BIM技术在城市规划微环境模拟中的应用.docx

城市规划的微环境模拟基本可以概括为人的舒适度感知，包括日照和采光、微环境的空气流动、可视度分析、建筑群热工分析、噪声分析等。通过这些分析，从规划角度和生态学角度解决了规划空间所产生的对人的舒适度的影响。 日照和采光 由于高层建筑的大量涌现，长期以来，因为日照采光而引起矛盾甚至导致法律纠纷的事件屡见不鲜，这些大多是由于在设计或审查阶段日照分析得不够科学准确的原因。日照分析涉及到时间、地域、建筑造型等多种复杂因素，要将这些相互影响的因素综合起来进行人工精确计算分析是非常困难的，而BIM技术则能很轻松的解决这些问题。 建筑物日照间距不仅是城市规划管理部门审核建设工程项目的重要指标之一，也是规划设计的主要参考标准。它不仅直接关系到城镇居民的生活环境质量，也是控制建筑密度的有效途径之一。 微环境的空气流动 随着都市建筑的高度密集化和高层化，建筑物之间风环境的相互作用就变得越来越重要。建筑外环境对建筑内部居者的生活有着重要的影响，建筑小区二次风、小区热环境等问题日益受到人们的关注。采用CFD（Computational fluid Dynamics计算流体动力）可以方便地对建筑外环境进行模拟分析，从而设计出合理的建筑风环境。通过BIM技术与CFD技术的结合运用，可以方便、快捷地对建筑内、外环境的气流流场进行模拟仿真，可以形象直观地对建筑内外环境的气流流动形成的流体环境做出分析和评价并及时地调整方案。这有利于规划师、建筑师在方案设计的时候全面、直观地对环境影响的因素进行把握。同时利用技术的综合运用来使规划设计更加科学、更加合理。城市规划可视度分析 对城市视觉景观的控制和塑造是城市规划设计的核心内容之一。可视性分析可以将城市视觉景观的感官认知转化为可量化的指标，是服务于城市规划设计的一种科学的、有效的决策手段。可视性分析的结果可以作为对城市形态和空间布局结构进行控制和调整的重要依据。城市设计师们在很早的时候就开始意识到可视性问题对城市规划设计的重要性,并采取了不同的手段及统计约束规则来确定可视性问题。这种方法的优点是灵活性强，分析精度可根据需要进行调整,但随着采样点数的增加，计算量也会剧增，另外这种离散的模拟势必会带来不确定性的问题。BIM技术的应用使可视度分析变得简单很多，而且从结果可以清晰的看到分析对象的可视度分布。规划微环境的噪音分析 近年来，各地噪声污染投诉越来越多，从目前情况来看无论是噪声污染防治的法律法规、管理制度还是污染防治的措施都不尽完善，满足不了现阶段噪声污染防治和监督管理的需求，对于建筑行业，从设计阶段就应该进行噪音分析，尽量降低噪声对规划微环境的影响。应用ECOTECT完成低能耗建筑中的采光设计 此案例在方案设计过程中应用ECOTECT中的日照、采光等分析综合配置建筑的采光、光电和遮阳设施。广州市北京路及周边地区微环境模拟 本规划是基于旧城改造和骑楼街保护为主线的时效型规划。研究范围大致为北起越华路, 南至珠江前航道, 西起吉祥路、教育路、回龙路, 东至德政路、府学西街、仓边路的范围, 亦即北京路沿线9个规划管理单元, 共约135.63公顷。规划范围包括北京路沿线一线地块及大佛寺周边地区, 共约33.41公顷。 项目的技术思路为：资料收集及整理，导入微环境模拟平台进行计算，得到模拟结果后进行二维或三维输出。 资料收集整理的主要工作是收集资料并将数据格式调整为BIM软件能识别的格式，我国“数字详规”模型的原始资料库中全部是3Dmax模型，所以在模型的转换中需要对原始模型进行属性集成,将3Dmax模型转化成标准的IFC格式；外部数据的参数化处理就是将收集的气象资料进行参数化解读, 并与参照模拟平台中的参数设置进行对比, 最后形成参数列表。在国外一些BIM技术很成熟的国家，数据库已经比较完善，我国由于BIM技术应用较晚，完善BIM数据库是目前的一大挑战。 项目中用于模拟日照采光的软件为Ecotect。Ecotect是一款功能全面，适用于从概念设计到详细设计环节的可持续设计及分析工具，其中包含应用广泛的仿真和分析功能，能够提高现有建筑和新建筑设计的性能，它提供了一种交互式的分析方法, 只要输入一个简单的模型, 就可以提供数字化的可视分析图。Ecotect自带的Weather Tool插件包含各地的气象数据，通过计算分析，可以直观的认识建筑基地所处地区的气象资源，而且Ecotect与Sketchup、3Dmax、CAD等常用软件有很好的兼容性,在该软件中可以完成对模型的太阳辐射、热、光学、声学、建筑投资等综合的技术分析。结果输出可以采用二维的图纸或是三维浏览的方式，二维图纸是传统的成果提交方式，与其相比，三维浏览的输出方式更加直观，人们在浏览过程中，能够直接对目标进行详细观察，并且能够有立体感的与周边建筑的日照情况进行对比，对目标的空间结构也可以比较直观的表现出来，但三维浏览输出对设备的要求比较高，成果不能直观的表现在书面上。 项目涉及到的另一个软件是CFD( Computational Fluid Dynamics计算流体动力学)，该软件是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件。通过CFD软件，可以分析并且显示发生在流场中的现象，在比较短的时间内，能预测性能，并通过改变各种参数，达到最佳设计效果。CFD软件的输出多以视频的方式，这是由于其通常是计算某一段时间内流体经过介质的过程，如果以二维图纸的方式输出，则需要多张图纸来表达分析时间内的多个节点，与视频相比，表达不够直观。 图16是该区域冬至日全天日照时间累计图, 图中右上方的指标色条表示日照时间，从蓝色到红色分别对应了日照时间0小时到10小时。成果图以模型的顶视图显示, 日照分析面为高度1.5米，成果图中的不同日照累计时间以不同颜色区域进行区分，并且不同的日照时间区域以包络线进行界定。该成果很好地反映了北京路周边建筑和道路在冬至日的全天日照累计时间, 从图中我们可以看到沿北京路周边建筑由于过度密集, 很多建筑在大寒日日照较少, 没有达到日照标准, 但路网日照情况普遍较好。图17为CFD软件输出的风速图，反映了建筑群空间的空气流动情况, 本次成果风速计算面为标高2米的空间平面, 选定标高2米主要是因为此高度最能反映人群的运动空间内空气基本流动情况, 因而能更好的体现该区域内人群的舒适度感知。从图中可以基本看出,原始风速设定是17米每秒，建筑群风速稳定在每秒6米左右，由于空间内建筑的影响, 其中一些建筑密集的区域, 风速有降低情况, 通过成果与三维模型的叠加可以知道该建筑群区域属于热岛区域。 图18为CFD软件输出的温度图，与前面提到的原因相同，计算面也是取标高为2米的平面,日平均温度取值为18到20摄氏度，大模型计算CFD温度场需要时间坐标,由于CFD计算时间坐标越长, 成果越接近事实，但是耗费的时间也越长，综合以上原因，本次计算取时间为30秒，本次计算不考虑人类活动影响，是在纯建筑模型下进行, 所以成果比较理想化。从图中可以看出模型内部大部分区域的温度是19.9度-20.4度之间, 从颜色的不同可以看出温度场的分布, 红色的区域为热岛效应较高的区域。本次模拟只为验证微环境评估模拟是否可以辅助城市规划设计, 所以在这里对项目CFD成 果未做精确要求。从两个成果我们知道模拟大面积精细模型下的风速和温度以及建筑表面风压等基本数据是完