年9月10日，在上海市住房和城乡建设管理委员会《建设监理》编辑部公布的“信通杯”第三届全国建设监理论文大赛评选结果通知中，江南管理获得特等奖1篇、三等奖2篇、入围奖6篇，公司获得“活动组织奖”，充分展现了公司技术实力和技术人员风采。
为了深耕厚植技术研究，推动行业创新发展，江南管理对获奖论文进行展播。本期推送的是“信通杯”第三届全国建设监理论文大赛入围奖——《BIM技术在设计管理中的应用——基于BIM模型的肇庆新区体育馆馆内气流组织模拟分析》（作者：江南管理李明），希望全体江南人认真研读，学习进步，共同努力为客户提供更高品质的服务。
BIM技术在设计管理中的应用
——基于BIM模型的肇庆新区体育馆馆内气流组织模拟分析
摘要：体育场馆气流组织的合理性是体育馆建筑品质的重要体现，本文以肇庆新区体育中心体育馆项目为例，提出了基于BIM模型的气流组织模拟分析方法，介绍了相关软件及CFD分析过程，分析了模拟结果及结果偏差的原因，总结了运用该技术的注意事项，以期在全过程咨询服务过程中，为体育馆等大空间公共建筑气流组织设计管理提供新思路。
关键词：设计管理BIM模型CFD技术体育馆气流组织引言
随着国家经济的快速发展及对体育事业的重视，体育馆建设项目逐渐增多，尤其是近年来我国体育健儿屡创佳绩、全民健康意识不断提高，对体育馆建设提出了更高的要求。体育场馆项目，因其体量庞大、功能复杂、要求严格，历来都是大型公共建筑建设的重点难点。通风空调系统是体育馆建筑品质和舒适性的重要保障，体育馆建筑属于大空间建筑，合理的气流组织形式，关系到比赛的顺利进行、观众的舒适性及场馆的空调能耗，是“绿色体育建筑”思想的重要体现。考虑到体育场馆的管理难度，众多体育场馆项目建设采用了全过程咨询服务模式。全过程咨询服务，是对工程建设的决策、设计、招投标、施工和竣工验收等各阶段，运用现代化的技术和科学的管理手段，对项目连续的进行全过程控制，使项目始终朝着可控的方向发展，设计管理无疑是全过程咨询过程中的关键一环。在全过程咨询过程中，项目投资造价控制、建筑品质及舒适性保障，主要受到设计质量的影响。然而，设计管理人员受限于专业技术知识水平及相关软件工具的使用，设计管理工作是目前全过程咨询服务过程中的薄弱环节。BIM技术是建筑信息模型的简称，BIM技术的产生与发展对传统的工程建设项目运作模式产生了重大的影响。在设计管理过程中，依靠BIM技术强大的可视化及漫游功能，设计管理人员可直观的了解项目，发现错漏碰缺等问题。随着对BIM技术研究的逐渐深入，BIM技术由最初以可视化为目的的BIM三维模型，逐步发展到具有属性信息、过程管理信息的BIM建筑信息化模型。面对如此多的信息，如何深入分析数据信息，挖掘数据价值，是目前及今后BIM的主要研究方向。基于BIM模型的建筑性能分析，就是深度应用建筑各类属性信息的典型应用点。目前，性能分析主要包括能耗分析、日照分析、噪音分析及气流模拟分析（CFD）。CFD技术是计算流体动力学的简称，类似于虚拟的在计算机内进行试验，是研究气流组织的重要技术手段，广泛的应用于流体类问题的各个领域。随着BIM技术的发展，BIM模型强大的属性信息及丰富的族库，基于BIM模型的CFD模拟分析较传统CFD软件进行模拟分析有了诸多的新优势，本文以肇庆新区体育中心体育馆项目为例，介绍在项目设计管理过程中，如何利用基于BIM模型的CFD技术，验证空调系统设计的正确性，分析大空间气流组织的合理性。1.项目概况
肇庆新区体育中心，以“砚生水墨”为主题，包含“一场两馆”，一场为建筑面积㎡，观众席位个的专业足球场（含足球博览馆）；两馆分别是建筑面积㎡，观众席位为个固定座位、个活动座位的综合体育馆和有两个篮球场以及相应配套设施的训练馆。本文以综合体育馆为分析对象，体育馆主体采用钢筋混凝土框架结构，外形近视为圆柱体，高度为33.5m，弦支穹顶跨度约m。比赛场位于正中心，尺寸为75×50m，四周座位共15排。在宽度方向两侧，高度为14m处分别设置媒体中心。2.基于BIM模型的CFD软件介绍
FLUENT是目前最主流的CFD软件，因其精度高、使用范围广等优点被广泛应用。但是，存在软件互通性差，需要单独为其建模、前处理器建模过于简化、网格划分要求高、不易上手等缺点，限制了广大工程人员的使用。随着BIM技术的发展及相关软件的研发，基于BIM模型的CFD技术已日趋成熟，本项目以revit软件建模，以AutodeskCFD为分析软件，其优势如下：（1）完全耦合建筑设计流程，保证设计过程的连续性：AutodeskCFD安装后，revit会自动生成附加模块。因此，利用revit模型后，只需一键即可生成分析模型，且两个软件一脉相承，不会出现数据丢失；（2）强大的族功能和丰富的模型信息，使分析模型更加精确，贴近实际，如图1、图2所示。此外，可以通过revit的规则对几何体添加材料属性和边界条件；图1传统体育馆模型
图2基于revit的体育馆模型
图3网格划分
（3）软件采用有限元分析法，可自动生成高质量的网格，无需人为绘制，极大的降低了入学者门槛，如图3所示；（4）强大的后处理功能，方便设计方案比选。3.分析过程
（1）建立物理模型考虑模拟过程中的计算量问题，模型做出如下简化处理：a.认为长度方向气流保持不变，截取长度方向5m为研究对象；b.由于人体模型的不规则性，增加人体模型会极大增加网格数及计算量，因此人体模型仅设置一列。但为切合实际，人员产热量按1人/m均匀的分布在看台上；c.考虑到顶部气流及温度为非研究重点，将复杂的顶部区域简化为平顶，如图4所示。依据设计文件，本体育馆采用两侧喷口侧送风，下部侧回风的气流组织形式。送风口采用Φ的圆形旋流风口，且设置在媒体中心底板下，达到贴附射流的效果，增加气流射程，经计算射流风速取7m/s，送风温度取18℃。回风口位于看台下部，尺寸为×mm。（2）数学模型及边界条件数学模型：气流满足流体力学三大基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程，数值计算采用传统的经典湍流K-epsilon算法，不再赘述。边界条件见表一。图4物理模型表一各类边界条件4.结果分析及结论
依据《体育馆建筑空调设计规范》及相关文献，评价气流组织合理性主要有三个指标：风速、温度及人体热舒适指标（PMV）。风速是首要参数，考虑到本体育馆会举行羽毛球等赛事，要求比赛区平均气流速度不大于0.2m/s。为了保证人体舒适性，减少侧送风引起的“后脑风”的影响，观众区气流平均速度不大于0.5m/s。温度要求观众看台上部和下部的温差不能太大，不宜超过2℃。PMV指标代表了一个环境绝大多数人（80%）的冷热感觉，分为7个等级，见表二所示。为了满足观众的舒适性，PMV宜介于-1~+1。表二人体冷热感觉与PMV的对应关系通过模拟分析，得出了速度、温度、PMV的数据，运用AutodeskCFD后处理功能，将数据表现为图标形式，见图5~10所示。图5宽度方向截面的速度分布
图62.5m高处沿宽度方向的风速值(比赛区域）
图7观众看台区域由上至下方向的风速值
图m高处沿宽度方向的风速值（顶棚区域）
图9宽度方向截面的温度分布
图10人体PMV指标
由图5可知，气流模拟基本符合理论推测，在贴附射流下，气流存在明显的分层现象，上部气流做涡旋流动，较少参与功能区的流动与换热，图9的温度分布也可说明气流分层现象，即只需满足功能区的气流及温度的影响，顶部区域可以不消耗空调冷量，这体现了该气流组织的节能性。功能区速度分布主要考察两部分，分别为看台区域及比赛区域，图6为2.5m高处（即比赛区域）沿宽度方向的速度值，由数据可知，除两侧靠近风口区域外，大部分区域的风速小于0.25m/s，满足比赛区域平均风速小于0.2m/s的要求。由图7观众看台区域由上到下方向的速度值可知，速度波动较大，最大风速达到0.58m/s，虽然满足了整体平均流速小于0.5m/s的需求，但是少数区域会有“后脑风”的感觉。图8为25m高处沿宽度方向的速度值，由数据可知，顶部气流速度很小，几乎不流动，对下部气流影响很小。由图9宽度方向截面的温度分布云图可知，功能区的温度在22-26℃之间，顶部区域的温度在28-36℃之间。从整体角度看，温度分布较为合理，然而温度整体偏低，这是由于本次模拟未获得灯光及各类设备发热源的数据，未考虑该因素造成的影响。对于从下到上的观众看台，温度差接近3℃左右，虽然超过了预期的2℃，但也在可接受范围之内。由图10人体PMV指标可知，底部两排的人员PMV接近-1.5，顶部一排的人员PMV接近+1.5，其余部分均满足舒适度要求。通过以上三个参数的分析，可以得出结论：该气流组织设计较为合理，基本满足了各类指标的要求。5.应用CFD技术的注意事项
（1）应充分了解体育馆建筑特点，抓住影响气流模拟的主要因素，忽略次要因素，使模型得到简化，减少计算量；（2）尽量多收集详细数据，增加模拟的准确性。例如建筑结构材料的热工性能、灯光设备的发热功率及布置方案、当地气象参数等；（3）深入分析气流的流动与传热特点，合理设置边界条件；（4）有条件应对已投入运行的项目进行现场测试及人员舒适度调查，分析模拟结果与实测差距，验证模拟准确性，提高模拟精度。6.结语
综上，随着BIM技术的不断发展与推广，从广度上，BIM技术已与全过程咨询的各个阶段进行了有机的结合；从深度上，BIM技术已从传统的可视化功能发展到利用数据信息、挖掘数据价值的深层次应用。相信不久的将来，待技术标准完善、软件更加成熟、技术人才壮大，BIM技术必将成为全过程咨询服务过程中必不可缺的工具，改变传统的项目运作模式，产生更大的应用价值。参考文献[1]于楠.某体育馆室内气流组织CFD模拟研究[D].天津:天津大学硕士学位论文,.[2]张茂智.浅谈工程全过程咨询发展趋势[J].房地产导刊，,32:.[3]李明,周海强,石知康.BIM医院洁净手术部设计阶段的应用[J].医院建筑与装备，,08:93-95.[4]朱戈.AutodeskCFD入门进阶精通[M].第一版.机械工业出版社，.[5]娄佳濯.综合体育训练馆类建筑比赛大厅气流组织设计与分析[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学硕士学位论文,.作者
zuozhe
李明，硕士、浙江江南工程管理股份有限公司全过程咨询部BIM技术负责人研究方向：BIM技术在公共建筑领域中的应用点击图片，延展阅读《技术论文关于酒店项目机电工程招标界面划分的思考》预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇