色分析消防性能化分析专项分析020304结构性能化分析01绿色分析绿色分析——BIM与绿色三星01节地与室外环境土地利用-——容积率/绿地率/地下空间开发利用指标室外环境-——室外风环境（风速、风压差）节能与能源利用建筑与围护结构-——可开启面积比照明与电气-——照明功率密度值节材与材料资源利用材料选用-——高强建筑结构材料占比室内环境质量室内声环境-——重要房间专项声学分析室内光环境与视野-——采光面积比室内空气质量-——自然通风面积比/重要区域气流组织分析提高与创新BIM技术应用公共建筑绿色三星评价108个评分项中，BIM技术能够辅助参与其中12项。其中黑色部分是利用BIM数据统计功能帮助复核，红色部分为通过性能化分析来实现。BIM技术在设计、施工或运维三个阶段中任意两项应用，最高可加2分。绿色分析——常用分析软件01气候分析太阳辐射分析日照分析能耗模拟分析室外风环境分析自然通风分析遮阳分析自然采光模拟灯光模拟热环境分析舒适度分析绿色分析——气候分析01

每月平均气温分布图采暖度日和冷却度日统计图由采暖度日和冷却度日可以观察得出项目所在地对采暖和冷却的需求相对平衡，其中对采暖的需求稍大于制冷的需求。因此在设计的时候，应均衡考虑外部环境对制冷和供暖的影响。例如，日照荷载可降低对冬季供暖的能耗荷载但会增加夏季对制冷的荷载，因此设计时不应采用过多或过少利用日照荷载的方案。江苏大剧院用于建筑性能化分析的气象档案可以选用虚拟气象站和实体气象站的数据。虚拟气象站为：GBS_06M12_07_170138。实体气象站数据为：中国气象局气候信息中心发布江苏南京气象信息（582380）。考虑到实体气象站距离项目可能较远且多为机场等空旷地带的气象数据。本次分析中采用Autodesk虚拟气象站的气候信息作为计算的气候数据，实体气候站信息作为备用气候数据。绿色分析——气候分析01风向风速:项目所在地全年主要风向为东风和东北风，其中冬季的风速较夏季强。因此，在大剧院东北面的门窗设计时应考虑主风向上热对流和热交换造成的能耗流失。同时，由于夏季风速较小，关于自然通风的被动式设计可能较难达到设计需求。日照百分比:项目所在地全年约45%的时间属于无云，近30%时间属于阴天（天空全被云层覆盖）。直接辐射强度较低，综合右图考虑，采取利用光伏发电的被动式设计较难达到需求，建议取消原有的屋顶光伏发电设计方案。江苏大剧院绿色分析——气候分析01世博会博物馆最佳朝向分析太阳辐射分析热舒适度比较风玫瑰图温度分布图绿色分析——日照分析01太阳轨迹模拟：

太阳轨迹最低值：冬至点12月21日8：02～16：03

太阳轨迹最大值：夏至点6月21日6：00～18：13江苏大剧院阴影范围模拟：

针对冬至日、春分日、夏至日分别进行项目的阴影范围模拟，发现项目的建成对周边既有建筑不会造成影响。

冬至日春分日夏至日绿色分析——太阳辐射分析01直接辐射夏至日太阳辐射累计分布图冬至日太阳辐射累计分布图依据与假设根据夏至日时地球位于近日点且日照时间最长，选为太阳辐射最大日。同理，选择冬至日作为太阳辐射最小日进行分析。不考虑云层遮挡影响。江苏大剧院绿色分析——太阳辐射分析01世博会博物馆场地植物配置分析太阳辐射能＜3MJ/m2d3~6MJ/m2d＞6MJ/m2d植物分布情况喜阴中性喜阳通过对场地的太阳辐射进行分析，得到了场地植物有效生长时间段内日平均辐射分布情况，结合各类植物生长习性，辅助拟定场地植物配置规划。累计日平均辐射分布常绿灌木常绿灌木及竹类常绿阔叶乔木常绿灌木绿色分析——太阳辐射分析01从全年的太阳辐射强度情况看，水平面最好、南立面次之，因此首选将太阳能光伏组件/集热装置布置在屋顶，其次可设置在南立面，以弥补冬季发电量的相对不足，从而能够获得更好的投入产出效益。太阳能一体化：屋面和南立面太阳能电池薄膜电池屋面铺设光伏发电系统屋面/南立面太阳能薄膜电池的大规模使用，实现可再生能源的高效利用中国博览会会展综合体绿色分析——能耗模拟分析01建筑负荷分析在Vasari中对建筑的每个单体初步进行分割和独立分析，在GBS中计算分析、汇总结论。戏剧厅能耗参数戏剧厅年能耗与碳排放量估算值与全生命周期能耗排放量估算值如图可见，暖通和照明系统占去建筑总能耗过半，为节能突破重点。年电量与燃料使用最终用途分解图：江苏大剧院每月供暖负荷每月制冷负荷如图可见，供暖能耗负荷主要由玻璃窗传导和漏风造成。外围护结构的热力性能直接影响着建筑供暖负荷。如图可见，由人与照明器具的发热造成了主要的制冷负荷。绿色分析——能耗模拟分析01机电系统分析优化系统方案描述初始方案定频风机，水加热优化方案1变频风机，水加热优化方案2变频风机，水加热，热回收优化方案3变频风机，锅炉蒸汽加热暖通空气端系统方案分析优化：通过比对耗电量和用气量，优化方案3耗电量相比初始方案减少4.4%，用气量相比初始方案减少2.5%，节能最多，可选为系统方案。江苏大剧院绿色分析——能耗模拟分析01全玻璃幕墙立面部分玻璃幕墙立面造价对比能耗对比采光对比浦东国际机场卫星厅工程根据功能特点优化窗墙比，以提高保温性能。以中转、商业为主功能区可设置较大实墙面到达区可适当增加实墙面积比例机房、行李房间等应以实墙保温围护为主绿色分析——室外风环境分析01

由上图中可见，靠近地面处速度较小，1.5m高度处速度最大为2m/s，平均速度在1.5m/s左右，满足《绿色建筑评价标准》建筑物周围人行区风速低于5m/s的要求。

由上图中可见，迎风面和背风面速度较低，在背风面形成局部涡流，且在建筑的两翼转角处产生分离，形成较高的转角空气速度，会给转角处结构带来较大风负荷，需结构专业加强注意。江苏大剧院建筑整体选用中部隆起、两端低的流线形造型，有利于环境风的疏导。建筑转角处登机桥的布置有利于缓解高速来风。场地整体风环境良好，各季节环境最高风速均不超过5m/s；春季平均风速3.3m/s，秋季3.6m/s；过渡季通风条件良好，且冬季不会承受过大风压。卫星厅流线形造型设计卫星厅场地风环境分析绿色分析——室外风环境分析01浦东国际机场卫星厅工程平均风速0.12m/s，较舒适8.2m标高层下的层高低但开窗面积仍可满足通风要求指廊端头4.0m及8.2m出发层合理开窗根据立面效果与空间排布，优化开窗位置与数量。几轮优化后按指廊每隔3个单元开2扇、4~12.9m标高范围之间开两排的开窗方式组织下层对流通风风压分析分析过渡季卫星厅建筑表面风压分布，确定各建筑立面及高侧天窗合适的自然通风风口的位置。绿色分析——自然通风分析01浦东国际机场卫星厅工程S1、S2中部区域由于内部空间分隔较多，且设有通高中庭，根据空间分隔适当增加开启面积，并增加高侧窗数量，以加强中庭拔风。12.9m标高中部区域平均风速提高为0.42m/s，满足过渡季2次/h的通风换气量，通风效果提升17%休息区19.4m标高层根据设计实际情况调整层高只有3.5m，平均风速0.18m/s仍可满足2次/小时的换气量要求绿色分析——自然通风分析01浦东国际机场卫星厅工程S2中央三角形区域标准段在主导风向SE（东南风）3.2m/s作用下：整体而言，南立面作为主进风口，西立面作为主出风口，风路组织较为明显室内平均风速分布在0.1m/s~0.6m/s左右，主导风向下靠近窗口风速可达1m/s，室内舒适度较高S2三角形核心区域总体量为885919.44m3，总进风量为519.3m3/s，总体通风换气次数为2.11次/h，可满足一般自然通风2次/h换气次数要求S2中央三角形区域优化布置开窗位置，结合热压和风压共同作用效果，可在2.21%窗地面积比的条件，可满足室内较为舒适的自然通风效果。绿色分析——自然通风分析01浦东国际机场卫星厅工程东部国际远机位候机厅平均风速0.11m/s，整体可达到2次/小时通风换气次数；但进深超过10m后，风速较低，有静风区旅客中转中心平均风速0.23m/s，到达通道自然通风效果较好国际转国内通风效果较差，需要增加送风设备0M标高层自然通风效果绿色设计——自然通风分析01浦东国际机场卫星厅工程4M标高层自然通风效果6.9M标高层自然通风效果12.9M标高层自然通风效果合理制定开窗通风策略与设置开窗位置过渡季节可有效减少空调使用时间近1个月，减少航站楼空调能耗2%左右（近90万RMB）绿色设计——自然通风分析01指廊通风改进前指廊通风改进后方案开启面积（m2）原方案2106现方案1942南京禄口国际机场二期工程绿色分析——自然通风分析01中国博览会会展综合体风速云图风速矢量图压力云图首层人行高度处（1.5m)风环境一核四臂的造型营造了良好的室内外风环境上海地区属亚热带温润季风气候，受季风影响明显，3~8月盛行东南偏东风，平均风速3.6m/s。首层车道（人行走道）整体通风情况良好，其中图示1号位置风速相对较小，风速在0.4m/s以下的区域约占该断通道面积的75%，风速在0.3m/s以下的区域约占该断通道面积的40%。由“米”字型通道形成的通风廊道实现了南北、东西气流贯通，叶片之间的室外展厅区域风速适宜，便于人员室外活动，满足绿建要求。绿色分析——自然通风分析01中国博览会会展综合体首层首层夹层二层在风压和热压的共同作用下，首层及二层车道内污染物能够很好的排除到室外。配合局部机械通风，能够实现很好的尾气排放效果。“米字型”通风廊道结合扶梯通道的热压通风，可实现汽车尾气的高效自然排放。1-2立面3-4立面对不同朝向与部位立面透明部分及天窗进行辐射量的分析计算，以确定遮阳需求结合不同朝向立面所接收到的太阳辐射方向、时间及强度提出遮阳措施建议优先考虑建筑自遮阳，通过分析给出适宜的屋面外挑距离、登机桥布置形式等。与建筑师共同探讨设置外遮阳构件的可行性，配合建筑设计提供遮阳效果与视线遮挡评估绿色分析——遮阳分析01对自遮阳设置前后的立面辐射量分析南京禄口国际机场二期工程绿色分析——遮阳分析01立面累计辐照值（Wh）减少量无外遮阳有外遮阳长廊西立面899735322140.85%南京禄口国际机场二期工程挑檐宽度：5300mm

14：0015：0016：0017：00屋顶挑檐设计建筑屋顶出挑约5m，对下部玻璃幕墙形成自遮阳；对不同立面受辐射情况测算，南立面已不需要再增加遮阳措施，而西立面屋顶下4.5m及东立面屋顶下6m范围内都已能够满足遮阳要求早上和傍晚时刻，各朝向立面遮阳构件的设置不能有效的阻挡太阳光直射人行区域，对提高旅客舒适度无助益对整体辐射热减少有帮助，特别是南向，但效果不如挑檐遮阳板效果分析构件形式立面朝向辐射衰减百分比（%）空调节约电量估算（kWh）横向遮阳南向72.34%25379东向55.53%38711西向53.69%51606S1南侧圆弧区55.86%12068S1北侧圆弧区59.08%5559S2南侧圆弧区65.38%19730S2北侧圆弧区53.99%9477挑檐南向82.83%51818绿色分析——遮阳分析01浦东国际机场卫星厅工程

实际方案遮阳设置南向设置挑檐，宽度：5300mm综合考虑立面效果与遮阳板造价，未设置水平遮阳板，东西向增加岩棉板衬墙，减少玻璃面积比例，以减少所受辐射。绿色分析——遮阳分析01浦东国际机场卫星厅工程

当前立面条件下，可满足4m国际到达层、6.9m和12.9m候机厅平均采光系数3.3%的要求。4m国际到达层平均采光系数-9.0%6.9m候机厅平均采光系数-4.3%12.9m候机厅平均采光系数-7.0%部分区域采用实墙面侧窗采光区域分析绿色分析——自然采光分析01浦东国际机场卫星厅工程指廊高侧窗采光设计指廊进深近45m，除两侧设置玻璃幕墙外，也在顶部设置高侧窗，提高指廊中部的采光效果。高侧窗指廊采光效果良好高侧窗设置位置空间布局设计空间布局上尽可能将通过性通道设在中部；而将出发候机等功能沿周边玻璃幕墙设置，以争取较好的自然采光功能区域位置区域类型平均采光系数(%)标准要求值(%)4m标高处指廊处：国际到达93.36.9m标高处指廊处：国内、国际候机厅4.383.312.9m标高处指廊处：候机厅7.013.3绿色分析——自然采光分析01浦东国际机场卫星厅工程无天窗，平均采光系数5.9%有天窗，平均采光系数10.7%天窗+内遮阳，平均采光系数8.6%工况采光系数最小值采光系数平均值满足3.3.%采光要求的面积比例无天窗1.5%5.9%61.6%有天窗2.1%10.7%91.8%有天窗+内遮阳2.0%8.6%90.4%添加天窗后指廊室内采光均匀度及平均采光系数均有大幅提高天窗下部设置内遮阳后室内采光过渡均较为平缓不存在突变建议内遮阳采用遮阳帘，可有效缓解太阳直射引起的不舒适内遮阳特点舒适性格栅随时间部分阳光会直射到人体上有时间性穿孔板遮挡部分直射光，但仍有阳光直射在人体上一般遮阳帘阳光全部为散射光，柔和舒适指廊天窗采光效果改善绿色分析——自然采光分析01浦东国际机场卫星厅工程S1S2区域中庭与高侧窗采光S1和S2中转区域进深大，且功能复杂、层数多内部结合中转功能设置通高中庭在顶部设置层叠的高起侧窗，将自然光引入到建筑中部，不仅改善了上部标高层，且使地下空间也从几乎无采光达到平均采光系数0.5%，改善了室内光环境感受，减少了人工照明能耗。层叠的高侧窗层叠的高侧窗通高中庭空间6.9m标高层中部采光系数达到1.2%-7m标高层平均采光系数达到0.5%设置高侧窗后无高侧窗6.9m标高层中部采光系数不足0.8%-7m标高层设置高侧窗后无高侧窗绿色分析——自然采光分析01浦东国际机场卫星厅工程0m标高的采光效果无天窗20%面积天窗50%面积天窗无天窗8.0%区域满足要求20%天窗11.5%区域满足要求50%天窗13.9%区域满足要求天窗的增设对0m标高以下区域改善不明显不同天窗比例下的室内采光效果绿色分析——自然采光分析01浦东国际机场卫星厅工程6.9m标高增设20%天窗对采光改善明显，但天窗再增加效果则不显著在兼顾6.9m及12.9m标高核心区域采光的情况下，建议采用20%天窗20%天窗62.1%区域满足要求50%天窗62.2%区域满足要求20%天窗99.6%区域满足要求50%天窗99.8%区域满足要求无天窗91.2%区域满足要求12.9m标高的采光效果32.5%区域满足要求无天窗6.9m标高的采光效果绿色分析——自然采光分析01浦东国际机场卫星厅工程绿色分析——自然采光分析01南京禄口国际机场二期工程在航站楼主楼顶部结合屋顶造型设置了8条天窗，在两侧长廊的顶部分别增设了长条形采光天窗增加天窗后，采光效果得到改善，平均采光系数提高了15%绿色分析——自然采光分析01中国博览会会展综合体对于一层展厅，以侧面采光为主。分为以下三种方案分析：方案是否有外遮阳玻璃可见光透过率方案一否0.65方案二是0.65方案三是0.79结论：对于一层展厅，当采用遮阳方案三时，立面玻璃的可见光透过率须达到0.79时，才可以满足“75%的面积满足建筑采光设计标准值”。方案二；满足率54.5%方案三；满足率77.1%方案一；满足率81.7%绿色分析——自然采光分析01南、西面受光照强度较强东、北面受光照强度较弱南西东北无叶茎建筑外围护太阳辐射得热叶茎有效减少建筑外围护太阳辐射得热有叶茎建筑外围护太阳辐射得热适当增加南向、西向叶茎密度，减少建筑外围护太阳辐射得热，降低空调负荷茎叶优化无叶茎无法满足遮阳要求值入茎叶遮阳优化植入茎叶数量遮阳和采光综合优化叶茎的优化设计实现遮阳与自然采光的良好平衡中国博览会会展综合体候机区绿色分析——灯光模拟01浦东国际机场卫星厅工程自然采光中不足的部分需要添加人工照明。卫星厅利用软件模拟灯光照明，以确保候机区的照度达到国家标准，并给人以温馨舒适的感觉。绿色分析——热环境分析01室内垂直剖面温度场室内水平剖面温度场室内垂直剖面速度场室内水平剖面速度场室内垂直剖面速度矢量场室内水平剖面速度矢量场世博会博物馆常展展厅在夏季工况下，室内人员活动区的温度基本维持在22℃-26℃之间，除去送风口附近区域，其它区域的风速皆小于0.25m/s，基本符合舒适性的要求。世博会博物馆绿色分析——舒适度分析01室内垂直剖面温度场室内水平剖面温度场室内垂直剖面温度场世博会博物馆室内垂直剖面速度场室内垂直剖面速度场室内水平剖面速度场室内垂直剖面矢量场室内垂直剖面矢量场室内水平剖面矢量场世博会博物馆报告厅在夏季工况下，室内人员活动区的温度基本维持在22℃-26℃之间，室内人员活动区的风速皆小于0.12m/s，基本满足人员舒适性的要求。绿色分析——舒适度分析01江苏大剧院温度模拟a.温度矢量图b.温度剖面图c.25℃等值面图d.28℃等值面图速度剖面图

0.015m/s速度等值面图

0.25m/s速度等值面图戏剧厅整体的送风速度皆小于0.25m/s，仅下送风送风口附近的风速大于0.25m/s，满足人员舒适度的基本要求。楼座和池座的温度在20℃至26.5℃之间，满足人员舒适性的基本要求；乐池的温度在28℃左右，此处人员稍有热感。02消防性能化分析消防性能化分析——钢结构抗火分析02浦东国际机场卫星厅工程钢结构抗火分析是通过软件分析钢结构屋盖在火灾情况下温度、应力、极限应力的变化情况。卫星厅12.9m商业20MW火灾温度小于极限温度，火灾应力小于极限应力，均满足消防设计要求。消防性能化分析——火灾烟气模拟和人员疏散模拟02人员疏散时间计算确定评估对象

设计方案陈述居住者安全性确定火灾场景ASET>REST判定合格烟气蔓延特性预测调整方案确保建筑物内人员快速疏散离开火场，并对建筑的干扰降到最低限度提供安全疏散时间（ASET）>人员疏散所需时间（RSET）消防性能化分析——火灾烟气模拟02整体分析模型报告厅模型温度分布图615S450S温度分布图615S温度分布图温度分布图450S450S能见度变化情况615S能见度变化情况由ASET（575s）>RSET（346s）,可判定人员疏散是安全的，疏散设计是合理的。2m高度处的水平截面过火源的竖直截面2m高度处的水平截面世博会博物馆500SCO浓度

500SCO浓度

由ASET（575s）>RSET（346s）,判定疏散是安全的，疏散设计合理。消防性能化分析——人员疏散模拟02世博会博物馆03专项分析专项分析——排水分析03屋面排水分析图屋面排水分析程序南京禄口国际机场二期工程对于复杂异形的屋面，排水设计尤为关键。南京机场通过编写GH程序，可以在屋面Rhino模型中平均选取一些采样点进行排水坡度的分析，找出排水不利点，通过调整曲面造型或者增加排水设施等方法，满足屋面排水设计的要求。利用BIM模型可以快捷地统计出汇水面积，为给排水设计提供准确的数据支撑。南京禄口国际机场二期工程专项分析——排水分析03专项分析——声学分析关联声波线图声波线由乐池发出，厅内楼座和池座都能接收到足够的直达声和一次反射声江苏大剧院反射辐射范围图由可见，观众厅座位上基本是黄色粒子，显示该区域皆是有益的早期反射声。

混响时间分析图由左图可见，戏剧厅各频段最大混响时间为1260ms，满足《剧场建筑设计规范》中观众厅混响时间1.1~1.4S的规定要求。03专项分析——视线分析通过参数化的程序，计算设计方案中每一个座位观众的水平视角，通过逻辑判断，找出不符合剧院设计规范的位置，为设计优化提供依据。江苏大剧院通过参数化的程序，计算设计方案中每一个座位观众的俯视视角，通过逻辑判断，找出不符合剧院设计规范的位置，为设计优化提供依据。03专项分析——视线分析基于BIM技术的机场塔台的可视度分析南京禄口国际机场二期工程03在机场整体设计中，塔台高度和位置极其重要。通过对南京机场塔台的可视度进行分析，确保了塔台视野，保障了机场安全运营。专项分析——视线分析南京禄口国际机场二期工程塔楼视线图45-63m03塔楼视线图70m通过直观的分析结果，最终选择了70M高度的方案。专项分析——流线分析浦东国际机场卫星厅工程0324.4m贵宾候机层18.9国际商业夹层12.9m国际出发层6.9m国内出发到达混流层4m国际到达夹层0m站坪层-7.5m捷运层通过模型主要模拟卫星厅高峰小时时段的运行情况，在高峰小时开始前估计已经在卫星厅内候机的人群，并进行客流量叠加。平均等待时间：针对实际起飞时间晚于计划起飞时间的所有航班进行统计；平均等待时间=对上述航班“实际起飞时间-计划起飞时间”求和/总上述航班量。平均晚点时间：针对实际起飞时间晚于计划起飞时间30分以上的所有航班进行统计。平均晚点时间=对上述航班“实际起飞时间-计划起飞时间”求和/总上述航班量。专项分析——流线分析浦东国际机场卫星厅工程03其中根据人群的不同出行目的，分别定义为不同的颜色如下：流线分析过程中以仿真为核心，结合静态计算，通过对客流的细分对平面布局、设施能力等进行评价与优化。主要考虑的指标为：最高密度平均密度空间使用率行程时间区域聚集人数行走路线与交织本次模拟考虑时间因素，不模拟各层具体的商业内部，保持以公共空间和通道为主。专项分析——流线分析浦东国际机场卫星厅工程03最大密度图（-7MAPM站台层）（颜色越深密度越大）国际出发站台和国内出发站台电梯数量配置不均衡。国际出发预测客流高于国内出发预测客流，国内出发站台电梯数量过多，建议可分别减少一部。S1最大密度图(LegionModellingforS1)专项分析——流线分析浦东国际机场卫星厅工程03自动步道的终点退至登机口之前，更有利于旅客便捷到达登机口，避免人流堆积和空间浪费。6.9米层专项分析——流线分析浦东国际机场卫星厅工程03S1东侧最远机位（min)西侧最远机位(min)北侧最远机位(min)APM国内出发8.78.59.2APM国际出发8.38.38.1模拟结果表明，国内出发和国际出发人流