BIM技術(shù)在城市規(guī)劃微環(huán)境模擬中的應(yīng)用.docx

城市規(guī)劃的微環(huán)境模擬基本可以概括為人的舒適度感知，包括日照和采光、微環(huán)境的空氣流動、可視度分析、建筑群熱工分析、噪聲分析等。通過這些分析，從規(guī)劃角度和生態(tài)學(xué)角度解決了規(guī)劃空間所產(chǎn)生的對人的舒適度的影響。 日照和采光 由于高層建筑的大量涌現(xiàn)，長期以來，因為日照采光而引起矛盾甚至導(dǎo)致法律糾紛的事件屢見不鮮，這些大多是由于在設(shè)計或?qū)彶殡A段日照分析得不夠科學(xué)準(zhǔn)確的原因。日照分析涉及到時間、地域、建筑造型等多種復(fù)雜因素，要將這些相互影響的因素綜合起來進(jìn)行人工精確計算分析是非常困難的，而BIM技術(shù)則能很輕松的解決這些問題。 建筑物日照間距不僅是城市規(guī)劃管理部門審核建設(shè)工程項目的重要指標(biāo)之一，也是規(guī)劃設(shè)計的主要參考標(biāo)準(zhǔn)。它不僅直接關(guān)系到城鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境質(zhì)量，也是控制建筑密度的有效途徑之一。 微環(huán)境的空氣流動 隨著都市建筑的高度密集化和高層化，建筑物之間風(fēng)環(huán)境的相互作用就變得越來越重要。建筑外環(huán)境對建筑內(nèi)部居者的生活有著重要的影響，建筑小區(qū)二次風(fēng)、小區(qū)熱環(huán)境等問題日益受到人們的關(guān)注。采用CFD（Computational fluid Dynamics計算流體動力）可以方便地對建筑外環(huán)境進(jìn)行模擬分析，從而設(shè)計出合理的建筑風(fēng)環(huán)境。通過BIM技術(shù)與CFD技術(shù)的結(jié)合運用，可以方便、快捷地對建筑內(nèi)、外環(huán)境的氣流流場進(jìn)行模擬仿真，可以形象直觀地對建筑內(nèi)外環(huán)境的氣流流動形成的流體環(huán)境做出分析和評價并及時地調(diào)整方案。這有利于規(guī)劃師、建筑師在方案設(shè)計的時候全面、直觀地對環(huán)境影響的因素進(jìn)行把握。同時利用技術(shù)的綜合運用來使規(guī)劃設(shè)計更加科學(xué)、更加合理。城市規(guī)劃可視度分析 對城市視覺景觀的控制和塑造是城市規(guī)劃設(shè)計的核心內(nèi)容之一?？梢曅苑治隹梢詫⒊鞘幸曈X景觀的感官認(rèn)知轉(zhuǎn)化為可量化的指標(biāo)，是服務(wù)于城市規(guī)劃設(shè)計的一種科學(xué)的、有效的決策手段?？梢曅苑治龅慕Y(jié)果可以作為對城市形態(tài)和空間布局結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制和調(diào)整的重要依據(jù)。城市設(shè)計師們在很早的時候就開始意識到可視性問題對城市規(guī)劃設(shè)計的重要性,并采取了不同的手段及統(tǒng)計約束規(guī)則來確定可視性問題。這種方法的優(yōu)點是靈活性強(qiáng)，分析精度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,但隨著采樣點數(shù)的增加，計算量也會劇增，另外這種離散的模擬勢必會帶來不確定性的問題。BIM技術(shù)的應(yīng)用使可視度分析變得簡單很多，而且從結(jié)果可以清晰的看到分析對象的可視度分布。規(guī)劃微環(huán)境的噪音分析 近年來，各地噪聲污染投訴越來越多，從目前情況來看無論是噪聲污染防治的法律法規(guī)、管理制度還是污染防治的措施都不盡完善，滿足不了現(xiàn)階段噪聲污染防治和監(jiān)督管理的需求，對于建筑行業(yè)，從設(shè)計階段就應(yīng)該進(jìn)行噪音分析，盡量降低噪聲對規(guī)劃微環(huán)境的影響。應(yīng)用ECOTECT完成低能耗建筑中的采光設(shè)計 此案例在方案設(shè)計過程中應(yīng)用ECOTECT中的日照、采光等分析綜合配置建筑的采光、光電和遮陽設(shè)施。廣州市北京路及周邊地區(qū)微環(huán)境模擬 本規(guī)劃是基于舊城改造和騎樓街保護(hù)為主線的時效型規(guī)劃。研究范圍大致為北起越華路, 南至珠江前航道, 西起吉祥路、教育路、回龍路, 東至德政路、府學(xué)西街、倉邊路的范圍, 亦即北京路沿線9個規(guī)劃管理單元, 共約135.63公頃。規(guī)劃范圍包括北京路沿線一線地塊及大佛寺周邊地區(qū), 共約33.41公頃。 項目的技術(shù)思路為：資料收集及整理，導(dǎo)入微環(huán)境模擬平臺進(jìn)行計算，得到模擬結(jié)果后進(jìn)行二維或三維輸出。 資料收集整理的主要工作是收集資料并將數(shù)據(jù)格式調(diào)整為BIM軟件能識別的格式，我國“數(shù)字詳規(guī)”模型的原始資料庫中全部是3Dmax模型，所以在模型的轉(zhuǎn)換中需要對原始模型進(jìn)行屬性集成,將3Dmax模型轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的IFC格式；外部數(shù)據(jù)的參數(shù)化處理就是將收集的氣象資料進(jìn)行參數(shù)化解讀, 并與參照模擬平臺中的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行對比, 最后形成參數(shù)列表。在國外一些BIM技術(shù)很成熟的國家，數(shù)據(jù)庫已經(jīng)比較完善，我國由于BIM技術(shù)應(yīng)用較晚，完善BIM數(shù)據(jù)庫是目前的一大挑戰(zhàn)。 項目中用于模擬日照采光的軟件為Ecotect。Ecotect是一款功能全面，適用于從概念設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計環(huán)節(jié)的可持續(xù)設(shè)計及分析工具，其中包含應(yīng)用廣泛的仿真和分析功能，能夠提高現(xiàn)有建筑和新建筑設(shè)計的性能，它提供了一種交互式的分析方法, 只要輸入一個簡單的模型, 就可以提供數(shù)字化的可視分析圖。Ecotect自帶的Weather Tool插件包含各地的氣象數(shù)據(jù)，通過計算分析，可以直觀的認(rèn)識建筑基地所處地區(qū)的氣象資源，而且Ecotect與Sketchup、3Dmax、CAD等常用軟件有很好的兼容性,在該軟件中可以完成對模型的太陽輻射、熱、光學(xué)、聲學(xué)、建筑投資等綜合的技術(shù)分析。結(jié)果輸出可以采用二維的圖紙或是三維瀏覽的方式，二維圖紙是傳統(tǒng)的成果提交方式，與其相比，三維瀏覽的輸出方式更加直觀，人們在瀏覽過程中，能夠直接對目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)觀察，并且能夠有立體感的與周邊建筑的日照情況進(jìn)行對比，對目標(biāo)的空間結(jié)構(gòu)也可以比較直觀的表現(xiàn)出來，但三維瀏覽輸出對設(shè)備的要求比較高，成果不能直觀的表現(xiàn)在書面上。 項目涉及到的另一個軟件是CFD( Computational Fluid Dynamics計算流體動力學(xué))，該軟件是專門用來進(jìn)行流場分析、流場計算、流場預(yù)測的軟件。通過CFD軟件，可以分析并且顯示發(fā)生在流場中的現(xiàn)象，在比較短的時間內(nèi)，能預(yù)測性能，并通過改變各種參數(shù)，達(dá)到最佳設(shè)計效果。CFD軟件的輸出多以視頻的方式，這是由于其通常是計算某一段時間內(nèi)流體經(jīng)過介質(zhì)的過程，如果以二維圖紙的方式輸出，則需要多張圖紙來表達(dá)分析時間內(nèi)的多個節(jié)點，與視頻相比，表達(dá)不夠直觀。 圖16是該區(qū)域冬至日全天日照時間累計圖, 圖中右上方的指標(biāo)色條表示日照時間，從藍(lán)色到紅色分別對應(yīng)了日照時間0小時到10小時。成果圖以模型的頂視圖顯示, 日照分析面為高度1.5米，成果圖中的不同日照累計時間以不同顏色區(qū)域進(jìn)行區(qū)分，并且不同的日照時間區(qū)域以包絡(luò)線進(jìn)行界定。該成果很好地反映了北京路周邊建筑和道路在冬至日的全天日照累計時間, 從圖中我們可以看到沿北京路周邊建筑由于過度密集, 很多建筑在大寒日日照較少, 沒有達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn), 但路網(wǎng)日照情況普遍較好。圖17為CFD軟件輸出的風(fēng)速圖，反映了建筑群空間的空氣流動情況, 本次成果風(fēng)速計算面為標(biāo)高2米的空間平面, 選定標(biāo)高2米主要是因為此高度最能反映人群的運動空間內(nèi)空氣基本流動情況, 因而能更好的體現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)人群的舒適度感知。從圖中可以基本看出,原始風(fēng)速設(shè)定是17米每秒，建筑群風(fēng)速穩(wěn)定在每秒6米左右，由于空間內(nèi)建筑的影響, 其中一些建筑密集的區(qū)域, 風(fēng)速有降低情況, 通過成果與三維模型的疊加可以知道該建筑群區(qū)域?qū)儆跓釐u區(qū)域。 圖18為CFD軟件輸出的溫度圖，與前面提到的原因相同，計算面也是取標(biāo)高為2米的平面,日平均溫度取值為18到20攝氏度，大模型計算CFD溫度場需要時間坐標(biāo),由于CFD計算時間坐標(biāo)越長, 成果越接近事實，但是耗費的時間也越長，綜合以上原因，本次計算取時間為30秒，本次計算不考慮人類活動影響，是在純建筑模型下進(jìn)行, 所以成果比較理想化。從圖中可以看出模型內(nèi)部大部分區(qū)域的溫度是19.9度-20.4度之間, 從顏色的不同可以看出溫度場的分布, 紅色的區(qū)域為熱島效應(yīng)較高的區(qū)域。本次模擬只為驗證微環(huán)境評估模擬是否可以輔助城市規(guī)劃設(shè)計, 所以在這里對項目CFD成 果未做精確要求。從兩個成果我們知道模擬大面積精細(xì)模型下的風(fēng)速和溫度以及建筑表面風(fēng)壓等基本數(shù)據(jù)是完