绿色建筑设计中的cad技术

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　　【摘要】本文结合绿色建筑的定义、发展与当前应用情况几方面，介绍了cad技术在绿色建筑设计中的基本概况。
　　【关键词】绿色建筑；cad技术
　　
　　绿色建筑亦称为生态建筑、可持续发展建筑。在建筑经济学领域，绿色建筑措施带来了社会效益、环保效益和经济效益，并降低建筑项目的风险。在规划领域，绿色建筑首先强调辨识场地的生态特征和开发定位，以充分利用场地的资源和能源，减少不合理的建筑活动对环境的影响，使建筑与环境持续和谐相处。在设计领域，绿色建筑采用建筑集成设计方法并遵守环境设计准则，将建筑物作为一个完整的系统，综合考虑建筑的间距朝向、形状、结构体系、围护结构等因素。在施工领域，绿色建筑的目标是减少对环境造成严重影响。通过采用具有环保意识的绿色施工方法，绿色建筑的建造过程能够显著减少对周边环境的干扰，减少填埋废弃物的数量以及建造过程中消耗的自然资源数量，并将建筑物建成后对室内空气品质的不利影响减少到最低程度。在运行维护领域，绿色建筑的技术和方法可以保证建筑规划设计目标的实现，通过合理的环境目标设定和智能化的系统控制，采用科学、适用的消费模式，保证建筑设备系统的安全和清洁运行屏降低系统能耗，保障室内空气品质和热声光环境，减少运行过程中污染物产生，提高建筑整体的运行效率。
　　因此，绿色建筑遵循可持续发展原则，以高新技术为主导，针对建筑全寿命的各个环节，通过科学的整体设计，全方位体现“节约能源、节省资源、保护环境、以人为本”的基本理念，创造高效低耗、无废无污、健康舒适、生态平衡的建筑环境，提高建筑的功能、效率与舒适性水平。
　　20世纪60年代，出现了“生态建筑”新理念。70年代，石油危机的爆发，使人们意识到，以牺牲生态环境为代价的高速文明发展史难以为继。耗用自然资源最多的建筑产业必须走可持续发展之路。80年代，节能建筑体系逐渐完善，并在英、法、德、加拿大等发达国家广为应用。同时，由于建筑物密闭性提高后，室内环境问题逐渐凸现，以健康为中心的建筑环境研究成为发达国家建筑研究的热点。1992年巴西的里约热内卢“联合国环境与发展大会”的召开，使“可持续发展”这一重要思想在世界范围达成共识。绿色建筑渐成体系，并在不少国家实践推广，成为世界建筑发展的方向。
　　30多年来，绿色建筑由理念到实践，在发达国家逐步完善，一些发达国家还组织起来，共同探索实现建筑可持续发展的道路，如加拿大的“绿色建筑挑战”行动，采用新技术、新材料、新工艺，实行综合优化设计，使建筑在满足使用需要的基础上所消耗的资源、能源最少。日本颁布了《住宅建设计划法》，提出“重新组织大城市居住空间（环境）”的要求，满足21世纪人们对居住环境的需求，适应住房需求变化。瑞典实施了“百万套住宅计划”，在住区建设与生态环境协调方面取得了令人瞩目的成就。
　　绿色建筑技术集成体系是反映绿色建筑发展的综合性指标，目前许多欧美发达国家已在绿色建筑设计、自然通风、建筑节能与可再生能源利用、绿色环保建材、室内环境控制改善技术、资源回用技术、绿化配置技术等单项生态关键技术研究方面取得大量成果，并在此基础上，发展了较完整的适合当地特点的绿色建筑集成技术体系。不少发达国家根据各自的特点，还通过建造各具特色的绿色建筑示范工程展示其绿色理念、绿色技术及产品等大量研究成果，引领未来建筑发展方向，推动建筑的可持续发展。建筑形式包括办公楼，住宅，学校，商场等，比较典型的如：英国BRE的生态环境楼和Integer生态住宅样板房等。这些示范建筑通过精妙的总体设计，结合自然通风、自然采光、太阳能利用、地热利用、中水利用、绿色建材和智能控制等高新技术，充分展示了绿色建筑的魅力和广阔的发展前景。
　　发达国家在近十年的时间里还开发了相应的绿色建筑评价体系，通过具体的评估技术可以定量客观地描述绿色建筑中节能效果、节水率、减少CO2等温室气体对环境的影响、“3R”材料的生态环境性能评价以及绿色建筑的经济性能等指标，从而可以指导设计，为决策者和规划者提供依据和参考标准。影响较大的如国际可持续建筑环境促进会的GBTool评价工具，美国绿色建筑理事会的LEED评估体系等。国际上绿色建筑评估工具的发展具有以下特征：各国发展生态建筑评估工具都注重与本国的实际情况相吻合；随着绿色建筑实践在各国的不断发展，评估工具也由早期的定性评估转向定量评估；从早期单一的性能指标评定转向综合了环境，经济和技术性能的综合指标评定。
　　上世纪90年代后期，绿色建筑概念引入我国。1994年我国发表了“中国21世纪议程”，同时启动“国家重大科技产业工程――2000年小康型城乡住宅科技产业工程”。1996年又发表了“中华人民共和国人类住区发展报告”，对进一步改善和提高居住环境质量提出了更高要求和保证措施。
　　与国外相比，我国目前在单项生态关键技术研发方面还需进一步深化：如在建筑节能方面，与气候相近的国家相比，我国采暖地区的建筑能耗约是他们的3倍左右；在绿色建筑设计、自然通风、可再生能源利用、绿色环保建材、室内环境技术、资源回用技术、绿化配置技术等研究方面均需加快应用研究。
　　随着绿色建筑在我国的不断发展,绿色建筑评价体系的发展和完善也逐渐成为当前研究的一个重要课题。目前,我国已经建立了中国生态住宅技术评估体系、绿色奥运建筑评估体系并编制了《绿色建筑评价标准》及《中新天津生态城绿色建筑评价标准》等绿色建筑评价标准,使我国绿色建筑的评价体系逐步走向成熟。基于绿色建筑理论研究成果，北京、上海、广州、深圳、杭州等经济发达地区也结合自身特点积极开展了绿色建筑关键技术体系的集成研究和应用实践。例如北京的北潞春绿色生态小区、锋尚国际公寓，广州的汇景新城，上海的万科朗润园等。以“上海生态世博”和“北京绿色奥运”为背景的“上海生态建筑示范楼”和“清华超低能耗示范楼”等绿色建筑示范项目业已建成并向国内外开放，成为我国绿色建筑技术展示、教育基地和后续研发平台。
　　总体上我国绿色建筑尚属起步阶段，缺乏系统的技术政策法规体系，绿色建筑评估标准规范尚未正式颁布，本土化的单项关键技术储备和集成技术体系的建筑一体化研究应用均需进一步深化，国内外绿色建筑领域的合作交流还未全面展开。真正意义的绿色建筑尚未进入实质性推广应用阶段，绿色建筑设计理念和绿色消费观念有待进一步引导。
　　建筑的可持续发展，不仅对建筑环境工程师、建筑设备工程师提出挑战，更重要的是对建筑师的挑战。绿色建筑的一个重要方面就是节约能源，降低建筑能耗。在决定建筑能量性能的各种因素中，建筑的体型、方位及围护结构形式起着决定性作用，直接的影响包括建筑物与外环境的换热量、自然通风状况和自然采光水平。而这三方面涉及的内容将构成70％以上的建筑采暖通风空调能耗。因此建筑设计对建筑的能量性能起着主导作用。不同的建筑设计方案，在能耗方面会有巨大的差别。单凭经验或者手工计算，很难正确判断建筑设计的优劣。目前凭借先进的计算机技术进行复杂的数据计算和实时的动态模拟是实现绿色建筑设计的科学性和合理性的重要保障。
　　计算机辅助设计（ComputerAided Design，简称CAD）技术产生于19世纪50年代后期。在AutoCAD占据统治地位的2DCAD时代，只能通过手工输入的方式将建筑设计的相关数据输入到相关软件中，才能进行能量分析。而操作和使用这些软件不仅需要具备复杂的能量分析基础知识，而且本身也是专业化的程序，必须由专业人士经过专业培训才能进行操作。大量的专业数据、繁琐的输入工作使得能量分析与模拟对于建筑师来说是可望而不可及的。这是建筑师无法在设计过程中直接对设计方案进行建筑能量分析的一个重要原因。因此在传统的2D设计模式中，能效计算通常安排在设计的最终阶段，由专业人士进行操作和分析、模拟，但此时建筑设计方案已经很难改变。于是，能量分析就成为一种象征性的姿态，对绿色建筑设计起不到什么作用。

　　在我国，《公共建筑节能设计标准》已于2005年7月1日起开始实施。节能设计成为强制性的设计标准，而传统的建筑能量分析方法却无法满足广大建筑师和建筑设计的需求。根据调查分析，能效设计概念难以在实践中实施的原因是多方面的，其中主要原因之一是缺乏能为建筑师所接受和使用的、在建筑设计的任意阶段，特别是初始阶段进行的能效设计方法和软件。如果能充分运用先进的计算机技术，使建筑师能够随意的在设计的任意阶段，特别是在设计的初期阶段毫不费力的对整个建筑的能源消耗和生态效应进行准确的计算和评估，得到关于建筑能量性能的宝贵的反馈信息，那么建筑师就能及时准确的对设计方案进行调整和优化，从而满足建筑节能的要求，最大限度的减少不可再生能源的消耗，真正实现绿色建筑设计的自动化、数字化。这就需要一个包含建筑全部信息的数字化模型，和一个能识别这些信息的建筑性能分析工具。
　　但更重大的变革现在正在进行，CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。近年来，又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。随着互连网的普及，集成化（Integrated）、智能化（Intelligent）、协同化（Collaborative）成为CAD技术新的发展特点。使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。从电子绘图到所谓的建筑信息模型（BIM），建筑实际构件用数字化的方法来搭建，与此同时（自动实时）链接到报告生成（数据库）引擎，根本上产生人们所说的“智能几何”。
　　虚拟现实（VirtualReality,VR）技术在CAD中的应用也已经开始，可以进行各类具有沉浸感的可视化模拟，用以验证设计的正确性和可行性。还可以在设计阶段模拟零部件的装配过程，检查所用零部件是否合适和正确。在概念设计阶段，支持人机工程学，检验操作时是否舒适、方便，可用于方案选比。
　　现在，随着cad技术已不断完善，在以ArchiCAD为首的新一代的cad软件中，已可以在电脑构筑建筑的虚拟模型，并对建筑的采光、日照、通风、能耗、供水等条件进行细致深入分析，可以得出接近于真实的结果，然后根据反馈的结果再细致深化建筑方案。
　　随着人工智能、多媒体、虚拟现实、信息等技术的进一步发展，CAD技术正朝着集成化、智能化、协同化的方向发展，CAD技术在绿色建筑的设计和创新的过程中将发挥越来越大的作用。
　　
　　

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