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    基于可持续性的BIM+VR技术在住宅建筑方案设计中的应用研究

    来源: www.workforlgbt.org 发布时间:2020-03-09 论文字数:62002字
    论文编号: sb2020022522503229662 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
    本文是一篇建筑论文,本文首先提出建筑界内的两个重要发展趋势——可持续性设计和 BIM+VR技术,并论述了两者的相互促进和相互结合是未来发展的趋势。
    本文是一篇建筑论文,本文首先提出建筑界内的两个重要发展趋势——可持续性设计和 BIM+VR技术,并论述了两者的相互促进和相互结合是未来发展的趋势;之后,分别介绍了 BIM+VR 技术的应用方式和应用优势,总结了 BIM+VR 技术的主要应用软件。接着进一步分析了在建筑可持续性设计的前期、中期、后期 BIM+VR 的具体应用,总结数字技术对可持续性设计带来的影响。最后通过实际案例的可持续性设计,在对多个方案进行对比分析的过程中,运用数字技术,在理性的数据结论和感性的 VR 体验下得到更为合理的设计方案。

    第一章 绪论

    1.1 研究背景
    1.1.1 建筑设计领域面临的机遇与挑战
    我国经济的快速发展与城市化进程的不断推进使得人们的生活水平得到了显著提高。伴随着这一系列过程成产生的环境污染、能源浪费等现象引起了社会的高度重视。[1] 随着社会、经济、时代、城市化进程与计算机数字技术的快速发展,人们逐渐认识到保护自然资源,减少能源消耗以及智能化发展的重要性。建筑业作为我国国民经济的重要支柱,其可持续设计理念与建筑数字技术应用是建筑设计师所面临的主要问题。
    据相关数据与资料调查研究,按主要能耗来源(工业、交通与建筑)划分能源消耗时(图 1-1),各国建筑的能耗占比均在 1/3左右或以上,占据比例较大;按建筑类型划分能源消耗时(图 1-2),民用建筑占据绝大部分的比例,约占60%;而民用建筑中,住宅是城市建设的主要建筑类型(图 1-3),我国住宅各部分的能耗均比发达国家要多,如我国住宅外墙能耗是发达国家的 4~5 倍,屋顶能耗是 2.5~5.5 倍,外窗能耗是 1.5~2.2 倍,门窗空气渗透量是 3~6 倍,总能耗是3~4 倍。为保护全球生态环境,早在 1999 年我国出台的《北京宪章》中就曾指出:“走可持续发展之路必将带来新的建筑运动,促进建筑科学的进步和建筑艺术的创造”[2]。这些数据与国家政策的导向,可持续设计理念是建筑师在进行建筑设计所时必须考虑的问题。
    图 1-1 发达国家能耗对比情况图
    图 1-2 建筑类型划分的能源消耗图
    ............................

    1.2 研究对象与内容
    1.2.1 研究对象
    建筑类型多种多样,在城市化发展进程中,居住建筑与公共建筑是建筑的两大体系,而居住建筑中,住宅建筑占绝部分大的比例,其能耗的多少与可持续设计的程度直接影响到建筑能耗的多少与城市环境的好坏。在进行住宅建筑节能设计中的常见到一些问题和误区, 有时单纯从一方面考虑是有些节能效果, 但整体来看, 一些措施可能引起其他的能耗浪费[8]。因此在可持续设计理念普遍发展的今天,本文以河南省鹤壁市浚县科达清华园住宅建筑设计为研究对象,以可持续设计为指导原则,以 BIM+VR 技术为核心,研究 BIM+VR 技术在住宅建筑可持续设计中的应用。
    建筑业是一个全面且复杂程度高的行业,主要包含项目策划阶段、项目实施阶段与项目使用阶段,项目实施阶段包括设计准备阶段、设计阶段、施工阶段、动用前准备阶段与保修阶段五块内容[9](图 1-6)。而针对建筑学专业的学生,建筑设计是我们一直追求的东西,建筑设计的好坏直接影响着项目的好坏,且建筑设计方案是在建筑设计师不断思考和表达的过程中逐渐生成的,而建筑数字技术的操作在这个过程中的应用起着十分关键的作用。因此,虽然 BIM+VR 技术能涵盖项目的所有阶段,但本文以可持续设计与数字技术发展为背景,以住宅建筑可持续设计阶段为范围,基于 BIM+VR 的技术进行设计,归纳总结 BIM+VR 技术下住宅建筑可持续设计的策略与应用。
    ............................

    第二章 相关概念界定及基础理论研究

    2.1 BIM+VR 技术的理论概述
    数字手段与虚拟现实技术对建筑设计的意义是巨大的,它们不但推动了设计方法的创新进步,并且使建筑的艺术性得以更大强度的表现。[17]BIM+VR 技术是建筑信息模型与虚拟现实技术的一体化交互技术,既具有 BIM 技术各专业协同设计的优势,又同时具有 VR 技术的可视化漫游体验的优势。
    2.1.1 BIM 技术的特征与应用
    BIM 的英文全称为 Building Information Modeling,又名建筑信息模型,是建筑业引进制造业 CAD 技术后按建筑业的特点改造而来的一种思想、工具、技术与方法[18]。
    2.1.1.1 BIM 技术的定义
    2007 年我国颁布的建筑工业行业标准即《建筑对象数字化定义(JG/T198-2007)》中对 BIM 技术的进行了完整的定义:“建筑信息完整协调的数据组织,便于计算机应用程序进行访问、修改或添加,这些信息包括按照开放工业标准表达的建筑设施的物理和功能特点以及其相关的项目或生命周期信息”[19];同时 2007图 2-1 BIM 技术的组成Fig. 2-1 Composition of BIM Technology(图片来源:作者自绘)2007 年我国颁布的建筑工业行业标准即《建筑对象数字化定义(JG/T198-2007)》中对 BIM 技术的进行了完整的定义:“建筑信息完整协调的数据组织,便于计算机应用程序进行访问、修改或添加,这些信息包括按照开放工业标准表达的建筑设施的物理和功能特点以及其相关的项目或生命周期信息”[19];同时 2007图 2-1 BIM 技术的组成Fig. 2-1 Composition of BIM Technology(图片来源:作者自绘)
    由此可见,BIM 技术不能简单的等同于 3D 模型,其包含了建立模型(产品模型、过程模型)和应用模型(决策模型)两大方面的内容(图 2-1),在整个建筑生命周期的过程中,以三维数字技术为基础,对建筑工程项目的信息或数据进行集成和数字化表达,为建筑工程创建一个良好的信息环境。
    ..............................

    2.2 BIM+VR 技术模式与传统设计方式的对比
    2.2.1 传统设计方式的局限性
    19 世纪 60 年代,建筑设计单位普遍采用手工绘制平面图,辅以手工模型制作的传统方式进行设计;19 世纪 90 年代,随着计算机的出现与应用,建筑设计单位普遍采用 CAD 二维图纸绘制,辅以 3D 软件(如草图大师 Sketchup)建模的传统设计方式。不论是手工绘图还是计算机 CAD 软件二维图纸的传统设计方式,其均存在以下不足与问题:
    (1)模型制作费时、费力
    建筑实体模型是设计方案成果的直观展示,也是建筑师常用的建筑表现手段,通过建筑实体模型的展示,我们可以得知建筑的立面造型、体量大小、材料运用等设计信息;但是一个中小型实体建筑模型的制作,少则一周,多则上月,即时间周期较长,大型实体建筑模型的制作除时间要求外,还需有人员的要求,费时、费力;且实体建筑模型制作完成后,若方案进行局部变动时,实体模型很难实现与方案设计的同步修改。
    (2)建筑信息存在缺失
    计算机建模技术出现后,其模型制作过程较手工实体模型较为简单,但其常常仅对建筑的立面进行深入的建模设计,忽略建筑内部空间的设计,虽然后期计算机渲染软件技术的出现,增强了建筑模型的实景效果和材质效果的展现,但其所建模型仅仅是外立面效果的展示设计,缺乏内部平面空间、竖向剖面空间、建筑与外部空间设计等多方面的建筑信息,只能用于方案展示,不能用于施工设计。
    同时,不论是手工绘制的平立剖还是由计算机绘图软件(CAD、天正)绘制的二维图纸,其成果是静态的、平面的,三维的建筑信息较难通过人工或计算机进行二维图纸的绘制。
    ................................

    第三章 BIM+VR 技术在方案设计中的软件分析..................................37
    3.1 BIM+VR 技术的软件应用.................................37
    3.1.1 BIM 技术下的应用软件...........................38
    3.1.2 VR 技术下的应用软件....................................41
    第四章 BIM+VR 在住宅可持续性设计中的应用实践...............................................63
    4.1 项目概况.......................................63
    4.1.1 项目背景............................................63
    4.1.2 设计理念...................................63
    第五章 结论与展望....................................101
    5.1 研究结论............................101
    5.2 创新点..........................................102
    5.3 研究中存在的不足............................102

    第四章 BIM+VR 在住宅可持续性设计中的应用实践

    4.1 项目概况
    4.1.1 项目背景
    (1)区域概况
    浚县位于中国河南省北部,鹤壁市东部,处于安阳、濮阳、新乡、鹤壁等市辐射带的中心位置。浚县县城由老城区、新城区、卫西区三个部分构成。整个城区既有古朴的特色又有现代的风格[53]。
    (2)交通概况
    浚县交通便利,基础设施完善。京珠高速公路穿境而过,鹤濮高速公路横贯县北,境内公路四通八达。该基地南邻城区东西主干道——浚县大道,处于浚县东西发展主轴上,北邻长丰大道,东西分别为长江路和宵河路,交通位置便利。在浚县规划的三区“产业聚集区”、“新城区”、“老城区”中,该基地处于三区组合三角区域的重心位置,与三区联系紧密。
    (3)文化底蕴
    浚县古称黎阳,古代有名的运河——卫河,是浚县的母亲河,千百年来,浚县临水而居,故又称“运河名城”。县城与两山紧依相连,“十里城池半入山”,具有城市山林特色。
    ..........................
     
    第五章 结论与展望

    5.1 研究结论
    本文首先提出建筑界内的两个重要发展趋势——可持续性设计和 BIM+VR技术,并论述了两者的相互促进和相互结合是未来发展的趋势;之后,分别介绍了 BIM+VR 技术的应用方式和应用优势,总结了 BIM+VR 技术的主要应用软件。接着进一步分析了在建筑可持续性设计的前期、中期、后期 BIM+VR 的具体应用,总结数字技术对可持续性设计带来的影响。最后通过实际案例的可持续性设计,在对多个方案进行对比分析的过程中,运用数字技术,在理性的数据结论和感性的 VR 体验下得到更为合理的设计方案。本文主要得出:
    (1)BIM+VR技术在可持续性设计中的优势与应用策略
    本文首先提出在以往的设计阶段,建筑师往往是通过经验和基本的物理、地理常识来进行比选判断,虽然可以达到一个较好的选择,却未必是最佳的选择,数字技术则基于场地信息和环境与建筑的性能模拟,让建筑师对于个方案之间的环境利用有了更清晰的认识。
    可持续性设计并不仅仅是指在设计过程中运用一些节能的技术手段与材料,而是从设计的起始点就开始思考如何通过设计策略去实现建筑的节能环保。本文提出BIM+VR技术在可持续设计中具有重要的作用,其影响主要体现在规划与建筑设计两个方面上。
    在规划方面:利用 BIM+VR 技术与性能分析软件的结合,通过信息模型与可视化了解不同建筑布局所产生的光环境(如日照情况,采光状况)结果,选取最优的住区建筑布局。
    在建筑方面:BIM+VR 技术能在设计前期和设计过程中完成日照分析、采光分析、室内照明分析、遮阳分析、自然通风、室内热工性能分析等相关建筑物理环境性能分析,依据分析结果进行方案的选择和优化改进。
    在设计阶段融入可持续性设计的理念,可以从分析场地开始,对建筑的布局、朝向、间距、体型等方面入手,去进行比选和分析,以期作出最佳的选择,在建筑自身设计合理的基础上,再去考虑附加的技术措施,这也意味着,建筑设计的合理性可以大大减少附加材料与节能技术的应用,也是节约资源减少浪费,实践可持续性的一个方式。
    参考文献(略)


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