基于BIM的深化设计与性能分析t+56

第三章基于BIM的深化设计与

性能分析目录01/概述02/基于BIM的建筑参数化设计03/基于BIM的建筑集成化设计04/基于BIM的建筑性能分析05/基于BIM的设计优化与实现本章主要内容06/BIM设计成果交付07/典型案例：BIM能耗分析08/复习思考题一BIM技术的发展应用随着BIM技术的高速发展，BIM在企业整体规划中的应用也日趋成熟，不仅从项目级上升到了企业级，更从设计企业延伸至施工企业。作为连接两大阶段的关键阶段，基于BIM的深化设计与性能分析在日益大型化、复杂化的建筑项目中，显露出相对于传统深化设计、性能分析无可比拟的优越性。有别于传统的平面二维设计与性能分析，基于BIM的深化设计更能提高施工图的深度、效率及准确性。基于BIM的建筑性能分析通过综合建筑各单项性能的分析结果，对参数化模型进行调整，寻找建筑物综合性能平衡点，提高建筑整体性能，构建了真正意义上的可持续性建筑。二BIM深化设计BIM深化设计的类型可以分为专业性深化设计和综合性深化设计。专业性深化设计基于专业的BIM模型，主要涵盖土建结构、钢结构、幕墙、机电各专业、精装修的深化设计等。综合性深化设计基于综合的BIM模型，主要对各个专业深化设计初步成果进行校核、集成、协调、修正及优化，并形成综合平面图、综合剖面图。三BIM性能分析BIM性能分析主要包括建筑的力学性能分析、生态性能分析及其他防灾性能分析等。进行性能分析的最终目的是为了确保建筑结构安全、环境舒适、节能环保。与传统的建筑性能分析相比，基于BIM的性能分析可通过创建结构分析模型对一些复杂结构进行非线性分析，包括重力二阶效应分析、塑性铰分析、索单元分析、单向拉、压杆和约束分析等。同时还可通过模拟建筑所处环境，对建筑物进行生态性能分析及其他防灾性能分析等。四基于BIM的深化设计与性能分析BIM技术的应用使性能分析与深化设计有效结合，可实现性能分析与深化设计间的信息传递，在两者间构建了一种动态关联性。同时还可有效改善建设工程项目的整体质量，提高建筑工程设计的技术、管理水平，实现以创新的理念驱动行业间的交流与协作，充分发挥各自领域内的技术优势。基于BIM的深化设计与性能分析主要包括建筑参数化设计、建筑集成化设计、建筑性能分析、基于BIM的设计优化与实现、BIM设计成果交付等内容。目录01/概述02/基于BIM的建筑参数化设计03/基于BIM的建筑集成化设计04/基于BIM的建筑性能分析05/基于BIM的设计优化与实现本章主要内容06/BIM设计成果交付07/典型案例：BIM能耗分析08/复习思考题一参数化设计参数化设计是对目前新兴的设计方法的抽象描述，包括生成设计、算法几何、关联性模型等核心概念。参数化设计的核心思想是把建筑设计模型化、对象化，即把设计的限制条件，通过相关数字化设计建模软件，与设计的形式输出之间建立参数关联，生成或形成可以灵活调控、有限变化的虚拟建筑模型。参数化设计的作用与原则：与传统的设计模式相比，BIM技术的运用可以让建筑设计更加的多元化，形体的逻辑性也得到加强。通过参数的改变，建筑的形态相应的也进行参数化更新，因此可以对不同的方案进行性能对比分析，从而选择最优方案进行下一步的深化设计。一些复杂、重复的工作都交予程序来解决，大大节省了设计师的时间和精力，从而把更多的力量放在选择和优化方案上面，提高了设计效率和质量。二基于BIM的建筑参数化设计基于BIM的建筑参数化设计的优势：（1）

BIM能够协调图形和非图形数据，如视图、图纸、表格。（2）可以充分结合设计者与数字技术的智能力量来实现对集合符号的生成、测评、修正和优化，从而得到更加符合设计者、使用者和环境要求的建筑形态。（3）可变参数造成的开放的设计成果满足了建筑师对多种可预见因素的参与，并使设计的客观性加强，使几何形态的生成成为参数控制的结果。（4）在建造方面，它解决了标准化与单独定制的矛盾。二基于BIM的建筑参数化设计基于BIM的参数化模型的特点：（1）面向关联的建筑对象。通过具有一定规则形状的几何构件和相关参数进行模型搭建。（2）交互式编辑。使用BIM进行建筑设计就是不断设置和修改建筑构件的属性的过程。（3）数据库共用。在整个设计过程中使用单一数据库可以提高数据的协同性和关联性，有利于设计变更时的图纸修改和信息追踪，提高图纸的准确性，减少错误的产生。三建建筑筑参参数数化化设设计计的的方方法法及及建建造造技技术术“一一个个特特性性””与与““一一个个平平台台””建筑筑参参数数化化模模型型关关联联性性建筑筑参参数数化化模模型型除除了了能能体体现现建建筑筑的的空空间间形形态态之之外外，，它它的的组组成成元元素素之之间间还还存存在在着着关关联联性性。。所所谓谓的的关关联联性性是是指指在在参参数数化化模模型型中中，，元元素素与与元元素素或或者者元元素素与与整整体体之之间间存存在在着着逻逻辑辑上上的的关关联联特特性性，，当当对对参参数数化化模模型型中中的的参参数数做做出出修修改改时时，，在在逻逻辑辑关关联联下下的的其其他他部部分分也也会会按按照照事事先先建建立立的的参参数数关关系系发发生生相相应应的的变变动动。。基于于信信息息模模型型技技术术的的参参数数化化设设计计平平台台在传传统统的的工工作作模模式式中中，，各各个个专专业业领领域域人人员员工工作作配配合合的的集集成成度度并并不不高高，，而而BIM的出出现现改改变变了了这这一一点点，，它它提提供供了了一一个个良良好好的的建建模模平平台台供供各各种种不不同同专专业业领领域域的的技技术术人人员员实实现现信信息息的的交交换换和和共共享享。。三建建筑筑参参数数化化设设计计的的方方法法及及建建造造技技术术数控控技技术术下下的的复复杂杂形形体体建建造造无纸纸化化设设计计与与建建造造无纸纸化化设设计计就就是是一一种种从从文文件件到到工工厂厂的的设设计计与与建建造造方方式式：：即即将将在在计计算算机机中中建建立立的的设设计计对对象象的的电电子子模模型型发发给给建建筑筑部部件件的的加加工工工工厂厂，，工工厂厂将将模模型型分分解解为为不不同同的的建建筑筑构构件件并并利利用用数数控控机机床床等等设设备备进进行行加加工工，，最最后后将将构构建建成成品品运运送送至至施施工工现现场场进进行行安安装装。。复杂形体的制制造加工技术术目前，常用于于建筑领域的的数字化制造造方法主要有有两种：数控机床技术术（ComputerNumericalControl)：是指可以通过过事先编辑的的精确指令进进行自动加工工的机床。快速原型技术术（RapidPrototyping)：是一系列通过过计算机辅助助设计的三维维数据来快速速生成或装配配成比例实体体模型的技术术。目录01/概述02/基于BIM的建筑参数化化设计03/基于BIM的建筑集成化化设计04/基于BIM的建筑性能分分析05/基于BIM的设计优化与与实现本章主要内容容06/BIM设计成果交付付07/典型案例：BIM能耗分析08/复习思考题一集成化设设计集成化设计的的概念与起源源集成化设计是一种多专业业配合的设计计方法，在设设计过程中，，通过整合各各个方面的设设计要素来实实现高性价比比的建筑。集成化设计的的起源：回溯至20世纪90年代的北美，，在一个名为为C-2000的项目中，设设计人员采用用了简化设计计、低造价的的技术，在完完全达到了建建筑性能设计计目标的基础础上还降低了了费用。因此此，C-2000流程被称为集集成化设计流流程的雏形。。集成化设计的的内涵与特征征集成化设计具具有较强的综综合性，要将所有相相关专业的知知识与技术结结合起来，尽尽量提升建筑筑物的性价比比。从技术的角度度来说，集成化设计具具有集成化的的特征，要将各类技技术与设计目目标结合起来来。其次，设计可以根根据实际情况况不断进行调调整和更新，，满足多方需需求。最后，其不再是资资本与能源的的简单聚集，，而是有效协协调新材料和和新技术，既既要考虑建筑筑的功能性，，同时还要提提升建筑对环环境的适应性性。一集成化设设计集成化设计方方法的特点以设计目标和和技术集成为为中心；融合相关技术术集群和社会会条件的本地地化响应；以信息为基础础，以网络为为媒介；涵盖多学科；；具有自我更新新和调整的能能力；以标准化设计计为导向；设计形式多样样化。集成化设计方方法的流程集成化设计流流程可以分为为不同阶段，，其中概念设设计阶段、初初步设计阶段段、深化设计计阶段是主要要的阶段。每每个阶段都要要求有独立的的循环，并对对贯穿整个设设计流程的设设计目标和准准则不断地进进行检验。一集成化设设计集成化设计与与BIM的关联性虽然集成化设设计方法相比比传统设计方方法有较大的的优势，但集集成化设计也也存在一些缺缺陷。比如，多种设设计制约因素素的集成，会会导致建筑师师在设计时很很难考虑全面面。因此需要要一个以建筑筑信息为核心心而构建的平平台，打破集集成化设计在在实际运用过过程中的瓶颈颈。BIM是目前最能有有效实现和稳稳定支持集成成化设计方法法及其流程的的平台，借助BIM平台可以实现现建筑集成化化设计方法及及其应用。BIM通过“集成””的方法串联联起整个建筑筑流程主线，，其中包括设设计、生产、、施工、装修修和管理等整整个过程，服服务于从设计计到运营维护护等整个建筑筑生命周期，，通过数字化化与信息化模模拟整个系统统的各个元素素，从而实现现整个建筑产产业链的信息息化协同。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势3D可视化可视化（Visualization）是利用计算机图形学学和图像处理技术，将数据转换换成图形或图图像在屏幕上上显示出来，，并进行交互互处理的理论论、方法和技技术。它涉及及到计算机图图形学、图像像处理、计算机视觉、计算机辅助助设计等多个个领域，成为为研究数据表示、数据处理、、决策分析等等一系列问题题的综合技术术。首先，BIM本身就是一种种可视化程度度比较髙的工工具，而可视视化是在BIM基础上的更高高程度的可视视化表现；其次，由于BIM包含了项目的的几何、物理理和功能等完完整信息，可可视化可以直直接从BIM模型中获取需需要的几何、、材料、光源源、视角等信信息，不需要要重新建立可可视化模型。。可视化的工工作资源可以以集中到提高高可视化效果果上来，而且且可视化模型型可以随着BIM设计模型的改改变而动态更更新，保证可可视化与设计计的一致性；；最后，由于BIM信息的完整性性及其与各类类分析计算模模拟软件的集集成，拓展了了可视化的表表现范围，例例如多维模拟拟、突发事件件的疏散模拟拟、日照分析析模拟等。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势建筑性能的模模拟与分析虽然没有BIM也能进行模拟拟，但是没有有BIM的模拟和实际际建筑物的发发展变化是没没有关联的，，实际上只是是一种可视化化效果。“设计-分析-模拟”一体化才能动动态表达建筑筑物的实际状状态，设计一一旦产生变化化，紧跟着就就需要对变化化后的设计进进行不同专业业的分析研究究，同时需要要把分析结果果即时模拟出出来，供业主主对此进行决决策。目前基于BIM的模拟主要有有以下几类：：（1）设计阶段：日照模拟、、视线模拟、、节能（绿色色建筑）模拟拟、紧急疏散散模拟、CFD模拟等；（2）招投标和施工工阶段：4D模拟（包括基基于施工计划划的宏观4D模拟和基于可可建造性的微微观4D模拟），5D模拟（与施工工计划匹配的的投资流动模模拟）等；（3）销售运营阶段段：基于web的互动场景模模拟，基于实实际建筑物所所有系统的培培训和演练模模拟（包括日日常操作、紧紧急情况处置置）等。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势信息数据的交交换信息是BIM的核心，BIM模型是一个富富含项目信息息的三维或多多维建筑模型型。因此，通通过分析信息息和数据在BIM模型中的存在在形式以及交交换方式等问问题可以体现现BIM在集成化设计计中对信息整整合的优势。。数据交换的格格式BIM模型的优点是是该模型并不不总是必须手手动重新创建建或修改，而而是可以直接接生成一个以以BIM为基础的模型型的几何形状状。其次，利利用现有的和和增强的数据据库，输入假假设可以随时时分配（重新新分配）的空空间，这将允允许更大的特特异性、准确确性和投入成成本，最终更更能代表实际际建设占用的的程度。此外外，基于BIM的过程是可重重复的和透明明的。要实现以上这这些不同类型型、不同专业业、不同阶段段的信息应用用，就必须解解决一个关键键问题：信息息交换和共享享。而要实现现这点，就必必须有一种交交换双方之间间互相认可的的机制，这种种机制可以是是某种协议，，也可以是某某种标准，可可以是公开的的，也可以是是非公开的。。目前，世界界范围内通行的公开信息交换标准准有三种：IFC、CIS和XML。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势信息交换的四四种方式信息交换是企企业或一个企企业的产品和和项目的数据据容量的电子子版本之间的的管理和沟通通的过程中，，设计、施工工、维护和业业务之间的互互操作性。事实上，无论论是企业或企企业内不同系系统之间的互互操作性信息息，还是在不不同软件之间间的互操作性性信息，归根根结底是多方方、多层次信信息的交流。。信息源不同同，实现语言言、工具、格格式和手段之之间的互操作作性可能有所所不同。从软件使用的的角度来分析析，主要有直直接双向、直直接单向、中中间翻译和间间接互动关系系这四种。（1）直接双向直接双向互操操作意味着两两个软件之间间的转换需要要对软件本身身进行处理，，也可以将数数据修改后，，再返回到原原来的软件中中去，需要的的人工干预很很少。这种类类型的信息互互操作，效率率高，可靠性性好，但它也也受技术条件件和水平的限限制。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势直接双向示意意图如下：（2）直接单向直接单向互操操作性意味着着数据可以从从一个软件输输出到另一个个软件，但不不能转换还原原。一个典型型的例子是BIM建模软件和可可视化软件之之间的互操作作性信息，可可视化软件的的BIM模型进行渲染染后，数据将将不会返回到到原来的BIM模型。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势直接单向的示示意图如下：：（3）中间翻译信息在两个软软件之间的互互操作性，需需要依靠相互互识别的中间间文件，这种种信息互操作作模式，称为为中间翻译的的互操作性。。这一信息的的互操作性，，容易导致信信息丢失。DWG是最常用的一一种中间文件件格式，如今今已成为二维维CAD的标准格式。。依靠设计软软件生成的DWG文件将软件的的几何属性信信息以数量及及流量的形式式表现出来。。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势中间翻译信息息交换方式如如下图所示：：（4）间接互动信息间接的互互操作性，需需要借助人工工手段的转换换，从一个软软件到另一个个软件，在某某些情况下需需要手动重新新输入数据，，有时可能还还需要重建几几何数据。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势间接互动信息息交换方式如如下图所示：：协同作业从某种意义上上说，协同是是集成化设计计的最主要的的特征，也是是集成化设计计具体的体现现，而BIM平台能最好的的支撑协同和和协作，最大大效能的发挥挥协同的合力力。协同的两个基基本要素协同作业有两两个基本要素素：一个是协同的方法或或者渠道，另外一个是是协同的内容或或者实体。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势目前来看，协协同设计就是是指基于网络络的一种设计计沟通交流手手段，以及设设计流程的组组织管理形式式。协同作业业的核心在于于数据，以数数据为核心，，数据的创建建、管理、发发布成为信息息化的基本定定义。协同的类型协同设计又细细分为平面协同设计计、空间协同设计计、平面与空间实实时关联设计计、以及互用技术，这是设计软软件本身具备备的协同功能能。（1）平面协同设设计平面协同设计计是以外部参参照功能为基基础的标准格格式文件之间间的文件级协协同，是一种种文件定期更更新的阶段性性协同设计模模式。（2）空间协同设设计空间协同设计计也叫3D协同，具体可可以分为专业业内和专业间间的协同设计计。①专业内空间协协同设计：是是一种数据级级的实时协同同设计模式。。②专业间空间协协同设计：当当每个专业都都有了3D工程信息模型型文件时，即即可通过外部部链接的方式式，在专业模模型（或系统统）间进行管管线综合设计计。二基于BIM的集成化设计计的主要优势势（3）平面与空间间实时关联设设计简单来说，实实时关联设计计是指设计人人员在平面图图里操作的过过程中，对某某个构件或者者轴线等进行行修改和编辑辑时，模型相相应做出自动动更改。并且且，之后的立立面图、剖面面图、节点详详图也会随之之变更，省去去了手动重复复更改的工作作量，也避免免了可能的操操作错误的产产生。这种实实时关联设计计对复杂建筑筑设计尤为有有利。（4）互用技术BIM在信息处理、、交换、整合合等方面具有有先天的优势势，基于这些些有利条件，，BIM能够很好的实实现信息的互互用与共享。。所谓互互用是是指不不同程程序之之间通通过使使用公公共的的交换换格式式集合合、读读写相相同的的文件件格式式和使使用相相同的的协议议进行行信息息交换换的能能力。。三概概念设设计阶阶段目前建建设项项目种种类非非常多多，对对于不不同的的项目目类型型其设设计过过程的的划分分可能能也会会有所所不同同，这这里主主要以以新建建建筑筑为例例，并并将其其设计计过程程主要要划分分为概概念设设计、、初步步设计计、深深化设设计和和后期期设计计四个个阶段段，通通过这这四个个阶段段来论论述整整个集集成设设计的的应用用流程程。概念设设计即即为设设计初初始阶阶段建建筑师师对方方案的的构思思，是是设计计阶段段中最最具创创造性性的部部分。设计文文件的的收集集与整整理在概念念构思思阶段段，设设计师师需要要了解解来自自项目目任务务书、、场地地状况况、当当地气气候、、场地地规划划条件件等庞庞杂的的信息息。对对这些些信息息的收收集、、分析析、整整理，，有利利于方方案的的设计计。场地模模型和和形体体推敲敲完成基基地条条件与与信息息的收收集工工作，，建筑筑师需需要结结合调调研结结果对对基地地条件件进行行详细细梳理理。通通常，，当建建筑地地形较较为复复杂时时，在在规划划设计计阶段段就要要进行行详细细的地地形分分析，，可以以利用用BIM技术与与GIS技术相相结合合的方方式对对地形形进行行快速速的空空间分分析，，包括括高程程、坡坡度和和坡向向等分分析，，为后后期设设计提提供一一些新新的方方法和和思路路。三概概念设设计阶阶段概念模模型分分析常用的的概念念模型型分析析一般般包括括节能分分析、交通分分析、景观分分析等等。。BIM平台在在绿色色节能能分析析方面面应用用非常常广泛泛。前前期对对场地地环境境、气气候因因素等等进行行了调调研与与信息息收集集，接接下来来需要要在此此基础础上对对建筑筑的总总体布布局、、朝向向、体体量等等进行行探讨讨。在在前期期概念念阶段段，基基于BIM平台的的节能能设计计可实实现以以下目目的：：（1）整体体布局局。对建建筑布布局进进行模模拟分分析，，通过过多种种布局局方式式的对对比选选出最最优方方案；；（2）建筑筑朝向向。对当当地气气候环环境进进行模模拟，，包括括风、、光、、热等等模拟拟，综综合考考虑各各种影影响因因素，，进而而确定定合适适的建建筑朝朝向；；（3）建筑筑体量量。体量量对能能耗、、通风风及日日照都都会造造成很很大影影响，，对不不同体体量形形式进进行模模拟分分析，，对比比选取取适宜宜的节节能建建筑体体量。。三概概念设设计阶阶段基于BIM平台还还能实实现多多种分分析软软件的的数据据协调调，比比如Ecotect、Airpark等专业业的节节能分分析软软件。建模软软件与与Ecotect的数据据交换换示意意图如下图图所示示：为使概概念设设计的的体量量关系系在各各方面面都满满足设设计要要求，，还需需要对对其进进行经经济指指标分分析，，包括括统计面面积、体形系系数、容积率率、建筑密密度等技术术指标标。四初初步设设计阶阶段概念设设计阶阶段对对建筑筑的体体块组组合以以及材材质做做了初初步的的推敲敲，接接下来来设计计人员员会对对其进进行深深化设设计。。这一一过程程中，，设计计人员员将通通过具具体的的设计计手段段综合合解决决各种种设计计问题题，这这是建建筑方方案设设计阶阶段中中较为为复杂杂的过过程。。结构介入——体系营造这个阶段所所指的结构构设计并不不需要结构构专业的介介入，而是是从结构形形态与体系系的角度来来进行研究究。从概念设计计的初步体体量入手，，构建结构构体系，根根据形态与与结构的发发展，分为为正交体系网网格和非正交体系系网格两大类。正交体系网网格——基于普通的的梁板柱结结构正交网格体体系是一种种常见的结结构网格体体系，主要要适用于比比较规整的的建筑形态态，分为框框架结构、、承重墙结结构、平板板网架结构构。四初步设设计阶段正交体系网网格结构分分类如下表所示示：四初步设设计阶段非正交体系系网格——复杂形体的的异变结构构体系随着建筑的的形体与结结构越来越越复杂，正正交体系网网格己无法法适应，逐逐渐发展出出多维的、、非线性的的网格结构构。这些网网格结构的的生成策略略可源于轴轴线的交叉叉，也可源源于单元体体或交叉节节点的重复复。其在二二维图案上上可通过镶镶嵌、分形形得到，而而在三维组组织上有编编织、榫卯卯、互承、、张拉等方方式。网格格不仅可在在平面上操操作生成表表皮肌理，，同时也可可在三维曲曲面和空间间中操作生生成复杂的的结构系统统和空间形形态而完成成“构形”这一过程。。材料介入——知觉属性材料的知觉属性主要包括质感和色彩感。这两种属属性共同体体现了不同同材质的外外在知觉属属性表现。。材料主要可可以分为六六大类，即即玻璃、砖砖、石、木木材、金属属和混凝土土。材料的的色彩与质质感能传达达特殊的感感性魅力，，不同的材材料通过人人的知觉能能够引起不不同的心理理反应，比比如平和、、冷漠、温温暖、厚重重、轻盈、、高贵等。。四初步设设计阶段材料分类及及视觉特征征如下表所所示：四初步设设计阶段空间组织建筑存在的的首要目的的是要提供供一个可供供预设活动动发生的空空间场所，，以满足某某种功能的的需求。因此功能及及其相关属属性是影响响建筑空间间组织的重重要因素。。建筑空间间首先要考考虑的是满满足使用功功能方面的的需求，进进而应该追追求精神与与艺术方面面的需求。。如果把满满足人们使使用功能的的空间称之之为“使用空间”，把满足精精神与艺术术需求的空空间称为“视觉空间”的话，那么么建筑的空空间应该是是二者的有有机结合体体。BIM是对现实情情况的一个个虚拟，反反映建筑的的真实情况况。BIM模型解决了了一般形体体建模软件件的不足，，将建筑外外观与空间间形态关联联起来。建建筑师可以以设置不同同的视点对对空间进行行观察，同同样也能对对场景进行行虚拟漫游游动画，对对整体空间间序列进行行推敲研究究。五深化设设计阶段深化设计阶阶段分为三三个部分：第一个部部分是针对对复杂的结结构进行形形态优化；；第二个部部分是对通通过材料介介入以及结结构介入方方式所建立立起来的BIM模型进行分分析，包括括材料的热热工性能、、结构的力力学分析等等等，通过过这些初步步分析用于于指导后续续的集成设设计；第三三部分则为为施工图设设计部分，，主要对结结构的节点点进行设计计。结构介入——几何优化对于基于梁梁板柱的正正交网格体体系结构形形态，非正正交网格体体系结构更更为复杂，，其结构的的形态也直直接影响着着建筑的形形态与造型型。非正交交网格体系系结构，其其主要形态态是曲化和和运动感，，曲化的结结构体最终终支撑起流流线型的屋屋面、曲面面的墙体等等。计算机技术术正影响着着建筑理念念、建筑形形式的创新新。建筑领领域逐渐形形成了一种种新的美学学范式。结结构形态的的动感就是是一个重要要的美学特特征，其往往往利用倾倾斜、扭转转、弯曲、、波浪形等等手法，使使形体产生生失稳、失失重的不定定势态，进进而实现动动态的结构构。五深化设设计阶段模型分析——结构与材料料分析建筑初步设设计阶段已已经确定了了建筑的结结构体系，，梁、板、、柱等各个个结构构件件都已经建建立起来。。随着结构构计算的不不断深入，，需要分析析单个构件件在整个结结构体系中中的受力情情况。但是是实际上结结构的受力力是非常复复杂的，很很难用单纯纯的受力状状态来对其其进行描述述。结构设计需需要创建结结构分析所所用到的结结构分析模模型。例如，构构件边界条条件、结构构荷载、梁梁板柱分析析模型等。。除了一般般的线性静静定结构分分析外，对对于一些复复杂结构也也需要非线线性分析，，包括重力力二阶效应应分析、塑塑性铰分析析、索单元元分析、单单向拉、压压杆和约束束分析等，，承载这些些信息的模模型就是结结构分析模模型。RevitStructure只是一个结结构建模软软件，并不不具备结构构分析功能能，它需要要与其它专专业结构分分析软件协协同工作。。目前能够与与BIM软件对接接的主要要分析软软件包括括ETABS、STAAD、Robot等国外软软件，还还有PKPM、盈建科科等国内内软件，它们都都能实现现模型信信息的相相互传递递。五深化化设计阶阶段前面所讨讨论的材料选择择主要是从从知觉角角度去进进行的。。在面向向实际建建造时，，墙体应应该有其其内部构构造，此此时应该该考虑其其力学性性能以及及热工学学性能等等物理属属性。根根据不同同的需求求，建筑筑外围护护的做法法有很多多。从节节能的角角度来讲讲，外围围护材料料可以包包含采光光、通风风、防湿湿、保温温、防风风、防眩眩光、防防视线干干扰，提提供视线线联系、、安全、、保安、、防火、、获取能能源等内内容。下图为建筑材材料的节节能需求求。BIM还可以帮帮助设计计人员针针对每一一特定部部分建筑筑维护结结构的得得失热量量进行分分析，包括：：外围护护结构得得热和散散热量、、门窗得得热、散散热和冷冷风渗透透量、室室内围护护结构热热传递量量等。五深化化设计阶阶段详图设计计——结构节点点设计建筑构造造节点并不仅仅仅是为了了满足构构件连接接而设计计的，同同时也是是工艺品品质的最最终体现现。如果果节点的的连接方方式得到到充分的的表现，，看上去去合乎逻逻辑，那那么必然然会表现现出独特特的美感感。因此此在对节节点进行行设计时时，应该该遵循结结构的逻逻辑、建建造的逻逻辑以及及机械的的逻辑。。一方面，，建筑形形式与建建筑构造造密切相相关，不同的的构造方方式会通通过不同同的建筑筑形式表表现出来来，设计计人员在在进行选选择时，，需遵循循局部服服从整体体构思的的原则。。建筑结构构节点设设计应该是对对整体结结构概念念的落实实或反映映，所以以要关注注其应有有的连贯贯性。但但是，建建筑的连连贯性与与结构的的连贯性性不同，，有些节节点需要要突出，，而有些些则需要要隐藏起起来，否否则将会会降低建建筑的整整体性，，使整体体形象过过于繁杂杂。另一方面面，以“精确设计计—工厂预制制—现场装配配”为特征的的工业流流程化的的建造方方法也逐逐步取代代了工匠匠纯手工工的传统统建造方方法，使得节节点构件件加工与与建造的的精确度度大幅提提高。利利用计算算机和信信息技术术，通过过参数化化的设计计方式，，还可实现个性性化的设设计。六后期期设计阶阶段后期阶段段主要是在在BIM平台上将将建筑、、结构、、机电等等各个系系统整合合起来，，进行碰碰撞检测测、管线线综合以以及对复复杂空间间定位等等操作。。应用BIM技术进行行集成设设计，在在满足各各个阶段段性要求求的同时时，也在在为后期期设计阶阶段的集集成做准准备工作作，从而而实现全全专业的的信息集集成。经经过后期期设计阶阶段，赋赋予建造造信息的的建筑构构件可以以被工业业化加工工生产，，实现定定制化、、个性化化的建筑筑工业。。集成方式式RevitArchitecture可以通过过设置工作集来实现同同专业的的配合以以及不同同专业的的协同工工作。链接模式式也是一一种集成成方式，链接模模式的操操作方式式类似于于CAD的外部参参照，只只是作为为参考，，不能对对其进行行编辑。。链接模式式主要应应用于以以下几种种情况：第一种种情况是是场地内内有多个个单体建建筑，因因此可以以分开建建模。第第二种情情况是由由于建筑筑形体非非常庞大大，一个个人很难难完成，，可以基基于功能能或者其其它原则则把建筑筑拆分为为不同的的部分，，每个成成员负责责其中的的一部分分，最后后通过链链接集成成到一个个模型中中。第三三种情况况是通过过链接模模式实现现不同专专业之间间的数据据协调，，比如可可以通过过链接把把暖通专专业的模模型集成成到建筑筑中去。。六后期期设计阶阶段空间定位位在空间定定位方面面，BIM的三维可可视化技技术较传传统的二二维模式式具有很很大优势势。以上海海中心大大厦每区区设备层层为例，，它既是是设备空空间，同同时也是是该区的的结构加加强层，，空间桁桁架非常常复杂，，如果用用二维CAD来表达其其结构关关系将会会花费大大量的时时间和精精力。随着设计计的不断断深入，，一旦方方案进行行调整，，就要再再重复一一次先前前的工作作，给设设计带来来了很多多不便，，而如果果利用RevitStructure搭建BIM模型就可可以很容容易地对对方案进进行调整整，包括括构件尺尺寸、类类型等等等，各平平面立面面都能自自动更改改，从而而节省了了设计绘绘图及调调整的时时间。下图为基于BIM的上海中心心空间定位位图。六后期设设计阶段碰撞检测在碰撞检测测方面，尽管原来来的二维行行业标准在在很长一段段时间里推推动了设计计的发展，，但由于建建筑本身是是一个三维维空间的建建构过程，，在三维转转二维的过过程中产生生专业碰撞撞不可避免免。而随着着BIM设计的方兴兴未艾，直直观的三维维模型轻易易地解决了了这一问题题，既可以以直接观察察到各系统统的碰撞冲冲突，也可可通过碰撞撞检测软件件（如Navisworks）来完成，，因此极大大程度上减减少了错、、碰、漏等等设计差错错，能够直直观地表达达空间特征征，反映实实际建造情情况。在管线综合合方面，显然三维维的管道系系统更能直直观的反映映真实的空空间状态，，还是以上上海中心塔塔楼设备层层为例，由由于多而复复杂，在空空间中的排排布变化很很多，二维维图纸上很很难清楚的的表达彼此此间的关系系。如果通通过RevitMEP搭建BIM三维管道设设备模型，，就能很便便捷地检测测出各专业业间的设计计冲突并直直观地呈现现出来，然然后将检测测结果及时时反馈给各各专业设计计者进行调调整，并根根据调整再再次修改模模型，这样样反复几个个过程，最最终完成了了复杂的管管道综合。。通过这种种方式，BIM三维模型可可以帮助设设计师解决决很多空间间冲突与检检测难题，，提高了设设计的效率率与施工的的可行性。。目录01/概述02/基于BIM的建筑参数数化设计03/基于BIM的建筑集成成化设计04/基于BIM的建筑性能能分析05/基于BIM的设计优化化与实现本章主要内内容06/BIM设计成果交交付07/典型案例：：BIM能耗分析08/复习思考题题一建筑性性能分类建筑性能指指标分类随着社会经经济及城市市化的快速速发展，环环境问题日日益突出，，资源、能能源的枯竭竭，环境的的恶化等问问题已威胁胁到人类及及其子孙后后代的生存存。在此背背景下，针针对能源消消耗大户的的建筑领域域，世界各各国纷纷提提出绿色建建筑的理念念来寻求建建筑与自然然的和谐，，在满足舒舒适健康的的居住前提提下，实现现高效率地地利用资源源，将对环环境的影响响降到最低低。于是，，发展绿色色建筑便成成为政府与与业界的一一项共识，，是实现经经济发展与与环境保护护相向而行行的一个平平衡点。为了使绿色色建筑的概概念具有切切实的可操操作性，一一些发达国国家相继开开发出适合合不同国家家特点的绿绿色建筑评评估体系，，通过定量量的描述绿绿色建筑的的节能效果果、环境效效益以及经经济性能等等指标，为为决策者与与设计者提提供参考和和依据。建筑性能常常用指标大大致可以分分为以下几几类：建筑筑热工、噪噪声、风环环境、照度度、日照、、能耗和舒舒适度等。。一建筑性性能分类绿色建筑与与传统建筑筑的差异与传统建筑筑相比，绿绿色建筑主主要有以下下几点特征征：（1）相较于传传统建筑，，建筑本身身的能耗大大大降低；；（2）绿色建筑筑尊重当地地的自然、、人文、气气候，因地地制宜、就就地取材，，因此没有有明确的建建筑模式和和规则；（3）绿色建筑筑充分利用用自然，如如绿地、阳阳光、空气气，寻求与与自然的和和谐共生。。注重内外外部的有效效联通，其其开放的布布局较封闭闭的传统建建筑布局区区别较大；；（4）绿色建筑筑在整个建建设过程中中都十分注注重环保。。绿色建筑的的设计与当当地的气候候环境及其其变化是紧紧密相关的的，所谓因地地制宜，是是在建造的的过程中必必须针对当当地特征采采用相应的的方法。绿色建筑往往往与可持持续设计关关系密切。可持续代代表的是在在不减弱自自然系统的的健康发展展和生产能能力的基础础上，能够够满足人类类需求的一一种平衡。。一建筑性性能分类就目目前前而而言言，，实实现现可可持持续续设设计计主主要要有有以以下下十十种种方方法法：：（1）选选择择发发展展基基地地以以促促进进小小区区宜宜居居性性；；（2）发发展展灵灵活活设设计计以以延延长长建建筑筑寿寿命命；；（3）利利用用自自然然策策略略保保护护并并回回收收水水资资源源；；（4）保保证证热热舒舒适适度度的的同同时时提提高高能能效效；；（5）减减少少与与能能量量使使用用相相关关的的环环境境影影响响；；（6）提提高高使使用用者者健健康康水水平平及及室室内内环环境境质质量量；；（7）节节约约用用水水及及水水资资源源再再利利用用系系统统；；（8）利利用用与与环环境境更更协协调调的的建建筑筑材材料料；；（9）选选择择适适宜宜的的植植物物种种类类；；（10）建建设设、、拆拆除除和和使使用用过过程程中中再再循循环环计计划划。。二BIM建筑筑性性能能数数据据处处理理和和计计算算方方法法BIM建筑筑性性能能分分析析流流程程BIM模型型建建立立基于于项项目目全全生生命命周周期期的的BIM模型型是是对对绿绿色色建建筑筑评评估估各各项项指指标标的的基基础础，BIM模型型的的各各类类信信息息可可用用于于各各个个方方面面的的分分析析与与评评估估，，如如基基于于BIM模型型的的空空间间信信息息和和材材料料信信息息，，可可以以研研究究针针对对绿绿色色建建筑筑认认证证的的成成本本分分析析、、能能量量分分析析等等。。这这些些性性能能分分析析成成果果与与BIM在项项目目全全生生命命周周期期中中的的变变化化和和积积累累相相互互呼呼应应，，如如能能量量分分析析、、投投资资分分析析和和成成本本分分析析等等，，都都是是随随着着BIM模型全全生命命周期期各个个阶段段的变变化而而变化化。建模必必须忠忠实于于图纸纸的设设计方方案，一般般在设设计过过程中中，设设计人人员会会根据据图纸纸进行行建模模。模模型建建立后后，需需要对对设计计方案案进行行调整整时，，设计计人员员可直直接在在模型型中进进行调调整，，直到到得到到满意意的结结果，，并最最后将将结果果反映映到图图纸上上。二BIM建筑性性能数数据处处理和和计算算方法法边界条条件数数字化化建筑物物间距距、体体型、、高度度和围围护结结构热热工参参数以以及可可利用用的节节能技技术等等与其其所在在地区区的气气候条条件关关系密密切。。利用用气象象数据据，通通过WeatherTool等工具具进行行建筑筑所在在地的的气象象分析析，给给建筑筑设计计提供供数据据支持持。以气象象数据据为例例，可以以进行行以下下一些些分析析。（1）最佳佳朝向向与最最佳舒舒适度度区域域分析析如下图图所示，，左图图中，，黄色色部分分表示示最佳佳位置置，绿绿圈表表示全全年各各方向向平均均辐射射量，，红色色箭头头表示示最热热的三三个月月中最最大辐辐射量量的方方向，，蓝色色箭头头表示示最冷冷的三三个月月中最最大辐辐射量量的方方向，，绿色色箭头头表示示全年年平均均辐射射量最最大的的方向向，黄黄色箭箭头表表示最最佳朝朝向，，且从从图中中可以以明显显看出出哪个个朝向向适合合利用用太阳阳能。。右图图黄色色区域域为热热舒适适区间间，蓝蓝色区区域表表示逐逐日的的频率率（以以点形形式绘绘制全全年8760h的温湿湿度数数据））。二BIM建筑性性能数数据处处理和和计算算方法法（2）太阳阳辐射射分析析下图为最佳佳朝向向位置置的太太阳辐辐射：：红色色区域域代表表过热热期，，蓝色色代表表过冷冷期，，粗黄黄线代代表该该方向向上太太阳直直射的的平均均值，，为太太阳能能的合合理利利用提提供了了数据据支持持。最佳朝朝向与与最佳佳舒适适度区区域分分析二BIM建筑性性能数数据处处理和和计算算方法法太阳辐辐射分分析（3）自然然通风风分析析合理的的自然然通风风对建建筑的的能耗耗和提提高室室内空空气质质量以以及舒舒适性性至关关重要要。合合理的的通风风组织织一方方面可可以在在夏季季带走走室内内热量量，减减少空空调使使用从从而起起到节节能的的作用用；另另一方方面，，还有有助于于室内内空气气流动动，保保证建建筑室室内空空气质质量。。Weathertool集成气气候分分析工工具能能够根根据典典型气气候数数据对对建筑筑周围围的风风环境境进行行分析析，下图图为室外外风环环境分分析。。二BIM建筑性性能数数据处处理和和计算算方法法室外风风环境境分析析（4）相对对湿度度分析析相对湿湿度是是指单单位体体积空空气中中实际际所含含的水水气多多少，，它将将影响响建筑筑的能能耗和和舒适适度。。如下图所示，，是建建筑所所在地地区的的逐时时相对对湿度度分布布图示示，图图中的的绿色色表示示逐时时相对对湿度度。由由图可可知，，该地地区空空气相相对湿湿度的的变化化趋势势基本本与气气温保保持一一致，，在处处于过过渡季季节的的时间间里，，相对对湿度度的昼昼夜变变化较较大二BIM建筑性性能数数据处处理和和计算算方法法逐日相相对湿湿度分分布在满足足使用用功能能的前前提下下，如如何让让人们们在使使用过过程中中感到到舒适适和健健康是是建筑筑环境境领域域研究究与应应用的的主要要内容容。其其中，，寻找找室内内舒适适性、、建筑筑能耗耗、环环境保保护之之间的的矛盾盾平衡衡点是是亟待待解决决的问问题。。由BIM软件平平台构构建的的深度度BIM（详细细建筑筑信息息模型型）通通过软软件输输出为为不同同的数数据格格式，，根据据室内内环境境应用用方向向的不不同，，选择择合适适的数数据格格式，，再输输入到到专业业的分分析软软件中中，就就可以以有效效解决决数据据一致致性的的问题题，提提高建建模效效率。。二BIM建筑性性能数数据处处理和和计算算方法法指标需需求分分析不同的的性能能化分分析需需要建建筑物物不同同的信信息作作支撑撑。根根据分分析方方向的的要求求将详详细建建筑信信息模模型中中的信信息提提取、、简化化、整整理后后，转转化为为不同同的文文件格格式，，再导导入到到各专专业分分析软软件中中进行行专业业分析析。（1）明确确建筑筑物需需要进进行分分析的的对象象和内内容。。主要要进行行建筑筑所在在地的的气象象数据据分析析、舒舒适度度分析析与被被动技技术应应用分分析、、采光光分析析、能能耗模模拟与与分析析、声声环境境分析析、热热环境境模拟拟、烟烟气模模拟分分析和和人员员疏散散模拟拟等。