BIM的綠色建筑之路(中) – 軟件篇

　　讓我們來(lái)拆解gbXML ，gb=Green Building 而 XML 則為 Extensible Markup Language， 意為“可擴(kuò)展的標(biāo)記語(yǔ)言”，這是一種在軟-行業(yè)中十分常見的語(yǔ)言，用以在兩種或兩種以上的程序之間的“自助式”交互，目標(biāo)是盡量減少人為干預(yù)的必要性。

　　GBXML已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)認(rèn)可度最高的數(shù)據(jù)格式。使用包括Graphisoft 的 ArchiCAD, Bently 公司的 Bently Architecture 以及 Autodesk的Revit系列產(chǎn)品，均\x00BIM模型導(dǎo)出為GBXML文件。這為接下來(lái)在分析模擬軟件中進(jìn)行的計(jì)算提供了非常便利的途徑。也有人認(rèn)為，gbxml可以看做是BIM的aecXML一個(gè)綠色建筑的數(shù)據(jù)子集。

　　目前可進(jìn)行綠色建筑相關(guān)分析的軟件可以說是琳瑯滿目，每個(gè)軟件也各有特色和其產(chǎn)生的背景，鑒于能力所限，恕我們無(wú)法一一介紹。在林林總總之中，我們選擇了一些目前通用性很強(qiáng)、也是功能相對(duì)比較全面的軟件進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，目的是希望大家能從特征角度總體的了解它們，便于今后在實(shí)際的項(xiàng)目中根據(jù)不同的需要選擇和使用。

　　IES

　　IES是總部在 英國(guó)的Integrated Environmental Solutions 公司的縮寫，IES 是旗下建筑性能模擬和 分析軟件。它整合了一系列模塊化的組件用以進(jìn)行計(jì)算分析，包括：

　　· ModelIT：三維建模工具;提供IDM (Integrated Data Model) 集合數(shù)據(jù)模型

　　· ApacheCal：供暖，制冷負(fù)荷計(jì)算工具 d使用CIBSE 制定的流程

　　· ApacheSim：IES的核心組件。動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算工具，可逐時(shí)模擬分析建筑的負(fù)荷

　　· ApacheHVAC：建筑空調(diào)系統(tǒng)模擬工具

　　· Flucs：采光分析，設(shè)計(jì)工具。分為FlucsDL 和 FlucsPro。前者只能進(jìn)行日光分析。

　　· RadianceIES：非常權(quán)威的建筑采光模擬組件，使用高級(jí)光追蹤技術(shù)。

　　· SunCast：日照分析工具

　　· CostPlan：初投資分析工具

　　· LifeStyle：運(yùn)行費(fèi)用分析工具

　　· Simulex：疏散分析工具，模擬正常/緊急情況下的人流疏散行

　　· Lisi：電梯分析工具

　　· IndusPro：管路尺寸計(jì)算

　　· Pisces: 冷熱水 管路尺寸計(jì)算

　　· Taps：自來(lái)水管路尺寸計(jì)算

　　· Field：電線尺寸計(jì)算

　　· MicroFlo：室內(nèi)外流體力學(xué)模擬

　　大家不難看出，IES 正如其名：集成化的軟件模塊非常靈活并且適應(yīng)性強(qiáng)，因此也更容易和各種綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)(比如LEED)相結(jié)合，并提出相應(yīng)評(píng)價(jià)內(nèi)容。

　　IES已經(jīng)成為英國(guó)以至于歐洲市場(chǎng)占有量最大的生態(tài)建筑模擬分析軟件，在美國(guó)也取得了驕人的業(yè)績(jī)。需要特別指出的是，IES 除了訝 gbXML以外，同時(shí)提供 Revit 和 Sketchup的插件，用來(lái)精確傳遞模型信息。

　　國(guó)內(nèi)有關(guān)IES的討論和介紹大多在這個(gè)論壇可以找到。另外此博客也介紹了許多相關(guān)資料。

　　Ecotect Analysis (藝名：生態(tài)建筑大師)

　　這是一個(gè)神奇的軟件，從它的誕生開始就挺傳奇。它是由一位名叫Andrew Marsh的建筑師，同時(shí)也是西澳大學(xué)的博士一個(gè)人“發(fā)明”的軟件。據(jù)說在2008年被Autodesk收購(gòu)之前，Ecotect的開發(fā)幾乎是他一個(gè)人完成的。

　　Ecotect Analysis的主要功能分為：

　　環(huán)境模擬分析

　　· 陰影與反射: 直觀顯示模型所在地的太陽(yáng)軌跡，并實(shí)時(shí)顯示陰影效果。

　　· 遮陽(yáng)設(shè)計(jì)：可以根據(jù)遮陽(yáng)需求自動(dòng)生成經(jīng)過優(yōu)化的遮陽(yáng)系統(tǒng)。

　　· 日照分析：將建筑物表面和窗口所接受的太陽(yáng)輻射精確可視化。

　　· 光伏板陣列尺寸與負(fù)荷匹配：用來(lái)決定太陽(yáng)能光窗宓淖羆尋滄拔恢煤統(tǒng)嘰紜

　　· 照明設(shè)計(jì)：計(jì)算模型內(nèi)任意一點(diǎn)的日照采光系數(shù)和照度，并可計(jì)算節(jié)能潛力。

　　· Right-to-Light: 評(píng)估建筑物對(duì)鄰近場(chǎng)地和建筑的影響。

　　· 聲學(xué)分析：從簡(jiǎn)單的混響時(shí)間分析到復(fù)雜的粒子分析和線追蹤技術(shù)。

　　· 熱工分析：計(jì)算任意區(qū)域的冷熱負(fù)荷，逐時(shí)分析全年各種熱力學(xué)指標(biāo)。

　　· 通風(fēng)和氣流分析：將模型相關(guān)內(nèi)容導(dǎo)出到 CFD (流體動(dòng)力學(xué)) 工具中，完成分析和計(jì)算后導(dǎo)入回Ecotect Analysis并完成可視化。

　　和前文介紹的IES類似，Ecotect也提供自己 建模工具，分析結(jié)果可以根據(jù)幾何形體得到即時(shí)的反饋。這樣，建筑師可以從非常簡(jiǎn)單的幾何形體開始進(jìn)行迭代性 (iterative) 地分析，隨著設(shè)計(jì)的深入，分析也逐漸越來(lái)越精確。Ecotect和RADIANCE 、POV Ray 、VRML、EnergyPlus 、HTB2熱分析軟件均有導(dǎo)入導(dǎo)出接口。

　　Ecotect 以其整體的易用性、適應(yīng)不同設(shè)計(jì)深度的靈活性以及出色的可視化效果以，在中國(guó)的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用。

　　云鵬是國(guó)內(nèi)在Ecotect領(lǐng)域中研究比較有心得的同學(xué)，大家可以到他的博客圍觀學(xué)習(xí)。

　　Green Building Studio

　　Green Building Studio (GBS) 是Autodesk公司的一款基于Web的建筑整體能耗、水資源和碳排放分析工具。在登入其網(wǎng)站并創(chuàng)建基本項(xiàng)目信息后，用戶可以用插件將Revit等BIM軟件中的模型導(dǎo)出gbXML并上傳到GBS的服務(wù)器上，計(jì)算結(jié)果將即時(shí)顯示并可以進(jìn)行導(dǎo)出和比較。在能耗模擬方面，GBS使用u是DOE-2計(jì)算引擎。

　　GBS的主要功能包括：

　　· 能耗和碳排放計(jì)算結(jié)果

　　· 建筑整體能耗分析

　　· 碳排放報(bào)告

　　· 水資源利用和支出評(píng)估

　　· 光伏發(fā)電潛力

　　· Energy STAR 評(píng)分

　　· 針對(duì)LEED進(jìn)行自然采光評(píng)價(jià)

　　· 項(xiàng)目地理信息

　　· 精確氣象模擬 / 詳細(xì)氣候分析

　　· 風(fēng)能潛力

　　· 自然通風(fēng)潛力

　　· 方案比較

　　· 文件格式轉(zhuǎn)換 ： 在GBS中成功創(chuàng)建項(xiàng)目后，用戶可以下載 gbXML, VRML, DOE-2, Energyplus, Weather File 等格式的文件。

　　由于采用了目前流行的云計(jì)算技術(shù)，GBS具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和效率。另外，其基于Web的特點(diǎn)也使信息共享和多方協(xié)作成為其先天優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，其強(qiáng)大的文件格式轉(zhuǎn)換器，可以成為BIM模型與專業(yè)的能量模擬軟件之間的無(wú)障礙橋梁。

　　目前訂購(gòu)了 Autodesk Ecotect Analysis的用戶可以同時(shí)使用 GBS的服務(wù)。

　　EnergyPlus

　　EnergyPlus 模擬建筑的供暖供冷、采光、通風(fēng)以及能耗和水資源狀況。它基于BLAST和DOE-2提供的一些最常用的分析計(jì)算功能，同時(shí)，也包括了很多洗茨Ｄ餑芰Γ例如模擬時(shí)間步長(zhǎng)低于1小時(shí)，模組系統(tǒng)，多區(qū)域氣流，熱舒適度，水資源使用，自然通風(fēng)以及光伏系統(tǒng)等。

　　需要強(qiáng)調(diào)一下的是： EnergyPlus 是一個(gè)沒有圖形界面的獨(dú)立的模擬程序，所有的輸入和輸出都以文本文件的形式來(lái)完成。(聽上去有點(diǎn)可怕，不是嗎?)

　　在這里簡(jiǎn)要的介紹一下BLAST 和 DOE-2

　　BLAST是 Building Loads Analysis and System Thermodynamics 的縮寫, 翻譯過來(lái)就是 建筑負(fù)荷分析及系統(tǒng)熱力學(xué)。 DOE-2是一個(gè)適用于所有類型建筑的能量分析和使用成本的能耗分析軟件(免費(fèi)軟件)。他們都是上世紀(jì)70年代末80年代初誕生的。最初是用來(lái)幫助那些工程師和建筑師來(lái)為HVAC選型，研究建筑生命周期的能耗成本，優(yōu)化能效比等工作。兩個(gè)人軟件是在上世紀(jì)70年代初的能源危機(jī)以及一份揭示建筑是美國(guó)最主要的能源消耗品的統(tǒng)計(jì)報(bào)告的背景下 應(yīng)運(yùn)而生的。每個(gè)軟件各有優(yōu)劣，也有各自的粉絲和批評(píng)者?？梢钥吹?，目前的很多能耗模擬和分析軟件都是基于這兩個(gè)軟件或其中的一個(gè)進(jìn)行開發(fā)的。

　　回到Energyplus來(lái)，它的官方說明文檔里有這么一段話說明了它“不是什么”

　　它不是一個(gè)用戶界面。

　　目前還不是一個(gè)建筑生命周期費(fèi)用分析工具。但它可以提供可供導(dǎo)入此類軟件繼續(xù)計(jì)算的數(shù)據(jù)。

　　它不可以替代建筑師或工程師。

　　所以，EnergyPlus目標(biāo)是成為一個(gè)計(jì)算核心，而其他的應(yīng)用軟件可以在其之上做封裝。目前，事實(shí)上有相當(dāng)多的軟件已經(jīng)為EnergyPlus做了UI，或以它為引擎，包括：

　　· CYPE-Building Services

　　· DesignBuilder

　　· Easy EnergyPlus

　　· EFEN

　　· EPlusInterface

　　· ……

　　其中 Easy EnergyPlus是天津大學(xué)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的開發(fā)，有完整的中文版可供使用。

　　DeST

　　DeST是Designer’s Simulation Toolkit 的縮寫，意為設(shè)計(jì)師的模擬工具箱。

　　DeST是建筑環(huán)境及HVAC系統(tǒng)模擬的軟件平臺(tái)，該平臺(tái)以清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系環(huán)境與設(shè)備研究所十余年的科研成果為理論基礎(chǔ)，將現(xiàn)代模擬技術(shù)和獨(dú)特的模擬思想運(yùn)用到建筑環(huán)境的模擬和HVAC系統(tǒng)的模擬中去，為建筑環(huán)境的相關(guān)研究和建筑環(huán)境的模擬預(yù)測(cè)、性能評(píng)估提供了方便實(shí)用可靠的軟件工具，為建筑設(shè)計(jì)及HVAC系統(tǒng)的相關(guān)研究和系統(tǒng)的模擬預(yù)測(cè)、性能優(yōu)化提供了一流的軟件工具。

　　目前DeST有兩個(gè)版本，應(yīng)用于住宅建筑的住宅版本(DeST-h)及應(yīng)用于商業(yè)建筑的商建版本(DeST-c)。

　　住宅建筑熱環(huán)境模擬工具包(簡(jiǎn)稱“DeST-h”)為國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“住區(qū)微氣候工程熱物理問題研究”編號(hào)59836250的子課題，是在清華大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備研究所十余年的科研成果的基礎(chǔ)上，由清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系研制開發(fā)的面向住宅類建筑的設(shè)計(jì)、性能預(yù)測(cè)及評(píng)估并集成于AutoCAD R14上的輔助設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。

　　DeST-h主要用于住宅建筑熱特性的影響因素分析、住宅建筑熱特性指標(biāo)的計(jì)算、住宅建筑的全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算、住宅室溫計(jì)算、末端設(shè)備系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析等領(lǐng)域。

　　DeST-c是DeST開發(fā)組針對(duì)商業(yè)建筑特點(diǎn)推出的專用于商業(yè)建筑輔助設(shè)計(jì)的版本，根據(jù)建筑及其空調(diào)方案設(shè)計(jì)的的階段性，DeST-c對(duì)商業(yè)建筑的模擬分成建筑室內(nèi)熱環(huán)境模擬、空調(diào)方案模擬、輸配系統(tǒng)模擬、冷熱源經(jīng)濟(jì)性分析幾個(gè)階段，對(duì)應(yīng)的服務(wù)于建筑設(shè)計(jì)的初步設(shè)計(jì)(研究建筑物本身的特性)T方案設(shè)計(jì)(研究系統(tǒng)方案)、詳細(xì)設(shè)計(jì)(設(shè)備選型、管路布置、控制設(shè)計(jì)等)幾個(gè)階段，很好的根據(jù)各個(gè)階段設(shè)計(jì)模擬分析反饋以指導(dǎo)各階段的設(shè)計(jì)。Wut中國(guó)BIM門戶 - ChinaBIM.com

　　DeST-c具體應(yīng)用主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

　　· 在建筑設(shè)計(jì)階段，為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)T案(窗墻比、保溫等)以及局部設(shè)計(jì)為建筑師提供參考建議;

　　· 在空調(diào)方案設(shè)計(jì)階段模擬分析空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)是否合理、比較不同空調(diào)方案經(jīng)濟(jì)性、預(yù)測(cè)不同方案未來(lái)的室內(nèi)熱狀況、不滿意率情況;

　　· 在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段通過輸配系統(tǒng)的模擬指導(dǎo)風(fēng)機(jī)、泵設(shè)備的選型以T不同輸送系統(tǒng)方案的經(jīng)濟(jì)性。冷熱源經(jīng)濟(jì)性分析指導(dǎo)設(shè)計(jì)者選擇合適的冷熱源。

　　DeST-c現(xiàn)已廣泛用于商業(yè)建筑設(shè)計(jì)過程中，先后應(yīng)用于國(guó)家大劇院、深圳文化中心、西西工程等大型商業(yè)建筑的設(shè)計(jì)過程，并對(duì)中央電視臺(tái)、解放軍總醫(yī)院、北京城鄉(xiāng)貿(mào)易中心、發(fā)展大廈等多棟建筑空調(diào)系統(tǒng)改造進(jìn)行模擬給出改造方案。

　　需要指出的是, Dest是一款基于AutoCAD平臺(tái)的軟件產(chǎn)品。同樣也是免費(fèi)軟件。它的官方網(wǎng)站目前因?yàn)椴豢芍驘o(wú)法正常訪問。

　　小結(jié)和預(yù)告

　　上面所列的5個(gè)軟件只是目前市場(chǎng)上比較受廣泛認(rèn)可和關(guān)注的主流產(chǎn)品中的一部分，其他比較常用的軟件如 TRNSYS、ESP-r、Radiance、eQUEST等，限于篇幅和本編能力，就無(wú)法在此一一介紹了。但Leo發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常好的文檔，它描述了幾乎所有成熟的綠色建筑模擬分析軟件間區(qū)別。需要的朋友可以在本文后面留下您的email。

　　在最后一期文章中，我將介紹BIM結(jié)合綠色建筑設(shè)計(jì)的流程、中國(guó)綠色建筑設(shè)計(jì)實(shí)況 以及 綠色建筑設(shè)計(jì)分析趨勢(shì) 等內(nèi)容，敬請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注。