有质量的性能分析——来自实践的困惑与解脱之道

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有质量的性能分析(下)——来自实践的困惑与解脱之道

作者:花生 (未经许可不得任何形式转载)

​在今年上半年,美国能源部资助IBPSA和模型效率组织开展了一项调研工作,对建筑能源模型(BEM)从业的建筑师进行访谈。目的是了解从业人员如何“成功”采用BEM工具并将其应用于各种项目设计用例。该项目从四个关键概念出发:采用BEM的动机因素、限制使用BEM的障碍、公司BEM的使用案例、可用的BEM资源。

 

但调研的结论有点让人沮丧:受访者一致认为,①新从业人员没有入门资源来学习如何进行BEM分析或掌握基本的建筑物理原理;②从业者所接受的教育是被迫临时通过各种非统一的方式拼凑而成。这种情况导致③从事BEM被认为是在做一项不可预测的工作,其中结果的质量和解释结果的能力因从业人员以及他/她的能力而异。

 

在本专题的最后一期脱离技术标准来关注实践问题。

 

1、建筑性能分析

概念的扩展带来从业者的变化。绿色建筑概念诞生于西方能源危机。在很长一段时间,建筑性能分析就约等于建筑能源相关的模拟分析。但随着绿色建筑概念拓展,建筑的声、光、热、空气质量、运行状况、经济成本等都成为所关注的建筑质量范畴。建筑性能分析被普遍理解接受。因此从业者也从暖通工程师扩展到建筑师,并出现了专业的可持续工程师。

 

建筑性能分析的“名不副实”和“不言而喻”。建筑性能分析,特别是初步的分析,和建筑实际性能没有绝对关系。建筑性能分析的结论不等于建筑性能表现,而是一种设计评价手段。因此也有人认为建筑性能分析应该称为“建筑设计分析”、“性能对比分析”、“性能预测对比”。但不管建筑性能分析的概念如何变化,对于从事工程实践的人而言,建筑性能分析的内容都是非常具体的,每一项分析的目标也是明确的——为什么而需要建模、需要什么的模型、达到何种目的。

 

2、建筑性能分析是设计的刚需吗?

在美国IBPSA的调查中发现,只有大型企业才设建筑性能分析的专业部门。部分企业虽然没有设置独立部门但有专业岗位的人员。多数企业的建筑性能分析是由员工兼职完成的。

国内的情况也差不多,不少设计院的相关分析由建筑师、暖通工程师甚至实习生来完成,缺乏专业人员。这种职业情况还反映在上游就业数据上——建筑技术方向毕业生就业并不对口,华南某高校近年来技术方向应届毕业生多数流向地产管理岗位。学生反映找工作一是专业对口岗位很少,二是一些岗位在公司定位不明,因此不如选择尚有专业关联性但职业规划更清晰的地产岗。

 

国外多数企业选择建筑性能分析的理由是出于“社会责任”。这个动力缺乏利益的支撑,并没有坚实的商业逻辑。少数企业表示是为了提升公司的形象,增加高端客户的接洽可能性。按道理,技术能力可以增强企业的市场竞争力,但似乎认同者并不多。笔者听过很多建筑师抱怨,新的规范、技术分散了他们的创作精力,而业主、客户获得的价值很少,因此不值得投入。除了规范要求,建筑性能分析的需求刚性很低——有固然好、投入太大就算了,设计一样做。对于一些资深的设计师,他们并不使用模拟,也确实建造了优秀作品。项目经验在建筑行业是压倒性的硬实力。

 

但如果换一种说法,结论会完全变化。建筑性能模拟能帮助产生好建筑吗?答案是肯定的。建筑性能模拟在那些采用新技术、新材料或是复杂的项目上,弥补项目经验的不足。对于那些经验不足的建筑师,这种优势就更加明显。

 

3、建筑性能模拟的违心与唯心

 

目前行业模拟分析的错误甚至造假问题已经非常严重,面对这种铺天盖地的假,大家都习以为常。例如某不断获得国家大奖的项目,设计方为说明其设计留缝兼有良好的通风功能,在模拟中给地面主动设置了一个通风口向上吹风,再把构件隐藏,模拟结果自然要多好有多好。事实上作为一种设计,就算没有通风只要不影响功能又何尝不可,为何硬要拉大旗作虎皮整一个绿色包装?建筑学本就不是一门处处要逻辑的学科。这种“科学真理教徒”不是真正的建筑师。

 

对于建筑性能模拟总会有一个问题——能准吗?这不是一个“是否通过验证、有没有检测报告书”的简单问题。

 

目前多数性能分析工具,依靠的是规则,而这些规则来源我们对事物的理解。这些规则是否正确要看是在哪一种层面:①对于某些规则,我们将其认知的非常简单,只有少数组成部分,我们总能够预测准确。例如增加换气次数总是会让室内污染源产生的污染浓度值降低。②一些规则虽然不能对细节做出解释,但是长时间的观察告诉我们它是没什么问题的,例如我们并不知道某种材料具体的热湿耦合传递过程,但是用等效理论来表述这个过程的结果和实际情况非常接近。③一些复杂规则存在,它们彼此关联、非常模糊,我们没法讲清具体的逻辑,例如面对一栋既有建筑仅有的运行总能耗数据,要分析出各部分具体的节能潜力和效率非常困难,几乎不可能完成。但是我们依然可以大体判断出某种策略的局部影响,如某种行为对A是有利的,对B是不利,对C的影响数量级远远低于A等,多多少少对系统的总体效果会有点理解。

 

这套关于规则的认识论述,是充满辩证唯物思想的。这意在说明,建筑性能是可预测的,也是可以被不同程度上准确预测的。但实际中将建筑性能分析与不可知论联系起来的人不在少数,主要是建筑师。以建筑设计行业目前使用最为频繁、被诟病最多的CFD工具为例,制造轮船、火箭、芯片、油管都需要CFD软件,有些甚至是同款软件。这些行业对模拟精度的要求比绿色建筑更加严格,但他们都认为模拟结果可信度极高。建筑业的抱怨多半出自于学艺不精的推诿。因此无须论述那些建立在人类长期探索认识自然规律基础上、经过验证的软件具体的工程可靠性,我们只通过上述对比就可以轻松明确:建筑设计性能的不可知论不值一驳。

 

EnergyPlus模拟结果与实测值(by 朗诗 李玮豪)

 

在提到模拟精确性的时候,需要关注是哪一阶段、何种目的的模拟分析。设计初期选择一个模型复杂、参数难以确定的软件显然不是一个好的选择。专项设计阶段依然用一个海拔高度对气象参数影响都未考虑的CAD插件,也不要指望能得出可信的数据。因此了解每款模拟工具的特点十分必要。辩证唯物主义颠扑不破,是胜利法宝!

 

4、建筑性能分析的非技术阻碍因素与突围

 

缺乏专门的建筑性能分析预算一般被认为一项主要的障碍。其他的障碍还包括潜在的内部阻力。设计实践的改变可能很难实施,一些设计师可能会抵制任何可能限制他们设计自由的因素。技术上的挑战也被视为障碍。但显然非技术的挑战要比前面分析的技术问题大得多。

 

一个领军者对于推动建筑性能分析的成功非常重要。这样的领军者对于不同公司是不同类型的。有一些可能是技术人员本身,另一些可能是推动者,

 

技术人员——学习工具并充当“实干家”,充当内部顾问的人

 

推动者——可能会,也可能不会提供技术支持的角色,但他/她会推动在所有项目上尝试建筑性能分析,并试图让整个公司实践。这种类型的领军者在小公司可能更有效。在小公司中很难有一个全职的建模师,但是一个人可以负责确保将专业人员引入(顾问)团队并提供适当的指导。

 

领军者的部分职责是发挥领导作用进行研究,并找出在公司工作流程中可行的流程。他们也是确保实现性能分析目标的人——除非有人推动,否则性能分析常常半途而废。但要注意这项任务不能与指定的一个人挂钩,否则,如果领军者离开公司,这种动力就会丧失。

 

正如前面提到的,提高公司的差异化竞争力能够有效地让领军者的行为获得公司领导层的支持。通过花时间向设计师展示模拟是如何在最近的一个项目中产生积极结果的,也可以获得了设计师的支持。领军者必须是一个良好的沟通者,要能讲设计语言,而不只是建模和建筑物理的专业用语。例如,性能分析如何影响了建筑的美学?建模如何帮助设计团队发现使项目更好的东西?

 

整合设计被作为一种策略提出来。整合需要在某种程度上习惯的转变和流程的转变。领军者需要足够的人际技巧来说服别人尝试新事物。不同专业的人员需要在整合中达成妥协。

 

如何克服预算的挑战?最好的方法是让建模成为设计过程中不可分割的一部分。建模需要集成、划分优先级,并在正确的细节级别进行,以管理预算。对于大型建筑,建筑性能分析一般有专项费用。来自高层领导的支持也有助于克服预算问题。在能源合同管理的项目或者需要对比经济技术指标的项目,建筑性能分析往往比较顺利。

 

“客户没有要求”往往并不是一个真正的障碍。因为建筑师也经常会创造那些客户没有要求的造型。很多客户都将如何设计最终产品的机制留给设计者。设计团队如果默认将性能模拟包含到他们的设计工作流中,他们可以完全避免与客户进行“价值讨论”——这正是他们常规需要做的,不需要特别汇报讨论。

南京紫东创意园招商中心 ,将设计与性能分析相结合

(傅筱 集筑工作室,图片来源在库言库)

 

科学教派信徒基于太阳辐射的计算器造型大楼

 

设计师有时候会成为性能分析的阻力来源,如果讨论集中在降低窗户与墙壁的比例上,这种情况经常遇到。不得不承认,建筑师的担忧很多情况是有道理的。另外建筑性能分析带来的改善有时候非常微弱。通过这样分析将遮阳板从0.6m改为0.56m宽未必更加经济。非标尺寸会带来成本上升和安装困难。

 

目前一些设计师的思路也会发生变化。传统上,设计师会把选项摆在桌面上,然后从中挑选一个。而现在,项目多事先设置好了性能目标。这种情况下,非技术阻力往往不大。建筑师会过于放心地将项目部分主导权交给专业者。

 

当上述问题解决后,技术问题将再次回到我们的视野中。

 

5、保障有质量性能分析的皮球踢给谁?

 

性能分析技术通常不在建筑师的大学教育范围内,他们一般在研究生期间才会接触,而且所学不深。而在大学环境之外,工程师则依赖于供应商开发的培训内容(特定于给定工具)、在线视频。一些公司开发了内部培训材料,或者依靠导师来培训初级员工。自学成为主要的方式,这也是大量技术问题的来源。

 

建筑师没有学习如何成为建筑性能分析专业者的资源,个人被迫从几个不同的资源中拼凑出自己的教育。年轻的员工往往还有很强的学习动力,但资源并不容易获得,而且他们的数理能力非常有限,自学很难深入。目前适合用户的学习资源一般来自于供应商对特定软件工具的特定内容培训。那些专业者因为缺乏足够经济动力,很少耗费精力去制作系统的初学者教材。

当没有好的学习资源、对建筑物理又不够了解,不少从业者对建筑性能分析产生了很大的心理障碍。他们对审查模拟结果缺少信心,少数人开始信仰不可知论。如果一个团队的领军者只是推动者,而缺少技术专业者,那么这种自信会难以建立。而几个一知半解的项目顺利审查通过后,那些不可知论者往往瞬间移动到另一个极端,变成“科学真理教徒”。

 

有质量的性能分析依靠企业员工培训往往不太理想,除非企业有非常成熟的技术体系,因为自我复制是容易实现的。我认识的一些企业希望进军BIM行业,他们邀请外部专家开展BIM培训已经很多年,但进展非常缓慢。此外,就业市场竞争激烈,人员流动频繁。一些员工掌握技能,变得更有市场,可能会离开。所以这几年,很多企业倾向于雇佣具有建模专业知识的人员,这样比培训人员的风险更小。而对于短周期的项目,专业分包来的更加实际一点。

 

我们采访了一些专业技术人员,他们抱怨最多的就是在公司内部身兼“双重角色”,经常被拉来拉去,在不同项目中转换角色,而不能投入全部精力,甚至最后只好应付了事。甚至有时候他们被项目快要结束时,建筑师为了文本资料更酷炫,才考虑将技术人员拉入团队。

 

对企业而言即使他们的公司愿意支付费用,由于项目工作量大,也很难找到时间来开展类似的专业培训。脱产培训不是一个实际可行的方案。小型视频培训/教程可以克服这个问题——每天抽出10-15分钟看一小段视频很容易。但让这些视频互相补充并构成系统性,在前期制作上要付出很大代价。一般不会有公司这么做。支离破碎的知识能发挥多少正面作用,完全看个人的学习能力。个别情况下一些公司会鼓励、允许员工脱产进修,如攻读研究生学位。这的确会带来能力的增长,但不是一个可拓展的行业解决方案,而且面临上面提到的人力资源风险。

 

学习成本的问题应该是性能分析在实践中面临的最后关键门槛。技术更新换代的周期在不断缩短,而且不只是建筑性能分析存在这样的问题。因此企业更愿意将研发能力放在关乎其市场兴衰存亡的方面,尤其是面对需要持续投入的研发课题,企业会更加谨慎。

 

领军者亟需技术、技术人员需要精力、非专业人员学习成本太高、企业动力不足、专业培训资源匮乏,于是兜兜转转多数人还是只能把目光聚焦在软件开发者身上。首先他们有技术实力,其次他们有足够商业动力来开展技术推广,最后他们还可以通过改善软件的学习曲线对其他相关人员产生影响。这种手段还可以是限制软件复杂程度避免错误操作、设置场景模块提高准确性、增强效果的可视化提高吸引力。

 


 


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2019-11-28 09:57
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