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功能介绍

广州市北京路沿线BIM微环境模拟

1、项目背景及目的

为落实广州市“中调” 发展战略、加快推进老城区改造工作，在新的发展形势和需求下，需要在对北京路沿线地块进行梳理与检讨的基础上，对原有规划重新进行审视。为此，广州市规划局决定开展《北京路沿线城市设计检讨(北京路沿线骑楼街保护规划深化及大佛寺南北广场拆迁安置方案)》的规划编制工作，推进落实广州市“中调”发展战略，进一步优化北京路骑楼街控制要求，并为大佛寺南北广场拆迁安置提供规划指引。

      本次规划是基于旧城改造和骑楼街保护为主线的时效型规划。研究范围大致为北起越华路，南至珠江前航道，西起吉祥路、教育路、回龙路，东至德政路、府学西街、仓边路的范围，亦即北京路沿线9个规划管理单元(AY0124, AY0125， AY0130，AY0131, AY0137, AY0143, AD0136， AD0137， AD0140)， 共约135.63公顷。规划范围包括北京路沿线一线地块及大佛寺周边地区，共约33.41公顷，参见图12-1。

作为一种新的技术尝试，我们在本次规划设计前期阶段采用了城市规划生态评价，对整个规划范围内所有的现状建筑物在区域层面上进行了生态微环境的模拟，拟从模拟结果中反映早期城市规划方案在城市生态上的不足，并指导本次规划设计。

2、技术思路与方法

本项目的生态微环境模拟采用了以下技术思路:

(1)资料收集:资料收集主要是收集包括北京路规划检讨项目研究范围的现状模型、微环境生态模拟的外部气象数据、环境数据等资料。

(2)模拟:模拟主要是将收集的资料进行整理，统一导入到微环境模拟平台进行计算，最后得到模拟结果。

(3)成果输出:成果输出最后采用了高分辨率图纸及三维演示两种方式。技术思路如图12-2所示。

3、资料收集

由于北京路沿线城市设计检讨项目的研究范围属于广州市老城区，研究区域内的建筑样式繁多，建筑功能繁杂，建筑模型量大，所以本次模拟的现状模型以“ 数字详规”北京路沿线模型为基础蓝本，并进行适当的模型简化和格式转化，最终形成了可以导入到模拟平台的模型库。

外部环境的数据收集主要是收集模拟所需的日照数据、广州市日常平均气温、四季风等外部气象数据等。

4、模拟

模拟总体来说分三步进行，一是将现有收集的资料进行整合，如将模型数据进行格式统一化、 建筑属性集成等工作，外部气象数据进行参数化解译，并形成外部数据资料集;二是进行数据导入平台并进行参数设置并进行数据计算得出模拟结果:三是模拟结果的输出。

由于模拟平台采用标准的BIM (建筑信息模型)格式，而详规模型的原始资料库中全部是3Dmax的模型，所以在模型的转换中需要对原始max模型进行属性集成，而我们此次主要是模拟北京路沿路建筑体的日照和通风，所以在建筑单体的属性集成上我们选择了属性为空，只对模型之间的空间关系上作严格的要求。模型的转化方式具体是将max模型转化成标准的IFC格式，并最终在模拟平台的模型编辑器中进行空间结构的对照，对照完成后即形成了需要的信息模型库，其转化过程如图12-3所示。外部数据的参数化处理就是将收集的气象资料进行参数化解读，并与模拟平台中的参数设置进行对比，最后形成参数列表。

      本次生态微环境模拟主要是模拟了北京路沿线现状建筑的日照和通风两个方面，按照项目组的要求，需要模拟在冬至日或者大寒日北京路沿线建筑群的日照时间和模拟广州市四季季风的情况下，规划区域内建筑群之间空气流动结果。

      模拟软件介绍: Ecotect 日照模拟软件。Ecotect 是Autodesk公司于2007年推出的一个全面的建筑生态技术性能分析辅助软件，它提供了一种交互式的分析方法，只要输入一个简单的模型，就可以提供数字化的可视分析图，并且随着设计的深入，分析也越来越详细。Ecotect可提供许多即时性分析，比如改变地面材质，就可以比较房间里声波的反射、混响时间、室内照度和内部温度等的变化。Ecotect与建筑师常用的辅助设计软件SketchUp、Archicad、 3DMAX、AutoCAD 有很好的兼容性，只需根据建筑的特定情况，输人经纬度、海拔高度，选择时区，确定建筑材料的技术参数，即可在该软件中完成对模型的太阳辐射、热、光学、声学、建筑投资等综合的技术分析。

CFD (Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)软件则采用了美国标准技术研究院(NIST) 研发的FDS。

      模拟过程的主要参数见表12-1和表12-2。                   

  

模型导入分析软件界面如图12-4和图12-5所示。

5、成果输出

日照分析成果输出分为两种形式的输出:一种是以图的方式输出， 另外一种是以三维浏览的方式输出。

     日照分析图的输出是比较正式的成果方式，其优点是进行北京路沿线城市设计检讨项目成果汇编的时候能够直接和规划设计成果融合，比较符合传统成果的提交方式，其缺点是区域大面积日照分析不能够很好地反映出局部微观建筑的日照情况，只能反映路网内地块的总体日照情况。

     三维浏览的方式输出的优势是直观，人们在浏览过程中能直接对目标建筑进行详细观察，能有立体感的对比其周边建筑的日照情况，也能直接观察到微观建筑之间空间结构对日照影响的具体情况，但是三维浏览的方式不能直接出现在传统的规划设计成果汇编中，只能以光盘的方式附加在成果后面，这不利于成果的书面表达和比较影响成果的正式性。

      二维日照分析图的制作主要是将日照成果图与项目的规划研究范围内的建筑功能图进行叠加制作完成。三维浏览的方式是将模型导人可浏览的三维引擎，并将日照成果以贴图的方式直接贴附到日照分析高程平面上，然后打包输出浏览。

      CFD成果通常也是以两种方式输出:一种是图的方式，但是流体力学往往是计算一段时间内流体经过介质的过程，通常分析流体变化和介质变化。所以流体力学计算往往是一种以时间为主变化轴的分析，并且流体一般以拉格朗日粒子为模型。以图的方式输出成果通常是用多张图表示分析时间内的多个节点，以此来展示流体和介质的变化趋势。另外一种成果输出方式则是通过视频输出方式，这种输出方式是流体力学计算最常见的一种输出方式， 它将整个时间段内的流体变化和介质变化以流媒体的方式展现出来。

6、成果介绍

 1.日照成果介绍

      图12-6是冬至日全天日照时间累计图，图中右上方为日照时间指标色条，色条用日照时间对应颜色，从深蓝色到红色分别对应了日照时间0小时到10小时。成果图以模型的顶视图显示，日照分析面为高度1. 5m。成果图中的不同日照累计时间以不同颜色区域进行区分，并且不同的日照时间区域以包络线进行界定。

      该成果很好地反映了北京路周边建筑和道路在冬至日的全天日照累计时间，从图12-6中我们可以看到沿北京路周边建筑由于密集，很多建筑在大寒日日照较少，没有达到2小时日照标准，但路网日照情况普遍较好。

  

    2. CFD成果分析

      本项目CFD成果包含了两项:风速图(图12-7)和温度图(图12-8)。由于CFD在城市规划中运用在国内处于初级阶段，所以本项目CFD成果是抛砖引玉，属于实验性质。

风速图主要是反映了建筑群空间的空气流动情况，本次成果风速计算面为标高2m的空间平面，选定2m主要是反映人的运动空间内空气基本流动情况，以此来得到人的舒适度感知。从图12-7中基本可以看出，建筑群风速稳定在每秒2m左右，原始风速设定是17m/s,由于建筑空间的影响，其中一些建筑密集群， 风速有降低情况，通过成果与三维模型的叠加可以知道该建筑群区域属于热岛区域。

      同理，温度图计算面也是取标高为2m的平面，由于日平均温度取值18~20C，而大模型计算CFD温度场需要时间坐标，本次计算取时间为30s (CFD计算时间坐标越长，成果越接近事实)，而且本次计算是在纯建筑模型下进行(不考虑人类活动影响),所以成果比较理想化。从图12-8中可以看出模型内部大部分区域的温度是19.9~20.4C之间，从颜色的不同可以看出温度场的分布，红色的区域为热岛效应较高的区域。

      本次模拟我们只是需要验证微环境评估模拟是否可以辅助城市规划设计，所以在这里对项目CFD成果我们不作精确要求。从两个成果我们知道，模拟大面积精细模型下的风速和温度，建筑表面风压等基本数据是完全可行的，缺点是用普通PC机计算所需的时间较长。

7、结论

建立可计算化的三维模型，综合利用气象数据和外部环境数据，进行规划微环境生态模拟与评估，为城市规划管理提供铺助决策支持的技术手段是未来三维仿真的发展趋势。

      本次模拟是以北京路周边地区的微环境模拟为例，阐述了微环境生态模拟评估在整个规划设计过程中的作用，并详细讲解了微环境模拟与评估的技术方法，从模拟结果来看，其数据完全可以应用到实际工作中，辅助完成城市规划设计。

      微环境模拟与评估是个系统化的工作，需要详细的工作步骤和完备的外部环境数据，本次模拟在外部环境数据上是比较欠缺的，并且在工作实施步骤上不具备完整性和规范性，这也是以后微环境模拟评估项目需要完善的地方。

本文节选自《BIM总论》

作者:何关培

出版社:中国建筑工业出版社

出版时间:2011年05月 

如有侵权请联系删除

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为落实广州市“中调” 发展战略、加快推进老城区改造工作，在新的发展形势和需求下，需要在对北京路沿线地块进行梳理与检讨的基础上，对原有规划重新进行审视。为此，广州市规划局决定开展《北京路沿线城市设计检讨(北京路沿线骑楼街保护规划深化及大佛寺南北广场拆迁安置方案)》的规划编制工作，推进落实广州市“中调”发展战略，进一步优化北京路骑楼街控制要求，并为大佛寺南北广场拆迁安置提供规划指引。

      本次规划是基于旧城改造和骑楼街保护为主线的时效型规划。研究范围大致为北起越华路，南至珠江前航道，西起吉祥路、教育路、回龙路，东至德政路、府学西街、仓边路的范围，亦即北京路沿线9个规划管理单元(AY0124, AY0125， AY0130，AY0131, AY0137, AY0143, AD0136， AD0137， AD0140)， 共约135.63公顷。规划范围包括北京路沿线一线地块及大佛寺周边地区，共约33.41公顷，参见图12-1。

作为一种新的技术尝试，我们在本次规划设计前期阶段采用了城市规划生态评价，对整个规划范围内所有的现状建筑物在区域层面上进行了生态微环境的模拟，拟从模拟结果中反映早期城市规划方案在城市生态上的不足，并指导本次规划设计。

2、技术思路与方法

本项目的生态微环境模拟采用了以下技术思路:

(1)资料收集:资料收集主要是收集包括北京路规划检讨项目研究范围的现状模型、微环境生态模拟的外部气象数据、环境数据等资料。

(2)模拟:模拟主要是将收集的资料进行整理，统一导入到微环境模拟平台进行计算，最后得到模拟结果。

(3)成果输出:成果输出最后采用了高分辨率图纸及三维演示两种方式。技术思路如图12-2所示。

3、资料收集

由于北京路沿线城市设计检讨项目的研究范围属于广州市老城区，研究区域内的建筑样式繁多，建筑功能繁杂，建筑模型量大，所以本次模拟的现状模型以“ 数字详规”北京路沿线模型为基础蓝本，并进行适当的模型简化和格式转化，最终形成了可以导入到模拟平台的模型库。

外部环境的数据收集主要是收集模拟所需的日照数据、广州市日常平均气温、四季风等外部气象数据等。

4、模拟

模拟总体来说分三步进行，一是将现有收集的资料进行整合，如将模型数据进行格式统一化、 建筑属性集成等工作，外部气象数据进行参数化解译，并形成外部数据资料集;二是进行数据导入平台并进行参数设置并进行数据计算得出模拟结果:三是模拟结果的输出。

由于模拟平台采用标准的BIM (建筑信息模型)格式，而详规模型的原始资料库中全部是3Dmax的模型，所以在模型的转换中需要对原始max模型进行属性集成，而我们此次主要是模拟北京路沿路建筑体的日照和通风，所以在建筑单体的属性集成上我们选择了属性为空，只对模型之间的空间关系上作严格的要求。模型的转化方式具体是将max模型转化成标准的IFC格式，并最终在模拟平台的模型编辑器中进行空间结构的对照，对照完成后即形成了需要的信息模型库，其转化过程如图12-3所示。外部数据的参数化处理就是将收集的气象资料进行参数化解读，并与模拟平台中的参数设置进行对比，最后形成参数列表。

      本次生态微环境模拟主要是模拟了北京路沿线现状建筑的日照和通风两个方面，按照项目组的要求，需要模拟在冬至日或者大寒日北京路沿线建筑群的日照时间和模拟广州市四季季风的情况下，规划区域内建筑群之间空气流动结果。

      模拟软件介绍: Ecotect 日照模拟软件。Ecotect 是Autodesk公司于2007年推出的一个全面的建筑生态技术性能分析辅助软件，它提供了一种交互式的分析方法，只要输入一个简单的模型，就可以提供数字化的可视分析图，并且随着设计的深入，分析也越来越详细。Ecotect可提供许多即时性分析，比如改变地面材质，就可以比较房间里声波的反射、混响时间、室内照度和内部温度等的变化。Ecotect与建筑师常用的辅助设计软件SketchUp、Archicad、 3DMAX、AutoCAD 有很好的兼容性，只需根据建筑的特定情况，输人经纬度、海拔高度，选择时区，确定建筑材料的技术参数，即可在该软件中完成对模型的太阳辐射、热、光学、声学、建筑投资等综合的技术分析。

CFD (Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)软件则采用了美国标准技术研究院(NIST) 研发的FDS。

      模拟过程的主要参数见表12-1和表12-2。                   

  

模型导入分析软件界面如图12-4和图12-5所示。

5、成果输出

日照分析成果输出分为两种形式的输出:一种是以图的方式输出， 另外一种是以三维浏览的方式输出。

     日照分析图的输出是比较正式的成果方式，其优点是进行北京路沿线城市设计检讨项目成果汇编的时候能够直接和规划设计成果融合，比较符合传统成果的提交方式，其缺点是区域大面积日照分析不能够很好地反映出局部微观建筑的日照情况，只能反映路网内地块的总体日照情况。

     三维浏览的方式输出的优势是直观，人们在浏览过程中能直接对目标建筑进行详细观察，能有立体感的对比其周边建筑的日照情况，也能直接观察到微观建筑之间空间结构对日照影响的具体情况，但是三维浏览的方式不能直接出现在传统的规划设计成果汇编中，只能以光盘的方式附加在成果后面，这不利于成果的书面表达和比较影响成果的正式性。

      二维日照分析图的制作主要是将日照成果图与项目的规划研究范围内的建筑功能图进行叠加制作完成。三维浏览的方式是将模型导人可浏览的三维引擎，并将日照成果以贴图的方式直接贴附到日照分析高程平面上，然后打包输出浏览。

      CFD成果通常也是以两种方式输出:一种是图的方式，但是流体力学往往是计算一段时间内流体经过介质的过程，通常分析流体变化和介质变化。所以流体力学计算往往是一种以时间为主变化轴的分析，并且流体一般以拉格朗日粒子为模型。以图的方式输出成果通常是用多张图表示分析时间内的多个节点，以此来展示流体和介质的变化趋势。另外一种成果输出方式则是通过视频输出方式，这种输出方式是流体力学计算最常见的一种输出方式， 它将整个时间段内的流体变化和介质变化以流媒体的方式展现出来。

6、成果介绍

 1.日照成果介绍

      图12-6是冬至日全天日照时间累计图，图中右上方为日照时间指标色条，色条用日照时间对应颜色，从深蓝色到红色分别对应了日照时间0小时到10小时。成果图以模型的顶视图显示，日照分析面为高度1. 5m。成果图中的不同日照累计时间以不同颜色区域进行区分，并且不同的日照时间区域以包络线进行界定。

      该成果很好地反映了北京路周边建筑和道路在冬至日的全天日照累计时间，从图12-6中我们可以看到沿北京路周边建筑由于密集，很多建筑在大寒日日照较少，没有达到2小时日照标准，但路网日照情况普遍较好。

  

    2. CFD成果分析

      本项目CFD成果包含了两项:风速图(图12-7)和温度图(图12-8)。由于CFD在城市规划中运用在国内处于初级阶段，所以本项目CFD成果是抛砖引玉，属于实验性质。

风速图主要是反映了建筑群空间的空气流动情况，本次成果风速计算面为标高2m的空间平面，选定2m主要是反映人的运动空间内空气基本流动情况，以此来得到人的舒适度感知。从图12-7中基本可以看出，建筑群风速稳定在每秒2m左右，原始风速设定是17m/s,由于建筑空间的影响，其中一些建筑密集群， 风速有降低情况，通过成果与三维模型的叠加可以知道该建筑群区域属于热岛区域。

      同理，温度图计算面也是取标高为2m的平面，由于日平均温度取值18~20C，而大模型计算CFD温度场需要时间坐标，本次计算取时间为30s (CFD计算时间坐标越长，成果越接近事实)，而且本次计算是在纯建筑模型下进行(不考虑人类活动影响),所以成果比较理想化。从图12-8中可以看出模型内部大部分区域的温度是19.9~20.4C之间，从颜色的不同可以看出温度场的分布，红色的区域为热岛效应较高的区域。

      本次模拟我们只是需要验证微环境评估模拟是否可以辅助城市规划设计，所以在这里对项目CFD成果我们不作精确要求。从两个成果我们知道，模拟大面积精细模型下的风速和温度，建筑表面风压等基本数据是完全可行的，缺点是用普通PC机计算所需的时间较长。

7、结论

建立可计算化的三维模型，综合利用气象数据和外部环境数据，进行规划微环境生态模拟与评估，为城市规划管理提供铺助决策支持的技术手段是未来三维仿真的发展趋势。

      本次模拟是以北京路周边地区的微环境模拟为例，阐述了微环境生态模拟评估在整个规划设计过程中的作用，并详细讲解了微环境模拟与评估的技术方法，从模拟结果来看，其数据完全可以应用到实际工作中，辅助完成城市规划设计。

      微环境模拟与评估是个系统化的工作，需要详细的工作步骤和完备的外部环境数据，本次模拟在外部环境数据上是比较欠缺的，并且在工作实施步骤上不具备完整性和规范性，这也是以后微环境模拟评估项目需要完善的地方。

本文节选自《BIM总论》

作者:何关培

出版社:中国建筑工业出版社

出版时间:2011年05月 

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