参数化技术在绿色建筑的应用

随着国家《绿色建筑行动方案》等政策出台，以及新版《绿色建筑评价标准》的发布，全国各地纷纷响应号召，绿色建筑事业发展的如火如荼。新的标准要求设计师的作品在满足功能需求的同时，还应符合可持续发展的要求，这无疑是一个持久性的挑战。参数化技术在建筑设计领域的应用近年来在国内兴起。参数化设计方法也在逐渐备受青年设计师们青睐，也陆续产生了一些融入了一些绿色建筑性能化设计元素的优秀作品。本文通过研究参数化技术在绿色建筑性能化设计的应用领域和方法，给建筑设计师设计绿色建筑提供思路。

1绿色建筑性能化设计现状

绿色建筑的设计过程是一个信息不断反馈的过程，绿色建筑初期的设计成果是后期的设计条件，不容易被更改，而方案初期的组团布局、建筑朝向、室外环境等对建筑节能有着突出的影响。可以说，初期概念设计阶段的绿色建筑技术引入更符合绿色建筑设计本质，对最终设计的特色、水平和效益影响最大。然而性能化设计应用到绿色建筑设计过程中存在一系列的问题：（1）应用阶段“亡羊补牢”；（2）应用过程效率较低；（3）应用内容独立性较高。

比较而言，参数化技术在绿色建筑创作中的意义则较为明显：（1）能直接介入建筑方案的创作；（2）大大减少了方案的优化周期，能做到实时把控；（3）能进行技术集成，解决复杂问题。

2基于grasshopper的绿色建筑参数化设计工具

Grasshopper（下文简称GH）以rhino插件的形式为广大建筑设计人员提供了一个参数化技术集成平台。其自身有许多工具模块，也提供了很丰富的插件接口，更强大的是，GH还提供有Python、VB、VC、MATLAB等编程接口，也支持部分外部程序的调用。目前，GH平台上可以集成的绿色建筑性能化设计插件已覆盖各个领域。GECO调用ECOTECT做阴影、日照、辐射、采光分析，还能结合winair做CFD分析。

Ladybug可以分析气象资料，进行阴影、日照、辐射、视野等分析。Honeybee可以调用EnergyPlus、Radiance、Daysim和OpenStudio等软件用于采光和建筑能耗分析。ArchsimEM用于建筑能耗模拟，其计算核心调用的是energyplus。PachydermAcousticalSimulation用于室内声音传播仿真分析。此外，GH还有一些连接bim平台的插件，使在GH平台中创建的模型能融入BIM平台的深化设计中。这些工具的使用，极大的丰富了参数化技术的应用范围和手段。

3绿色建筑性能化设计应用

3.1地形建模

通过识别高程数据和空间位置，创建高程点；再根据高层点，创建地形，并可以进行后续工程土石方量计算和平衡。或者根据google地图直接获取地形数据创建区域地形，对方案设计有较大帮助。

3.2阴影日照分析

通过对项目阴影和日照的模拟，能分析拟建项目对周边既有建筑的影响，根据分析结果进行调整，保证其满足日照标准，又不降低周边建筑的日照标准。同时还能分析出场地阴影范围，结合太阳辐射的分析对常年阳光照射区域采取绿化等措施，以降低热岛强度，改善室外热环境。

3.3视野分析

视野分析包括室内和场地两种。室内视野分析是指室内各点对室外环境的可见程度。场地视野分析主要用于评价标志性建筑被场地内各区域可见的程度，或者场地内某个观测点能看到场地外的景观的程度。视野分析在建筑方案布局及旅游建筑中显得尤为重要。

3.4自然通风模拟

通过对室外自然通风的模拟，能找出方案规划中的不合理布置方式，优化建筑布局，保证人行区活动舒适和空气质量，优化建筑表面风压分布，利于组织室内通风。同时也可结合风环境进行场地内热环境的评估与分析。

3.5自然采光计算

《建筑采光设计标准》中对于住宅、教育建筑和医疗建筑的采光作了强制规定，以保证使用者的舒适性。对遮阳方案，既要满足室内采光需求，又要达到夏季减少室内得热，冬季获得充足阳光的效果，以此初步确定遮阳形式和尺寸，再根据整体情况进行调整。对大进深空间进行分析，采取适当措施解决采光不足的问题，减少照明能耗。

3.6能耗模拟

对项目的初步方案进行能耗模拟分析，可以初步判定各个因素或措施对建筑总能耗的影响程度，能分析出遮阳、日照、自然通风等措施减少建筑整体能耗的需求的最大值，以进行项目技术决策。还能给出各个系统的能耗分项指标，以找出项目的短板，进一步优化设计以优化能耗结构。

3.7多目标优化分析

影响建筑场地布局或建筑细部构造尺寸的性能化因素往往不止一个，这些多因素的影响使性能化设计变得复杂。通过grasshopper联合多目标分析，结合遗传算法等高级数学求解器，能很好地解决这些问题。建筑朝向、功能布局、开窗尺寸、遮阳构件尺寸等因素，影响着建筑室内舒适度和建筑能耗，通过多次分析，最优化求解，可以平衡各因素对建筑的影响。

4结语

建筑业的快速发展必将带动建筑设计行业设计思维和设计模式的逐步转变，其中，感性设计向理性设计转变是重要的转变之一。参数化技术以其明晰的逻辑思维过程来解决设计中的问题，有着很高的准确性，提高了设计效率。把握参数化设计的本质，通过使用GH内置的各个程序模块或者编写自定义程序代码，甚至调用外部软件，可以实现建筑群体和建筑单体的建筑性能集成化设计及专项优化设计。因此，参数化技术在绿色建筑性能化设计上的应用有着很广阔的前景，为绿色建筑设计师们提供了精确、快速、个性化的解决方案。