基于BIM-LCA的气候适应性办公建筑表皮模块化设计优化方法研究——以长三角地区为例

As an essential issue in the research field of office building skin，climate adaptability design and modular design are the keys to improve the performance. However，previous researchers were confronted with various bottleneck problem such as the absence of effective tools and guides，more，the difference，complexity，comprehensiveness characteristics of climate adaptability design and modular design at the level of building skin components. Therefore，through the survey testing，performance simulation and LCA analysis of office buildings in Yangtze river delta，this paper takes skin components as a starting point，to explore the climate adaptability design method of office building skin based on LCA. In addition，it combines the BIM platform to construct the “module group” of skin components and reveals the modular design method of office building skin based on BIM by integrating numerical simulation and full-scale model test. In the end，based on an empirical engineering case study，it systematically studies the design pattern of BIM combined with LCA，to propose an optimal method for the modular design of office building skin with climate adaptability based on BIM-LCA，and hence provides a theoretical basis and guidance for performance-oriented office building skin design.

气候适应性设计和模块化设计作为办公建筑表皮研究领域的重要课题，是提升办公建筑表皮性能的关键。传统研究面临气候适应性设计和模块化设计在建筑表皮构件层面的差异性、复杂性和综合性难以协同，缺乏有效的工具支撑和方法指引等瓶颈问题。本项目通过对长三角地区办公建筑进行调研实测、性能模拟与LCA分析，以建筑表皮构件为切入点，探索基于LCA的办公建筑表皮气候适应性设计方法；结合BIM平台构建表皮构件“模块组”，综合利用数值模拟计算和足尺模型试验，揭示基于BIM的办公建筑表皮模块化设计方法；系统研究BIM与LCA相结合的设计模式，提出整合BIM-LCA的气候适应性办公建筑表皮模块化设计优化方法，并结合具体工程案例展开实证研究，为性能导向的办公建筑表皮设计提供理论依据和方法指导。

气候适应性设计与模块化设计作为办公建筑表皮研究领域的重要课题，是提升办公建筑表皮性能的关键。传统研究面临气候适应性设计和模块化设计在建筑表皮构件层面的差异性、复杂性和综合性难以协同，缺乏有效的方法指引和工具支撑等瓶颈问题。本研究通过对长三角地区的总体气候特征的综合分析，提出气候驱动的办公建筑表皮设计需求，并通过对办公建筑进行调研实测与性能分析，以平面特征、表皮特性和遮阳类型为切入点，探索出了办公建筑表皮的气候适应性设计要素；利用Rhino-grasshopper的参数化程序对表皮进行遗传算法优化，并针对国家行业规范标准完成相关参数设定，构建grasshopper-ArchiCAD联动程序以实现BIM-LCA的协同设计工作。总结办公建筑表皮的典型构造及其热工性能参数，结合ArchiCAD平台创建建筑表皮“模块库”，综合分析现有参数化设计的人机协同软件程序，提出Rhino-grasshopper-ArchiCAD联动的办公建筑表皮模块化设计与生成体系；根据办公建筑表皮模块类型分析，提出办公建筑表皮的参数化生成逻辑，探索基于BIM-LCA的人机协同设计模式，在VisualStudio中使用WPF构建了人机互动工具平台——FBL。运用自主平台对典型的办公建筑表皮，为进行设计与遗传优化，总结长三角地区办公建筑表皮的模块化设计优化方法，并结合典型办公建筑平面开展表皮优化设计研究，为性能导向的办公建筑表皮设计流程提供方法路径和工具支撑。