广义理性建筑设计理念下的绿色BIM技术应用——以安溪第十五幼儿园项目为例＊

张可寒 林秋达 王绍森

当代建筑设计强调感性与理性的结合，包含广义理性建筑设计理念。科学性、主动性与控制性是广义理性建筑设计理念的核心观点，其途径被总结为分析、综合、判断。综合的前提是理性分析，包括场地、空间、文化等主观解读与建筑本体客观性能分析。在信息时代背景下，BIM技术以可视化、协同化、集成化、精确化的优势成为良好的虚拟模型载体和分析载体。自1999年BIM技术概念被提出后，学者和建筑从业者就开始将BIM技术引入绿色建筑设计中，即绿色BIM。2010年美国的一份调查报告显示，在参与调查的美国建筑公司中，约78%曾将BIM技术引入到绿色建筑设计中，约65%建立了完整的BIM模型来计算建筑的绿色建筑性能指标。绿色建筑强调节能、节地、节材，BIM技术在数据集合、模型呈现、统计分析等方面有显著优势。以绿色建筑设计为目标，利用绿色BIM技术进行科学分析，通过建筑师对信息进行综合判断并做出控制，最后发挥建筑师的感性认知提升建筑文化与美学属性，这是广义理性建筑设计理念的科学性、主动性和控制性的体现。

1 分析、综合、判断：广义理性视角下绿色BIM技术设计应用

绿色BIM技术的应用点包含性能分析、信息集成及设计优化，分别对应了广义理性建筑设计理念的分析、综合、判断的过程。

1.1 分析：建筑性能分析

对建筑方案的诸多因素加以分析是广义理性设计的前提。BIM分析软件大多支持使用IFC标准及Open BIM数据交换标准进行转化及绿色建筑评估。建筑师通常可以从环境分析与能源利用两个方向入手，对方案性能进行客观评价，并在分析的基础上记录方案的客观指标表现，以便后续的综合与判断。

1.2 综合：建筑信息集成

广义理性建筑设计视角下，对设计问题的分析依赖于整体性思考。BIM强调信息集成与整合。一方面，完整的BIM模型包含场地、建筑、结构、设备、材料、图纸等多项内容，具有全面丰富、直观可视、自洽联动、协同并进的特点。另一方面，绿色建筑分析软件可以借助BIM软件接口，完整导入BIM项目信息，从而实现项目模型至绿色建筑模型的高效率转换。再者，BIM模型强调协同化、可视化、实时化，通过对方案效果与绿色指标的综合考虑，达到性能与效果的平衡。

1.3 判断：设计优化评审

分析和综合，都是对建筑方案的主动控制与优化设计。在《绿色建筑评价标准》（GBT 50378-2019）中，绿色BIM技术对于多项条目均有良好的判断辅助应用，包括对场地环境的优化评审，如借助BIM模型进行环境分析、节地设计、热岛模拟等；对建筑空间与形体的优化评审，如平面布局、体量组合、风光热环境、窗墙比等，强调节能作用；对建筑结构、设备、材料的优化评审，如碰撞检测、结构与管线评估、构件统计等，强化节材效果。

借助绿色BIM技术科学地对建筑方案进行分析、综合与判断，可以有效增强建筑方案在各个阶段的合理性，实现建筑设计的整体理性控制。

2 设计实践：安溪第十五幼儿园项目

以笔者参与设计的安溪第十五幼儿园项目为例，阐述以广义理性建筑设计理念为基础的绿色BIM技术的应用方式。绿色BIM技术贯穿方案及施工图两阶段，涵盖了广义理性建筑设计分析、综合、判断的主要流程。

2.1 项目背景

安溪第十五幼儿园位于福建省泉州市安溪县，总建筑面积8 700m。场地北侧为侨居村落，东侧、南侧为山体，形成了坐南朝北、三面环山的整体环境。项目以广义理性建筑设计理念进行分析，在各个阶段借助BIM技术进行正向设计，与绿色建筑的节地、节能、节材指导思想相融合。

2.2 场地设计：依山就势，优化节地

尊重原有生态环境与地形地貌，是绿色建筑设计的基本理念之一。本项目三面环山，周边环境复杂，入口的坡度及标高会直接影响建筑设计的效果，图纸与模型分离的传统设计方法不利于对场地的整体直观考量。所以项目借助BIM技术对场地进行分析，通过三维模型及数据计算把握坡度、土方控制、面积等内容，形成合理的场地设计方案。

通过Grasshopper插件，读取原有地理高程信息，并在Rhino内快速生成地形模型，经过设计调整后导入Revit，形成可视化的BIM三维场地信息模型，为场地标高设计的优化提供可视化基础。项目利用Rhino快速生成三种不同的建筑高程方案，并根据不同的标高设计场地的坡度。将Revit三维模型导入AutoCAD，结合湘源控规软件，分别计算三种方案的场地内土石方平衡量，并利用BIM三维模型评估不同方案效果，根据对场地的分析与判断，选定最终方案。

在建筑落成后，建筑与场地形成了良好的关系，入口形态、通向教室宿舍的坡度也得到了良好的控制，业主使用反馈良好。场地设计过程体现了广义理性建筑设计理念中对于整体信息环境的综合设计，将传统的二维图纸式的设计判断过程转化为BIM三维模型，利用Rhino数字化建模、BIM软件间的模型格式转换、土方平衡计算、建筑效果评估等环节，以节地理念指导设计，控制场地与建筑的效果，保证指标与效果的平衡。

2.3 方案设计：性能分析，综合优化

广义理性建筑设计需基于对建筑本体的认知分析。项目以BIM模型为核心，借助软件对建筑本体性能指标进行分析，包含日照、风环境、室外光环境、室内光环境等。其中绿色BIM应用包含前期总体设计和建筑立面优化两个部分。

在总体设计中，将Revit模型以dwg格式导入斯维尔软件中，对建筑进行日照分析，同时调整幼儿园和宿舍的总体布局，减弱对北侧建筑的日照影响。同时，将Revit模型置入Vasari分析软件，进行室外风环境模拟，判断风环境影响。立面设计方面，利用Vasari软件进行室内采光模拟，结合模拟结果和造型效果评估建筑立面设计的合理性，包括窗台高度、建筑窗墙比、窗地比及建筑造型。项目使用BIM模型，借助构件面积，计算窗地比和窗墙比，结合室内光环境分析，实现采光、开窗等重要指标的可视化，对方案进行设计迭代，优化幼儿园活动室空间开窗设计。

方案设计阶段，绿色BIM技术的优势体现在模型实时更新、性能可视化及三维视图的直观性。但过程中模型建立、模型分析、模型修改等流程仍需较多的人工介入，未来需从软件层面上进一步发展。

2.4 施工图设计：精准优化，靶向对应

项目以Revit作为施工图出图载体，通过全专业协同实现施工图的正向深化设计。绿色BIM技术对施工图的优化集中体现在节能及节材两个方面，包含设计协同、空间优化、节材设计、节能设计等。施工图以二维图纸结合三维模型的形式同步送审，并顺利通过审查。

2.4.1 全专业设计协同与空间优化：平台综合，减少碰撞

项目施工图采用中心文件全专业设计协同，实现了建筑、结构、设备专业的模型集成。施工图设计重点解决复杂区域的冲突与空间优化，如地下空间。同时以表格的方式输出碰撞清单与空间评估表，在避免碰撞的同时优化净高，节约建筑材料与空间。

项目借助斯维尔Revit插件，将BIM模型导出至斯维尔，在节能计算软件中进行微调和参数录入，实现节能指标快速计算。

2.4.2 建筑节材设计：数字统计，核定分析

项目借助BIM模型，对幕墙板材面积、外立面涂料面积、门窗、栏杆、设备构件的数量等进行精细化统计，并输出为材料统计列表，同时与建设方紧密配合沟通，最大程度控制各环节建筑材料的经济指标，保证设计效果，优化设计流程，提高设计效率。

1 鸟瞰效果

2,3 主入口效果

4 立面效果

5 室内光环境效果

3 结语

广义理性建筑设计理念强调以理性思维控制感性创作过程。绿色BIM技术作为以理性为主的分析技术，其集成化、信息化的特性既保证了数据的准确，又为各参与方提供了开放平台，提高了绿色建筑设计、分析、施工的效率与质量，为建筑师的设计综合判断提供了有效工具。本文所述案例以广义理性建筑设计理念为基础，以BIM模型为核心与信息载体，通过多软件配合，实现空间、材料、场地多方面的优化设计。项目于2020年竣工，获得第十一届“创新杯”建筑信息模型（BIM）应用大赛文体类三等奖，以及福建省首届建筑信息模型（BIM）应用大赛设计二等奖。

绿色BIM理念在我国处于起步阶段，仍存在一系列问题。例如BIM技术使用程度与效果评价标准不统一，缺乏导则类的规范与相应的考核标准；BIM技术软件与各绿色建筑分析软件接口不完善，自动化程度较弱；同时熟悉BIM技术与绿色建筑的设计人才匮乏，设计存在割裂。相信随着国家对绿色建筑和BIM技术的支持，建筑师可以更加充分地发挥自身主观能动性，结合理性分析与主观判断，以更高的效率和更优的效果进行创作。

6,7 室内效果

8 风环境分析

9 室内光环境分析

10 BIM 设备模型与空间优化

1-7 林秋达摄影

8-10 项目组自绘

项目名称：安溪第十五幼儿园

业主：福建省泉州市安溪县蓬莱镇人民政府

建设地点：福建省泉州市安溪县蓬莱镇

建筑设计：厦门合立道工程设计集团股份有限公司

项目负责人：林秋达

BIM团队：张可寒、孙雅雯、蒋华辉

总建筑面积：8 700m

设计时间：2017

建成时间：2020

摄影：林秋达