¿Un estudio preliminar sobre el modelo de diseño arquitectónico integrado?

La conservación de energía, la reducción de emisiones y el desarrollo sostenible son temas candentes en la sociedad humana actual. Las actividades de construcción, que representan casi el 50% del consumo total de energía mundial [1], se han convertido en un área clave para resolver los problemas ambientales. El surgimiento de la teoría de la tecnología pasiva ha descubierto el potencial de armonía a largo plazo entre los edificios y el medio ambiente y, basándose en el juicio de las ciencias naturales modernas, ha resumido objetiva y racionalmente las leyes inherentes a la adaptación de los edificios al clima. La teoría pasiva cree que los arquitectos pueden ajustar e integrar el entorno y el clima del edificio mediante un diseño razonable de la forma y el espacio del edificio, y reducir el uso de equipos activos no respetuosos con el medio ambiente y que consumen mucha energía, al mismo tiempo que crean un entorno confortable para el encuentro humano. necesidades de la vida. Bajo las condiciones nacionales de China de grandes diferencias climáticas regionales y desarrollo económico desigual, la tecnología pasiva proporciona un medio adecuado para promover el desarrollo de edificios verdes de bajo consumo de energía en la sociedad china. A medida que florece la investigación en tecnología pasiva, los arquitectos tienen acceso a muchas referencias y opciones estratégicas. Sin embargo, existen diferencias obvias en los principios de control ambiental y las condiciones climáticas aplicables de varias estrategias técnicas, y es difícil obtener el mejor efecto de regulación climática simplemente usando todas las estrategias. Por lo tanto, existe la necesidad de coordinar todos los aspectos y varios tipos de estrategias de diseño pasivo. Además, hay muchos factores que afectan el diseño y la construcción arquitectónicos, como la función de uso, la tecnología estructural, la estética artística, la cultura regional, etc. Como una de las características de la arquitectura, la adaptabilidad climática también tiene relaciones contradictorias entre sí, influyendo y restringiendo estos factores, lo que también requiere una consideración y coordinación integral de los arquitectos. Por lo tanto, este artículo introduce el concepto de diseño "integrado" para explorar el modelo de optimización integrada de estrategias pasivas en el proceso de diseño arquitectónico.

1 Concepto de diseño arquitectónico integrado

El "pensamiento holístico" es una forma científica de pensar, que tiene las características de subjetividad, integridad y diversidad. Enfatiza el efecto de integración de la interacción bidireccional entre el sistema y el entorno externo, así como los diversos elementos dentro del sistema, y ​​tiene características obvias del pensamiento moderno. El "diseño integrado" (¿simulador de diseño integrado? ¿Fan? Delane propuesto en la década de 1980) consiste en utilizar un modelo de pensamiento integrado para guiar el trabajo de diseño [5]. Partiendo de la idea de diseño general, los subsistemas dentro del edificio se dividen de manera diferente según la diferente naturaleza de la interacción entre el edificio y el entorno externo. Por ejemplo, en un sistema de envolvente de edificio compuesto por subsistemas como techos, paredes, puertas y ventanas, la estabilidad y el desempeño térmico de cada subsistema reflejan el desempeño integral de la envolvente del edificio; otro ejemplo es que refleja los requisitos estéticos visuales de la envolvente del edificio; El sistema de modelado exterior del edificio se compone de elementos arquitectónicos de diferentes formas, tamaños, materiales y colores a través de determinadas proporciones y escalas. El diseño integrado del edificio trata el edificio como un sistema general compuesto de varios subsistemas y clasifica y combina varios factores que influyen (Figura 1). En el proceso de construcción de un diseño integrado, se analizan completamente las ventajas e influencias mutuas de cada subsistema y, a través de un proceso de evolución dinámica, se coordinan sus contradicciones y se optimiza su lógica estructural, de modo que se optimiza el desempeño de todo el sistema mientras se brinda aprovechar al máximo sus respectivas ventajas. Además, a través del diseño de integración del sistema, el índice de desempeño general a menudo se puede mejorar, incluso mejor que la simple superposición de los índices de desempeño de cada parte (Figura 2).

2 Principios de Diseño Integrado Pasivo

2.1 Principios del Sistema

Desde la perspectiva de un sistema macro estratégico, el rendimiento macro general de un edificio es su subsistema interno. niveles en todos los niveles. La encarnación del microrendimiento del sistema. De manera similar a la descripción del principio de "tabla corta", debido a deficiencias obvias en el microrendimiento individual, el macrorendimiento siempre se reducirá considerablemente. Por ejemplo, mientras una puerta o ventana tenga un rendimiento de aislamiento térmico deficiente en invierno, el efecto de calefacción interior se reducirá significativamente. Por lo tanto, el diseño y la integración de estrategias pasivas deben ser sistemáticos e integrales, y no se puede ignorar la mejora de cualquier desempeño local. Desde la perspectiva de una combinación de estrategias únicas, en el proceso de optimización del rendimiento del aislamiento térmico del vidrio, simplemente aumentar el espesor del vidrio al doble del valor original dará como resultado una mejora muy pequeña en el rendimiento del aislamiento térmico, menos de 1; Se divide un vidrio con el mismo espesor total en dos partes, dejando un espacio entre los vidrios para hacer vidrio al vacío, se duplicará el rendimiento de aislamiento térmico, logrando el efecto de "1 1 > 2" [6]. Por lo tanto, las soluciones estratégicas con integración de sistemas a menudo pueden lograr el doble de resultado con la mitad de esfuerzo. Cuando hay poco espacio para mejorar la efectividad de una sola estrategia, se puede llevar a cabo un diseño integrado de múltiples estrategias para lograr el propósito de mejorar el desempeño.

Estos factores imponen diferentes exigencias a la adopción de estrategias pasivas. Tomando como ejemplo la sala de exposiciones de un edificio de museo, la escala espacial y los requisitos del entorno interior de los objetos de exhibición son los estándares básicos para los requisitos funcionales internos de la sala de exposiciones. Para las salas de exposiciones que requieren temperatura y humedad constantes, obviamente no es razonable adoptar estrategias de ventilación natural e iluminación natural de grandes áreas. Las fluctuaciones de temperatura y humedad causadas por la ventilación y la luz violan los requisitos funcionales al tiempo que aumentan el almacenamiento de calor de la sala de exposiciones. Las paredes son mantener estable la temperatura interna y reducir el consumo de energía del aire acondicionado. Por el contrario, para las salas de exposiciones, las exhibiciones no tienen requisitos ambientales de temperatura y humedad constantes, y se puede utilizar ventilación e iluminación naturales para ahorrar energía de aire acondicionado e iluminación [9, 10]. Por supuesto, el uso de funciones no se limita a estrategias pasivas. Por el contrario, en algunos casos, puede promocionar el showroom. Por ejemplo, la sala de exposiciones con ventilación natural y tragaluces tiene un gran espacio, lo que favorece la ventilación natural en forma de presión térmica. La abertura para iluminación natural en la parte superior aumenta el efecto de la ventilación por presión térmica a través de la radiación solar y proporciona conductos de aire. para disipación de calor y ventilación.

3.3 Integración de la tecnología estructural

La estrategia de diseño pasivo del edificio debe realizarse a través de componentes de construcción específicos, y la realización de estos requiere un fuerte apoyo de la tecnología estructural. Bajo la premisa del mismo desempeño, diferentes estrategias tienen diferentes impactos en la tecnología estructural. Una estrategia razonable no solo puede simplificar la dificultad del diseño estructural y reducir la carga de la estructura, sino también hacer uso de las características físicas originales del sistema estructural para mejorar la efectividad de la estrategia. En pocas palabras, utilizar la relación de separación entre la quilla del muro cortina y el material del marco para instalar las persianas externas del muro cortina de vidrio es un método razonable para simplificar la forma estructural y ajustarse a las características estructurales. Asimismo, si se adopta sin una buena justificación la estrategia de engrosamiento de muros para aumentar el almacenamiento térmico, las cargas sobre el sistema estructural aumentarán, por lo que es mejor utilizar muros livianos con capas intermedias de aire. Además, las estrategias pasivas pueden aprovechar el almacenamiento térmico de la propia estructura. Por ejemplo, las vigas estructurales de hormigón armado de gran luz y los núcleos de tráfico con estructuras de muros de corte son buenos cuerpos de almacenamiento de calor. La disposición racional de estos cuerpos de almacenamiento de calor en el edificio puede mejorar en gran medida la estabilidad térmica general y reducir el consumo de energía del aire acondicionado interno [11].

3.4 Integración estética de formas

La estrategia de diseño pasivo finalmente se implementa en la forma arquitectónica específica. Tomando varios espacios, componentes y materiales que se ajustan al desempeño de regulación climática de estrategias de diseño pasivo como elementos de diseño estético, y considerando su relación con la belleza formal de la combinación, la apariencia arquitectónica que se ajusta a la estética visual y la expresión cultural regional es la Integración estética de estrategias de diseño pasivo. Por ejemplo, se eligieron parasoles horizontales para el diseño de parasoles de las ventanas exteriores del edificio. La forma de la visera puede ser de losas de hormigón cúbicas gruesas o de paneles metálicos delgados, aerodinámicos o curvos. Al diseñar y seleccionar, los arquitectos no sólo deben considerar si la forma de los componentes de la sombrilla es hermosa, sino también si las relaciones de escala y proporción entre los componentes de la sombrilla, las ventanas y toda la fachada del edificio están coordinadas. La tendencia a la diversificación estética proporciona un entorno creativo positivo para el diseño integrado de estrategias y estéticas pasivas, lo que permite a los arquitectos dar rienda suelta a su creatividad con mayor libertad; las estrategias pasivas basadas en la adaptabilidad climática regional también pueden explorar en profundidad las características regionales de los edificios y promover la cultura arquitectónica. La continuación y desarrollo de las características regionales.

4 Patrón de diseño integrado de estrategia pasiva

El patrón de diseño integrado de estrategia pasiva es un proceso de evolución dinámica de diseño-análisis-evaluación-diseño, que requiere una consideración integral de más factores que influyen en el diseño. Los procesos de análisis, comparación, juicio e integración de sistemas son más complejos. La introducción del modelo de diseño integrado requiere dos aspectos: primero, comprender y analizar completamente la relación entre los diversos componentes del edificio y los muchos factores que afectan el diseño, y obtener datos básicos completos y objetivos (incluidos el clima y la cultura); , cree una poderosa plataforma de diseño integrado. Si quieres hacer bien tu trabajo, primero debes afilar tus herramientas. Para la integración del sistema y la optimización de factores de diseño de diferentes tipos y requisitos, el sistema de evaluación de diseño manual tradicional solo puede desempeñar un pequeño papel en la solución. Es de gran importancia establecer una plataforma de diseño integrada eficiente que integre diseño, análisis y evaluación. .

4.1 Proceso de diseño de integración de estrategias pasivas

4.1.1 Etapa de preparación de la colección Esta etapa es la etapa básica del diseño de integración de estrategias pasivas y es la preparación para la etapa de diseño posterior.

No es razonable causar desventajas en el uso y aumentar la dificultad de la construcción solo para cumplir con la estrategia de diseño pasivo, y no está en línea con los principios básicos del diseño integrado. La evaluación de la estética plástica es subjetiva e incluye los principios básicos de la belleza formal, la expresión formal de las características culturales y regionales, y la orientación estética de arquitectos, propietarios, usuarios y residentes urbanos. Para esta parte del trabajo de evaluación se suele adoptar la convocatoria pública y la votación pública, debiendo tenerse más en cuenta las opiniones de profesionales y propietarios. El método de operación específico depende de la situación real del proyecto.

4.2 Plataforma digital para diseño integrado de estrategia pasiva

La plataforma de diseño digital para diseño integrado de estrategia pasiva se basa en la teoría y el marco de flujo de trabajo del diseño del diseño integrado de estrategia pasiva. programación de software de interfaz Ayudas de diseño para software de modelado de información de construcción, software de programación paramétrica y software de simulación del rendimiento del entorno de construcción. Utiliza programación paramétrica para implementar los requisitos de parámetros y la lógica de combinación de la estructura funcional del edificio en el modelo tridimensional del edificio. A través del programa de interfaz, el desempeño físico del entorno regulatorio del edificio y el modelo tridimensional del edificio están vinculados en los datos. , confiando en la capacidad de la computadora para procesar eficientemente grandes cantidades de datos. Realice la correlación numérica y el diseño interactivo entre los tres procesos de simulación del rendimiento del entorno de construcción, modelado de información de construcción y modelado de formas de construcción (Figura 3). La plataforma de diseño digital de diseño integrado de estrategia pasiva se divide en tres partes: plataforma de simulación del rendimiento del edificio, plataforma de modelado de información del edificio y plataforma de programación paramétrica. La plataforma de simulación del rendimiento del edificio incluye: software de análisis de simulación de entorno climático: Autodesk EcotectAnalysis, software de análisis de simulación de fluidos: Phoenics, Fluent y software de análisis de simulación de consumo de energía térmica: EnergyPlus, etc. Las plataformas de modelado de información de construcción incluyen: Rhinceros, Sketchup y 3dmax; el software de programación paramétrica incluye Grasshopper y Rhinscript; también se requiere un software de programación de interfaz: Geco, que se utiliza para la interacción de datos en simulación ambiental para vincular datos de manera eficiente con varias plataformas de diseño. GECO puede importar información de datos desde la plataforma de simulación de rendimiento Autodesk EcotectAnalysis al software de programación paramétrica Grasshopper. La plataforma de diseño digital de diseño integrado de estrategia pasiva integra las funciones de análisis de simulación del entorno térmico, el entorno del viento y el entorno de iluminación, lo que permite analizar y recopilar de forma más sistemática el índice de confort espacial del edificio. A través de una interfaz interactiva intuitiva y vívida, revela la influencia de diversos factores de construcción en el consumo de energía y las leyes objetivas de la interacción dinámica entre los edificios y el medio ambiente, de modo que el contenido del diseño integrado se pueda implementar en datos científicos objetivos, que son importante para el diseño integrado de estrategias pasivas su significado teórico y valor de aplicación. Se adopta el modo de diseño integrado de estrategia pasiva de la plataforma de diseño digital (Figura 4).

El modelo de diseño integrado de edificios basado en estrategias pasivas es una exploración útil de la teoría y la práctica del diseño de edificios ecológicos en las condiciones de la sociedad de la información. En primer lugar, el modelo de diseño integrado mejora la eficacia de las estrategias de diseño pasivo, da pleno juego al desempeño integral general de múltiples estrategias y tiene una importancia práctica positiva para la adaptabilidad climática del edificio y la conservación de energía y la reducción de emisiones; encarna el diseño pasivo La alta coherencia entre la estrategia y la tecnología funcional arquitectónica, la cultura y el arte tiene una importancia teórica de gran alcance para el desarrollo del diseño de edificios ecológicos. Finalmente, la construcción de una plataforma digital de diseño integrado ha mejorado enormemente la eficiencia del diseño pasivo y; métodos de diseño arquitectónico mejorados y actualizados. Tiene importancia práctica.

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