韶關市仁化縣職業學校教學樓BIM綠色建筑分析

陳詠昕，池慧，林楠超，陳偉科，歐國強 （廣東海洋大學，廣東 湛江 524088）

0 前言

2022 年，住建部在“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃中提出倡導建筑綠色低碳設計理念，充分利用自然通風、天然采光提高建筑健康性能[7]。而教學建筑在照明、供熱供冷方面的消耗都不容小覷[8-9]，為提高建筑健康性能，通過借助BIM 了解建筑在采光、通風兩方面對環境的影響以及環境對建筑的影響，以降低建筑用能強度，實現建筑設計的可持續發展。

BIM 作為建筑相關工具軟件也證明了其對綠色建筑的適應性，其技術特點，如可視化和建模、多維信息傳輸以及作為建筑整個生命周期的模擬分析和管理工具，與綠色建筑的發展理念完全一致。通過建模，BIM 軟件可以用來了解更多關于建筑項目、建筑對環境的影響以及環境對建筑的影響，使設計決策更節能減排[15]。

1 基于BIM技術的工程應用實例

1.1 項目概況

廣東省韶關市仁化縣職業學校中部南側的教學樓，占地面積746m2，總建筑面積3890.53m2，建筑高度20.95m，共6 層，地上5 層（標準層平面圖如圖1），局部地下設備1 層，教學用房。建筑結構為框架結構，抗震烈度為6 度，建筑采用外廊式平面布局，南北朝向（北偏東8°）。

圖1 標準層平面圖

1.2 Autodesk Revit建模

本設計基于Autodesk 公司開發的Revit 軟件建立三維模型，建模步驟為繪制標高軸網，布置基礎，繪制柱、梁、板，創建樓梯、屋頂、墻體、門窗，繪制零星構件、附屬構件（百葉格柵），如圖2 所示。并聯合BIMMAKE 完成周圍建筑模型，最終效果圖如圖3所示。

圖2 韶關市仁化縣職業學校教學樓效果圖

圖3 場地布置效果圖

1.3 綠色分析模型

斯維爾采光和通風分析用到的工程模型由單體模型（如圖4）和總圖模型（如圖5）組成，斯維爾支持直接導入Revit模型（rvt格式文件），但還需要通過相應的調整使模型與軟件適配。

圖4 三維實時仿真單體模型

圖5 三維實時仿真總圖模型

圖6 3層靜態采光分析彩圖

圖7 4層靜態采光分析彩圖

圖8 5層靜態采光分析彩圖

2 教學樓采光分析

2.1 建筑采光評價與規范

建筑采光分析的參照標準有《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）[1]、《建筑采光設計標準》（GB 50033-2013）[2]、《采光測量方法》（GB/T 5699-2008）[5]、圖紙資料有項目總平面圖、建筑專業設計圖紙、設計效果圖等。

2.2 采光分析報告

計算分析中分為靜態采光計算和動態采光計算，前者用于全面計算建筑的采光系數，后者可實現《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）采光指標[1]的計算和對標。

2.2.1 靜態采光

依據《建筑采光設計標準》（GB 50033-2013）要求，通過采光分析可知，本設計中64 個房間，其中20 個標準條文強制要求房間（實訓課室），6 個標準條文非強制要求房間（值班室及老師辦公室），采光面積為1622.43m2，均不滿足采光要求。

但單憑靜態采光系數評價，既未考慮建筑的朝向、天氣的變化，也不能預測是否有建筑物的遮擋，不能預測強光問題[17]。因此，需要對該設計的動態采光進行分析。

2.2.2 動態采光

根據《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）中的要求，分別對內區采光系數、地下空間平均采光系數、室內主要功能房間面積比例區域的采光照度值以及主要功能房間是否有眩光控制措施四個方面分別進行評分并累計。

①內區采光統計結果

由圖9 可知，本設計建筑室內天然采光總面積405.53m2，達標面積0.00m2，得出本設計建筑室內空間天然采光的評分項得分為0分。

圖9 5層內區采光達標圖

②地下空間天然采光評價

由圖10 可知本設計地下空間平均采光系數不小于0.5%的面積，與首層地下室面積的比例為97%，該項評分項得分3分。

圖10 地下采光達標圖

③室內主要功能房間天然采光評價

通過分析，本設計中26 個主要功能房間（包括實訓課室和辦公室），采光面積1622.43m2，只有6 個房間（采光面積388.25m2）不滿足要求，不超過“在采光照度需求不少于4h/d 的情況下，有60%的面積比例區域能做到”的要求，得3分。

④眩光分析結果

通過對本設計的20 個實訓課室進行眩光分析計算，最高DGI為10.1，最低為0，DGI 限值為25，其中0 個房間不滿足標準限值要求，本設計合理控制眩光項得分為3分。

依據《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2019）的評判標準，綜合上述四項評分，本教學樓建筑設計的采光指標滿分為12 分，總得分9 分，采光狀況良好。

圖11 為建筑采光條件最好的5 層采光分析圖，結合分析圖、數據及評分可知，采光好的部分位于建筑南側，實訓課室的平均采光系數在1.04%～1.90%，采光好的部分平均占13%；采光在差與極差區間，分別最高可達48%和61%，且都在較低樓層的北側。由此可知，教學樓建筑距南側窗戶較遠區域照度明顯不夠，整體空間照度分布不均勻，平均采光系數低。

圖11 5層動態采光分析彩圖

2.3 改進措施

增加反光板或反光百葉，利用光的反射作用[18]、[20]，光照射到反光板上時，反光板上的高反光材質將光反射到室內，然后通過漫反射作用，使光纖在室內均勻分布，提高室內采光均勻度。反光板的工作原理如圖12、圖13，圖中顯示了反光板的截面和頂面視圖。采用反光百葉，也能增加室內的光照，反光百葉采用百葉正面的W 形部件，能將夏季陽光角度高度入射光一次反射到戶外，防止過多的陽光進入室內，使室內溫度過高。采用反光板的反射原理，將其截面形狀設計的與反光百葉相似[20]，如圖14 所示。

圖12 反光板截面圖

圖13 反光板頂面圖

圖14 反光百葉

3 教學樓通風分析

3.1 建筑通風評價與規范

建筑通風分析的參考標準有《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）、《建筑通風效果測試與評價標準》（JGJ/T 309-2013）[6]、《綠色建筑評價技術細則》，圖紙資料有項目總平面圖、建筑專業設計圖紙、設計效果圖等。

3.2 通風分析報告

3.2.1 室外通風

3.2.1.1 冬季工況

本設計冬季工況的入口邊界風速為2.90m/s，風向為NNW。

本設計計算結果依據標準要求，人行區沒有出現風速大于5m/s的區域（圖15）；戶外休息區、兒童娛樂區沒有出現風速大于2m/s 的區域（圖16）；人行區沒有出現風速放大系數大于等于2 的區域（圖17）；本設計沒有出現建筑迎風面與背風面表面風壓差大于5Pa 的建筑（圖18、表1），得2分。

表1 建筑-教學樓迎背風面窗平均風壓差表

表 2 建筑外窗室內外風壓差達標判定表

圖15 人行區域-1.5m高度水平面風速云圖-冬季

圖16 戶外休息區、兒童娛樂區-1.5m高度水平面風速云圖-冬季

圖17 人行區域-1.5m高度水平面風速放大系數云圖-冬季

圖18 建筑迎風面和背風面風壓云圖

圖19 教學樓室內空氣齡云圖

圖20 韶關市仁化縣職業學校教學樓1-1剖面圖

建筑迎風面和背風面風壓云圖，見圖18。

建筑迎風面和背風面風壓差計算結果，見表1。

3.2.2.2 夏季工況及過渡季工況

《綠色建筑評價標準》（GB/T 5-378-2019）中要求場地內人活動區不出現渦旋或無風區，得3 分；外窗室內外表面的風壓差50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于0.5Pa，得2 分。本設計得到數據匯總表如表2 所示，可見本設計中的全部建筑都達到了“超過50%可開啟外窗室內外表面的風壓差大于0.5Pa”的規定要求。

3.2.2 室內通風

依據《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2019）要求，室內通風從換氣次數及建筑可開啟面積比例進行評判，由表3 可知，本教學樓的主要功能房間換氣次數大于2 次/h 的面積比例為84.24%，滿分8分，可得6分。

可開啟面積比例通過計算得知，該教學樓建筑外窗可開啟面積比例為50.1%，玻璃幕墻可開啟面積比例為77.8%，綜合綠標5.2.2 中條款1、條款2和條款3 的規定，本教學樓建筑在建筑可開啟面積比例項目中，得分為6 分，滿分6分。

根據分析圖示及得分情況可知，本項目擁有綠色、開闊的綠化空間，優良的生態資源，良好的室內外通風條件，但由于學?；静捎眯辛惺讲季諿14]，且前后單調，幾乎沒有遮擋，造成部分地區的室外風環境風速較大，但建筑局部受周圍建筑影響，通風不暢，夏季及過渡季容易出現無風率過高的現象。

同時本設計的教學樓為單一外廊式單體結構，缺乏下層架空空間、中廳通高、室外露臺等灰空間，可以作為室內和室外的過渡空間，導致其缺少了垂直向的通風[19]。

3.3 相應措施

增加廣場綠化，加強防風防沙力度；在校園主要道路兩側種植常綠闊葉松和小灌木，可有效地阻止對流風，減少局部強風，防風的同時可供學生觀景休息[13]。

從建筑結構上改進建筑內部和外部的通風[14]，在建筑物上增設導流罩，可以有效地吸引風向和強度。在建筑物的外墻上設置防風結構，冬天時吸收風，可降低空氣中的壓力，如表4所示。

4 總結

通過綜合應用BIM 技術與綠色建筑評價軟件斯維爾對韶關市仁化縣職業學校教學樓進行了綠色建筑采光設計、通風設計分析。通過模擬得出，該教學樓的采光設計及通風設計還有部分不能滿足標準要求。針對夏熱冬冷地區的城市，夏季高溫悶熱、冬季陰冷、梅雨季節集中靜風率高等氣候特點[10]，在考慮建筑采光和建筑通風時，還需綜合考慮夏季、冬季氣候差異大的特點，要能同時兼顧，做到盡可能地實現節能指標，以達綠色標準。