关于数字化技术助推绿色建筑高质量发展的思考

杨岚  武昌区建设局

在过去的人类历史中，人类对生态的认知先后经历了两个阶段（无知生态和征服生态)。现在正经历着第三阶段——可持续发展生态。无知生态时期的人类对自然充满若敬畏之心，人与自然的关系更多地表现为人类对自然生态消极地适应，在建筑上因为技术落后，而表现为利用被动的方式来抵抗自然条件中不利的因素，建筑因此具备了地方性特色。在征服生态时代，人类经过了工业革命，积累了大量的技术手段，人类改造自然的能力迅速增强。人类与自然的天系王安衣现为人类相信利用技术可以对自然生态进行主动的、随意的改造。在建筑领域，人们对建筑的功能需求逐渐复杂，建筑类型变得更加丰富。并且解决了照明、电力供应、供水等问题，居住环境得到了很大的改善。特别是暖通空调设备等技术的发明，使得建筑室内冷热环境可以被人类自由地调控，建筑设计可以完全不考虑气候因素，而用技术与自然界中的不利因素进行对抗。但是往后的历史发展表明，这种用技术对抗自然的行为显然让人类付出了巨大的代价——环境的日益恶化使人类的生存环境受到威胁。经历征服生态阶段后，随之而来的就是自然环境被破坏和能源枯竭等问题，面对人类自身生存环境遭到威胁，人类不得不作出应对。1992年人类提出走可持续发展之路，全力维护人类赖以生存的地球环境。在建筑领域为应对环境恶化问题，建筑先驱们开始探寻一条建筑适应气候的道路，实现向无知生态阶段的高级回归。建筑业作为一个高能耗的行业，建筑在其全寿命周期中都向自然索取和交换着大量物质和能量。在可持续发展的大背景下，建筑业的相关从业人员应当担负起相应的时代责任。可持续发展背景下，绿色是时代话题，绿色建筑是建筑业的时代话题。绿色建筑自提出以来，国内外已经有了较多成熟的研究成果，随着社会的发展，绿色建筑的内涵也必将被不断地丰富。
     1 绿色建筑

（1）绿色建筑的起源与定义

“生态建筑”自20世纪60年代提出后，生态与建筑融合的相关理论得到了建筑学界建筑先驱们的广泛响应，他们积极地投入到新的建筑领域的探索当中。十年后的能源危机造就了“节能建筑”，而后逐渐发展成绿色建筑的概念。国内对绿色建筑(Green Building )的定义为:“在全寿命期内，节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。

（2）绿色建筑设计

绿色建筑设计不仅强调在建筑设计过程中各方面的绿色决策的实施，更强调在全寿命周期中全面地贯彻绿色建筑理念以及被动适应气候的设计策略。在计算机辅助设计技术出现之前，绿色建筑设计与数字技术联系并不紧密，通常是建筑设计师依照个人经验和认识来针对建筑所处的气候区域实施绿色建筑措施，这种设计方式往往在建筑节能方面无法进行精确的定量分析，例如杨经文的生态建筑设计理论

2 绿色建筑发展中的制约因素

（1）建筑生产成本的增加

既往的研究成果表明，相较于传统建筑，绿色建筑生产成本的增加主要在绿色建筑施工技术使用方面”。将“绿色建筑”关键词在中国知网中文文献库进行检索，使用VOSviewer软件对检索数据进行数据可视化。国内绿色建筑生产需要获取成熟的技术研究成果的成本因此而增加。由于房地产开发的趋利性，开发者并不愿意看到建筑造价被提高，现行的法律法规也并没有强制业主要增加前期的投入成本来换取建筑后期使用和报废时节约成本的效益。这就使得相关单位对绿色建筑建设的积极性往往建立在相关的政府补贴政策上，当得到政府补贴政策时，其绿色建筑建设的积极性更高。此外，绿色建筑技术的盲目堆叠使用也是绿色建筑建造成本增加的一个原因。有的绿色建筑项目为了达到绿色建筑评估标准，在不考虑适用性的情况下将能够采用的绿色建筑技术都应用到建筑项目中，技术的堆叠虽然能够提升建筑的绿色性能，但建造的成本也随之上升。

（2）相关技术要求高

由于绿色建筑在我国的发展历史相对较短，因此相较于传统的建筑，绿色建筑的建造过程更加复杂，在建筑设计和施工阶段都对相关人员的技术水平有更高的要求。尤其在绿色建筑生产的过程中，设计处于领导性的地位，建筑设计师需要控制整个设计过程，综合考虑各种因素和要求来实施绿色策略。这个过程往往会涉及多个专业领域，这就使得绿色建筑设计要求建筑设计师有更加广泛的业务能力，并且花费大量的时间进行跨领域协作。但是在实际实践当中，由于全球化进程带来的进一步分工细化，大部分建筑设计师无论是在学校接受专业教育或是在从事建筑设计的过程中都很少会与其他领域产生交集。导致在绿色建筑设计过程中，虽然对节能环保具有很强的意识，但是却常常因为知识储备不足而无法应对复杂的绿色建筑设计。

3 绿色建筑数字化设计

（1）绿色建筑数字化设计

20世纪计算机技术迅猛发展，计算机辅助设计逐渐出现在建筑师的视野，并在建筑行业掀起了一场技术革命。而如今计算机辅助设计与绿色建筑结合已经成为一个热门话题。依靠计算机辅助设计，绿色建筑设计不再过分依赖建筑设计师个人的经验和认识来实施绿色建筑措施，而是以数据为导向，可以将很多绿色措施定量化，提前预测建筑节能效果。其中数字生成设计与性能数值模拟技术相结合是绿色建筑数字化设计的重要领域。此类设计方法可以辅助建筑师快速有效地对建筑设计方案进行生成和演化，并且在后期方便建筑师对建筑方案进行深化性的定量调整。近些年来，数字技术节能设计研究受到国内学者的关注，如以风环境为导向的建筑节能设计研究。此类实验以建筑通防风设计为目标，制定一系列建筑自生成的规则。风环境模拟数据全部可以由实际测量得来，在计算机中驱动建筑形态的生成，得到一系列建筑设计解集。这类实验对提高建筑被动式节能有极大的促进作用，比如建筑在夏季时可以有更多的自然通风，冬季时有更强的保温和防风效果。并应用遗传优化算法——在众多的解空间中搜索相对最优的解集，根据解空间中不同节能设计方案体现出来的节能性能水平，不断地进行叠加计算，保留有利因素至下一次计算中，如此周而复始地迭代使得建筑绿色性能不断被提高，建筑师最终可以得到一个最优的绿色性能设计方案。数字技术的应用使得绿色建筑设计过程中可以通过模拟实验来对建筑性能进行定量的分析，进而不断地改善节能措施以及加强建筑被动式节能设计，避免增加技术成本。此外，定量的性能分析还使得绿色建筑评价结果更加直观，建筑师可以根据业主确定的绿色建筑等级来考虑具体的决策。

（2）绿色建筑数字化设计协作平台

建筑信息模型( Building Information Modeling,简称BIM)对设计师在操作绿色建筑设计上有很大的帮助。建筑信息模型技术集成了从建筑设计方案到建筑施工再到建筑运行管理的所有建筑信息，有利于各个专业系统之间在建筑设计方案和优化过程中进行协同以及建筑信息的储存、管理和交流，从而使建筑设计师与跨领域的从业人员联系更加密切，解决建筑师花费大量精力在多个专业领域的问题，并且减少施工过程中因设计错误而发生反复协调导致工期延长，从而节约施工成本。BIM在建筑信息方面的完备性、协调性、互动性等特征，使其在建筑设计的实践层面得到广泛应用。

（3）绿色建筑数字装配助力全产业升级

产业化是发挥规模效应的有效手段，绿色建筑产业化是大力发展绿色建筑的最终结果。建筑产业化使得绿色建筑将属性优势充分发挥出来，逐渐形成绿色低碳的城市空间。数字装配技术集合了数字设计工具和建筑生产机器人，使得设计和建造同时进行，在数字设计工具当中，每一个构建都可以进一步导出为机床或者是机器人可识别的生产加工语言。数字技术的应用丰富了建筑预制装配的内涵，并且能够拓宽传统建筑预制装配的范围。传统的建筑预制装配往往是针对标准化的构建进行大批量生产，一定程度上难以满足建筑差异性的要求，而借助数字装配技术可以较好地解决此类矛盾。

结语：数字技术推动下的绿色建筑设计，改变以往依靠建筑设计师基于经验认识来进行绿色建筑中的各项设计决策以及调整建筑的形态、形式和材料的设计思路。首先，数字技术使得绿色建筑可以从精准量化的角度出发，实施准确的、有效的绿色建筑决策;其次，数字技术可以为绿色建筑设计提供管理、交流的多领域协作平台，加强建筑设计与其他各领域的交流合作,优化设计流程;最后，数字技术的数据流使绿色建筑的数字装配成为可能，进一步促进绿色建筑产业化升级，全面提升绿色建筑的应用价值。