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        BIM知識
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        BIM的綠色建筑之路(中) – 軟件篇

        時間:2014-02-15 22:28:06   作者:本站編輯   來源:知族常樂   閱讀:2659  
        內容摘要:在上一篇文章中,已經提到BIM和綠色建筑分析軟件進行數據交換的主要格式是gbXML,這個重要的東西絕對值得我們花上短短的一些時間來了解它?! ∽屛覀儊聿鸾鈍bXML,gb=GreenBuilding而XML則為ExtensibleMarkupLanguage,意為“可擴展的標記語...
        在上一篇文章中,已經提到BIM和綠色建筑分析軟件進行數據交換的主要格式是gbXML,這個重要的東西絕對值得我們花上短短的一些時間來了解它。

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

          GBXML已經成為行業內認可度最高的數據格式。使用包括Graphisoft 的 ArchiCAD, Bently 公司的 Bently Architecture 以及 Autodesk的Revit系列產品,均\x00BIM模型導出為GBXML文件。這為接下來在分析模擬軟件中進行的計算提供了非常便利的途徑。也有人認為,gbxml可以看做是BIM的aecXML一個綠色建筑的數據子集。

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

          IES

          IES是總部在 英國的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行計算分析,包括:

          · ModelIT:三維建模工具;提供IDM (Integrated Data Model) 集合數據模型

          · ApacheCal:供暖,制冷負荷計算工具 d使用CIBSE 制定的流程

          · ApacheSim:IES的核心組件。動態負荷計算工具,可逐時模擬分析建筑的負荷

          · ApacheHVAC:建筑空調系統模擬工具

          · Flucs:采光分析,設計工具。分為FlucsDL 和 FlucsPro。前者只能進行日光分析。

          · RadianceIES:非常權威的建筑采光模擬組件,使用高級光追蹤技術。

          · SunCast:日照分析工具

          · CostPlan:初投資分析工具

          · LifeStyle:運行費用分析工具

          · 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:管路尺寸計算

          · Pisces: 冷熱水 管路尺寸計算

          · Taps:自來水管路尺寸計算

          · Field:電線尺寸計算

          · MicroFlo:室內外流體力學模擬

          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性強,因此也更容易和各種綠色建筑標準(比如LEED)相結合,并提出相應評價內容。

          IES已經成為英國以至于歐洲市場占有量最大的生態建筑模擬分析軟件,在美國也取得了驕人的業績。需要特別指出的是,IES 除了訝 gbXML以外,同時提供 Revit 和 Sketchup的插件,用來精確傳遞模型信息。

          國內有關IES的討論和介紹大多在這個論壇可以找到。另外此博客也介紹了許多相關資料。

          Ecotect Analysis (藝名:生態建筑大師)

          這是一個神奇的軟件,從它的誕生開始就挺傳奇。它是由一位名叫Andrew Marsh的建筑師,同時也是西澳大學的博士一個人“發明”的軟件。據說在2008年被Autodesk收購之前,Ecotect的開發幾乎是他一個人完成的。

          Ecotect Analysis的主要功能分為:

          環境模擬分析

          · 陰影與反射: 直觀顯示模型所在地的太陽軌跡,并實時顯示陰影效果。

          · 遮陽設計:可以根據遮陽需求自動生成經過優化的遮陽系統。

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

          · 光伏板陣列尺寸與負荷匹配:用來決定太陽能光窗宓淖羆尋滄拔恢煤統嘰紜

          · 照明設計:計算模型內任意一點的日照采光系數和照度,并可計算節能潛力。

          · Right-to-Light: 評估建筑物對鄰近場地和建筑的影響。

          · 聲學分析:從簡單的混響時間分析到復雜的粒子分析和線追蹤技術。

          · 熱工分析:計算任意區域的冷熱負荷,逐時分析全年各種熱力學指標。

          · 通風和氣流分析:將模型相關內容導出到 CFD (流體動力學) 工具中,完成分析和計算后導入回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,分析結果可以根據幾何形體得到即時的反饋。這樣,建筑師可以從非常簡單的幾何形體開始進行迭代性 (iterative) 地分析,隨著設計的深入,分析也逐漸越來越精確。Ecotect和RADIANCE 、POV Ray 、VRML、EnergyPlus 、HTB2熱分析軟件均有導入導出接口。

          Ecotect 以其整體的易用性、適應不同設計深度的靈活性以及出色的可視化效果以,在中國的建筑設計領域得到了更廣泛的應用。

          云鵬是國內在Ecotect領域中研究比較有心得的同學,大家可以到他的博客圍觀學習。

          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。在登入其網站并創建基本項目信息后,用戶可以用插件將Revit等BIM軟件中的模型導出gbXML并上傳到GBS的服務器上,計算結果將即時顯示并可以進行導出和比較。在能耗模擬方面,GBS使用u是DOE-2計算引擎。

          GBS的主要功能包括:

          · 能耗和碳排放計算結果

          · 建筑整體能耗分析

          · 碳排放報告

          · 水資源利用和支出評估

          · 光伏發電潛力

          · Energy STAR 評分

          · 針對LEED進行自然采光評價

          · 項目地理信息

          · 精確氣象模擬 / 詳細氣候分析

          · 風能潛力

          · 自然通風潛力

          · 方案比較

          · 文件格式轉換 : 在GBS中成功創建項目后,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算技術,GBS具有強大的數據處理能力和效率。另外,其基于Web的特點也使信息共享和多方協作成為其先天優勢。同時,其強大的文件格式轉換器,可以成為BIM模型與專業的能量模擬軟件之間的無障礙橋梁。

          目前訂購了 Autodesk Ecotect Analysis的用戶可以同時使用 GBS的服務。

          EnergyPlus

          EnergyPlus 模擬建筑的供暖供冷、采光、通風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算功能,同時,也包括了很多洗茨D餑芰Γ例如模擬時間步長低于1小時,模組系統,多區域氣流,熱舒適度,水資源使用,自然通風以及光伏系統等。

          需要強調一下的是: EnergyPlus 是一個沒有圖形界面的獨立的模擬程序,所有的輸入和輸出都以文本文件的形式來完成。(聽上去有點可怕,不是嗎?)

          在這里簡要的介紹一下BLAST 和 DOE-2

          BLAST是 Building Loads Analysis and System Thermodynamics 的縮寫, 翻譯過來就是 建筑負荷分析及系統熱力學。 DOE-2是一個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(免費軟件)。他們都是上世紀70年代末80年代初誕生的。最初是用來幫助那些工程師和建筑師來為HVAC選型,研究建筑生命周期的能耗成本,優化能效比等工作。兩個人軟件是在上世紀70年代初的能源危機以及一份揭示建筑是美國最主要的能源消耗品的統計報告的背景下 應運而生的。每個軟件各有優劣,也有各自的粉絲和批評者??梢钥吹?,目前的很多能耗模擬和分析軟件都是基于這兩個軟件或其中的一個進行開發的。

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

          它不是一個用戶界面。

          目前還不是一個建筑生命周期費用分析工具。但它可以提供可供導入此類軟件繼續計算的數據。

          它不可以替代建筑師或工程師。

          所以,EnergyPlus目標是成為一個計算核心,而其他的應用軟件可以在其之上做封裝。目前,事實上有相當多的軟件已經為EnergyPlus做了UI,或以它為引擎,包括:

          · CYPE-Building Services

          · DesignBuilder

          · Easy EnergyPlus

          · EFEN

          · EPlusInterface

          · ……

          其中 Easy EnergyPlus是天津大學的團隊進行的開發,有完整的中文版可供使用。

          DeST

          DeST是Designer’s Simulation Toolkit 的縮寫,意為設計師的模擬工具箱。

          DeST是建筑環境及HVAC系統模擬的軟件平臺,該平臺以清華大學建筑技術科學系環境與設備研究所十余年的科研成果為理論基礎,將現代模擬技術和獨特的模擬思想運用到建筑環境的模擬和HVAC系統的模擬中去,為建筑環境的相關研究和建筑環境的模擬預測、性能評估提供了方便實用可靠的軟件工具,為建筑設計及HVAC系統的相關研究和系統的模擬預測、性能優化提供了一流的軟件工具。

          目前DeST有兩個版本,應用于住宅建筑的住宅版本(DeST-h)及應用于商業建筑的商建版本(DeST-c)。

          住宅建筑熱環境模擬工具包(簡稱“DeST-h”)為國家自然科學基金重點項目“住區微氣候工程熱物理問題研究”編號59836250的子課題,是在清華大學建筑環境與設備研究所十余年的科研成果的基礎上,由清華大學建筑技術科學系研制開發的面向住宅類建筑的設計、性能預測及評估并集成于AutoCAD R14上的輔助設計計算軟件。

          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的計算、住宅建筑的全年動態負荷計算、住宅室溫計算、末端設備系統經濟性分析等領域。

          DeST-c是DeST開發組針對商業建筑特點推出的專用于商業建筑輔助設計的版本,根據建筑及其空調方案設計的的階段性,DeST-c對商業建筑的模擬分成建筑室內熱環境模擬、空調方案模擬、輸配系統模擬、冷熱源經濟性分析幾個階段,對應的服務于建筑設計的初步設計(研究建筑物本身的特性)T方案設計(研究系統方案)、詳細設計(設備選型、管路布置、控制設計等)幾個階段,很好的根據各個階段設計模擬分析反饋以指導各階段的設計。Wut中國BIM門戶 - ChinaBIM.com

          DeST-c具體應用主要體現在如下幾個方面:

          · 在建筑設計階段,為建筑圍護結構T案(窗墻比、保溫等)以及局部設計為建筑師提供參考建議;

          · 在空調方案設計階段模擬分析空調系統分區是否合理、比較不同空調方案經濟性、預測不同方案未來的室內熱狀況、不滿意率情況;

          · 在詳細設計階段通過輸配系統的模擬指導風機、泵設備的選型以T不同輸送系統方案的經濟性。冷熱源經濟性分析指導設計者選擇合適的冷熱源。

          DeST-c現已廣泛用于商業建筑設計過程中,先后應用于國家大劇院、深圳文化中心、西西工程等大型商業建筑的設計過程,并對中央電視臺、解放軍總醫院、北京城鄉貿易中心、發展大廈等多棟建筑空調系統改造進行模擬給出改造方案。

          需要指出的是, Dest是一款基于AutoCAD平臺的軟件產品。同樣也是免費軟件。它的官方網站目前因為不可知原因無法正常訪問。

          小結和預告

          上面所列的5個軟件只是目前市場上比較受廣泛認可和關注的主流產品中的一部分,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,就無法在此一一介紹了。但Leo發現了一個非常好的文檔,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結合綠色建筑設計的流程、中國綠色建筑設計實況 以及 綠色建筑設計分析趨勢 等內容,敬請繼續關注。

        該文章所屬專題:BIM技術

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