BIM技术在城市规划微环境模拟中的应用

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 应用应用 ECOTECT 完成低能耗建筑中的采光设计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