探讨可持续发展理念下的建筑集成化设计[1]

文章编号：1673-1387（2009）03-0289-04第11卷第3期2009年7月沈阳建筑大学学报（社会科学版）Journal of Shenyang Jianzhu University （Social Science ）Jul.2009Vol.11，No.3收稿日期：2009-03-23基金项目：湖南省科技厅2007年科技计划项目（2007FJ4201）作者简介：张卫（1967—），女，湖南长沙人，教授。

探讨可持续发展理念下的建筑集成化设计建筑能耗是中国四大能耗之一，尤其对于高速城市化发展中的中国来说，建筑的建设速度是惊人的，由此，建筑的生态节能具有不可低估的现实意义与发展前景。

在数字技术飞速发展的今天，建筑领域深受影响，建筑设计工具也有了长足的进步。

在设计工具不断进步的同时，人们开始关注一种集成化的建筑设计方法。

它在形式、功能、性能和成本上与绿色建筑设计策略紧密结合，对于建筑的生态节能设计和建造良好的人居环境有着很大的意义。

一、建筑的可持续发展从20世纪70年代开始，人们认识到环境问题的严重性，开始关注环境问题。

1982年成立了“世界环境与发展委员会”组织，并于1987年提出了“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”的“可持续发展”的指导原则，并逐步得到全世界的普遍认同。

1992年，在巴西里约热内卢召开的世界首脑会议上，“环境与发展”主题成为人类环境意识发展的一个新的里程碑。

这一思潮的发展影响到政治、经济、社会、技术、人文、城市与建筑等各个领域，提高了人们对“人居环境的可持续发展”的认识，是人类环境意识的一个飞跃。

1993年，在美国芝加哥举行的国际建筑师协会第19次代表大会上，与会代表针对“可持续发展”主题在21世纪对城市建筑与规划的挑战等相关内容进行了讨论，最后通过了《芝加哥宣言》，宣言指出：建筑物与建成环境在人类对自然环境及生活质量的影响中起着重要作用；建筑设计要求提高到持续性设计的标准，持续性设计应综合考虑到资源和能源的利用率，健康的建筑与材料，对生态及社会反应敏感的土地的利用，以及一种能起到鼓舞、肯定及培养作用的美学灵敏性；持久性的设计一方面大幅度减少人类对自然环境的消极影响，又可以同时改善生活质量及生活水平[1]。

可持续发展是基于环境污染对人类生存与发展的关系提出的，它要求与经济、人口、社会、资源与环境5个方面协调发展。

现在关于建筑可持续发展的研究有很多，具体而言，它涉及建筑设计和管理、原材料和建筑性能、能源和资源消耗等多个问题。

因此，可持续设计需要考虑自然因素、构造条件，以及许多偶然因素，有些方面还需要长时间的持续考察。

这些都不是一般知识推理所能达到的，而利用工程实践来摸索显然需要承担实际失败所带来的时间上和经济上的巨大损失。

而在建筑方案设计的过程中，采用集成化设计方法，综合考虑众多影响因素，并通过计算机虚拟摘要：通过对集成化设计和可持续建筑的介绍分析，提出了在集成化设计过程中运用建筑信息模型这一技术可以更好地实现建筑的可持续发展，主要表现为三个方面：即在建筑方案设计阶段的优化作用；在建筑建造维护运行阶段帮助选择合适的运行方式；在整个建筑生命周期内参与设计人员的同步协调。

关键词：建筑信息模型（BIM ）；集成化设计；生命周期；生态节能；可持续发展中图分类号：TU201.5文献标志码：A（湖南大学建筑学院，湖南长沙410082）张卫，王川模拟分析与预测，对于建筑的可持续设计无疑是一种很好的选择。

二、建筑集成化设计的提出建筑集成化设计是一个要求不同专业的设计人员紧密配合，在形式、功能、性能和成本上与绿色建筑设计策略紧密结合，以较低的成本获得高性能和多方面的效益，最终实现建筑的可持续发展的一种设计方法。

在加拿大的一个小型、高性能示范项目———“C2000”项目中运用了建筑集成化设计方法，不同专业的设计师共同参与，并在现有的建筑技术基础上，综合考虑能源利用、环境影响、室内环境、使用功能等一系列技术方面的要求，建造高水平的生态节能建筑，实现建筑的可持续发展。

随后在国际能源机构（IEA）主持的太阳能供暖制冷建筑项目Task23中，建筑集成化设计又被成功地运用,并在此项目中改进和发展，最终获得了实用的建筑集成化设计方法。

集成化设计的过程不再是传统设计的流线性模式，它是一个不断重复的过程，是将建筑与其技术系统进行同时、同步设计，将设计发展成为一个从最初的概念设计到最终的施工图设计不断重复的过程，其流程见图1[2]：这一方法相对于传统建筑设计方法来说，是一全新的设计方法。

它是基于信息的，是许多信息的集合体，并不是一个单一的建筑模型或者一栋建筑的建造，关注的是一栋房屋的整个生命周期，从方案的初步设计到建造以及整个运行和维护过程。

这就需要有一个专门的设计软件，它应该是一个包含了建筑所有信息的综合数据库，这些信息在建筑生命周期中是共享的，支持整个建筑生命周期的信息共享和集成管理。

建筑信息模型的出现，很好地满足了集成化设计的要求。

“建筑信息模型”的简称为BIM（Building In formation Model），这个概念是由美国的查克·伊斯曼博士提出的:“建筑信息模型综合了所有的几何型信息，功能要求和构件性能，将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中，而且还包括施工进度、建造过程，维护管理等的过程信息。

”[3-4]由定义可以看出，BIM涵盖了整个建筑的相关数据（造型几何数据和工程技术数据），它既可以用于建筑建立直观的模型，同时也提供了一个合理的管理环境，使得所有参与的工程人员和管理人员在整个建筑生命周期过程中都可以有效共享所有的建筑信息。

对于建筑集成化设计来说，BIM可以说是一个以集成化设计为手段的设计软件。

同时也验证了“建筑信息模型是建筑设计的单一设计媒体，与它所对应的自然是一种集成化的设计方法”[5]这种观点。

BIM把原来存在于各个参与合作的工程人员脑海中的意向，通过量化表现为不同数据信息保存在计算机里，满足了在集成化设计过程中，各个参与的设计师同步进行不同设计的需要。

BIM技术的研究已经得到国际上相关专业人士的认可，并在建筑领域引起一轮新的改革浪潮。

当前国际上广泛采用、技术比较成熟的基于BIM技术CAAD应用系统主要有Graphisoft 公司的ArchiCAD，Bentley公司的Microstation TriFoma，Autodesk公司的Revit。

它们都有各自的对应于建筑、结构以及设备的专业设计软件。

三、BIM在集成化设计过程中的运用在建筑集成化设计过程中充分运用BIM，整个建筑方案设计阶段和后期的建造运行和维护阶段可以得到不断优化，有利于实现建筑的生态节能。

在建筑方案设计的阶段，运用BIM技术，建筑师在建筑设计初期阶段能够方便快捷地得到直观、准确的并且含有建筑能量性能反馈信息的三维模型。

如可以通过相应的应用软件Archi CAD、AutodeskRevit等，在方案阶段建立简单的不同的建筑信息模型。

建筑师可以完全在三维设计中考虑和推敲建筑内外的方案，而2D图纸信息通过从三维模型中映像截取就可轻松获得[6]（见图2）。

建筑师可以从繁重的画二维平立剖中解脱出来，可以有大量的时间方便地对设计方案第11卷沈阳建筑大学学报（社会科学版）290图1集成化设计的基本流程图建筑阶段相关人员张卫等：探讨可持续发展理念下的建筑集成化设计第3期291从建筑或环境角度比较不同方案的优劣，从而可以帮助建筑师及时对方案作出合理的调整（选择合适的朝向、建筑形式、围护结构，以及适当数目、类型、位置的门窗，使得建筑能耗最小化，自然采光潜力最大化等），并从不同侧重点要求再得到不同的设计方案，最终选择最优方案。

再者，建筑师在设计过程中创建的建筑信息模型包含有设计的大量数据信息，建筑的几何信息、材料的性能、构件的尺寸等，可以通过导入建筑性能分析软件进行模拟分析。

如IES(Virtual Environment)，它是一款集成化的功能强大的建筑性能分析软件，可以读取信息模型导出的模型文件，并进行能耗、日照、通风、采光、风环境、舒适度等方面的模拟分析。

它使建筑设计阶段早期的模拟分析更加方便，并根据分析结果调整设计，同时解决了难以用传统方法准确地定量定性分析的问题，并在建造以前即可预测建成以后的节能效果[7]。

在建筑建造维护运行阶段，运用BIM技术创建的虚拟建筑模型中包含了整个建筑的几何数据以及工程技术数据，所以建筑的结构设计、施工管理、工程量统计、成本计算、物业管理等，都可以从这个模型中提取直观的数据（见图3）。

结构工程师可以在信息模型中，提取墙梁柱等结构体系的长、宽、高以及其材料强度进行计算。

施工单位则可以提取建筑材料的类型，精确地对材料备料及下料，施工人员还可以提取模型中的数据，导入分析模拟软件中，就可进行结构分析、管道冲突检验、防火安全检验、规范检验等，在很大程度上提高了施工工程的质量。

预算造价单位则可提取建筑构件和配件的类型以及制造商的产品数据库等综合信息，进行造价总预算，产品订货等。

物业单位可以根据建筑信息选择合适的建筑维护运行方式，避免维护成本过高，并可以采用可视化物业管理[8]。

这些过程在集成化设计过程中都是要同时考虑的，在集成化设计过程中运用BIM技术，将大大地减少信息传递过程中的丢失及重建，进而保证了建筑建造维护运行快速而又顺利地进行，同时也节约了建筑材料。

由此可以看出，集成化设计要求在建筑的整个生命周期内，在设计方案和建造维护运行方式的选择上都是在不断地寻求最优者，尤其是在建筑的生态节能方面，尽量挖掘建筑自身的最大潜力，再利用太阳能等可持续的建筑技术以及高效的空调系统来进一步满足建筑冷热需求。

集成化设计是建立在多学科的合作上的，它要求不同专业的设计人员使用各种手段进行同步的沟通交涉，而建筑师与工程师在设计过程的起始阶段就建立起合作关系，是整个建筑系统达到最佳优化状态的先决条件。

运用BIM这一技术不仅能很好地解决上述问题，也能很好地解决参与人员的相互合作的这一问题。

基于BIM技术开发的系统软件可以为各个设计阶段参与人员（业主、设计人员、用户、承包商等）在相互合作过程中提供一个有共同平台的设计软件。

运用BIM技术，设计人员可以在虚拟建筑中工作，只要建筑信息模型建立起来，无论是在任何一个设计阶段，不同专业设计人员都可以自由地直观生动地交流、沟通。

而且当相互合作的不同建筑师和工程师对设计中的任何一个数据进行更改时，其他相关数据也会自动发生相应的变化，不像原来由于一个数据的更改，其他相关图纸要逐个进行修改。

设计者还可以在设计的不同阶段，形象地表达设计意图与业主沟通。

还可以充分运用计算机的高速性和智能性，大大提高工作效率，和建筑设计的质量。