建筑信息模型技术在室内设计中的应用研究

建筑信息模型技术在室内设计中的应用研究

分类号J59学号1113050012022学位论文建筑信息模型技术在室内设计中的应用研究BUILDINGINFORMATIONMODELINGTECHNOLOGY’SAPPLICATIONININTERIORDESIGNSTUDIES王米来指导教师姓名杨琳副教授北京建筑大学朱军副教授北京建筑大学董强高级建筑师中国建筑设计集团筑邦环艺院申请学位级别硕士学位类别艺术学硕士学位专业名称设计学年级2012级论文答辩时间2015年6月学位授予单位和日期北京建筑大学2015年7月答辩委员会主席陈静勇教授论文评阅人匿名评审n北京建筑大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导帅的指导下进行的研究工作及取得的研宂成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含本人或他人为获得北京建筑大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我--同工作的卜]志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。北京建筑大学硕士学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于北京建筑大学，允许论文被査阅和借阅。学校冇权保留论文并句国家有关部门或机构送交论文纸质版和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索.可以采用影印、缩印、或扫描等犮制手段保fr和汇编学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：校内导师签名：年C月一>'J"年6月卜曰校外4师签名：n摘要摘要全球信息化技术日新月异，建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）一经面世即受到全球建筑行业的好评，已经被越来越多的建筑业学者和工程技术人员所关注。BIM技术是数字建筑技术历史性的跨越，它贯穿了建筑全生命周期、集成了建筑各阶段所涉及的所有信息数据，为设计、施工、运营、管理等各参与方提供极大的便利、提高了设计工作效率、提升了工程完成质量。现代室内设计在追求人们对室内空间的使用功能、视觉美感等要求之上，还面临科技智慧、绿色节能、可持续发展的挑战。BIM技术为室内设计信息化发展提供了高效集成的平台，将为室内设计的进步提供强有力的技术支撑。本文探讨了BIM技术的发展及其在室内设计中的应用研究。对从事室内设计行业的设计师或设计实施者来说，相较于传统的计算机辅助设计，BIM技术为室内设计带来新设计模式。信息的可视化表达有效地传达了室内设计师的设计理念。参数化设计使模型搭建更加高效，推进室内设计模块化生产。协同设计重新定义了设计流程，各专业信息实时汇总，高效的数据管理提高了设计效率。室内空间绿色评估为人居舒适和生态可持续找到平衡点。在指导施工方面，BIM为施工前瞻性检测提供准确评估，可以有效避免施工过程中管线冲突、设备碰撞等问题。BIM还在辅助管理方面有巨大贡献，提高项目预算的准确性、控制造价成本，减少不必要的浪费。对真正使用室内空间的用户来说，BIM技术在室内设计中另一个相当重要的应用就是室内人居环境生态性能的分析。人居环境生态性能分析已经逐渐成为人们关注的焦点，是可持续发展的关键性综合指标。我国许多建筑规范都对建筑生态性能有明确的规定。本文主要分析了BIM技术在室内日照、采光、空气质量、声环境、照明、视线分析等方面的应用，并结合相关国内外应用案例提出相关实施策略，诣在突出BIM技术之于室内人居环境生态性能的可行性与重要性。本文着重阐述了一个笔者参与实践的基于AutodeskRevit软件的BIM案例——航天福道ISEE智慧大厦改造工程。从团队建设、设计分析、BIM实施策略到建筑信息模型的建立，在实践的基础上得到理论验证。在室内人居生态性能方面，共进行了室内日照模拟、室内照明设计分析、室内绿化规划研究三个方面的应用研究，得到一定的成果。希望本研究能为室内设计同类型项目提供抛砖引玉的借鉴和思考，推动BIM技术在室内设计框架中的应用研究。关键词：建筑信息模型；室内设计；数字技术；生态性能。InAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofglobalinformationtechnology,BuildingInformationModeling(BIM)hasbeenwellreceivedamongconstructionindustryallovertheworldandarousesconcernfrommoreandmorescholarsofconstructionindustryandengineeringtechnicianssinceitsadvent.Asahistoricbreakthroughofarchitecturaldigitaltechnology,BIMtechnologyrunsthroughthewholelifecycleofthebuildingandintegratesalltheinformationanddatainvolvedindifferentstagesofthebuildingtobringgreatconvenienceforthevariousstagessuchasdesign,execution,operationandmanagement,etc.andimprovethedesignefficiencyandthecompletionqualityoftheproject.Besidesthepursuitofpeople’sdemandfortheusefunctionandvisualaestheticfeelingofinteriorspace,moderninteriordesignalsofaceschallengesofthewisdomofscienceandtechnology,greenenergysavingandthesustainabledevelopment.BIMtechnologyprovideseffectiveintegrationplatformforinteriordesigninformatizationdevelopmentandwillprovidestrongtechnicalsupportfortheprogressofinteriordesign.ThispaperdiscussesthedevelopmentofBIMtechnologyanditsapplicationresearchininteriordesign.Comparedwiththetraditionalcomputeraideddesign,BIMtechnologybringsnewdesignpatternsforinteriordesign.Visualexpressionofinformationeffectivelyconveystheinteriordesigner'sdesignconcept.Parametricdesignenhancestheefficiencyofmodel-buildingtopromotemodularproductionoftheinteriordesign.Collaborativedesignredefinedthedesignprocess,andreal-timedatasummationoftheprofessionalinformationandefficientdatamanagementimprovethedesignefficiency.Interiorspacegreenassessmentseeksoutthebalanceforcomfortablelivingandsustainableecology.Intermsofconstructionguidance,BIMprovidesaccurateassessmentforpre-constructiondetectionandcaneffectivelyavoidproblems,suchaspipelineconflict,equipmentcollision,etc.intheprocessofconstruction.BIMalsohasahugecontributiontoauxiliarymanagementanditimprovestheaccuracyofprojectbudget,controlscoststoreduceunnecessarywaste.AnotherimportantapplicationofBIMtechnologyininteriordesignistheecologicalperformanceanalysisofindoorlivingenvironment.Livingenvironmentecologicalperformanceanalysishasgraduallybecomethefocusofpublicattentionandisthekeycomprehensiveindicatorofsustainabledevelopment.Thereareclearregulationsontheecologicalperformanceofconstructionsinmanybuildingcodesinourcountry.ThisarticlemainlyanalyzestheapplicationofBIMtechnologyinindoorsunshine,day-lighting,airquality,acousticenvironment,lightingandsightanalysis,etc.,andputsforwardcorrespondingstrategies,combinedrelevantapplicationcasesathomeandabroad,aimingtohighlightthefeasibilityandimportanceofBIMtechnologyinindoorlivingenvironmentecologicalperformance.ThispaperexpoundsaBIMcasebasedonAutodeskRevit-thereconstructionprojectofFUDAO-ISEEwisdombuilding.Itisverifiedtheoreticallyfromteamconstruction,designIInAbstractanalysis,BIMapplicationpracticeplantotheestablishmentofdigitalinformationmodelonthebasisofpractice.Intermsofinteriorecologicalperformance,thereareappliedresearchesoffouraspects--indoorsunshinesimulation,indoorlighting,indoorairqualityandindooracousticdesignandalsosomecertainachievementsaremade.TheauthorhopesthatthisresearchcanprovidesimilarprojectsininteriordesignwithreferenceandthinkingtopromoteBIMtechnologyapplicationresearchininteriordesignframework.Keywords:BIM;InteriorDesign;DigitalTechnology;EcologicalPerformance.IIIn目录目录北京建筑大学硕士学位论文原创性声明北京建筑大学硕士学位论文使用授权书摘要............................................................................................................IAbstract..............................................................................................................II第1章绪论.....................................................................................................11.1研究背景..............................................................................................................................11.1.1信息化发展的驱动......................................................................................................11.1.2全球化市场的挑战......................................................................................................11.1.3城市化进程的推进......................................................................................................11.1.4可持续发展的要求......................................................................................................21.2研究目的和意义.................................................................................................................21.2.1研究的目的..................................................................................................................21.2.2研究的意义..................................................................................................................31.3文献综述..............................................................................................................................31.3.1BIM概念........................................................................................................................31.3.2国外BIM技术应用现状.............................................................................................51.3.3国内BIM技术应用现状.............................................................................................71.3.3.1BIM规范发展.........................................................................................................71.3.3.2文献研究概况.......................................................................................................81.3.3.3国内重大BIM项目概况......................................................................................91.3.4BIM技术软件平台发展现状.....................................................................................111.4研究思路和方法...............................................................................................................121.4.1研究思路....................................................................................................................121.4.2研究方法....................................................................................................................121.4.2.1理论归纳法.........................................................................................................121.4.2.2案例研究法.........................................................................................................131.4.2.3实践验证法.........................................................................................................131.5论文框架............................................................................................................................13第2章BIM技术与数字化室内设计.............................................................152.1引言....................................................................................................................................152.1.1现代室内设计模式的转型.......................................................................................152.1.2室内设计为什么需要BIM？....................................................................................152.2信息可视化的设计模式...................................................................................................152.2.1可视化设计模式的转型...........................................................................................15IVn目录2.2.1.1从草图到二维图纸.............................................................................................152.2.1.2从二维设计到三维设计....................................................................................162.2.2从传统计算机辅助设计到BIM信息可视化设计.................................................172.2.3室内设计师设计思维和方法的转型.......................................................................182.3室内参数化的设计模式...................................................................................................192.3.1参数化构件的建立....................................................................................................192.3.2参数信息的智能化联动...........................................................................................202.4信息集成的协同设计模式...............................................................................................212.4.1信息集成的设计过程................................................................................................212.4.2协同设计模式的建立................................................................................................212.4.2.1专业内协同设计.................................................................................................212.4.2.2专业间协同设计.................................................................................................222.5支持绿色评估的设计模式...............................................................................................232.5.1国内外绿色评估体系及室内环境指标..................................................................232.5.2基于BIM的室内绿色评估设计策略......................................................................242.6指导施工的设计模式.......................................................................................................252.6.1传统离散型设计方式的缺陷...................................................................................252.6.2设计为施工提供前瞻性预测...................................................................................262.6.3云技术助力BIM指导施工.......................................................................................272.7辅助管理的设计模式.......................................................................................................282.7.1辅助造价管理............................................................................................................282.7.2辅助运营管理............................................................................................................292.8本章小结............................................................................................................................30第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析.........................................323.1引言....................................................................................................................................323.2室内日照分析和采光模拟...............................................................................................323.2.1室内日照和采光的重要性.......................................................................................323.2.2基于BIM的室内日照分析应用策略......................................................................333.2.3基于BIM的室内采光模拟应用策略......................................................................353.3室内空气质量分析...........................................................................................................363.3.1室内空气污染来源....................................................................................................363.3.2基于BIM的室内空气质量研究应用策略..............................................................373.3.2.1自然通风仿真.....................................................................................................373.3.2.2装饰材料的选择优化.........................................................................................383.3.2.3室内绿植分布规划.............................................................................................393.4室内声环境分析...............................................................................................................393.4.1基于BIM的室内声环境分析应用策略..................................................................403.4.2突出听闻功能的室内声环境分析...........................................................................413.5室内照明分析...................................................................................................................423.5.1室内照明分析的必要性...........................................................................................423.5.2基于BIM的室内照明分析应用策略......................................................................433.6室内视线分析...................................................................................................................43Vn目录3.6.1基于BIM的室内视线分析应用策略......................................................................433.6.2突出视觉功能场所的视线分析...............................................................................443.6.3室内景观视野分析....................................................................................................443.7本章小结............................................................................................................................45第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用.........................................474.1引言....................................................................................................................................474.1.1办公建筑室内设计的新格局...................................................................................474.1.2室内设计师面临新挑战...........................................................................................474.2北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程.........................................................................484.2.1工程简介....................................................................................................................484.2.2BIM团队建设..............................................................................................................484.2.3BIM技术实施环境.....................................................................................................494.2.3.1BIM技术实施硬件..............................................................................................494.2.3.2项目涉及软件.....................................................................................................494.2.4改造设计分析............................................................................................................504.2.4.1保留既有建筑结构，重塑建筑表皮................................................................504.2.4.2激活室内公共功能交通轴线............................................................................504.2.4.3打造多元化室内主题空间................................................................................514.2.4.4智能设备系统的引入.........................................................................................514.2.5基于BIM的改造策略...............................................................................................524.2.5.1理想型BIM改造策略........................................................................................524.2.5.2实际应用的BIM改造策略................................................................................534.2.6BIM工作流程..............................................................................................................534.2.6.1应用模式驱使的BIM化程度...........................................................................534.2.6.2项目建模流程.....................................................................................................544.3基于Revit的数字化室内设计........................................................................................544.3.1模型建立与可视化设计...........................................................................................544.3.1.13D室外视图及效果图........................................................................................544.3.1.2剖面视图.............................................................................................................554.3.1.3楼层平面图.........................................................................................................554.3.1.4天花平面图.........................................................................................................564.3.1.5功能分区面积图.................................................................................................564.3.1.6室内局部空间渲染图.........................................................................................574.3.2参数化设计................................................................................................................574.3.3协同设计....................................................................................................................584.3.3.1专业内协同设计.................................................................................................584.3.3.2专业间协同设计.................................................................................................594.3.4工程信息统计............................................................................................................604.3.4.1材质和装饰信息.................................................................................................604.3.4.2明细表..................................................................................................................614.4室内人居环境生态性能初探..........................................................................................614.4.1室内日照与采光模拟................................................................................................62VIn目录4.4.1.1建筑间距的验证.................................................................................................624.4.1.2室内采光系数的验证.........................................................................................634.4.1.3室内采光优化方案.............................................................................................644.4.1.4室内阳光反射板的设置方案............................................................................654.4.2室内照明设计分析....................................................................................................654.4.2.1室内自然采光照度分布分析............................................................................654.4.2.2室内人工照明决策分析....................................................................................664.4.3室内绿化规划研究....................................................................................................674.4.3.1从视觉审美角度考虑.........................................................................................674.4.3.2从空气净化角度考虑.........................................................................................684.5存在的问题........................................................................................................................684.5.1经验不足及方案反复修改.......................................................................................684.5.2企业级BIM标准和企业“族”库的缺失..............................................................684.5.3模型未能指导施工....................................................................................................694.6本章小结............................................................................................................................69第5章结论与展望........................................................................................705.1结论....................................................................................................................................705.1.1未来数字化室内设计需要BIM技术......................................................................705.1.2BIM技术为室内人居环境生态性能分析提供平台...............................................705.1.3业主和设计公司都有推进BIM在室内设计发展的义务.....................................705.2展望....................................................................................................................................70参考文献.........................................................................................................72文中插图及表格来源......................................................................................74致谢.................................................................................................................77攻读硕士学位期间已发表的论文..................................................................78VIIn第1章绪论第1章绪论1.1研究背景计算机信息技术已成为当今先进生产力的发展方向，极大地推动了全球建筑业的发展和进步。现代室内设计不仅需要满足人们对室内空间视觉艺术上的追求，还面临着室内舒适度、智能化、绿色可持续发展等方面的挑战，涉及多个专业领域，综合性极强、信息量极大。BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）技术作为数字建筑技术历史性的跨越，集成贯穿建筑全生命周期的数据信息，协同项目各阶段参与方，将为室内设计的进步提供强有力的技术支撑。1.1.1信息化发展的驱动信息化时代全面到来，宣告了信息已成为主导全球经济的重要基础。各行各业都将信息技术视为提升核心竞争力的手段，以寻求更多的机遇和发展。建筑业是国家经济的重要支柱产业之一，它与国家经济发展、人民生活水平提高密不可分。室内设计是建筑设计的延续、深化与再创造，是建筑业发展密不可分的重要组成部分。室内设计信息化是提升设计核心竞争能力、提高行业经营管理水平、不断促进行业迅猛前进的关键推动力，也是整个室内设计行业能够实现跨越式发展的非常重要的方式之一，是进一步提升室内设计的品质、实现智能室内、绿色室内的重要方法，同时为我国建筑业实现可持续发展起到至关重要的意义。伴随着现代信息科学技术的快速发展，未来室内设计行业必将达到信息化的新高度。而对于BIM技术来说，其作为信息化时代的产物，是近10年来在CAD等计算机辅助技术上发展起来的数字信息集成技术，已经在建筑业得到广泛认可，必将引领室内设计走向新的高度。1.1.2全球化市场的挑战进入21世纪以来，全球化市场的趋势越来越显著，这有利于整合全球资源分配、促进资本全球性流动、促进科学技术与文化的发展。中国作为发展中大国，吸引了众多发达国家的建筑业投资，越来越多的国外设计师作品在中国大放异彩。尤其在成功举办的2008年北京奥运会和2010年上海世博会众多场馆的室内外设计中，展现了大量国内外设计公司的合作成果。项目投资全球化、设计团队全球化、招标投标全球化、建设全球化、运营全球化等，给中国室内设计业带来了巨大的机遇。BIM的整个基础理论体系都来自西方发达国家，BIM项目本身也打上了全球化的烙印。为了迎接全球化市场的挑战，中国室内设计行业肩负着推动BIM技术发展的使命。1.1.3城市化进程的推进城市化进程是经济社会结构变革的过程，是社会发展的进步方向，是我国实现四个现代化建设的重要手段，也是扩大经济内需的最大潜力。根据联合国人口发展报告的预1n第1章绪论[1]测，2030年中国的城市化率将达到60%。中国城市化进程的高速起飞对城市基础设施建设提出新的要求，给建筑业带来巨大的发展空间，也预示了室内设计行业更广阔的市场即将到来。城市化进程将为BIM技术在室内设计的应用带来大量的实践项目，同时也能使室内设计在城市化发展新命题中少走弯路。1.1.4可持续发展的要求城市化进程使世界能源和生态环境遭受巨大压力。建筑业面临空前严峻的挑战：土地资源利用紧张、能源日益枯竭、生态环境恶化等问题日趋严重。如何提高综合循环利用、节约能源，减少环境污染、提高建筑科技含量、打造绿色可持续性建筑，是当前建筑业面临的重要问题。中国拥有世界上最庞大的建筑市场，然而在我国很多地方的单位建筑面积耗能已经达到一些发达国家的2倍以上，绝大部分的建筑都可以算是高能耗建[2]筑，与可持续发展背道而驰。许多室内设计师的观念开始发生改变：从注重安全、经济、视觉艺术，扩展到节能、环保、生态和提高社会效益上；从注重室内设计本身到注重室内空间整个生命周期等。BIM技术集成了建筑生命周期所有信息，提高各阶段效率，在绿色评估、成本控制、节能环保等方面有卓越表现，是解决室内设计可持续发展问题的不二选择。1.2研究目的和意义1.2.1研究的目的本文立足于近年来BIM技术在我国建筑业的发展，以室内设计框架作为切入点，通过对BIM技术与室内设计的理论梳理，结合若干国内外BIM案例及一个笔者参与实践的基于AutodeskRevit软件的室内设计改造项目案例，拟达到以下几点目的：(1)拓展设计思维，构建数字化思维框架人们对美好生活的追求日臻完美，室内设计仅注重尺度和谐、视觉美观已远远不能达到新时代室内人居的要求，室内人居生态性能也越来越成为评判室内品质优劣的标杆。BIM技术为室内人居性能分析提供计算机信息技术支撑，为室内设计数字化发展带来新的设计思路，提供新的设计模式。本文积极响应2011年我国住建部发布的建筑业“十二五”规划中强调推进BIM技术应用的号召，搭建适合国内现行BIM技术之于室内设计应用的数字化思维框架，为室内设计业同类型项目提供抛砖引玉的借鉴和思考。(2)结合实际、落实要点本文对BIM技术在室内设计应用中主导的设计模式的转变进行梳理，对室内人居环境生态性能分析进行理论研究和相关国内案例的整理，帮助文献归纳，诣在突出BIM技术对室内设计的正面推动。此外，本文着重结合了笔者参与实践的“航天福道ISEE智1何关培.BIM总论[M].中国建筑工业出版社,2011.5P162龙恩深.建筑能耗基因理论与建筑节能实践[M].北京科学出版社,20092n第1章绪论慧大厦的改造工程”的案例，在实践中落实理论要点，提供可行的案例借鉴，为研究室内人居生态性能提供信息支撑，促进BIM技术在室内设计框架下的研究进展。1.2.2研究的意义BIM作为近年来席卷全球建筑业的革新理念和技术，已经开始引领行业未来的发展方向。国际建筑师协会（InternationalUnionofArchitects，UIA）理事、清华大学建筑设计研究院院长庄惟敏曾说过：“建筑业的发展通常都是伴随着技术革命、材料革命和工具革命而来的。建筑信息模型系统的出现可以说是当今建筑界最伟大的一次工具革命，[3]甚至于它超越了工具的作用，而给建筑界带来了一场创作理念和思维方式的革命”。因此本文研究是符合时代发展的。自2000年起，全球建筑产业龙头公司开始逐渐将BIM技术引入大型实际工程当中，BIM技术的优势得到行业的高度认可。十几年间，BIM技术在建筑设计中的应用已经越来越成熟，各类标准规范也日臻完善。在中国，BIM技术在建筑设计中已有一定发展，而但在研究深度和应用实践上还未全面细化到室内设计行业，在室内设计中的渗透还处于相对初步的阶段。建筑设计与室内设计是整体与部分的关系，两者既有统一性，又有一定的差异性。建筑设计是室内设计的环境依托，一定程度上制约了室内设计；而室内设计是建筑设计的延续、深化和再创造，不仅能美化和改变建筑空间，还能提升建筑功能的品质和价值，两者是不能分离的。我们有理由相信，BIM技术渗透到室内设计行业中也只是时间的问题。因此本文研究是相对前瞻的。现今已经有越来越多的业内专业人士了解BIM技术的优越性和重要性。因此，尽管对建筑设计师来说，掌握BIM技术已成为未来业内人才的必要技能；对室内设计师来说，也要把握当下信息潮流的发展趋势，接受挑战，才走在行业前头。本文通过对BIM技术与室内设计的应用研究初探，还主要具有以下几点现实意义：（1）加强学科交叉，是我校提升设计学专业在理工科应用能力的验证，有利于深化学科建设。（2）学术界有关“BIM技术与室内设计”的学术论文或专著还处于相对缺失的阶段，本文在理论梳理和案例分析上具有一定的补充意义。（3）本文着重讨论的“北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程”案例将为同类型设计项目提供参考借鉴的作用。1.3文献综述1.3.1BIM概念BIM（BuildingInformationModeling），即建筑信息模型。最早关于BIM的理论思想研究可以追述到20世纪70年代，来自CarnegieMellon大学建筑与计算机科学专业3吴吉明.建筑信息模型系统BIM的本土化策略研究[D].清华大学硕士研究生学位论文,2011.53n第1章绪论的查理·伊士特曼（CharlieEastman）博士提出，他在《AIA杂志》上发表的“建筑描述系统（BuildingDescriptionSystem）”工作原型，与现在常说的BIM概念有一定相似性。1986年任职于GMW公司的罗伯特·艾什（RobertAsh）提出了“BuildingModeling”的概念。这个BIM初期的概念就已经涵盖了3D建模、自动出图、参数化构件、关联数据库[4]和施工模拟等内涵。2002年，欧特克（Autodesk）公司收购Revit公司，前Revit公司CEO戴夫·莱蒙特（DaveLemont）与市场副总裁埃里克斯·奈豪斯（AlexNeihaus）在一次会议中创造了BuildingInformationModeling这个词。随后在国际建筑师协会（UIA）中，Autodesk公司的副总菲尔·伯恩斯坦（PhilBernstein）最先公开提出了BIM这个词和概念。12月，行业分析家杰里·莱瑟林（JerryLaiserin）发表了文章《ComparingPommesandNaranjas》，第一次把BIM作为一个明确的术语推广开来，之后他被人尊称为“BIM教父”。在经历了计算机制图代替传统手绘制图的“第一次建筑设计革命”之后，BIM技术是近年来在计算机数字化技术基础上发展起来的一种多维模型信息集成技术，被誉为“第二次建筑设计革命”。BIM技术能在建筑项目过程中实现所有参与方的资源共享和信息化合作，并对其建筑全生命周期中可能出现的问题进行统一的审核和解决（增设、更改和读取信息），从而进一步提升各参与方在整个建筑生命周期当中的工作效率和质量，最终实现减少信息传达错误率及控制人力物力成本的目标（图1-1）。维基百科中对BIM的定义是：由完全和充足信息构成以支持生命周期管理，并可由计算机应用程序直接解[5]释的建筑物和建筑工程中所有的数据处理。在美国，国标BIM的解释就显得更加明确了：“BIM是一个建筑资源数据共享的信息处理中心。同时BIM也是一个将建筑物和特殊属性以一种具体数据的形式表现出来的模式。为其建筑物从设计初期到建造过程到建筑物的完全废弃拆除的全部过程提供了数字化的技术支持。在建筑物所处的不同环节，所有参加在建筑物生命周期之内的参与者都可以在BIM中找到所需的数据进行添加、[6]提取和更改的操作，以支持所有参加者之间的合作。”4刘艺.基于BIM技术的SI住宅住户参与设计研究[D].北京交通大学硕士论文,2012.65维基百科[EB/OL].http://zh.wikipedia.org/wiki/建築信息模型#cite_note-16何清华,钱丽丽,段运峰,李永奎.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报,2012.24n第1章绪论图1-1BIM与建筑全生命周期Fig.1-1BIMandBuildingWholeLifecycle1.3.2国外BIM技术应用现状美国作为全球最强大信息化国家之一，在很早前就认识到了BIM技术对建筑业的帮助，对BIM技术的研究和应用最早且最为深入和广泛。早在2003年，美国SOM公司就将BIM技术应用到纽约世贸中心1号大厦从建筑到室内的整体设计建造上，获得了很大的成功。2004年美国编制了基于BIM技术的《国家BIM标准》。两年之后，美国陆军工程兵团对外发布了一份期限为15年（2006～2020年）的BIM路线图（表1-1）。紧接着在2009年美国颁布了具体的《BIM项目实施计划指南》。根据一些具有权威性的统计数据显示，在2009年这一年，美国建筑行业排名前300强的企业当中已经有超过五分之四的公司正在使用BIM技术。美国政府更是明确表示：所有政府承担建设的项目都必须基于BIM技术的支持才能获得批准。美国政府负责建设的项目，要求全部使用BIM技术。发展到今天，美国的BIM技术应用已具有相当大的规模，许多设计事务所、施工企业和业主都纷纷将BIM技术应用到企业项目中去。政府和相关组织也出台了具体的BIM技术规范。5n第1章绪论表1-1.美国陆军工程兵团BIM十五年规划的目标概要和时间节点Table2-1GoalOverview&TimeNodesofBIMPlannedbyAmericanArmyCorpsofEngineers2006～20082008～20102010～20122012～2020建立生命周期数据库达到安全、可靠的操作建筑生命周期全阶段初期操作能力评估实现信息共享能力任务自动化2008年8个COS（标90%符合美国BIM标美国BIM标准作为所利用美国BIM标准数准化中心）BIM具备生准，所有地区美国BIM有项目合同公告、发据大大降低建设项目产能力标准具备生产能力包、提交的一部分的成本和时间英国同样是信息化发展大国。在2009年英国建筑业BIM标准委员会审核通过了《英国建筑业BIM标准》，两年之后又相继推出了适用于AutodeskRevit和Bentley两个软件[7]平台的英国建筑业BIM标准。2011年5月，英国政府也相应制定了一个期限为6年（2011年～2016年）的战略建设计划《政府建设战略（GovernmentConstructionStrategy）》，要求到2016年实现全面协同的信息化管理。这意味着BIM技术已被纳入英国政府强制要求。麦克劳-希尔公司（McGraw-HillConstruction）是业内对BIM采用率评估较为权威的发布机构。2009年公司发布了北美智能市场报告，报告显示美国西海岸有56%的专业人士在使用BIM，中西部为52%，南部为45%，东北部为38%；加拿大拥有48%的BIM采用率。2010年公司发布了《BIM在欧洲的商业价值》调查报告，对比了欧洲和[8]美国的应用情况，其中英国有35%专业人士采用BIM，法国为38%，德国为36%。2012年公司发布了《北美BIM商业价值评估报告（2007-2012）》，数据显示整个北美地区的[9]BIM应用从2007年的17%上升到2012年的70%，5年内翻了4倍以上。这惊人的发展速度足以证明BIM的商业价值之高、行业认可度之广。在亚洲的发达国家中，新加坡政府对建筑信息技术的敏锐度极高，早在1995年就启动了建筑信息化项目CORENET（ConstructionandRealEstateNET-work），其目的是将建筑工业琐碎的业务联系起来，形成新的建筑体系，提高建筑的质量和生产率。2011年，新加坡建筑管理署（BuildingandConstructionAuthority，BCA）强制要求：只要是政府涉及的建筑项目，从2013年开始都必须提交相应的BIM模型，到2014年实现全部项目交付BIM结构模型与BIM机电模型的目标，最终在2015年前达到所有建筑面积大于5000㎡的工程项目都必须提交相应BIM模型的要求。对于韩国来说，也已有许多重要政府机关投入到制定完善的、符合国情的BIM标准的工作中。在这些机关中，韩国建筑事业局牵头组织并制定了韩国未来建筑业的BIM技术发展路线，并于2010年完成发布了权威性的BIM实施手册——《建筑领域BIM应用指南》。具体的实施办法是在2010年相应建立1到2个大型施工项目来进行BIM应用的示范；到2011年，这一数值增加为3到4个；2012年到2015年期间，韩国国内7贺灵童.BIM在全球的应用现状[J].工程质量,2013.38清华大学BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架研究[M].中国建筑工业出版社,2011.129欧阳东.BIM技术——第二次建筑设计革命[M].中国建筑工业出版社,2013.86n第1章绪论所有超过500亿韩元的大型建筑工程都需要使用基于BIM技术的4D设计管理系统；2016年起，全面实现所有政府投资的社会服务建筑项目都必须应用BIM技术的目标。1.3.3国内BIM技术应用现状1.3.3.1BIM规范发展2003年起，大陆工程建设行业开始引入BIM概念和相关软件平台，并进行初步应用研究。2007年11月，我国首个大型BIM讨论会在全国性行业会议论坛——“全国勘察设计行业信息化发展技术交流论坛”中展开。同年，《建筑对象数字化定义》（JG/T198-2007）由中国建筑标准设计研究院发布，对基于IFC（IndustryFoundationClass，工业基础类）标准的BIM实施进行一定规范。2008年，中国建筑标准设计研究院发起成立buildingSMART联盟的中国分部，但此时国内BIM环境并不成熟，运营没有取得良好的效果。10月，我国建筑学会就“BIM在中国的推广”议题进行了讨论和研究。同年，《工业基础类平台规范》（GB/T25507-2010）[10]由中国建筑科学研究院等单位共同起草发布。2010年，清华大学就“BIM对中国建筑业为了影响”议题组织的研讨会在北京拉开帷幕，并携国内专家制定研究中国BIM标准，并与11月向社会公布了《中国BIM标准框架体系研究报告》。我国房地产协会随后向社会公布了《中国商业地产BIM应用研究报告》。同年，中国勘察设计协会举办第一届“创新杯”BIM设计大赛，并从此将一年一届的赛程延续了下去。2011年5月，住建部发布建筑业第十二个五年计划——《2011~2015建筑业信息化发展纲要》，正式拉开了BIM技术在中国应用的序幕。纲要中明确指出：推进BIM技术从项目设计阶段到施工阶段的应用延展，在建筑施工阶段大力开展BIM技术的研究应用，提高信息传递有效性；同时，加快基于BIM技术的4D项目管理系统研究，推进其[11]在大型、复杂的建筑项目施工过程中的应用，创建高效的信息可视化管理模式。2012年，我国BIM标准制定工作正式启动，住建部也应发了相关文件，以规范其使用和推广。2013年5月，buildingSMART中国分部恢复成立。8月，住建部发布《关于推进BIM[12]技术在建筑领域内应用的指导意见》，并在文中明确规定了：2016年之前，所有政府出资新建或改造的大型公共建筑（大于20000㎡）都必须在设计和施工阶段严格实施BIM技术，此外省级上报的绿色建筑项目也需要达到这一标准；到2020年前，完善BIM技术应用标准、实施指南，形成BIM技术应用标准和政策体系。10牛博生.BIM技术在工程项目进度管理中的应用研究[D].重庆大学硕士论文,2012.411何建军.施工企业进行BIM技术培训的建议[J].土木建筑工程信息技术,2012.912杨宝明.BIM技术推动中国建筑业走进智慧建造时代[J].建筑时报,2014.47n第1章绪论2014年5月，北京质量技术监督局与北京市规划委员会联合发布《民用建筑信息模型设计标准》，提出BIM的资源要求、模型深度要求、交付要求是在BIM的实施过程规范民用建筑BIM的设计。7月，《建筑装饰装修工程BIM实施标准》（CBDA标准）首次编制工作会议做出了“BIM在我国快则两三年将在重点工程、一级装饰企业中推广普及”的重大判断。10月，上海市政府正式发布《关于本市推进建筑信息模型技术应用的指导意见》，据悉，有超过15部门参与BIM技术应用指导意见的修订与交流，上海市发改委、纪委、经信委、建管委等领导多次到BIM厂商调研。11月国家标准《建筑工程信息模型应用统一标准》已送审，有望尽快促进我国BIM产业健康发展。12月由上海施工行业协会联合鲁班咨询共同编制的《2014施工企业BIM应用现状研究报告》发布。1.3.3.2文献研究概况(1)BIM图书目前国内书籍市场上公开发行的BIM图书大致能归为三类。一类是学校和科研机构撰写的教材类书籍，如中国建筑工业出版社2005年出版的《建设工程信息化——BIM理论与实践丛书》、同济大学出版社2013年出版的《BIM应用基础》等，主要读者群是高校专业学生，致力于培养学生理解BIM理论、掌握专业应用能力。一类是软件厂商或用户撰写的各类BIM软件使用手册和教学指南，如清华大学出版社2015年出版的《Revit2015中文版基础教程》，主要读者群是不同BIM软件的实际操作人员，对软件的使用起到答疑解惑的帮助。还有一类是为作为行业中坚力量的政府、业主、设计、施工、运营等各类机构的战略制定者、技术负责人、项目负责人和专业负责人提供的BIM价值类书籍，如中国建筑工业出版社出版的一套BIM技术应用丛书，包括《那个叫BIM的东西究竟是什么》、《BIM总论》、《BIM第一维度——项目不同阶段的BIM应用》、《BIM第二维度——项目不同参与方的BIM应用》、《BIM第三维度——不同层次和深度的BIM应用》五册，详细探讨了BIM能为其服务的机构、项目和专业带来什么价值、如何实现这些价值。然而，在这些上市图书中，搜索“BIM”和“室内设计”两个共有关键词可查的书籍数目只有两本，还处于一个相对缺失的状态。（2）论文文献在我国主流的文献数据库平台中，以权威性最高的中国知网数据库为例，在其统计的关键词指数研究中，BIM关键词的学术关注度趋势图如下（图1-2）：2005年的年度BIM文献发文量仅为2篇，到2014年这个数字已经增长到741篇。同时，BIM的媒体关注度、学术传播度、用户关注度的指数也随之快速增长，侧面反映出BIM时代已经来临。8n第1章绪论图1-22005～2014BIM词条在中国知网的学术关注度趋势图Fig.1-2HotTrendChartofBIMEntryinCNKIIndexin2005~2014现阶段BIM论文主要可以分为概述型和项目应用型两类。前者探讨了什么是BIM以及BIM的应用优势、影响分析、推广难度、前景思考等；后者是通过对某个具体的项目应用实例来支撑BIM理论。然而，在中国知网数据库中，搜索“BIM”或“建筑信息模型”和“室内设计”两个共有关键词的文献还十分有限，包括刘烈辉于2009年发表的《建筑信息模型与建筑室内设计》、蔡静于2013年发表的《BIM技术在室内装修中的应用研究》、南京林业大学王凯在2011年发表的硕士学位论文《BIM与传统CAAD在室内方案设计中的对比研究》等寥寥几篇。本文引用的近5年内的文献占参考文献总量的60%以上，具有较好的时效性，一定程度上反映了我国BIM的应用研究现状。1.3.3.3国内重大BIM项目概况根据2011年1月至2014年12月BIM词条百度指数热点趋势图（图1-3）来看，我国互联网用户对BIM词条的搜索趋势呈总体上升的情况，这也意味着BIM在中国的兴起不可小觑。图1-32011～2014年BIM词条百度指数热点趋势图Fig.1-3HotTrendChartofBIMEntryinBaiduIndexin2011~20149n第1章绪论很多业主也开始认识到BIM技术的优越性，纷纷热衷于在项目中使用BIM。如SOHO中国的CEO潘石屹把BIM技术的地位提升为“未来企业发展的核心竞争力”；龙湖集团、万达集团等大型房地产公司也在积极探索和应用BIM技术；CCDI（悉地国际有限公司）将打造BIM数据管理服务平台。以下是buildingSMATR国际组织网站及中国BIM官方论坛总结的我国近年来BIM典型案例（图1-4）。图1-4我国近年来BIM典型应用案例Fig.1-4typicalBIMapplicationsinChinaInrecentyears其中最令人瞩目的当属国内在建的第一高楼——总高度623m的上海中心大厦（ShanghaiTower）工程，于2010年宣布在其设计、施工和运营管理等全生命周期过程中全方位投入应用BIM技术。这是我国第一个由业主主导、将BIM技术贯穿建筑全生命周期的大型工程项目，这个里程碑式的建筑预计将于2015年7月投入使用（图1-5）。目前，国内大多数涉及室内设计的BIM项目都是在建筑设计的过程中，统一设计了室内环境，是一个附属状态。独立的室内设计BIM项目还处在相对初级、不太成熟的阶段。10n第1章绪论a)上海中心效果图b)2015年1月作者实拍a)EffectpictureofShanghaiTowerb)PhotoinJanuary2015byAuthor图1-5上海中心大厦效果图和实拍Fig.1-5EffectpictureandGenuinePhotographofShanghaiTower1.3.4BIM技术软件平台发展现状BIM技术作为现阶段推动整个建筑行业蓬勃发展的最为重要的技术之一，它涉及建筑从方案设计初期一直到建筑物的拆除之间的所有环节，涵盖了设计、施工、运营管理等各专业的协同设计。所以这绝不可能是某一款单一软件就可以搞定的。据统计，仅国内现有的BIM相关软件就有100多款，主要分为以下几类（图1-6）：BIM方案设计软件（如Affinity、OnumaPlanningSystem）、BIM核心建模软件（如AutodeskRevit、Bentley、ArchiCAD、CATIA）、BIM结构分析软件（如PKPM、ETABS、RobotStructuralAnalysis）、BIM机电分析软件（如DesignMaster、TraneTrace）、BIM可视化软件（如3DsMax、Accurender、Artlantis）、与BIM接口的几何造型软件（如Rhino、FromZ、Sketchup）、BIM绿色可持续分析软件（如Ecotect、IES、EnergyPlus）、BIM模型检查软件（如SolibriModelChecker）、BIM运营管理软件（如ArchiBUS）、BIM造价管理软件（如Innovaya、SolibriModelChecker）等。其中BIM核心建模软件是BIM技术应用的基础软件。11n第1章绪论BIM技术软件分类BIMBIMBIMBIMBIMBIMBIM接口绿色BIMBIMBIM方案核心结构机电可视的几可持模型造价运营设计建模分析分析化软何造续分检查管理管理软件软件软件软件件型软析软软件软件软件件件图1-6BIM技术软件分类Fig.1-6BuildingInformationModelingSoftwareCategories1.4研究思路和方法1.4.1研究思路本文探讨了BIM技术在室内设计中的应用研究，从三个关键词着手：BIM、室内设计和应用。研究时首先要理顺室内设计对BIM技术的需求点，既要提取BIM技术之于室内设计与建筑设计的相同点，又要区分差异性，不能把BIM技术在建筑设计中的应用全盘照搬照抄。同时，将室内设计分为两个具体的研究分支来解读：室内设计方法的数字化与室内环境性能设计的数字化。这两个方向是非常具有应用价值的研究热点，前者的受益对象是从事室内设计行业的设计师或设计实施者，后者的受益对象是真正使用室内空间的用户。将BIM技术提供的技术支持覆盖涉及室内设计全周期的人员，突出以人为本的科研精神。最后，以笔者参加的实际BIM项目为例，剖析项目进程，进一步落实理论要点，为同类型项目提供借鉴作用。1.4.2研究方法本文主要采用的研究方法有理论归纳法、案例研究法和实践验证法。1.4.2.1理论归纳法通过对国内外BIM专著、硕士学位论文、期刊文献、互联网BIM论坛相关课题研究文章的阅读分析和归纳总结，结合相关理论知识的整合梳理，以理论归纳的方法阐述BIM技术在现代数字化室内设计中的应用优势，为室内人居生态性能分析提供重要支撑，对室内设计师的思维模式、工作方式转变带来正面、积极的影响。12n第1章绪论1.4.2.2案例研究法本文第二章、第三章中引述了大量国内外BIM技术在室内设计中的应用案例，采用部分案例图片为论述提供明确的实例支撑。从绿色、人性化、可持续等角度进行分析，归纳出具有一定参考性的BIM实施策略。同时将所得结论还原到更广泛的室内设计大课题中去，提出未来BIM技术对我国室内设计的发展建议和策略。1.4.2.3实践验证法本文第四章详述了笔者参与的一个基于Revit的BIM实践案例——北京筑邦建筑装饰工程有限公司的“航天福道ISEE智慧大厦改造工程”。笔者于2013年5月至2013年12月参加了为期近8个月的项目实习，从实践中进一步认识BIM、感受BIM，从而更深刻的体会BIM之于室内设计的意义。并在此基础上总结出相关论点，作为后续研究的依据与原则。1.5论文框架本文框架如下（图1-7）：图1-7论文框架Fig.1-7Paperframe第一章为绪论。从研究背景、研究目的和意义、文献综述、研究思路和方法、论文13n第1章绪论框架几个方面对论文选题进行大致剖析。第二章为BIM技术与数字化室内设计，分别从信息可视化、参数化设计、协同设计、室内绿色评估、指导施工、辅助管理六个方面入手，提出BIM技术为室内设计工作方式改变、设计师思维模式转换、行业资源整合带来高效可行的实施方向。第三章为BIM技术与室内人居生态性能分析，分别对基于BIM的室内日照分析和采光模拟、空气质量分析、声环境分析、室内照明分析、视线分析进行论述，提出实施策略，并整理国内若干实际案例加以说明，突出BIM技术为室内人居环境生态性能分析提供可靠平台。第四章为BIM技术在办公建筑室内改造设计中的应用，结合笔者参与的基于Revit的“北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程”实践项目，对应第二章、第三章的论点，从实际积累中得到理论验证。在室内人居生态性能方面进行了三个方向的研究：室内日照模拟、室内照明设计分析和室内绿化规划研究。第五章为结论和展望。总结了本文得出的主要结论，展望了BIM技术在未来室内设计中的前景。14n第2章BIM技术与数字化室内设计第2章BIM技术与数字化室内设计2.1引言2.1.1现代室内设计模式的转型随着计算机技术的进步，各个行业都往数字化方向发展，现代室内设计趋向数字化发展，设计模式也面临转型。现代室内设计的数字化主要表现在：设计工具的数字化、设计方法的科技化、信息传递的便捷化和室内装饰的智能化。设计师需要一个符合时代进步的技术平台作为支点，跟上行业发展的潮流，创造出更多优秀的室内设计作品。2.1.2室内设计为什么需要BIM？BIM技术在建筑设计中的应用已经日趋成熟，但在研究深度和应用实践广度上还未全面细化到室内设计行业。现代室内设计需要BIM吗？答案是毋庸置疑的。室内设计与建筑设计息息相关、密不可分。室内设计是为了满足人们对自身所处室内空间的使用功能、视觉感受等要求，结合建筑物本身的使用性质、所在环境和相应规范标准，运用[13]物质手段和设计原理，创造满足人们物质和精神生活需要的室内环境。信息化技术的发展不仅逐渐改变了人们生活方式，也为室内设计行业带来了新的表现技术和表现模式。BIM技术贯穿了建筑从方案规划、设计、施工、运营到拆除的建筑全生命周期，模型是信息的载体，信息是模型的核心。通过运用数字化表现形式，室内设计师在设计阶段可以便利地推敲和优化自己的方案设计，使方案实施问题得到有效解决，让设计师能以更有效简明地方式去表达设计意图和实施结果，便于搭建设计师和业主、施工团队、运维团队之间沟通的桥梁。2.2信息可视化的设计模式可视化一词来源于英文“Visualization”，维基百科将其解释为“用于创建图形、图像[14]或动画，以便交流沟通信息的任何技术和方法”。信息可视化（InformationVisualization）是一个跨学科领域，放大了人类的认知能力，帮助我们分析和理解信息，“所见即所得”的直观效果大大减少了不同受众者获取信息的差异性。2.2.1可视化设计模式的转型2.2.1.1从草图到二维图纸草图是设计师记录设计灵感最为快速和直观的方法，它是设计萌芽的表达，充满了概念性和不确定性。草图一般围绕某个重点空间或某个视角的表达，不能使人获得对整个空间的全面印象。同时，草图的绘画手法因人而异，且对室内装饰材质、灯光效果、体量尺寸的表达存在一定欠缺，是一种艺术性较强、实际性较弱的可视化模式（图2-1）。13孟昭娜.建筑内部空间设计的主体化研究[D].天津科技大学硕士论文,2010.1214维基百科[EB/OL].http://zh.wikipedia.org/wiki/可视化15n第2章BIM技术与数字化室内设计图2-1西班牙瓦伦西亚会议中心草图Fig.2-1SketchofSpainValenciaConferenceCentre相对于草图来说，通过对室内平、立、剖面和部分节点等二维图纸的绘制，更准确地将复杂的室内设计和建造方法表达出来。二维图纸涵盖信息内容具有全面性、数据参照实际项目具有准确性、满足一般施工的需求具有实际操作性，还可以作为具有法律效力的依据文件，因此是一种更加完整、深入的可视化表达模式。2.2.1.2从二维设计到三维设计二维设计实质上是将三维建筑空间信息分解成平面信息。设计师利用大脑对三维空间信息进行分割处理，用平、立、剖面图进行空间表达。而二维图纸对空间序列并没有直观的表达，因此设计师又需要通过大脑对二维图纸信息片段加以组合，利用综合思维能力还原出三维建筑空间。在这种设计思维的转换中，出现信息错位匹配的概率是比较大的，设计师必须不断地绘制和修改二维图纸来表现最终理想的设计成果。而BIM技术提供了一种还原真实三维场景的直观表达模式，用计算机代替人脑进行二维平面与三维空间之间的思维转换，将设计直接用模型展现出来。BIM技术提供的[15]是真实建筑构件的三维“搭建”，是对设计建造本源的一种回归。一方面可以让设计师从绘制图纸的繁复工作中脱离出来，更加关注设计本身而不是考虑如何传达设计信息；另一方面，三维数字技术更有利于设计师对室内空间序列、流线、尺度的研究（图2-2），这是二维设计无法达到的。图2-2BIM对室内空间序列提供研究支持Fig.2-2BIMProvideResearchSupportforInteriorSpaceSequence15傅筱.建筑信息模型带来的设计思维和方法的转型[J].建筑学报,2009.1,77-8016n第2章BIM技术与数字化室内设计美国KlingStubbins设计公司在一个写字楼室内装饰项目中利用BIM技术对室内空间尺度进行了研究（图2-3）：写字楼某工作间的墙构成了室内走廊，设计师担心6英尺的设计高度过于严肃，于是在模型当中添加了相机，渲染了几张取景框的图像来印证猜想。通过图像观感反馈，设计师们及时调整了工作室的高度。这样便捷、高效的设计研究有效提高了设计师的效率，这也是BIM的显著优势。图2-3BIM对空间尺度推敲提供便捷方式Fig.2-3BIMProvideConvenientWayforSpaceScaleDeliberation2.2.2从传统计算机辅助设计到BIM信息可视化设计传统计算机辅助技术导出的二维施工图（平面图、立面图、剖面图、局部详图、设计说明、材料表等设计图纸）并不是可视化，因为施工图本身就是一系列抽象符号的集合，是设计人士的“专业术语”。对于工程不同阶段的不同专业人员来说，在专业信息不全的情况下，错综复杂的二维数据将面临信息传递缺失或误读，导致无法预料的不良后果。BIM技术的信息可视化以信息数据库为主体，将所有设计信息都完整地展现在一个模型集合中。如下图（图2-4）某别墅一层室内设计中，可视化信息在3D模型中展现出来，相比较平面视图更让人直观的理解设计师的表达。图2-4某别墅室内设计模型F1平面视图与3D视图Fig.2-4avillainteriordesignmodelF1planeviewandthe3Dview17n第2章BIM技术与数字化室内设计我们不再需要依靠二维图纸来搭建三维模型，而是突破性地把建造带到绘图的前面，直接利用模型信息自动把结构和构件输出到图纸上。对室内设计师来说，这大大节约了建筑和室内各个视角的抽象表达、便于对设计进行更细致的推敲如空间分析、体量分析、渲染效果分析等，将更多可视化的工作资源集中到提高可视化效果上；对其他相关人员来说，项目信息从三维模型中来、到二维图纸中去，实现信息的有效传递，可以更直观的感受设计师的设计表达，避免走入信息误区，同时也便于业主决策，减少返工量（图2-5）。图2-5两种信息传递关系对比Fig.2-5contrastoftransitiverelationsbetweentwokindsofinformation2.2.3室内设计师设计思维和方法的转型我们通常把室内设计的流程分为五个主要阶段——设计准备阶段、方案设计阶段、方案调整阶段、施工图设计阶段和设计实施阶段。设计师在设计准备阶段明确设计任务、进行现场调研；在方案设计阶段搜集灵感、确定设计方向、制定初步设计方案；在方案调整阶段优化整合出最终设计方案；在施工图设计阶段完善施工必要的设计图纸、构造详图、施工说明、成本预算等；在设计实施阶段与施工单位进行设计沟通，有时还需要根据现场实际情况对设计图纸进行修改调整。在整个设计过程中，设计师一般会面临以下几点情况：（1）过于注重方案设计本身，忽略工程设计等其他环节；（2）把大量的时间精力投入在绘制和反复修改图纸上，设计效率低下；（3）施工图并没有有效传达设计信息；利用建筑信息模型，设计师可以有效规避以上问题：在方案设计阶段将工程设计整合进来，既可以保证设计概念的落实、降低因工程要求导致设计返工的概率(如哪些是18n第2章BIM技术与数字化室内设计不能拆除的承重墙、管线的位置是否与设计冲突)，又能从设计到施工宏观统筹；BIM技术从模型直接导出施工图纸，设计师可以对设计进行更多推敲，不用再将大量时间精力花费在修改图纸上，从而提高设计效率和设计品质；设计初始就以三维模型去构件设计成果，模型承载整个建筑生命周期的所有信息，施工图纸结合三维模型直观有效地传达设计信息，大大减少施工方的主观识图错误。目前，BIM技术已被国内大多设计院、设计公司所采用，在建筑设计方面已经比较成熟。而在室内设计方面，BIM技术的应用还处在初级阶段。所谓万事开头难，诚然设计师在转型初期会因为需要学习新的理念、新的技术或因为软件熟悉程度不高、实际操作不熟练而降低工作效率。工欲善其事必先利其器，从长远来看，室内设计师掌握BIM技术是顺应技术潮流发展的，设计效率的提高也是指日可待的。因此，作为新时代的室内设计师，一定要有转型的觉悟，才能推进我国室内设计行业的发展。2.3室内参数化的设计模式参数化设计是BIM技术的重要思想，是对目前新兴的设计方法的抽象描述，它包括生成设计、算法几何、关联性模型等核心概念，为多层级高度信息化模型和多专业的[16]设计协同提供了良好的基础。对建筑设计而言，参数化设计为建筑形体和立面的设计提供更多可行的方案，可用于计算复杂的建筑表皮，例如上海中心大厦约13万㎡的外层幕墙的结构系统和立面分隔方式就是运用纯几何学的方法测算出来的。大部分室内设计师对参数化是比较陌生的。对室内设计而言，参数化设计主要可以体现在参数化构件和信息智能化联动两个方面。2.3.1参数化构件的建立每一个室内构件都是由众多参数来定义的。构件之间的差异性由参数的改变表现出来的，如尺寸大小、材质信息、显隐性等。在建筑模型特别是室内模型建立的过程中，建模效率是否高效主要取决于大量室内构件的建立速度快慢。利用参数化设计的方法，我们就可以使构件模型所包含的定量信息“变量化”，当为参数赋予不同数值时，就会呈现出不同形态的构件。以BIM软件中应用较为广泛的AutodeskRevit软件为例，所有图元都是基于“族”的。室内设计中所涉及的构件都可以做成构件族，通过改变参数变量获得各种类的族，能便于设计师提高设计效率。业内有一种有趣的说法：得“族”者，得天下。意思就是说拥有越多的族库，就能在模型建立的阶段取得更多的便利。在室内设计中，很多装饰构件是异形的，这就需要设计师们自定义族来配合项目要求。这是为什么现在行业内催生了“室内族设计师”这个职业。在美国欧文军队社区医院（IrwinArmyCommunityHospital）设计项目中，有一个巨大的旋转楼梯（图2-6），设计师通过BIM参数化设计确定了楼16葛清.BIM第一维度——项目不同阶段的BIM应用[M].中国建筑工业出版社,2013.7P2019n第2章BIM技术与数字化室内设计梯的曲梁、踏步、扶手、栏杆的数据，保证了楼梯的行走便利和安全美观。图2-6美国欧文军队社区医院室内某旋转楼梯的参数化设计Fig.2-6parametricdesignofaspiralstaircaseinIrwinArmyCommunityHospital[17]参数化设计可以推进室内设计的模块化生产。设计师将参数化构件的参数提供给装饰配件厂商，由厂商定制构件后直接在施工现场拼装完成，既增强了装饰构件的可靠性又提高了施工效率。美国著名的林肯表演中心爱丽丝杜丽音乐厅室内改造工程中，项目要求在现有空间的墙体系统中采用新型材料，音乐厅内部采用半透明弯曲的木饰面板作为墙板系统。设计师们通过BIM软件建立室内参数化模型，解决了墙面装饰板材的造型与衔接问题，并将参数化构件数据提供给木业厂商，定制成品直接按照设计进行安装，取得了令人满意的效果（图2-7）。图2-7林肯中心爱丽丝杜丽音乐厅的墙板系统Fig.2-7LincolnCenterAliceTullymusichall’swallpanelsystem2.3.2参数信息的智能化联动所谓信息智能化联动是指“一处修改、处处修改”，这是一种实时的、高效的设计模式。任一视图下发生的构件参数变化都能反应到所有的视图上，由于所有视角的图纸都来源自同一个BIM模型，所有图纸、图表都是相关联的，因此设计师不必一一检视所有视图，一方面减少了出错率，一方面提高了设计效率。例如，图2-8中左边平面视图17BIM对一个室内设计师意味着什么？[EB/OL].筑龙设计联盟http://www.662city.com/shinei/view/2785.html20n第2章BIM技术与数字化室内设计中的门如果移动了位置或替换了新的构件，在右边的三维视图中也会同步变更。[18]关联构件之间的信息逻辑关系也是信息智能化联动的表现形式之一。例如，在BIM模型中删掉某面墙，那该墙面上附着的门窗构件也会随之删除；或调整天花板的高度时，该天花板上的灯具高度也会随之变动。这种参数建模具有双向联系性、即时高效性，及全面传递变动信息的特性，为设计师创造高质量、协调一致、可靠的模型基础，为那些以数据为基础的设计、分析和文档编制过程提供更为便利的方法。图2-8门的智能化联动示意Fig.2-8intelligentlinkageofdoor2.4信息集成的协同设计模式2.4.1信息集成的设计过程在传统的室内设计过程中，不同参与方提供的信息往往不在同一个标准平台上，在设计信息传递的过程中会出现不同软件无法百分百交互的现象，从而造成信息遗漏、规范不匹配等问题。标准化是信息集成的一个重要基础，BIM为设计信息提供良好的集成平台。只有采用信息集成的设计过程，才能达到建立建筑全生命周期的设计目标，让设计信息在建筑的不同参与方和不同阶段进行顺利传递，保证信息的完整性，也方便建设项目的管理。2.4.2协同设计模式的建立协同设计主要强调团队之间或工作个体之间的信息集成和信息共享，通过制定良好的协作机制，及时传递设计信息，保证整个设计过程的连贯性和一致性。2.4.2.1专业内协同设计专业内协同设计主要表现为分工的细化。建筑信息模型的项目中心文件是实时同步18刘烈辉.信息化时代的室内设计---建筑信息模型及其在室内设计中的应用[J].装饰,2010.221n第2章BIM技术与数字化室内设计的，因此如果不区分每个同专业设计人员之间的工作集，那么就容易产生由于沟通不当而造成重复编辑图元的后果，导致不必要的人力浪费和设计冲突。建立协同设计工作集，每个设计人员的本地工作通过局域网访问项目中心文件生成一个用户文件，获取不同的图元编辑权限（如墙体、结构、楼板、轴线、标高等）。系统定时将完成的模型提交到中心文件，同时下载其他团队成员上传的数据。工作界面清晰，任何处于编辑状态的图元所有非编辑者都无法调用。如设计师需要获得非自己负责的图元编辑权限，则需要向有权限的设计师提交编辑申请，通过后才能使用。这种专业内协同设计的工作方式能有效提高项目设计效率,实现设计师之间实时数据共享。2.4.2.2专业间协同设计建筑全生命周期一般可以分为五大阶段——可行性研究阶段；方案设计、初步设计[19]与施工图设计阶段；施工及施工验收阶段；交付使用、管理与维护阶段和销毁阶段。在一个完整建筑信息模型建立的过程中，信息的完善需要多专业的协同包括设计专业、结构专业、暖通专业、电气专业、给排水专业、运营专业等。BIM的信息整合重新定义了设计流程，通过BIM平台，专业间的信息得到可视化共享。在BIM技术中，项目各阶段各参与方都在同一个信息模型中操作，通过上传本地信息和同步中心文件来获得模型信息的更新。这种工作方式为各专业间的协同设计提供支持。BIM模型在每一个阶段积累的信息直接为下一个阶段提供基础，这种集成化模型大大提高了设计信息的共享，有效防止信息缺失和错漏，进一步确保了信息的准确性传达。这为各专业间的协作设计提供底层支撑和信息沟通桥梁，有效地实现了信息交流和[20]共享。同时，专业间协同设计体现在复杂的系统集成上，通过构建协同工作平台、建立协同工作集，各专业设计团队分别建立BIM模型然后进行总体整合（图2-9）。庞大的数据通过分区处理，保证每个设计人员能自如的打开和编辑模型。以实时协同、阶段性协同、三维校审的工作方法，及时解决各种错漏碰缺，提高设计质量。高效的数据管理发挥了计算机平台的巨大潜力，保证了设计时间表的落实和最终成果的完整交付。19梁波.基于BIM技术的建筑能耗分析在设计初期的应用研究[D].重庆大学硕士论文,2014.520孙成双,江帆,满庆鹏.BIM技术在建筑业的应用能力评述[J].工程管理学报,2014.622n第2章BIM技术与数字化室内设计图2-9江苏盛泽科技中心协同设计Fig.2-9collaborativedesignwithJiangsuShengZeTechnologyCenter2.5支持绿色评估的设计模式2.5.1国内外绿色评估体系及室内环境指标面对日益凸显的环境问题，发展绿色建筑已经成为建筑业肩负可持续发展重担的现实任务。世界主要的绿色建筑评估系统有美国绿色建筑协会编写的LEED评估系统、英国的BREEAM评估系统、日本的CASBEE评估系统、澳大利亚的NABERS评估系统等，其中以LEED最有影响力。我国在2006年实行《绿色建筑评价标准GB50378-2006》，主要包括6大指标：1）节地与室外环境；2）节能与能源利用；3）节水与水资源利用；4）节材与材料资源利用；5）室内环境质量；6）运营管理（住宅建筑）、全生命周期综[21]合性能（公共建筑）。可以提供借鉴的评估体系还有中国生态住宅技术评估体系（CEHRS）、绿色奥运建筑评估体系（GOBAS）、生态住宅环境标志认证技术标准（PEH）等。设计师可以通过对照这些绿色建筑评估体系的室内环境质量各项指标来进行室内绿色评估（表2-1）。表2-1三大绿色评估系统室内环境指标内容及权重Table3-1ContentandWeightFunctionofIndoorEnvironmentIndexofThreeGreenEvaluationSystems注：括号前的数字为相关指标数量（包括控制项和得分项），括号内的数字为相应的得分权重LEED-NCBREEAM中国绿建室内环境指标20092008GB50378-2006自然通风2（1）1（1）2（2）室内空气品质室内通风性能新风口与室外1（0）1（0.5）—污染源的最小21李峥嵘,杜璇,狄建国.绿色建筑评估体系对建筑节能管理的启示[J].建筑节能,2007.323n第2章BIM技术与数字化室内设计距离最小新风量1（0）1（0.5）1（0）换气次数2（1）——送风模式1（0）——通风的控制1（0）——室外污染源2（0.5）——吸烟1（0）——VOC的挥发化学污染4（4）1（1）1（1）性室内化学物品1（0.5）—1（0）的控制霉菌的控制1（0）1（0.5）1（0）微生物污染水体质量1（0）1（0.5）—设备清洁1（0）——运营管理二氧化碳浓度1（1）—1（1）监测热湿参数设计管理计划2（2）1（1）1（0）热湿环境室内热湿环境的控制1（0.5）1（1）1（1）被动式设计1（0.5）—1（1）自然采光系数1（1）1（1）1（1）自然采光辅助措施——1（1）光环境人工照明质量—2（2）1（0）人工照明的控制1（1）1（1）—眩光控制—1（1）—室内噪声水平—1（0.5）1（0）声环境隔声性能—1（0.5）2（2）室外视野1（1）1（1）—其他因素空间的开放性——1（1）2.5.2基于BIM的室内绿色评估设计策略室内绿色评估为人居舒适和生态可持续找到平衡点，但设计师很难凭借自己的经验宏观把握绿色评估的复杂度，需要借助相关技术软件进行物理模拟分析，得出可靠数据。现在有很多基于BIM的环境评估软件可以为室内绿色评估提供依据，如IES（IntegratedEnvironmentalSolutions）是一套集成的性能分析软件，并可以无缝连接Revit输出的gbXML（greenbuildingExtensibleMarkupLanguage，绿色建筑扩展标记语言）模型；EnergyPlus是一款能耗模拟引擎，能根据室内物理组成和机械系统（暖通空调系统）分析通风、采光、冷热负荷；AutodeskGreenBuildingStudio可以基于web更快速地分析水耗、碳排放量等数据。通过将BIM模型导入绿色评估软件进行进一步的性能分析，设计师可以得到详细可靠的数据支持，提出支持绿色评估系统的决策（图2-10）。24n第2章BIM技术与数字化室内设计BIM模型（完善信息）建筑信息室外环境MEP数据材料数据质量数据价格数据绿色评估软件（性能分析）热能分析空气质量分析照明分析绿色材料分析设备分析能效分析绿色评估系统（提供决策）根据性能分析获得支持绿色评估系统的决策图2-10基于BIM的室内绿色评估设计策略Fig.2-10indoorgreenevaluationstrategybasedonBIMSOHO中国董事长潘石屹是国内较早推进BIM技术的开发商之一。银河SOHO项目利用BIM能源管理系统，配置了3122个能量计量装置和几乎相同数量的传感器设备，通过互联网将现场的能耗数据上传到云服务器上，再将信息传到节能中心，实现了3D可视化、实施数据、智能管理的全新一代智能楼宇节能管理系统。据统计，SOHO中国节能中心单位建筑面积年综合耗电为51.07kWh/（㎡·a），节能率达到36%，相当于每年减排7633吨二氧化碳。银河SOHO项目不仅满足国家绿色评估标准，还为基于BIM的绿色建筑应用提供了高标准的参照。2.6指导施工的设计模式2.6.1传统离散型设计方式的缺陷好的设计除了需要优秀的设计理念，还需要完美的施工来呈现。可以指导施工的设计才能真正将设计师的意图传达到位。传统的二维管线综合设计图大多只是将各专业的平面管线布置图进行简单的整合与叠加，利用经验性的原则来确定管线的标高和相对位置。由于不同专业的构件、管线、设备等都是按照各团队的思路分开设计的，在空间配置上常会发生设计冲突。这种离散型的设计工作方式会引起信息共享的缺失，从而导致后期施工过程中遇到管线冲突、设备碰撞等棘手的问题，降低了施工效率、增加了工作成本。同时，二维管线综合图纸往往复杂繁乱，难以定位管线标高、无法直观表达管线交叉冲突的问题（图2-11）。25n第2章BIM技术与数字化室内设计图2-11某高层酒店室内机电综合管线图Fig.2-11indoorelectromechanicalintegratedpipelinemapofahigh-risehotel2.6.2设计为施工提供前瞻性预测利用BIM技术，模型均按照真实尺度构建，相当于进行一次虚拟施工，设计师在设计阶段就能前瞻性地发现管线冲突并加以修改，提升设计质量。利用碰撞检测软件可以测试模型本身的逻辑与空间关系，扫描出模型中重叠或冲突的图元，导出碰撞检查报告。如某地下车库的管线空间布局检测（图2-12），通过模拟车行路线，及时调整管道标高，这样就能在施工之前避免人为错漏碰却，最大化解决碰撞冲突问题。常用的模型碰撞检测软件有ModelChecker、AutodeskNavisworksManage等。图2-12某地下车库管线空间布局检测Fig.2-12testingofpipelinespacelayoutinundergroundgarage设计施工的前瞻性预测使BIM技术指导施工更为精准。传统的工程项目建设流程26n第2章BIM技术与数字化室内设计中，设计机构创建的工程信息，主要是为其自身的设计阶段服务。事实上，即使提供了电子版的设计图纸，由于没有实现技术参数的集成化管理，也无法很好地为其他机构所使用。而使用BIM技术建立建设工程信息模型，就能够将设计成果准确、完整地交付给施工机构。在3D模型中，室内构件都有明确的数据信息，管线布置、预留孔位置、构件尺寸等都已经在虚拟环境中进行仿真实验。因此在施工时，只需按照既定数据实施，便能得到事半功倍的效果（图2-13）。图2-13某项目消防泵机房BIM模型与实际工程对比图Fig.2-13comparativechartofBIMmodelandtheactualprojectoffirepumproominaproject2.6.3云技术助力BIM指导施工云技术（CloudTechnology）和BIM技术一样是近年来信息技术高速发展的产物，它通过网络将庞大的计算处理程序自动拆分成无数个小型子程序，再交给由多部服务器所组成的庞大系统计算分析处理后将结果反馈给用户。BIM技术与云技术的结合，可以把信息模型的利用度提高多个层次。将模型信息、工程资料上传到云空间后，无论是设计师、现场施工监理人员还是身在异地的业主都可以通过联网的计算机、手机、平板电脑终端进行快速查阅和批注，实时地查阅分级的工程文件。2014年bSI（buildingSMARTinternational）将年度最佳互操作性奖（bSI’HeroesofInteroperability’award）颁给了挪威奥斯特福的一个新建医院项目。项目在施工阶段采用了先进的施工移动设备RENDRAO（https://www.rendra.no/），该设备提供一个综合性可访问的BIM平台，完整呈现设计信息。施工人员在移动设备上就能清晰了解室内施工情况，大大提高了施工效率（图2-14）。27n第2章BIM技术与数字化室内设计图2-14挪威某新建医院项目利用BIM模型指导施工Fig.2-14anewhospitalprojectusingBIMmodeltoguidetheconstructioninNorway2.7辅助管理的设计模式2.7.1辅助造价管理工程造价、装饰预算等涉及资金款项的问题一直都是业主最为关心的利益重点。北京清华城市规划设计院结构总工程师王兴曾说：“设计阶段是控制工程造价的关键，工程建设项目的设计费通常虽仅占全工程建安成本的1%～3%，但设计决定了建安成本的[22]三分之二以上。”在传统室内设计的成本预算中，预算员通常采用三种方式：对照图纸进行手工计算成本、把纸质设计图进行数字化归档整理统计，或将电子设计图纸导入预算软件中进行测算。无论采用以上哪种方式，既耗费大量时间精力，又增加了出现人为错误的概率。参数化作为BIM最大的特点，使工程算量变得更加容易，为项目造价的有效性控制带来便利。利用建筑信息模型，设计信息一览无余。模型中所有室内装修构造、配件、门窗、家具、材料等信息都能直接导出明细表（图2-15），包括数量、价格、厂家信息等，形成清晰的统计清单。即使出现设计变更时，模型中的预算信息也会关联变化，一方面为预算员减轻了工作量；另一方面，预算员也可以将设计变更后的造价反馈给设计师，让他们清楚了解到设计变动对成本的影响，发挥限额设计的价值。由于工程造价相对准确，为业主降低了不可预见的额外支出比率，提高资金使用效率。22何关培.BIM总论[M].中国建筑工业出版社,2011.5P11128n第2章BIM技术与数字化室内设计图2-15某灯具明细表Fig.2-15ListofLamps2.7.2辅助运营管理对管理来说，运营维护过程中累积的信息数据具有重要价值，可以通过数据来分析当前存在的问题和隐患，也可以通过数据来优化和完善现行的管理制度，从而为整个建筑和室内创造更好的人居条件。澳大利亚著名的悉尼歌剧院利用BIM技术进行运营管理（图2-16），包括能耗分析、房间属性、设备管理、清洁历史统计等。BIM已经成为悉尼歌剧院运营管理的核心工具。图2-16悉尼歌剧院利用BIM技术进行运营管理Fig.2-16SydneyoperahouseusingBIMtechnologyforitsoperationmanagement29n第2章BIM技术与数字化室内设计现阶段国内利用BIM技术应用实例普遍集中在设计阶段和施工阶段，辅助运营管理的项目还不是很多，这大大浪费了BIM技术可以产生的效益。2013年，SOHO中国将基于BIM的物业管理系统引入旗下项目。这套基于BIM的高效管理系统将空间信息与实时数据融为一体，物业管理人员可以通过3D平台更直观、清晰、实时地了解楼宇信息（图2-17），包括机械通风系统、温度监测系统、垂直交通系统、照明系统、水力平衡系统等，实现3D能效管理平台向BIM运营管理平台的成功转型。图2-17SOHO基于BIM的物业管理系统Fig.2-17SOHOpropertymanagementsystembasedonBIM我国BIM在运营方面的应用还相对不太成熟，主要原因是国内建筑市场还没有欧洲发达国家那么成熟，还没有一套完整的体系规范和健全的行业信息。同时，基于BIM的软件平台暂时还没有足够多的符合中国国情的构件族库，对各种装饰材料、设备、家具等室内构件的信息库还不完善。事实上，将建筑信息模型投入运营阶段是BIM的终极目标，也是体现BIM巨大价值和效益的阶段，这将会成为未来规范和完善中国BIM市场的一个重点。2.8本章小结数字化技术的发展为室内设计带来新的血液。BIM技术引发一种创新性的设计、施工、管理模式，已成为毋庸置疑的行业潮流。传统计算机辅助技术如CAD、CAE、PDM等，主要着眼于工程的某个阶段或几个阶段，并没有站在建筑全生命周期的角度上全盘考虑，或者说没有足够的技术能力掌控全局。对于BIM技术来说，则更加关注整个建筑项目的全过程，并且相应地提升整个项目得各个环节的效益值。30n第2章BIM技术与数字化室内设计基于BIM技术开发的三维设计软件为室内设计师们提供了可视化的信息集成平台，使专业间信息传达更为直观。参数化设计和协同设计有效提高了设计师的设计速度，保证设计质量和进度。同时，基于BIM的绿色评估软件为设计师在考虑可持续设计时提供可靠的数据支持。在指导施工方面BIM能使设计师在设计阶段预见性地掌控施工阶段会遇到的问题，及时解决，提高施工效率。在辅助管理阶段，通过信息模型输出明细表能有效控制工程造价；BIM还为运营管理提供高效的平台。众多实例证明BIM技术对数字化室内设计的发展起到推动的作用，是未来室内设计发展的方向。BIM技术是时代发展的必然，它的稳步发展必将对行业信息化发展有着重要意义。我国的BIM技术发展虽然和欧美发达国家还有一定的距离，但中国的BIM时代已经来了，未来一定能迎头赶上。31n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析3.1引言人居环境是人类进行工作劳动、生活居住、社交娱乐等行为的室内空间场所，是影响人类健康发展的重要环境。世界卫生组织曾发布一组数据：人一生中平均80%时间在各种室内环境度过，因此室内人居环境的品质提升是提高人类生活水平的一大指标。通常建筑性能可以分为三个部分：一是建筑的力学性能（MechanicalPerformance），如静力、动力、弹塑性等；二是指建筑的生态性能（EcologicalPerformance），如日照、通风、舒适度、噪声、照明、气密性与能耗、空调系统等；三是建筑其他防灾的性能（Disaster[23]preventionPerformance），如防水、防火、防毒等。近年来，无论是公共建筑还是居住建筑，生态性能正在成为决定其内在价值与可持续发展的关键性综合指标。我国《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）、《住宅建筑规范》（GB50368-2005）、《住宅设计规范》（GB50096-2011）、《办公建筑设计规范》（JGJ67-2006）、《城市居住区规划设计》（GB50180-93）等重要规范都对室内环境的日照、采光、照明、自然通风、噪声和隔声、室内空气污染等方面提出要求。在满足人们使用功能的前提下，寻找室内舒适度、绿色节能、环境可持续发展之间的平衡点成为设计师需要考虑的室内人居环境生态性能的关键问题，室内人居环境生态性能分析已逐渐成为BIM技术相当重要的应用研究方向之一。随着建筑的复杂程度逐渐提升、室内格局变得更活跃、更自由，设计师仅凭已有的设计经验很难宏观把握室内人居环境生态的复杂程度。因此，在条件复杂的、不确定性存在的情况下，BIM技术可以有效且准确地对实地情况进行物理模拟分析，从而帮助设计师做出正确的判断并及时修改设计方案。本章分别对基于BIM的室内日照分析和采光模拟、空气质量分析、声环境分析、室内照明分析、视线分析、绿色节能分析进行论述、提出实施策略，并整理国内若干实际案例加以说明。3.2室内日照分析和采光模拟3.2.1室内日照和采光的重要性高品质人居环境一直是人们不断追求的目标。日照和采光是影响人居环境的重要因[24]素。例如，在我国纬度较高的北方，日照时间相对较短，室内日照和建筑密度的关系就显得尤为重要；而在医院、养老院等疗养建筑内，充足的阳光具有杀菌消毒和促进人体健康的作用；研究日照和建筑的良好关系，可以在夏季有效避免过度的室内日晒，又可以在冬季提高室内温度。因此对建筑开发商来说，日照情况的好坏一定程度上决定了房屋的价值。而良好的采光不仅是室内环境一个重要的美学因素，还减少人工照明的23葛清.BIM第一维度——项目不同阶段的BIM应用[M].中国建筑工业出版社,2013.7P3424何波.BIM建筑性能分析应用价值探讨[J].土木建筑工程信息技术,2011.932n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析能源损耗。我国《建筑住宅规范》（GB50368-2005）中明确规定了住宅日照标准（图3-1），使日照指标得到从定性到定量上的转变。图3-1住宅建筑日照标准Fig.3-1InsolationStandardforResidentialBuildings3.2.2基于BIM的室内日照分析应用策略结合各地日照数据及日照标准，将BIM模型信息数据导入日照模拟软件，以仿真手段模拟建筑周边环境、计算真实日照数据、得到日照报告，从根本上完成“定量”的目标，对日照、光环境、热环境等方面进行精确的集成模拟和分析。以此为基础，我们可以计算合理的建筑间距，针对日晒过度的建筑设置遮阳板进行设计优化，利用太阳辐射数据[25]制定太阳能节能方案、实现可再生能源的最大化合理利用等。常用的日照模拟软件有SUNLIGHT、IES（IntegratedEnvironmentalSolution）、Radiance、Ecotect、Daysim、AutodeskProjectVasari等。以下是基于BIM的室内日照模拟分析策略：表3-1基于BIM的室内日照分析应用策略Table3-1BIM-basedAnalysis&ApplicationStrategyforIndoorSunlight日照轨迹分析日照间距计算建筑适宜间距测算、建筑立面有效日设计阶段日照时间计算照评估、遮阳板的设置优化、太阳能采集等热辐射分析节能分析运营阶段动态监测实时监控建筑日照情况制定优化方案以下是由中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所研发的，一款基于三维图形平台25张雷,姜立,叶敏青,于贵友.基于BIM技术的绿色建筑预评估系统研究[J].土木建筑工程信息技术,2011.333n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析的日照分析软件——Sunlight提供的日照分析支持图（图3-2）。Sunlight软件以三维模型作为分析数据依据，严格按照国家及各地区有关日照的相应规范和标准，采用《建筑设计资料集》太阳位置计算公式、日影原理、光线返回法、阴影轮廓法等技术，提供日[26]照基本计算数据设置和日照计算方法,可进行建设前后窗上或任意空间点上的日照情况比较，建设前后窗可以自动统计不满足窗和户，并以表格形式输出日照分析报告。a)日照参数标准设置b)建设前后不符合日照要求的窗数及户数统计a)standardsforsunshineparameterb)statisticsofwindowsandhouseholdsundertherequirementofsunlightbeforeandaftertheconstructionc)瞬时日照渲染d)天空散射热计算c)instantaneoussunshinerenderingd)theskyscatteringheatcalculatione)玻璃幕墙反射计算f)遮阳板形状分析e)glasscurtainwallreflectionscatteringheatf)visorshapeanalysiscalculation图3-2日照分析软件Sunlight提供的日照分析支持Fig.3-2thesunshineanalysissupportprovidedbythesunshineanalysissoftwareSunlight26卢敬彦.太阳能通风技术研究实验[D].重庆大学硕士论文,2008.1034n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析3.2.3基于BIM的室内采光模拟应用策略我国《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）分别对住宅建筑、教育建筑、医疗建筑、办公建筑、图书馆建筑、旅馆建筑、博物馆建筑、展览建筑、交通建筑、体育建筑和工业建筑制定了相关采光标准值，量化了侧面采光的采光系数和室内天然采光照度的基本要求。以下是基于BIM的室内采光模拟策略：表3-2基于BIM的室内采光模拟应用策略Table3-2BIM-basedIndoorLightingSimulationApplicationStrategy采光材料性能门窗材料和数量优化、评估室内各房采光计算设计阶段间采光有效进深、采光方向、寻找采室内采光质量评估光与遮阳、照明的平衡点采光节能实时监控建筑室内采光情况并制定优运营阶段动态监测化方案将BIM模型导入采光分析软件中，对采光门窗进行编号，并添加门窗类型、采光系数、材料透射比和反射比等信息；对照采光设计规范设置房间类型属性；对室内采光区域进行采光模拟并分析，得出采光评估报告。根据评估反馈，设计师可以及时调整门窗的尺度和位置、选择合适的采光门窗、进深较大区域加设反光板来改善采光、合理利用采光节能进行照明设计等。a)添加采光门窗类型和材料信息b)室内采光区域分析b)indoorday-lightingareaanalysisa)addday-lightingwindowtypeandmaterialinformation35n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析c)某房间的采光评价d)导出采光报告c)day-lightingevaluationofaroomd)exportday-lightingreports图3-3采光计算分析示例Fig.3-3exampleofday-lightingcalculationanalysis3.3室内空气质量分析3.3.1室内空气污染来源作为生命四要素（阳光、空气、水、食物）之一，空气的重要性可见一斑。世界卫生组织曾发布一篇健康报告，报告中的数据表明长期处于空气污染的室内中会增加呼吸道疾病、慢性肺病等疾病的发病率。有专家认为“室内空气污染”正成为“煤烟型污染”、“光化学烟雾型污染”之后的第三阶段空气污染，实在是令人堪忧。影响室内空气质量的污染来源（表3-3）有两个方面：室外污染物和室内环境本身的污染物。表3-3室内空气污染来源Table3-3IndoorAirPollutionSources污染源主要污染物危害烟尘、二氧化硫（SO2）、氮氧化工业排放物（NOx）、颗粒物（PM）烟尘、一氧化碳（CO）、二氧化室外污染物汽车尾气硫（SO2）、碳氢化合物（HC）、含铅（Pb）物质房基地氨、氡、放射性核素室外动植物有机物、致病微生物刺激眼睛，引发呼吸道建筑及装修材料苯、二甲苯、甲醛、氨、氡疾病，传染疾病，致癌挥发性有机物、二氧化硫（SO2）、厨房油烟氮氧化物（NOx）室内污染物人及宠物的呼出物及二氧化碳（CO2）、致病微生物、分泌物挥发性有机物焦油、芳香烃、氮氧化物（NOx）、香烟及蚊香燃烧一氧化碳（CO）、36n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析3.3.2基于BIM的室内空气质量研究应用策略为了提高实际工程完工后的室内空气质量，我们在项目设计阶段利用BIM技术进行模拟研究：从自然通风仿真、装饰材料的选择及优化、绿色植物的分布规划这三个方面着手，在BIM建模软件中把项目建筑模型及周边环境的基本体量模型建立起来，搜集整合装饰材料信息和绿色植物净化空气的研究数据。以下是基于BIM的室内空气质量的研究策略：表3-4基于BIM的室内空气质量研究应用策略Table3-4BIM-basedResearchandApplicationStrategyforIndoorAirQuality风压分析、风速分析、减少室外空气自然通风仿真龄、优化通风口、空调系统计算室内VOC含量优化装饰材料的设计阶段装饰材料的选择及优化选择植物吸收空气污染物数值测算、分布绿色植物分布规划规划对空气净化的影响温湿度控制实时监控室内温湿度及对空气污染运营阶段VOC动态监测物、反馈并制定控制方案3.3.2.1自然通风仿真对室外来说，近年来我国空气质量日益下降，雾霾、沙尘暴等灾害性天气频发。尤其在城市中，建筑尺度、外立造型、方位朝向都是影响建筑外部空气自然流动的客观因素。只有建筑外部空气质量达标，室内空气质量才能有所改善。我们可以通过减少室外空气龄的时间来改善室外空气质量。对室内来说，自然通风能有效产生对流的空气，促进排出室内沉积的污浊气体，从而满足人们对健康环境的追求。同时，在炎热的夏季，良好的自然通风能带走建筑物的热量，减少冷负荷，达到一定程度的节能作用。利用BIM模型信息数据，设计师在设计阶段就能将室内自然通风仿真考虑周全。将BIM模型导入风环境模拟软件进行通风仿真，将分析结果通过可视化的动态模拟的方式表达出来，从而有效解决室内自然通风问题，为人类健康生活提供美好的室内环境。例如，通过调整建筑室内布局、门窗及通风口位置、尺寸等，在物理层面为空气流通提供有效流场；或通过对通风换气系统的布局、室内绿色装饰材料的控制等手段，进一步降低室内空气滞留、空气污染的隐患。常见的风环境模拟软件有Phoenics、FLUENT、Airpark、EcotectWinair、VENT等。下图为某生态新城低碳体验馆的风环境模拟分析图（图3-4），将模型导入Phoenics软件进行实物风环境模拟分析。经过分析，长约250多米的条形建筑体容易导致建筑周边风速突变和局部死区，不利于形成良好的室外风环境，因此采取曲面形式改善室外通风；另一方面，通过缩小室内进深的方式，缩短空气在室内的流动距离，减少空气滞留时间，有效改善室内自然通风。37n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析a)某生态新城低碳体验馆效果图b)风环境模拟分析模型a)designsketchoflowcarbon-experiencingb)windenvironmentsimulationmodelpavilioninanewecologicalcityc)建筑迎风面风压d)建筑背风面风压c)windwardsidewindpressureofthebuildingd)leesidewindpressureofthebuilding图3-4某生态新城低碳体验馆风环境模拟Fig.3-4windenvironmentsimulationoflowcarbon-experiencingpavilioninanewecologicalcity3.3.2.2装饰材料的选择优化挥发性有机物（VOC，VolatileOrganicCompound），是指沸点在50℃～250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以空气形式存于空气中的一类有机物[27]，具有毒性、刺激性和致癌性。长期暴露在高浓度VOC环境中会对人体产生严重危害。在室内装饰过程中，对总挥发性有机物（TVOC）浓度的影响因素主要来自胶粘剂、油漆、涂料、着色剂、人造木板、水性处理剂等。我国《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325-2001）中对室内空气TVOC的限量有明确标准，成为评估室内空气质量是否合格的重要指标。利用BIM模型，我们可以建立装饰材料数据库，将各种材料的有害物质含量作一个清晰的列表。同时，在BIM模型的墙面装饰中添加材料信息，利用统计功能计算出室内VOC含量。对照相关评估规范，我们可以优化装饰材料的选择，既可以保证不影响设计效果，同时又能降低室内VOC含量。例如，在某个办公楼的封闭会议室的室内设计中，设计师在方案设计时选用了欧松板，符合《绿色建筑设计标准》中推荐使用的利废材料，通过BIM技术的模拟计算，大面积使用后，在未开启空调通风的情况下，27百度百科[EB/OL].http://baike.baidu.com/38n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析室内空气质量指标不理想，于是改用外观效果类似的麦秸板，在模拟计算后空气质量指标显著改善。3.3.2.3室内绿植分布规划在室内摆放绿色植物，既能起到美化环境的作用，又能有效吸收有害气体。以下是部分适合室内种植植物的名单及功能列表：表3-5部分适合室内种植植物及功能Table3-5SomeIndoorCultivationSuitablePlantsandItsFunctions植物类别功能吊兰、龙舌兰、芦荟、常春藤、虎尾兰、波斯顿蕨吸收甲醛棕竹、天门冬吸收重金属铁树、常青藤、吊兰吸收苯万年青、雏菊、龙舌兰吸收三聚乙烯月季、散尾葵、绿萝、富贵竹等大叶植物吸收二氧化碳、二氧化硫等气体仙人球或仙人球、宝石花等多肉植物抗辐射兰花、滴水观音、玫瑰、文竹、桂花、常春藤滞尘除尘君子兰、金钱树、昙花、文竹杀菌消毒研究表明，一盆吊兰在8-10㎡的房间内就相当于一个空气净化器，能分解苯、吸收空气中85%的甲醛、95%一氧化碳及香烟烟雾中的尼古丁等有害物质；一盆芦荟在24小时照明条件下可消除1㎡中90%的甲醛，还能吸附灰尘，对净化室内空气有很大作用；一盆常春藤能消灭8-10㎡房间内90%的苯，每平方米常春藤叶片能吸收甲醛1.48毫克，甚至能吸纳连吸尘器都难以吸到的灰尘，10㎡的房间只需放上两盆常春藤就可以起到空气净化的作用。我们可以通过研究单位面积内植物对空气中有害物质的吸附数据，得到相应的数据信息。结合这些数据，我们就可以在BIM模型中研究室内绿色植物的配比及分布，有针对性的选择室内绿化植物，提出植物净化空气的设计方案，营造一个绿色健康的室内空气环境。3.4室内声环境分析室内声环境不仅关系到使用人群的舒适体验，更对人们的健康产生影响。恶劣的室内声学环境对基本听力、语言交流、休息睡眠、心脏功能、儿童发育等方面有许多不利影响。《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中把超过国家规定的环境噪声排放标准，[28]并干扰他人正常生活、工作和学习的现象称为环境噪声污染。室内噪声的主要来源有室外噪声辐射和室内声源。我国《中国人民共和国城市区域噪声标准》、《建筑隔声评价标准》（GB/T50121-2005）、《声环境质量标准》（GB3096-2008）、《社会生活环境噪声排放标准》（GB22337-2008）、《民用建筑隔声设计规范》（GB50118-2010）、《声环境功28纪玉玲,江婷.控制噪声创造宁静[J].中国疗养医学,2004.1039n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析能区划分技术规范》（GB/T15190-2014）均对声环境评价提供参考，并明确规定了城市五类区域的环境噪声最高限值（图3-5）。《城市区域环境噪声测量方法》（GB/T14623-93）中明确规定，在室内空间进行噪声测量时，室内噪声限值必须低于所在区域标准值[29]10dB。图3-5城市五类区域噪声限值规定Fig.3-5NoiseLimitStipulationsforFiveAreasoftheCity3.4.1基于BIM的室内声环境分析应用策略计算机声环境模拟的优势在于，将BIM模型导入声环境模拟软件后，能够在短时间内得到精准的声环境评估报告，在方案阶段指导声环境的设计和优化，避免声缺陷或环境噪音干扰。例如：如何避免道路或人群活动较多的广场、娱乐场所对居住区的噪声干扰；如何使影剧院中每个方位的观众席都能获得良好的音质效果；如何在火车站、地铁站等人员众多的嘈杂声环境中让旅客听清广播通知等。利用BIM技术，将模型数据导入声环境模拟软件进行环境模拟，包括声源的确定、声场边界条件的界定等，建立声线数量和声音强度之间的数量关系，计算声音的强度对[30]建筑环境的影响，将听觉研究的分析计算结果以可视化的方式呈现出来，便于进行下一步的设计优化分析。根据室内声环境评估，我们可以对受噪声影响的室内进行设计调整，如调整窗户方向避免噪声直线传播；或对装饰材料的选择进行优化，如选择双层玻璃、隔声楼板、吸音材料。通过房间内部装修的变化、装饰材质的变化来预测室内声学质量，对室内声环境改造方案进行可行性的对比预测。常用的声环境模拟软件有29王建华.浅谈多联式空调系统室内机的噪声问题[J].中国新技术新产品,2011.630张雷,姜立,叶敏青,于贵友.绿色建筑预评估系统相关技术的计算机实现[J].第六届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集,2010.340n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析RAYNOISE、SoundPLAN、Odeon、RAMSETE、AutodeskEcotect、Cadna/A等。以下是基于BIM的室内声环境分析策略：表3-6基于BIM的室内声环境分析应用策略Table3-6BIM-basedAnalysisandApplicationStrategyforIndoorAcousticEnvironment室外噪声计算室内声环境评估（混响时间、回声、提供隔声隔振方案、降噪吸声的装饰设计阶段共振、语音清晰度、扬声系统、噪材料选择、调整声学结构的方案对比、声遮蔽系统等）扬声器定位、设置声障降噪方案优化实时监控建筑室内噪声并制定优化方运营阶段动态监测案3.4.2突出听闻功能的室内声环境分析对于以听闻功能为主的场所如教室、电影院、报告厅等室内环境而言，排除室外杂声、提供良好的室内声学环境是评价设计好坏的重要因素。我国《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》（GB/T50356-2005）对这些建筑的噪声控制提出了明确的要求。这些以听闻为主要功能的室内环境通常对声音品质有着严格的要求，很多声音效果无法通过设计师的主观经验来判断，需要进行严格的计算机声学参数仿真计算，BIM技术为此提供良好的技术支持。黑龙江市大庆市大剧院利用声环境模拟分析解决了设计与功能的平衡问题（图3-6）。在设计阶段，设计师将观众厅顶棚设计为平面顶棚，并安装有巨大的灯环，其艺术目的在于突出石油城能源照亮世界的主题。然而，平形顶棚对室内声音反射的均匀度是有负面影响的。为了解决室内设计艺术形式与声环境品质之间的矛盾，清华大学建筑物理实验室专门进行了1:10音质缩尺比例模型测试，并用RAYNOISE声学软件进行计算机模拟分析。结论是，通过合理的在台口上方布置三段式跌落顶棚、在观众厅顶棚上布置部分吸声材料和部分反射材料，在墙面做合理的吸声反射和扩散设计，可以获得良好的声[31]学效果。通过合理的声学设计，基本解决了声音反射不均匀的问题，观众席主要区域声场分布不均匀度在5dB以内，满足声学设计一级标准（6dB以内），无声场缺陷。31赛尔静官网[EB/OL].http://www.shengxuecailiao.com/news/xw172.html41n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析a)安装巨大灯环的平面顶棚设计b)大剧场建筑模型的建立a)planeceilingdesignofinstallingthehugelampb)buildingofGrandTheaterBuildingModelringc)大剧场观众席500Hz声压级分布图d)大剧场观众席语言清晰度指标D50c)500hzsoundpressureleveldistributionchartofd)D50speecharticulationindexofgrandtheatregrandtheatreauditoriumauditorium图3-6大庆市大剧院声学分析Fig.3-6acousticanalysisofDaqingCityGrandTheatre3.5室内照明分析3.5.1室内照明分析的必要性我们日常生活和工作都离不开室内照明。室内照明设计已经成为室内设计中非常重要的一环，既要注重照明作为室内空间的基本功能之一，又要注重照明对室内环境所产[32]生的美学效果以及心理效果。同时，还要避免室内照明光污染的不良影响。研究表明过分的光亮及装饰面的光反射会伤害眼睛，导致视力下降、增加白内障发病率。除此之外，现代照明设计还要考虑能源的可持续发展。有研究统计，我国照明耗电量占全年发电总量的十分之一以上（超过100亿kW﹒h）。尤其在某些照明时间长、照明场所多的[33]场所如医院、机关单位和学校，照明耗能几乎超过本单位所有耗电的五分之二以上，大大浪费了能源利用率。32余学伟.论室内照明设计与光环境艺术[J].重庆三峡学院学报,2005年第4期第21卷33朱则刚.现代智能照明的控制系统[J].光源与照明,2007.942n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析因此，良好的自然采光设计和人工照明系统就成为了降低照明能耗的关键。我国《民用建筑电气设计规范JGJ/T16-2008》中明确规定，在进行照明设计时，应根据视觉要求，作业性质和环境条件，通过对光源、灯具的选择的配置，使工作区或空间具备合理的照[34]度、显色性和适宜的亮度分布以及舒适的视觉环境。为满足视觉适用性的要求，照明设计应符合我国《建筑照明设计标准GB50034-2013》中的规定。3.5.2基于BIM的室内照明分析应用策略基于数字化技术的光环境模拟是可持续建筑设计的重要技术手段。通过建成前对建筑模拟和分析，预见可能出现的各种问题和不足，并有针对性的进行改进。室内照明应考虑自然光的利用，优良的采光不仅提高室内视觉舒适度，还能减少照明能源的浪费。利用BIM模型数据，我们可以进行建筑室内自然采光模拟研究。在建筑周边环境影响下，通过调整建筑布局、优化饰面材料、选择可见光透射比的外窗等，根据模型数据得[35]出改善室内自然采光效果的方案对比，并依照采光效果反馈调整室内布局布置。同时，根据不同类型、数量的照明设备的参数信息，利用照明软件进行室内空间三维照度计算和照明模拟，依据不同照明方案的能耗计算结果优化照明布局形式，达到基础照明、重点照明、装饰照明的和谐，从而获得良好舒适的高质量照明效果，避免眩光、阴影等不良光环境。常用的照明分析软件有Ecotect、DIALux、AGI32等。以下是基于BIM的室内照明分析策略：表3-7基于BIM的室内照明分析应用策略Table3-7BIM-basedIndoorLightingAnalysisandApplicationStrategies照明设计电气设备族的完善可视化照明设计方案、电气设备统计、设计阶段节能方案对比照明计算与渲染照明节能实时监控建筑室内照明并制定优化方运营阶段动态监测案3.6室内视线分析3.6.1基于BIM的室内视线分析应用策略室内视线分析可分为两类考虑，一类是针对如剧场、影院、室内赛场等突出视觉功能的场所，也就是室内各视点对室内某区域的视线效果分析；一类是室内视野分析，也34李娟,徐四元.某高层商住楼的配电和照明系统设计简介[J]智能建筑电气技术,2012.835佟曾,王代兵.BIM在建筑绿色节能设计中的应用探讨[J].辽宁经济,2013.1143n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析是就是室内各视点对室外环境的可视度分析。利用BIM模型来进行室内视线分析的最大优点就是真实还原场景并提供高效、科学的评估依据。以下是基于BIM的室内视线分析策略：表3-8基于BIM的室内视线分析应用策略Table3-8BIM-basedIndoorSightAnalysisandApplicationStrategies突出视觉功能的场所座位排布与视线效果分析设计阶段室内视野分析室内任意视点对目标景观的可视度分析3.6.2突出视觉功能场所的视线分析针对突出视觉功能的室内场所，设计师需考虑到每个座位的观看效果。珠海歌剧院项目正式利用BIM技术实现参数化的座位排布及视线模拟（图3-7）。设计师可以通过人体模型模拟视线，根据剧场内每个座位的视线效果，对座位方向、高度、间距、尺寸进行合理调整。最后，依靠BIM技术完成了1550个座位的视线模拟，为剧院座位排布提供了最佳方案，提高了整个设计效率。图3-7珠海歌剧院室内视线分析模拟Fig.3-7interiorviewanalysissimulationofZhuhaioperahouse3.6.3室内景观视野分析室内景观视野分析是指室内各视点对室外环境的可见程度。现代室内景观不仅仅局限于室内空间，它依附于建筑、景观与室内，作为它们之间相互联系与融合的过渡，协调和柔化三者的关系，为封闭的室内带入自然的气息，从而美化室内环境、营造空间气氛。利用景观窗将室外景观引入室内空间、提高室内景观可视度，可以达到创造亲和自然的空间、柔化界面、提高空间品质、丰富精神审美、辅助户型定价的功能。影响室内视野的因素包括景观窗的尺寸和位置、房间的布局、建筑层高等。LEED要求至少90%主要室内使用空间可以用过外窗直接获得室外视野。44n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析在BIM模型中，我们可以通过创建场地、细化建筑室外景观模型，在任意室内景观窗前设置相机，根据景观的可视度调整景观窗的位置和大小，达到最理想的景观引入效果。当然，这种以“点”的评估方式工作量较大，我们可以将这些向景观方向看的视点串联起来，创建虚拟漫游路径，达到所见即所得的感观体验，更全面科学的评估。除了从内向外看，我们还可以通过“反视线”的方法，通过精确定位BIM模型和环境景[36]观之间的空间关系，从价值较高的景观反向计算出建筑立面各窗口对该景观的可视度。图3-8是一个利用Ecotect软件进行某办公室内可视度分析的案例：a)设置分析网络b)显示分析网络a)setupanalysisnetworkb)showanalysisnetworkc)计算设置d)可视度分析结果c)calculatesettingsd)visibilityanalysisresults图3-8室内可视度分析Fig.3-8indoorvisibilityanalysis3.7本章小结随着能源紧缺、环境恶化等影响人们生活的问题逐渐凸显，室内人居环境生态性能的可持续设计越来越受到大众关注，逐渐成为现代室内设计的重要要求。基于BIM的建筑性能分析已经成为当今计算机辅助建筑设计应用的一个重要方面。BIM技术能为室内人居生态性能分析提供最好的支持为了获取相关的建筑物理环境数据，设计师通常采用三种办法：现场实测、模型试36何波.BIM建筑性能分析应用价值探讨[J].土木建筑工程信息技术,2011.945n第3章BIM技术与室内人居环境生态性能分析[37]验、计算机模拟。现场实测需要大量人力物力，且受建筑形体限制可能难以获得准确数据；模型试验成本往往很高，且受模型比例限制，计量不一定精确；相对于前两者，计算机模拟的优势在于可以完全模拟真实环境，设计效率高、实验成本低，还可以进行多方案模拟比较，提供改进方案的可靠数据。BIM技术的一个重要优势就是可以将所有信息集成到一个建筑模型上，从而方便建立一系列基于BIM模型的研究策略，大大提高了工作效率。以AutodeskRevit为例，Revit支持输出专为绿色建筑设计与评估而定义的gbXML格式，为不同专业应用提供了一致的数据应用接口，最大程度提高了模型的应用深度。BIM技术对室内人居生态性能的分析提供平台，为室内设计师在方案设计阶段进行可持续化设计的决策提供准确的数据支持，有助于绿色室内的发展。同时，提高室内人居生活品质，不仅有利于消费人群，也能从一定程度上辅助定价，为业主带来更多的商业利益，乃双赢之举。37高辉,刘辉.计算机模拟辅助建筑与环境设计技术[J].中国科技论文在线46n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.1引言4.1.1办公建筑室内设计的新格局办公建筑是公共建筑中一个非常重要的建筑类别，一般指专门用来处理办公业务或[38]提供办公、会议等使用功能的建筑物。办公建筑室内空间主要由办公空间（办公室、会议室）和公共空间（走道、电梯、卫生间等）组成。我国《办公室建筑设计规范》(JGJ67-2006)对办公建筑设计、防火设计、室内环境、建筑设备有一定的要求和规范，诣在打造一个安全、卫生、舒适的办公环境。如今，办公建筑室内设计迎来新格局，主旋律不再是千篇一律的传统、枯燥的办公室内，人们逐渐开始对办公建筑室内空间的形态、功能、品质提出更高的要求。越来越多的企业也开始注重打造办公环境“人文化、智能化、生态化”，为办公建筑室内设计增添新的活力，为企业员工营造更放松惬意的办公环境，从而舒缓工作压力、激发创造力、提高工作效率。同时，办公环境在一定程度上可以体现企业文化，尤其在国内信息化高新产业，如腾讯（图4-1）、百度、阿里巴巴等企业的办公建筑中，室内设计的多元化更是可见一斑。图4-1腾讯科技北京办公楼室内设计Fig.4-1interiordesignofTencentTechnologyofficebuildinginBeijing4.1.2室内设计师面临新挑战在此类新型办公建筑室内设计中，设计师面临的挑战无遗是空前艰巨的，主要包括以下几个方面：1）人性化——各种概念性主题空间的设计；2）设计感——企业文化的渗透设计、异形装饰构件的设计；3）便利性——活跃、快捷的交通流线设计；4）科技化——智能化系统规划、智能运营维护；5）可持续——环保材料的选择和运用、节能系统、室内绿化等。贯穿建筑全生命周期的BIM技术为这类设计项目提供高效平台。在BIM技术中，模型是基础、信息是关键。作为支撑构建整个3D模型的数据库，贯穿建筑全生命周期38刘勇.办公建筑内部空间构成设计研究[J].哈尔滨工业大学硕士论文,2007.747n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用[39]的，是BIM的技术核心。本章将要详述的北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程正是一个基于BIM技术，意在打造智慧楼宇、人性化室内的办公建筑改造项目，希望能为同类型室内项目提供借鉴和参考。4.2北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程4.2.1工程简介北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程的甲方是中国航天科工集团公司，是中央直接管理的国有特大型高科技企业、国家级创新型企业。乙方是北京筑邦建筑装饰工程有限公司，是中国建筑设计研究院室内设计研究所为主体单位成立的从事装饰设计、施工[40]及管理的专业建筑装饰公司。入驻航天福道ISEE智慧大厦的北京航天福道高技术股份有限公司是由航天科工控股的高科技企业，主要推进智慧城市和智能交通等领域的发展。“ISEE”是指智慧（Intelligence）、安全（Security）、环保（Environmental）、高效（Effective），是企业文化的核心关键词。航天福道ISEE智慧大厦位于北京传统的高科技圣地产业区位，建筑面积为11000㎡，共7层（地下1层、地上6层），此次改造诣在围绕自然、科技、人文的建设理念，打造一座能代表企业科技、时代特征的绿色建筑、智慧建筑、文化建筑。4.2.2BIM团队建设古语有言“众人拾柴火焰高”，各行各业的发展都离不开团队的通力合作，将个人能力放之于团队当中才能创造更大的价值。尤其在BIM技术应用中，专业涉及之多、知识广度之大，仅凭一己之力是根本不能完成项目要求的。因此建立一支目标明确、协调统一的团队是保证BIM得以成功实施的关键。除了需要招募设计、水、暖、电等各专业人才，团队不可缺少的就是一个统筹的关键人物——我们称为“BIM经理”，其职责就是指导、组织、协调、执行所有BIM相关工作，给团队清晰的进度实施目标，保障项目的完整性、及时性和统一性。北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程是筑邦建筑装饰有限公司一个试验性质的BIM探索，也是公司内第一个涉及BIM技术的项目。BIM团队由两位副院长张磊、董强牵头，副院长助理张静担任“BIM经理”的角色，公司项目设计部门提供设计支持，北京建筑大学建筑系杨琳老师、邹越老师、朱宁克老师提供顾问支持，4位不同专业的在校研究生参与BIM模型搭建。39邵韦平.数字化背景下建筑设计发展的新机遇——关于参数化设计和BIM技术的思考与实践[J].建筑设计管理,2011.340筑邦公司宣传材料[EB/OL].百度文库http://wenku.baidu.com/view/8757dc34a32d7375a417807d.html48n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.2.3BIM技术实施环境4.2.3.1BIM技术实施硬件众所周知，基于三维图形图像处理的技术软件一般对计算机硬件有着较高的要求，尤其BIM技术需要多专业软件的协同设计和应用，对硬件的计算速度和图形图像处理能力提出了更高的要求。BIM团队在计算机配置方面，应着重考虑CPU、内存和显卡的配置。本项目采用的计算机硬件配置为：（1）CPU：INTELI72600；（2）显卡：蓝宝石，ATIFireProV5900；（3）主板：技嘉，Z68XP-UD3-ISSD；（4）硬盘：1TB；（5）内存：金士顿，16G1333；（6）显示器：双屏4.2.3.2项目涉及软件在BIM项目规划初期，首当其冲要解决的问题就是选择对该项目适用性强的软件以及考虑各应用方软件之间的对接性，这决定了BIM文件管理和团队协同工作的方式。正所谓“磨刀不误砍柴工”，只有妥善地选择BIM技术软件，才能在项目的各个阶段占尽高效率的先机。本项目工作中涉及的相关软件如下（表4-1）：表4-1项目使用软件总汇Table4-1ProjectusedSoftwareSummary软件图标软件名功能SketchUp概念设计方案形体推敲AutodeskRevit全专业、全生命周期建模Lumion动画展示、虚拟漫游NavisworksManage管线综合、碰撞检测、施工指导NavisworksSimulate设计审批、仿真演示49n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用AutodeskEcotect环境生态模拟分析4.2.4改造设计分析随着社会经济与城市化建设的高速发展，旧建筑改造特别是室内改造已经成为一个越来越重要的命题，对设计师来说也是一个富有挑战性的命题。2014年6月国务院办公厅发布了《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》，强调加快绿色建筑建设和既有建筑改造。对国内许多大城市尤其像北京、上海这样的一线城市来说，城市土地建设趋于饱和，建筑的更新换代不能完全寄托在拆除老建筑的基础上。特别是涉及到具有一定人文价值和历史意义的老建筑，我们更主张保护而不是破坏，如上海“新天地”的改造，保留了旧建筑的外皮，改变内部结构及室内装修，为历史建筑的灵魂内注入新时代的血液，积淀了城市发展的历史厚重感和文化传承性。而对于文化意义不够浓重但还具有一定利用价值的老建筑来说，我们可以在不破坏城市环境肌理的前提下对其局部改造、室内更新，既保留城市文脉的延续性，又体现了绿色可持续发展的必然性。北京航天福道ISEE智慧大厦位于海淀区上地信息产业基地区位，改造前是一栋传统的六层老式办公建筑，我们的改造设计方案围绕关键词“智·慧”展开，将科技、人文、自然贯穿融合在一起。具体的改造方案从以下四个方面进行。4.2.4.1保留既有建筑结构，重塑建筑表皮用幕墙代替原有窗体墙面，一方面让建筑体现更多科技感和现代感，另一方面为建筑采光提供更好的效果、通透性更强，在节能环保上也有卓越体现（图4-2）。a)改造前的老式窗体墙面b)改造后的幕墙建筑效果图a)Theold-fashionedwindowformandwallb)TheRenderingPictureofCurtainWallafterbeforereconstructionReconstruction图4-2建筑表皮的改造Fig.4-2theReconstructionofArchitectureSurface4.2.4.2激活室内公共功能交通轴线原有室内交通流线刻板、空间变化单一；改造设计中，我们保留大部分核心筒结构（电梯井道、楼梯间、通风井、电缆井等），在每层的平面交通流线上做了调整，让室50n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用内流线更活跃（图4-3）。a)传统的建筑交通轴线b)激活公共功能的交通轴线a)trafficaxisoftraditionalarchitectureb)trafficaxiswiththefunctionofpublicactivation图4-3交通轴线改造对比Fig.4-3trafficaxistransformationcontrast4.2.4.3打造多元化室内主题空间一改原有枯燥、沉闷的室内空间，打造活泼多元的主题空间，增加柔性办公空间，将单一功能空间模式改为复合空间模式（图4-4）。一方面可以将自然、人文、科技感的装饰效果引入室内，增加室内空间的趣味性；另一方面可以将现企业文化贯穿到室内主题空间中，获得更好的企业文化宣导效果，为员工提供人性化工作环境、提高员工的工作积极性，从而提升企业效益。a)改造前枯燥、沉闷的室内空间实拍b)改造后活跃、多元的室内空间设计图a)BoringandDullIndoorSpaceShotbeforeb)ActiveandDiverseDesignDrawingforIndoorReconstructionSpaceafterReconstruction图4-4室内空间的改造对比Fig.4-4ComparisonofIndoorSpaceReconstruction4.2.4.4智能设备系统的引入为了打造一个“智慧”大厦，光从视觉装饰效果上渲染是华而不实的，还需要配备高科技的运营设备维护建筑正常使用功能。我们在设计方案阶段就提出引入智能化综合控制系统，将照明、安防系统、自动化设备、风机盘管、空调系统、音响设备等楼宇环境的控制集成到一个系统中。例如，用智能化控制照明系统替代普通人为开关的照明，将高科技灯具按照预设时间切换工作状态如“白天”、“傍晚”、“夜间”，根据采光效果调节亮度，或利用光谱的色彩变化创造个性化的室内照明环境（图4-5）。51n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用图4-5个性化室内照明环境Fig.4-5PersonalizedIndoorluminousEnvironments4.2.5基于BIM的改造策略4.2.5.1理想型BIM改造策略基于BIM的理想型改造策略，需要将改造前的竣工图纸信息还原到建筑信息模型中，可以选择采用改造前、改造后分别进行两个模型的建立方式，也可以将所有信息统一集成在一个建筑模型中，通过软件中的“过滤器”功能来设置图元的可见性（图4-6），从而将改造前后的效果区分开来。图4-6Revit中过滤器功能的使用Fig.4-6UsetheFilterFunctioninRevit这种模式可以让我们清晰明了地从改造前后的对比模型中获取变更信息，更好地验证和实施改造方案。例如，在设计方面，节省现场详细勘测的过，BIM模型将改造前后的实际效果展现出来，直观反映改造设计方案是否可行，高效地进行设计验证与优化；在结构方面，哪些是不可拆除的承重墙、哪些是需要加固的结构、新增梁柱与原有结构的连接问题、如何满足抗震设计等问题都能清楚地在模型中展现出来，以防在施工时造成不必要的疑问；在机电方面，原建筑内部错综复杂的综合管线及配电设备哪些是可以保留的、哪些是需要拆除的、以及新增管线的碰撞检测问题都能得到有效解决方案，使综合管线排布方案一次成优；在管理方面，通过BIM模型进行工程量统计，规划改造方案实施进度，合理统筹拆除、加固和新建工作的时间成本和资金成本。52n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.2.5.2实际应用的BIM改造策略北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程中，由于甲方提供的原有竣工图纸信息不全，且都是陈旧的纸质图纸（图4-7），信息流失量较大，翻成BIM模型存在一定困难，因此该项目并没有搭建改造前的建筑模型，而是直接按照改造后的设计方案进行BIM模型的建立，改造前后信息对比这块内容存在缺失。图4-7老旧的纸质项目图纸实拍Fig.4-7RealShotoftheoldPaperDrawings4.2.6BIM工作流程4.2.6.1应用模式驱使的BIM化程度业主主导的BIM应用有两种主流模式。第一种模式是项目参建单位按照常规方式完成相应工程任务，业主聘请独立的BIM咨询服务机构进行各阶段BIM应用；第二种模[41]式是以合约形式要求参建单位应用BIM履行全部或部分合同规定的职责。本项目属于第一种模式的BIM应用，因此工作流程上与完全BIM化的工程有所区别。BIM技术并不是项目设计阶段之初就开始应用的，而是在设计团队按照传统的CAD初始设计方案完成之后才介入的。在施工图阶段一边翻模一边反馈，与CAD设计小组相辅相成，专业间协同完成模型，然后在模型的基础上进行信息化处理，加入大量信息细节，最后进一步研究室内人居环境生态性能的研究并指导施工（图4-8）。图4-8工作阶段大致规划图Fig.4-8theplanningmapofworkstage41葛清.BIM第一维度——项目不同阶段的BIM应用[M].中国建筑工业出版社,2013.7P153n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.2.6.2项目建模流程本项目是基于AutodeskRevit软件平台搭建模型的，主要分为三个部分：建筑模型、室内模型和设备模型。在整个建模流程中，首先创建建筑模型，主要包括场地、楼板、墙体、屋顶等构件。然后我们以建筑模型为基底，对照CAD设计组提供的图纸进行室内模型的创建，在基本建筑模型中添加家具、灯具和各种异形构件，并对不同面层构件赋予相应材质，包括楼地面、顶面和墙面，把基本模型信息化。同时，我们把基本建筑模型链接给设备专业团队，进行设备模型的搭建。最后，我们再把设备模型再链接回建筑模型中，实现模型的一体化整合。4.3基于Revit的数字化室内设计4.3.1模型建立与可视化设计由于业主明确要求设计成果必须包含一个完整的可以指导施工的模型，因此在建模过程中，我们对模型创建的深度、精度反复商议，力求在有限能力内达到最好的效果。该项目的BIM模型是由设计组提供的CAD技术图纸翻模而来，为了提高效率，我们采用两种方式交替翻模：一种是通过CAD文件中的各种尺寸标注，在REVIT文件中直接对照绘制完成；另一种是将CAD文件链接（或导入）到REVIT中，以CAD为底图进行绘制。项目出图主要分为技术图纸和设计效果图这两部分。技术图纸包括平立剖面图以及详图。出图方式有两种，一种是建筑信息模型的深度达到出图程度时，设置可见性和遮盖框，只显示需要导出的图纸内容，设置布局，之后在Revit中进行打印；另一种是在Revit中导出初步的平、立、剖面等二维CAD图纸，对于部分二维形式可在CAD中进一步修改编辑和完善。对于设计效果图，只需要在Revit中调整相机角度，设置精度、输出、场景、灯光、曝光度等渲染参数，之后再进行渲染和图片导出。对于部分大场景的渲染可使用云渲染，在网络上渲染，缩短时间，提高渲染效率。以下是部分项目出图：4.3.1.13D室外视图及效果图a)3D室外视图b)3D效果图a)3Doutdoorviewb)3Deffectpicture图4-93D室外视图和效果图Fig.4-93Doutdoorviewandeffectpicture54n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.3.1.2剖面视图a)横剖面视图b)纵剖面视图a)CrossSectionviewb)VerticalSectionview图4-10剖面视图Fig.4-10Sectionview4.3.1.3楼层平面图图4-11各楼层平面图Fig.4-11planargraphofeachfloor55n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.3.1.4天花平面图图4-12各层天花平面图Fig.4-12ceilingplanargraphofeachfloor4.3.1.5功能分区面积图图4-13各层功能分区面积图Fig.4-13functiondivisionareachartofeachfloor56n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.3.1.6室内局部空间渲染图a)一楼某会议室b)二楼办公区a)oneconferenceroominF1b)officeareainF2c)二楼柔性办公区d)二楼培训中心d)trainingcenterinF2c)flexibleofficeareainF2图4-14室内局部空间渲染图Fig.4-14thelocalspatialrenderingsindoor4.3.2参数化设计Revit中的族分为三大类：系统族（墙、天花板、楼板等基本建筑图元）、标准构件族（门、窗、家具、植物等常规可重复利用的族）和内建族（为项目专有构件特别创建的不需要重复利用的族）。北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程室内设计中涉及大量的装饰构件。室内常见规则构件如门、窗、常规办公桌椅等，可以直接从Revit软件自带的族库中选取，通过修改参数重命名的方法获得新尺寸构件。然而，对特殊造型装饰构件如异形墙面、异形家具、异形灯具等，需要自制族库，任务量较大。例如，我们在各层都设计了半开放式的会议室空间，我们称为“会议盒子”（图4-15），这些会议室的墙面主要由异形木质板材与落地玻璃组成，墙面上挂有对话框型的异形装饰。在模型构建中，我们重点对会议室空间的异形族进行构建（图4-16）。57n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用图4-15开放式“盒子”会议室Fig.4-15Open“Box”ConferenceRoom图4-16会议室装饰板材构建Fig.4-16DecorativePlateConstructionoftheConferenceRoom4.3.3协同设计4.3.3.1专业内协同设计在建筑模型和室内模型搭建的过程中，我们团队使用了三台电脑进行局域网链接。设置其中一台电脑为核心设备，存放中心文件。三台电脑共同运行过程中，各单位通过将本地文件与中心文件同步来保存项目进度，只要定时同步文件，就能获得另外两台电脑中的建模情况，这种实时的更新使建模变得更加高效（图4-17）。图4-17本地文件与中心文件的关系Fig.4-17therelationshipbetweenlocalfileandcentralfile同时，通过定义协同工作集（图4-18），为每个组员分配可编辑区域，其他人员如需要借用或修改图元，则必须向工作集所有者发起编辑请求，请求通过后才能进行图元编辑。这种工作方式一方面能细化工作量，提高工作效率；另一方面则有效避免了交叉58n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用编辑引起的信息错误。图4-18协同工作集设定Fig.4-18CollaborativeWorkingSet4.3.3.2专业间协同设计基本建筑模型完成后，水暖电等设备专业就能进入到整个BIM进程中来。我们通过把基本建筑模型链接给设备专业团队的方式进行设备模型搭建，之后再把设备模型链接到建筑模型中，实现模型的一体化整合（图4-19）。a)暖通模型b)给排水模型a）HAVCModelb）WaterSupplyandDrainageModel59n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用c)结构模型d)精装模型c）StructureModeld）ExquisiteDecorationModel图4-19各专业间的协同设计Fig.4-19Collaborativedesignamongprofessions4.3.4工程信息统计工程量是用来表示室内装饰工程中各个具体分部分项工程和构配件的实物量，是计算工程费用的重要依据。工程量的准确度与模型深度密不可分。4.3.4.1材质和装饰信息通过编辑图元的类型属性，我们可以将材料信息、装饰信息完全表达出来。我们对每个层楼不同功能的空间的墙顶地面作了详细的房间用料表和材料做法表。如下图为大厦三楼某会议室北墙的材质信息（图4-20）。图4-20三楼某会议室北墙材质信息Fig.4-20theNorthWallMaterialInformationofConferenceRoominF360n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.3.4.2明细表创建明细表是直观统计信息的有效手段。通过创建明细表如建筑构件明细表、装饰构件明细表、材料明细表等，在进行设计修改时，明细表中的数据也会实时更新，为工程统计节省下大量时间精力。下图为本项目中的部分明细表（图4-21）。a)项目明细表列表b)家具明细表局部a）StatisticsListb）PartofFurnitureStatisticsList图4-21明细表Fig.4-21StatisticsList4.4室内人居环境生态性能初探我们在项目方案初期就进行了一定的建筑生态性能分析如区位分析、日照方向、风压等，但这都是比较主观的分析，并没有精确的数据支持（图4-22）。在BIM模型完成之后，我们进行了日照模拟、采光分析、绿色植物分布规划等室内生态性能分析，达到了一定程度上的验证设计与优化设计的目的。a)建筑区位分析b)日照方向分析a）BuildingLocationAnalysisb）SunlightDirectionAnalysis图4-22初期建筑生态性能分析Fig.4-22InitialAnalysisofBuildingEcologicalPerformance61n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.4.1室内日照与采光模拟AutodeskEcotect软件提供了强大的日照分析功能，包括日照轨迹分析、太阳辐射强度分析。建筑阴影分析、遮阳优化分析等。我们将Revit模型输出gmXML格式文件，并导入Ecotect软件进行日照模拟研究（图4-23）。根据全年太阳运行轨迹图和建筑阴影图可以看出建筑自然采光较为良好。计算日平均太阳辐射可以帮助定位太阳能光电板位置，为建筑日照节能提供方案，图为9月1日的太阳辐射图。a)全年太阳运行轨迹b)日平均太阳辐射分析a)Year-roundSun-lighttracksb)AverageDailySolarRadiationAnalysis图4-23日照模拟研究Fig.4-23DaylightSimulationResearch4.4.1.1建筑间距的验证传统的日照间距计算方式是利用数学公式计算，这种方式的数据在面对复杂建筑形式与布局时只能做简化处理，利用BIM技术我们可以准确计算出满足日照要求的建筑间距。我们按照建筑性能要求较高的《住宅建筑规范》（GB50368-2005）规定的住宅建筑日照标准，来确定该建筑需满足大寒日满窗日照2小时的要求。大厦北侧有其他楼宇遮挡，日照影响较为严重，因此我们的照明模拟目标是建筑北侧一层楼的窗户（图4-24），若该目标测试结果符合规范要求，则整幢建筑都符合标准。根据日照间距计算公式，我们最后得出北侧两建筑之间的最小日照间距为21米。由建筑北侧日照时间分布图（图4-25）的验证，该日照间距下，日照时间完全满足大寒日满窗2小时的要求。62n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用图4-24日照间距计算Fig.4-24CalculationofSunshineDistance图4-25建筑北侧日照时间分布图Fig.4-25SunshineDistributionChartInthenorthsideofArchitecture4.4.1.2室内采光系数的验证《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014）规定办公类建筑中四分之三以上的主要功能空间室内采光系数需满足现行国家标准《建筑采光设计标准》（GB/T50033-2013）[42]的要求。《办公室建筑设计规范》（JGJ67-2006）对办公室内采光环境的采光系数最低值（图4-26）和窗地面积比（图4-27）的要求更为严格。我们利用BIM技术来评价设计方案的采光是否达到了相关规定，以三楼主要功能空间为例，最终测定80.96%的空间满足国家标准要求。42李壮壮,满孝新,李悦,蒋永明.某写字楼自然采光及遮阳设计分析[J].第九届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集——S01：绿色建筑设计理论、技术和实践,2014.463n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用图4-26办公建筑的采光系数最低值Fig.4-26MinimumValueofDaylightofOfficeBuildings图4-27窗地面积比Fig.4-27AcceptableNoiseLevelforMainRoomsofOffice4.4.1.3室内采光优化方案室内某一点的全自然采光百分比（DaylightAutonomy，DA）被定义为全年工作时间中单独依靠自然采光就能达到最小照度要求的时间百分比。通过全自然采光百分比的测算，我们可以对室内空间布局是否合理、开窗大小与位置是否合适等问题进行分析优化。以三楼为例，通过可视化的数据反映（图4-28），改造后玻璃幕墙的应用使全自然采光百分比明显上升，大部分室内空间采光都达到国家规定。64n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用a)原始空间全自然采光百分比b)改造后的全自然采光百分比a）DaylightAutonomyintheoriginalSpaceb）DaylightAutonomyafterAdjustment图4-28对室内空间规划后的全自然采光百分比分析Fig.4-28theDaylightAutonomyAnalysisafterReconstruction4.4.1.4室内阳光反射板的设置方案建筑合理利用自然采光能有效节约能源。通过引入室内阳光反射板，可以二次利用反射阳光，不仅增加自然采光的面积，还能使自然采光照度分布得更均匀、避免晃眼晕眩的情况发生。以大厦三楼室内某进深8.4m、宽18m、高3.6m的柔性办公区为例，选择一年中太阳高度角最低的12月22日12点作为研究时间点，采用Ecotect专用中国气象数据库（气象数据来自清华大学和中国气象局的数据）。研究可见，增加了阳光反射板后，室内采光照度分布更均匀、柔和（图4-29），且阳光反射板进深520mm，距地面2800mm最适宜。a)无阳光反射板的光线反射b)有阳光反射板的光线反射a)SunlightReflectionwithoutSunlightb)SunlightReflectionwithSunlightReflectorReflector图4-29增加室内阳光反射板阳光反射效果对比Fig.4-29SunlightReflectionEffectComparisonbyincreasingindoorsunlightreflectors4.4.2室内照明设计分析4.4.2.1室内自然采光照度分布分析合理的室内照明设计不仅能提供良好的视线环境、保护员工用眼健康、提高员工的工作效率，还能在可持续节能指标上获得良好评价。利用BIM技术，我们可以在采光研究的基础上深化照明设计。航天福道ISEE智慧大厦主要以敞开办公为主，我们从大厦三楼的采光照度分布图（图4-30）来看，南北两侧的自然采光条件相差很大，南侧采65n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用光效果较好。因此在照明设计时，我们可以通过减少南侧的灯具数量、增大灯具间距的方式，在保证照度的同时达到节能效果。图4-30自然采光照度分布图Fig.4-30NaturalLightingIlluminationDistributionMap4.4.2.2室内人工照明决策分析同时，我们利用Ecotect软件中内置的Radiance输出视图，对全年中太阳高角度较低的冬至日12月22日和太阳高角度较低的春分日3月21日的同一时间下午2时的室内亮度作了对比研究（图4-31）。视图表明，在太阳高角度较低的冬至日下午2时，阳光直射入室内较多，由于能直视阳光，容易产生眩光，且室内整体亮度偏暗，因此建议开启人工照明。而在太阳高角度较高的春分日，室内直射光较少，但室内整体明亮无眩光，因此建议人工照明以节能模式启动。该研究在光控照明系统的设定中有比较重要的意义。a)冬至日14点室内亮度视图b)春分日14点室内亮度视图a）WinterSolsticeInteriorbrightnessviewat2b）VernalequinoxdayInteriorbrightnessviewp.m.at2p.m.图4-31室内亮度视图对比Fig.4-31ComparisonofInteriorBrightnessView66n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用4.4.3室内绿化规划研究办公室室内绿化是改善办公环境的一个重要方法。绿色植物不仅能为员工提供绿色健康的视觉感官、消除长期伏案工作的疲劳，还能辅助吸收空气中有毒有害气体，为净化办公室空气起到有效作用、提高了办公室的品质。在北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程中，业主对室内绿化提出了明确的要求。在方案设计初期，设计师就对绿色植物的分布规划进行了重点区域效果图设计，如图4-32为大厦五楼中庭的绿化效果图，通过错层设计、引入不同高度类型的植物来营造活泼的室内生态环境。图4-32五楼中庭绿色植物分布规划设计效果图Fig.4-32theAtriumPlantsDistributionEffectChartinF54.4.3.1从视觉审美角度考虑基于BIM技术的室内绿化主要着重于绿色植物与室内办公空间尺度上的比例协调。从视觉审美角度来考虑，绿色植物的比例是否适当，例如在几平方的办公小空间内摆上大型植物盆栽，则会显得办公室矮小又拥挤。同时还要注意植物色彩上要与室内装饰协调、并且和空间功能、气氛相统一。BIM的可视化设计让三维场景更还原真实空间，尺度上的比重效果、色彩的搭配都能一览无余，对设计优化起到协助作用。如图4-33为Revit渲染的一层大厅某垂直绿化墙效果图。垂直绿化墙需要引入无土栽培、自动化控制等技术，体现了ISEE智慧大厦的先进性，而且垂直景观往往能呈现一种华丽、浪漫、自然的原生态效果，为室内环境提供设计新元素。垂直绿化墙在装饰美化空间的同时还节约了空间资源，色彩上还突出了植物围绕的“ISEE”字样节能装饰灯，起到宣传作用。67n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用图4-33一楼大厅某垂直绿化墙效果图Fig.4-33averticalgreenwallrenderingsinF14.4.3.2从空气净化角度考虑二是从空气净化角度来考虑。根据室内装饰材料材质信息的添加和汇总，我们可以得到一份详细数据表，统计单位面积装饰材料释放的有害物质含量。对照绿色植物功能与净化空气的研究数据，从健康环境上合理设计绿化方案。4.5存在的问题北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程的BIM模型建立断断续续经历了大半年的时间，主要有以下三个较为突出的问题值得思考：4.5.1经验不足及方案反复修改传统计算机辅助技术如CAD是一项相对独立的技术，设计师、工程师、施工人员可以各自独立使用，每个使用者都可以独立地从CAD的不同使用中受益；而BIM使用[43]者受益程度直接取决于其他各个参与者的BIM实践程度。在整个建模过程中，程序上并没有达到非常流畅的目标，一方面是小组成员基本是边学习BIM软件边上手，在项目中经历了从生疏到渐渐熟练的过程；另一方面由于CAD设计小组的图纸反复改动，造成建模过程中信息的反复修改，造成项目文件中一定的信息缺失和错乱，也浪费了大量的时间。事实上，在成熟的BIM应用中，应该直接利用BIM软件设计方案，而不是简单地将CAD施工图纸BIM化。4.5.2企业级BIM标准和企业“族”库的缺失企业级BIM标准，是制定企业BIM技术的整体应用准则，是针对质量管理体系和设43JerryLAISERIN,WANGXin,ApplyingBIMinUSAInsightsandImplications[J].Time+Architecture,2013.268n第4章BIM技术在办公建筑室内设计中的应用计任务的有效控制，包括：整体资源配置、行为标准、交付标准。在项目过程中，介于是公司第一个BIM应用工程，并没有企业级BIM标准进行规范，一些文件夹构架和命名较为混乱。同时，因为缺乏企业“族”库资源，大部分室内装饰构件族都需要新建，但本项目中创建的族都可以被今后的BIM项目直接利用，加快建模效率。可喜的是，项目成果提交之后，公司通过本次项目累积的经验并参考其他企业BIM标准逐步梳理出自己的一套《企业级室内设计BIM标准（以AutodeskRevit为例）》，为今后的BIM项目提供完善的实施标准。4.5.3模型未能指导施工作为BIM的最大受益者，业主应当有责任和义务在BIM项目中起到推动作用。最终我们提交的成果模型并没有指导施工，主要原因是业主内部进行了人事变动，项目进行到一半更改了企划，中断了BIM应用这一块内容的投资，并对改造工程提出另行方案。这一变动直接影响到BIM模型中各种材料、构件等信息的来源。缺乏大量的信息数据，也就无法获得全面、准确的明细表和施工详图，导致BIM在设计阶段之后的应用无法实现。虽然成果模型在室内人居环境生态性能上做了一部分研究后就被搁置了，有一定的遗憾，但经过第一个BIM项目我们也收获了很多。4.6本章小结BIM技术在北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程中的应用总体还是比较成功的。应用成果包括一个信息相对完整的BIM模型，协同了建筑模型、室内模型和设备模型，在室内人居环境生态分析上也做了一两个较为具体的研究，对设计验证与优化起到一定反馈作用。实践证明，BIM技术在室内设计中有不可替代的作用，成为未来室内设计的主流技术支持只需要时间来验证。69n第5章结论与展望第5章结论与展望5.1结论从建筑业经历“甩图板”到CAD技术普及，BIM技术无疑又为建筑业迎来一次技术革新之旅。本文立足于近年来BIM技术的兴起和在建筑业的发展现状，探讨了其在室内设计中的应用研究。笔者通过阅读大量BIM书籍、期刊论文、互联网BIM论坛等相关文献，搜集整理了大量国内外BIM技术在室内设计中的应用实例，分析了“基于Revit的北京航天福道ISEE智慧大厦改造工程”的实践案例，主要得出以下结论:5.1.1未来数字化室内设计需要BIM技术BIM技术在全球建筑业中已得到了广泛的应用。BIM的能效与我国建筑业未来发展方向是相统一的，政府已经开始积极地引导行业了解BIM、使用BIM。室内设计作为建筑业不可缺少的一环，必将受到BIM技术的洗礼。相较于传统计算机辅助设计，BIM信息可视化设计更全面、更直观、更高效，为室内设计师提出新的设计思维和设计方法。未来的室内设计如何发展，相信每个设计师都有各自独到的见解。但不可否认的是，数字化、信息化设计快速发展，多专业协同、一体化集成是大势所趋，未来室内设计尤其是复杂的综合体，将会越来越注重采用性能化设计的手段，来解决复杂的设计落地和专业协同的问题。5.1.2BIM技术为室内人居环境生态性能分析提供平台经济不断发展，人们对生活品质的追求也慢慢提高，室内人居环境生态性能已经成为室内设计中不可忽视的重要组成。国家也越来越重视建筑业集约型发展模式、为打造绿色可持续的人居环境制定各类规范。BIM技术为室内人居环境生态性能分析提供平台，本文详述了室内日照分析、采光模拟、空气质量分析、声环境分析、照明分析和视线分析这几块比较受重视的性能研究方向，结合案例提出基于BIM技术的研究策略。5.1.3业主和设计公司都有推进BIM在室内设计发展的义务任何新技术的推广应用都不是一朝一夕的。BIM技术实施深度主要分为五个阶梯：三维建筑造型、三维参数化设计、多专业三维协同、建筑性能分析和全生命周期应用。想要充分挖掘BIM在室内设计应用中的价值，就需要业主和设计公司通力合作。业主为设计公司提供研究驱动力、增加室内设计市场对BIM技术的需求量；设计公司要调整业务模式、培养一批掌握BIM技术的设计师团队；从整个产业链上推进BIM技术在室内设计的发展。5.2展望任何一个行业，如果不跟随时代潮流发展的脚步，就不能蓬勃兴旺。在中国，现代室内设计还是比较年轻的行业，BIM在室内设计中更是处在初级阶段，应用BIM技术70n第5章结论与展望进行室内设计的设计院、设计公司都属于先驱式的存在，还能将BIM研究作为特色化竞争优势。然而，BIM技术全面渗入建筑行业并得到行业高度认可已是事实，现在的竞争优势放到行业未来发展来看只是必备的企业综合能力。同时，工具本身将会越来越人性化，以更智慧的方式无缝植入到设计过程中。BIM也会越来越SMART，软件上手的门槛会不断降低。技术总在不断进步，观念也会推陈出新，对于处在转型中的中国室内设计来说，这将是一个机遇，更是一个挑战。相信在不久的将来，BIM技术在室内设计中的应用研究会更加成熟、更加完善，为创建美好的世界做出贡献。71n参考文献参考文献1何关培.BIM总论[M].中国建筑工业出版社,2011.5P162龙恩深.建筑能耗基因理论与建筑节能实践[M].北京科学出版社,20093吴吉明.建筑信息模型系统BIM的本土化策略研究[D].清华大学硕士研究生学位论文,2011.54刘艺.基于BIM技术的SI住宅住户参与设计研究[D].北京交通大学硕士论文,2012.65维基百科[EB/OL].http://zh.wikipedia.org/wiki/建築信息模型#cite_note-16何清华,钱丽丽,段运峰,李永奎.BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J].工程管理学报,2012.27贺灵童.BIM在全球的应用现状[J].工程质量,2013.38清华大学BIM课题组.中国建筑信息模型标准框架研究[M].中国建筑工业出版社,2011.129欧阳东.BIM技术——第二次建筑设计革命[M].中国建筑工业出版社,2013.810牛博生.BIM技术在工程项目进度管理中的应用研究[D].重庆大学硕士论文,2012.411何建军.施工企业进行BIM技术培训的建议[J].土木建筑工程信息技术,2012.912杨宝明.BIM技术推动中国建筑业走进智慧建造时代[J].建筑时报,2014.413孟昭娜.建筑内部空间设计的主体化研究[D].天津科技大学硕士论文,2010.1214维基百科[EB/OL].http://zh.wikipedia.org/wiki/可视化15傅筱.建筑信息模型带来的设计思维和方法的转型[J].建筑学报,2009.1,77-8016葛清.BIM第一维度——项目不同阶段的BIM应用[M].中国建筑工业出版社,2013.7P2017BIM对一个室内设计师意味着什么？[EB/OL].筑龙设计联盟http://www.662city.com/shinei/view/2785.html18刘烈辉.信息化时代的室内设计---建筑信息模型及其在室内设计中的应用[J].装饰,2010.219梁波.基于BIM技术的建筑能耗分析在设计初期的应用研究[D].重庆大学硕士论文,2014.520孙成双,江帆,满庆鹏.BIM技术在建筑业的应用能力评述[J].工程管理学报,2014.621李峥嵘,杜璇,狄建国.绿色建筑评估体系对建筑节能管理的启示[J].建筑节能,2007.322何关培.BIM总论[M].中国建筑工业出版社,2011.5P11123葛清.BIM第一维度——项目不同阶段的BIM应用[M].中国建筑工业出版社,2013.7P3424何波.BIM建筑性能分析应用价值探讨[J].土木建筑工程信息技术,2011.972n参考文献25张雷,姜立,叶敏青,于贵友.基于BIM技术的绿色建筑预评估系统研究[J].土木建筑工程信息技术,2011.326卢敬彦.太阳能通风技术研究实验[D].重庆大学硕士论文,2008.1027百度百科[EB/OL].http://baike.baidu.com/28纪玉玲,江婷.控制噪声创造宁静[J].中国疗养医学,2004.1029王建华.浅谈多联式空调系统室内机的噪声问题[J].中国新技术新产品,2011.630张雷,姜立,叶敏青,于贵友.绿色建筑预评估系统相关技术的计算机实现[J].第六届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集,2010.331赛尔静官网[EB/OL].http://www.shengxuecailiao.com/news/xw172.html32余学伟.论室内照明设计与光环境艺术[J].重庆三峡学院学报,2005年第4期第21卷33朱则刚.现代智能照明的控制系统[J].光源与照明,2007.934李娟,徐四元.某高层商住楼的配电和照明系统设计简介[J]智能建筑电气技术,2012.835佟曾,王代兵.BIM在建筑绿色节能设计中的应用探讨[J].辽宁经济,2013.1136何波.BIM建筑性能分析应用价值探讨[J].土木建筑工程信息技术,2011.937高辉,刘辉.计算机模拟辅助建筑与环境设计技术[J].中国科技论文在线38刘勇.办公建筑内部空间构成设计研究[J].哈尔滨工业大学硕士论文,2007.739邵韦平.数字化背景下建筑设计发展的新机遇——关于参数化设计和BIM技术的思考与实践[J].建筑设计管理,2011.340筑邦公司宣传材料[EB/OL].百度文库http://wenku.baidu.com/view/8757dc34a32d7375a417807d.html41葛清.BIM第一维度——项目不同阶段的BIM应用[M].中国建筑工业出版社,2013.7P142李壮壮,满孝新,李悦,蒋永明.某写字楼自然采光及遮阳设计分析[J].第九届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集——S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