设计阶段是建设项目整个生命周期内最重要的环节，它对建筑成本、工程质量、工程进度以及建成后的使用效果和经济效益等方面都有十分重要的影响。设计阶段也是绿色建筑施工过程中非常重要的阶段，在这个阶段中将决定整个绿色建筑施工项目的实施方案，对工程招标、设备采购、施工管理，运营维护等后续的阶段均具有决定性的影响。随着BIM技术在我国建筑领域的逐步发展和深入应用，BIM技术在设计阶段将率先被使用，基于BIM技术，进行绿色建筑的设计阶段进行项目管理将是大势所趋。掌握好BIM技术，更好地在设计阶段进行精益化的绿色建筑项目管理，对于提高设计质量、降低施工成本、实现绿色建筑将具有十分重要的意义。住房和城乡建设部为了贯彻保护环境、节约资源的国家政策和可持续发展的相关要求，持续推进绿色健康可持续发展，对绿色建筑的评价体系进行了进一步的规范，并制定了《绿色建筑评价标准》。绿色建筑设计对CFD软件计算分析提出了一定的要求，如图1所示。

图1 绿色建筑设计对CFD软件计算分析的要求

综合各类软件，上海中心大厦选用Phoenics作为与BIM应用配合完成绿色建筑设计的CFD软件，可以直接导入建筑模型，大大降低建筑模型建立的工作量，BIM与Phoenics的配合流程如图2所示。

图2 BIM设计与Phoenics的配合流程

BIM模型和碰撞检测

基于三维数字技术，上海中心大厦构建了BIM模型，该模型具有可视化的特点，从而为该项目的参建各方以及最后的使用者等提供了分析和模拟的公共平台。

在这个公共平台上，项目参建各方都可以直观地了解该项目的设计意图，最大限度地避免了理解误差的出现，有效地提高了合作和沟通的效率。

在完成上海中心大厦的初步设计之后，设计师们需要依据设计图纸上的数据进行碰撞试验检测。检测之后，发现上海中心大厦项目中的结构碰撞约有十万个，要是按照每个碰撞问题的变更费用花费1000元的话，那么仅仅看碰撞检测这一个环节就可以为该项目节约将近一亿元的成本。该项目的总工程师葛清指出，借助于BIM技术，施工过程中的返工次数大大地减少了，避免了不必要的资源浪费。

数字化分析建筑性能

随着BIM技术的不断发展和改进，越来越多的建筑工程在建造的过程中开始使用BIM技术。近些年，由于国家积极倡导绿色、健康、可持续发展的理念，因此，可持续建筑和绿色建筑的呼声越来越高，在BIM技术平台下，前期的建筑性能分析对后期上海中心大厦项目的施工起到了非常重要的作用。

作为决定超高层建筑内在质量的关键性综合指标，建筑性能主要体现在了建筑物的可持续发展以及结构使用效率方面。在上海中心大厦项目的建设过程中，的、存在很多关键性的设计问题，只有通过合理设计和优化建筑性能，才可以得到最优的设计方案。

在上海中心大厦的设计阶段，BIM技术的主要应用就是对上海中心大厦进行设计分析，包括对其进行四节（节能、节地、节水、节电）、室内环境、运营管理等方面的设计。

（1）节能

BIM作为一个集成的流程，其主要的优势就在于在实际进行建筑物的建造之前，它支持通过数字化的手段探索项目中的功能特性和功物理特性。在设计上海中心大厦项目的过程中，BIM技术始终存在于整个过程当中，并且在设计过程中，BIM技术所到用的信息都是协调、一致的，这样一来，就可以使得项目参建各方能够做到在项目实际施工之前查看建筑设计在真实环境中的外观以及性能特点，用以进行多个方面的能源性能分析。

上海中心大厦的外立面为双层玻璃幕墙结构，其中外层幕墙则为夹胶玻璃，内层幕墙的材料为中空玻璃，两层幕墙之间为中空层，可大大降低建筑外立面的导热系数，从而形成了热缓冲层，能有效地降低上海中心大厦在保暖方面所需的能源成本。

（2）节地

我国绿色建筑标准区别于其他标准的重要特点就是关于节地的要求。对于旧有的建筑物要进行充分的利用和使用，合理开发并利用地下的空间，在建造建筑物时优先选用废弃的场地进行施工，在开发利用已经被污染的土地时首先要先进行处理，达标合格以后再进行后续的开发利用工作。在对上海中心大厦项目的场地进行设计时，研究人员在设计之前进行了十分充分的现场调研，研究人员发现，项目建成后场地的形状和开口可能会影响大厦的可容纳人员数量，继而影响开发场地的灵活性，所以，在场地的设计过程中，设计师们在满足上海中心大厦的功能要求、经济要求以及地段的具体条件的基础之上，对其进行了平面式的布局。

（3）节水

水资源的短缺一直是近几年以来世界上各个国家都普遍关注的问题。根据相关的资料统计，我国600多个城市当中，缺水现象十分严重，大约有50%以上的城市存在着不同程度的缺水问题，即使是在沿海城市也有着不同程度的缺水问题，甚至问题比内陆地区更为严重。在消耗的水资源中，农业用水和建筑耗水所占的比重都是非常大的。上海作为一个经济发达的地区，其人口的流动量是很大的，这就决定了上海地区的水资源也是处于十分紧缺的状态。为了缓解水资源紧张的现状，上海市政府积极响应并贯彻节约用水、发展节能型建筑的要求，对建筑用水也做出了相关的规定。因此，在上海中心大厦的设计过程中，设计师们采用了很多的节约水资源的方式。主要有以下几方面：

利用雨水适当缓解水资源短缺的问题，有效地进行废水的回收再利用和中水的回收利用。其中，建筑中水系统的水源是建筑物本身所产生的生活废水，并就地收集，收集之后及时处理，实现废水的回收利用，这样的处理方式所需的成本并不高，而且还有一定的社会效益和经济效益，大大减少了污水量，在客观层面上，也创造了较高的环境效益。

借助于BIM技术自带的软件工具，根据建筑物的用途和用水设备的性能特点对上海中心大厦的用水总量需求进行计算统计。根据每个管道装置计算用水量，最后以表格的形式记录下来。一旦出现用水问题，可以借助于Revit软件来协调给排水，Revit软件会提供两种协同模式，分别是链接模式和工作集模式。在链接模式中，软件会将整个给排水项目转换到Naviswork中，对管线的碰撞进行检测；在后一种模式当中，将构件的ID导入到Revit软件中，统一修改建筑物或构筑物的信息。尽管在节水方面，BIM技术没有明显地凸显出它的优势，但是在专业人士进行大量的探索和不断的实践以后，已经制定了相应的工程用水标准，这将为后期BIM技术在节水方面更好的发挥优势提供保障。

（4）节材

在建筑物的建设过程中，要尽可能地降低对能耗高（如水泥等）的建筑材料的使用率，提高对本地化材料的使用，减少总的建筑材料使用量，尽可能地使用符合国家政策、技术规范并己成熟应用的绿色建筑材料，尽量提高对废弃材料的再回收、再利用工作，降低建筑材料对环境的影响。这是上海中心大厦在设计的过程中队节材方面提出的要求。

上海中心大厦在进行预制件的生产装配时，借助于BIM技术进行设计，BIM技术中的Revit软件会自动生成其他相关的所有信息，之后将得到的模型导入Autodesk Inventor中，通过数据的转换，完成材料的统计工作，之后将得到的结果反馈给材料供应商，供应商就会根据统计的结果，将所需要的配件分装后送至配送中心，这样一来就会在大大地降低材料使用过程中误差的出现，避免不必要的资源浪费与成本浪费。

在设计的过程中，上海中心大厦的设计方在保证实现节能目标的基础之上，考虑了玻璃幕墙的透光性和节能性，充分利用光照以满足该项目地上部分的采光需求。在地下部分，为了满足光照的要求，也通过设计地下广场等增加对自然采光的使用。借助于软件的数字模拟和分析结果，采用自然的采光可以满足大约89%的地上建筑物的采光要求，与此同时，地下二层有19.7%的区域采光系数大于1%，地下一层采光系数大于1%的区域为38.1%。而且，该项目的光环境分析是借助于Ecotect Analysis软件，在分析时，使用的模型是全阴天的，这是一种最不利的采光条件，但却非常适合对建筑物进行综合评估和采光分析；而且，Ecotect软件也支持Radiance，可以准确分析各种复杂条件下的光环境，有效达到节能的效果，降低后期的使用成本。

上海中心大厦借助于BIM软件对风环境也进行了模拟设计。由于上海中心大厦位于陆家嘴地区的中心地块，毗邻环球金融中心和金茂大厦这两栋建筑物，这三座超高层建筑共同构成了“品”字形布局，而在进行建筑风环境的设计和模拟时，这种“品”字形的布局是非常不利的。所以，为了更好地进行相关的布局，项目设计方在模拟时采用的是流体力学软件，以保证在各个季度内，人行区等场地的风速能控制在5m/s以内。

作者：刘俊超

出处：《绿色建筑全生命周期成本管理问题分析研究——BIM技术探索运用》

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