得益于建筑产业化的推动,建筑工程信息化技术(Building Information Modeling)已广泛运用于建筑规划设计、管线协调布局、可视化虚拟等行业领域,但在风环境的应用还不多见。传统上人们对建筑风环境的研究主要采用Dxf→Sketchup→Phoenics的形式,整合模型并导入风环境,实现平台的风模拟结果输出。本文利用BIM信息平台,对BIM设计模型进行优化,将此衔接入Phoenics平台进行模拟分析,这不仅避免了传统方法存在的重复建模问题,而且BIM平台信息化共享的优势能帮助设计人员根据模拟结果,及时调整设计方案,保证了规划阶段的效率与质量。

 

通过建立可视化模型,合理选取风湍流模型,并将环境因素考虑其中,可有助于较好地描述风环境对项目的影响,获取相关风环境参数指标,以此对场地风环境进行可靠性评价与分析。本研究基于GB/T50378—2014《绿色建筑评价标准》对场地风环境的要求,通过输出室外风场表面风压、室外流场、风速云图等计算结果,评价项目风环境状况,借此评价Revit→Phoenics交互应用与一模多用的可行性。

 

 

1.1模型建模

方案前期的BIM-Revit设计模型可较好地生成3D环境模型,实现复杂地形的三维建模,也可快速获取任何位置详细构造,根据风环境模拟结果,及时对方案进行优化调整。在利用Revit对建筑及场地模型进行整合后,通过Phoenics的VR面板,衔接读入Revit设计模型(以STL方式为接口),简化复杂形体的生成过程与边界条件的定义。

 

1.2网格划分

Revit→Phoenics将LOD350-Revit模型简化成体量模块,在CFD虚拟风环境下,需要对模型进行调整,并确定风环境影响区域,在确定建筑风环境模拟指标后,对计算区域进行场地网格划分。因模型几何形状会影响局部的网格质量,为了避免个别不规则几何形态引起局部网格质量的下降,应对场地模型进行必要的简化处理。因风场作用范围的划分会影响计算机的运算成本,需合理选择计算区域提高模拟分析的运作效率。

 

 

2.1来流边界条件

本研究假定来流风速的均匀分布性,且各个垂直水平面风速值沿建筑高度方向呈梯度递增。根据大气边界层理论,对模拟工况进行风速设置,风速会随各位置点地形、高度的不同而不同,高度与风速的计算公式如下所示:

式中:Vh为项目高度h位置的风速,m/s;

V0为项目基准高度h0的风速,本研究取V0=10m/s;

n为指数,其根据模拟工况的地理位置而定。

 

2.2参数选取

因k-ε标准模型对于限制流分析具有较好的效果,且k-ε标准模型计算成本低、预测较为准确,故本研究在模拟场地风场时,将选用Realizable-k-ε模型进行Phoenics风环境参数进行设置,该分析模型可更合理地预测圆柱射流、平板等发散比率,分析场地风体气流的流动分离、二次流特性等,且在场地气流漩涡、气流旋转分析等方面,Realizable-k-ε模型也能取得较好的拟合效果,因此在场地整体风环境分析中,该模型能更好地对风场风压、室外流场、风速放大系数进行模拟与输出。

 

 

3.1工程背景

本文以江苏省镇江市国家绿色建筑三星级项目新区检测中心为研究对象,基于其在规划阶段利用BIM进行环境模拟及整体优化,读取其相关应用的技术措施,包括风环境模拟分析结果等,对项目场地室外风环境指标进行评价,以验证风环境分析软件交互应用的可行性,为BIM的推广提供技术参考。

 

建设项目占地1.3hm2,总构筑物面积为8676m2,地下建筑面积为2596m2,建筑容积率0.47,绿地率33.4%,本研究根据BIM规划设计方案,应用基于BIM平台,通过Revit→Phoenics手段对项目进行风环境模拟。

图1 项目Revit 设计模型

3.2模型交互

因Revit无法直接导出为Phoenics格式,先将项目设计文件Revit导出为dwg格式,以AutoCAD为中介,将原模型文件转为STL格式。

 

在启动风环境软件Phoenics后,以Flair模块新建case文件,选择VR中Obj选项新建建筑模型,以STL格式为接口导入项目文件。

 

在Menu-Geometry-DomainSize中确定风环境区域影响范围,通过Wind和Attributes的参数化设置,在Type选项中设置风环境参数,同时设置运行计算迭代次数Numerics值,放置风场监视点,运行程序,完成从项目设计模型文件Revit→Phoenics的接入应用。

图2 Phoenics 环境网格划分

3.3风环境模拟

利用Phoenics平台对BIM模型进行场地风场分析,在夏季、冬季主导风况下,计算出场地气流速度、风压及室外风速放大系数等指标,并对模拟结果进行分析。

 

3.3.1夏季风况

由图3~5可知,在江苏镇江夏季3.4m/s的东南偏南风况影响下,因边角侧风效应,迎风面建筑物的两侧风速最高,可达到4.2m/s左右,场地风速的增大也有利于室外新鲜空气的流动,加强自然通风并带走场地污染物,保证周边区域的空气品质。项目布局整体朝南,建筑物的背风面风速最小,最低值为0.1m/s。项目风场气流基本处于0.1~4.2m/s,室外风环境状况良好,保证项目内污染物的驱散、热环境的调节。场地内气流分布合理,主要功能活动区未形成涡旋带或无风区,标准风况下建筑迎风面将形成正风压区,背风面形成负风压区,如表1所示,建筑表面的迎风面、背风面风压差将有助于室内新鲜空气的引入,以及室内湿热气体、污染物的排除。

图3 夏季建筑表面风压云图

图4   1. 5 m 高度夏季风压云图

图5   1. 5 m 高夏季风速矢量图

表1 夏季表面风压差

3.3.2冬季风况

由图6~8可知,在江苏镇江冬季3.1m/s的东南偏南风况影响下,项目南背风处风速最低,最小值为0.3m/s,其东北迎风侧风速最高,可达4.5m/s。项目主要活动区风速最高为4.5m/s,最低为0.3m/s,风场指标wamp最大值为1.8,场地内整体通风状况良好,项目北面风压大约为3~7Pa,最大风压分布在建筑物迎风面,约为7Pa,最小风压分布在建筑物背风面,约为-8Pa,规划阶段在场地内迎风面布置树木,保证项目正风压区、负风压区风压差在0~5Pa范围内。

 

项目迎风面房间,受整体风压差的影响,易引起室内冷风渗透、冷桥结露现象,故应加强此处房间的门窗密闭性,并确保冷桥部位热工性能符合相关要求,采取相应措施以保证冬季室内热环境。

图6   1. 5 m 高度处冬季风速云图

图7   1. 5 m 高度处冬季wamp 云图

图8   1. 5 m 高度冬季风压云图

(1)本文基于设计阶段的BIM三维数据,利用Revit→Phoenics的交互衔接方法,将项目导入Phoenics风场模拟环境,计算出各个风况的风场环境信息,能较好地对项目风环境进行模拟,论证了BIM平台不同分析软件间交互应用的可行性,也有利于BIM在项目规划阶段的推广与运用。

(2)国家绿色建筑三星级项目江苏镇江新区检测中心,根据室外风环境的模拟结果,对规划阶段设计方案与风场布局作相应的优化,使其满足GB/T50378—2014《绿色建筑评价标准》中的评分项要求,能为项目运营提供舒适、环保的风环境。

(3)BIM技术近年来在行业中得到了巨大的推广,其可视化、专业协同化、信息集成化的特点影响着项目全生命周期的方方面面。本研究主要论述了BIM技术在项目规划阶段中对场地风环境的优化,相关技术的理论纵向深度以及应用横向范围等仍有待于进一步研究,这也是后续研究中可以加强的地方。

 

 

 

 

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