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淺談?dòng)?jì)算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【論文關(guān)鍵字】計(jì)算機(jī)模擬建筑設(shè)計(jì)集成設(shè)計(jì)應(yīng)用【論文摘要】建筑業(yè)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一,在我國(guó)經(jīng)濟(jì)中扮演著至關(guān)重要的角色。建筑集成設(shè)計(jì)作為建筑業(yè)的一部分,對(duì)整個(gè)建筑業(yè)的健康有序發(fā)展也起著不可忽視的作用。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)是讀圖時(shí)代綠色建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)有效的媒介工具,它在建筑集成設(shè)計(jì)中的應(yīng)用必將使建筑集成設(shè)計(jì)大受裨益。本文將對(duì)計(jì)算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探討分析,望以此引起各位學(xué)者的共鳴。一、引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會(huì)的進(jìn)步,計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國(guó)的各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用,并給社會(huì)帶來了利好。這場(chǎng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的新技術(shù)革命產(chǎn)生了很多新興產(chǎn)業(yè),同時(shí)也促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新改造。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)傳統(tǒng)的四大支柱產(chǎn)業(yè)之一的建筑業(yè),是從事建造各類房屋和興建各項(xiàng)土木工程的行業(yè),而其中計(jì)算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計(jì)中業(yè)也得到了廣泛應(yīng)用,并促進(jìn)了建筑設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化和整個(gè)建筑行業(yè)的規(guī)范和發(fā)展。

二、計(jì)算機(jī)模擬

模擬是一個(gè)過程,它是建立現(xiàn)實(shí)和虛擬系統(tǒng)的模型并在此模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程,其中模擬實(shí)驗(yàn)的目的是為了理解系統(tǒng)的行為或者對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的策略進(jìn)行合理有效的評(píng)估。在實(shí)際生活中,它會(huì)根據(jù)系統(tǒng)指示作出部分假設(shè),并利用數(shù)學(xué)方法和邏輯關(guān)系對(duì)這些假設(shè)進(jìn)行合理描述,從而將這些構(gòu)成一個(gè)可以揭示系統(tǒng)工作過程的模型。如果是一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng),此時(shí)模型就可以通過解析方法進(jìn)行表示并加以解決。一個(gè)例如面積=(長(zhǎng)×寬)的簡(jiǎn)單的關(guān)系等式,就是一個(gè)解析的結(jié)果。但是在實(shí)際中,我們所感興趣和所遇到的問題不會(huì)像上述問題一樣簡(jiǎn)單,通常都是非常復(fù)雜的,以至于我們無法用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型來表示這些問題。在這種情況下,必須用模擬來對(duì)系統(tǒng)的行為進(jìn)行估算??v所周知,模擬將會(huì)隨著計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和應(yīng)用走上一個(gè)新的臺(tái)階。幾乎所有可以被虛擬的系統(tǒng)都通過計(jì)算機(jī)建立模型,例如工廠、通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、集成電路、高速公路系統(tǒng)、飛行動(dòng)力學(xué)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)關(guān)系學(xué)以及虛擬世界等。在上述的每一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)環(huán)境中,系統(tǒng)的模型都被證明是性價(jià)比更好、危險(xiǎn)更小、更快或者比在實(shí)際系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)更具有可操作性。

模擬基于狀態(tài)變量改變的方式通??煞譃椋弘x散事件模擬和連續(xù)模擬。在離散事件模擬中,狀態(tài)變量在時(shí)間的離散點(diǎn)上產(chǎn)生瞬間變化;而在連續(xù)模擬中,變量連續(xù)地變化,通常表現(xiàn)為一個(gè)有時(shí)間變量的函數(shù)。通常情況下,在應(yīng)用中模擬是把離散事件模擬和連續(xù)模擬結(jié)合起來同時(shí)使用的,而在其中只有一個(gè)占有主導(dǎo)地位并主宰整個(gè)系統(tǒng)。

三、計(jì)算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計(jì)中扮演重要角色

集成化建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)包含多專業(yè)、多學(xué)科并存在迭代的設(shè)計(jì)流程,它一方面需要設(shè)計(jì)師們具備跨學(xué)科的豐富知識(shí),另一方面還需要更高效、更可靠的設(shè)計(jì)工具。集成化建筑設(shè)計(jì)一個(gè)整體,計(jì)算機(jī)模擬則是實(shí)現(xiàn)建筑集成化設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。沒有計(jì)算機(jī)模擬,集成化建筑設(shè)計(jì)就不可能取得好的效果。當(dāng)前,如電子、汽車、儀器等主流制造業(yè)中,早已依賴先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件完成了由粗放的設(shè)計(jì)到集成設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)型,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的數(shù)字化集成。而在建筑業(yè)中,這方面還有待于進(jìn)一步開發(fā)完善。集成化建筑設(shè)計(jì)要求各系統(tǒng)緊密合作,分階段逐步深入,逐步細(xì)化;各專業(yè)需要循環(huán)設(shè)計(jì),做到信息及時(shí)反饋。在每個(gè)階段都采用軟件模擬預(yù)測(cè)使得生態(tài)建筑的理念能貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)流程,使建筑生態(tài)節(jié)能效果最大化。

四、計(jì)算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計(jì)中的作用

1、在規(guī)劃和城市設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

在建筑設(shè)計(jì)之前的規(guī)劃設(shè)計(jì)和城市設(shè)計(jì)中,計(jì)算機(jī)模擬可以有效分析建筑與周邊環(huán)境的相互影響。如此很多建成后的不利因素就能夠直觀地?cái)[在設(shè)計(jì)者的面前,以供決策。這些因素包括了建筑日照、噪聲、建筑的可視度、整體風(fēng)環(huán)境等。計(jì)算機(jī)模擬可以將這些設(shè)計(jì)因素直接進(jìn)行量化計(jì)算,規(guī)劃也以此為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整。2、建筑方案的對(duì)比,預(yù)測(cè)及優(yōu)化

利用建筑性能分析軟件(熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、風(fēng)環(huán)境)建筑師可以對(duì)方案進(jìn)行反復(fù)推敲和優(yōu)化,在設(shè)定好建筑內(nèi)部材料、室內(nèi)人員活動(dòng)等條件后,計(jì)算機(jī)就可以將建筑在運(yùn)行時(shí)各個(gè)性能如耗能、風(fēng)環(huán)境、日照等參數(shù)進(jìn)行量化,在此基礎(chǔ)上,集成設(shè)計(jì)才可以整合建筑的各項(xiàng)生態(tài)技術(shù),通過場(chǎng)地優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)化、裝飾優(yōu)化和施工方案優(yōu)化等使之成為一個(gè)有機(jī)系統(tǒng),發(fā)揮各子系統(tǒng)的長(zhǎng)處。

3、在各類節(jié)能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用

生態(tài)建筑的評(píng)估本身就是一項(xiàng)復(fù)雜的工作,利用計(jì)算機(jī)軟件模擬對(duì)建筑性能的預(yù)測(cè)將大大減輕評(píng)估任務(wù)的工作量,例如在美國(guó)的LEEDCS2.2標(biāo)準(zhǔn)中就明確地要求,通過計(jì)算機(jī)模擬證明建筑中75%的主要空間的自然采光照度要達(dá)到270LX。如美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的專業(yè)計(jì)算機(jī)光學(xué)模擬軟件Radiance是目前國(guó)際公認(rèn)的能夠較為精確地模擬室內(nèi)天然采光的光學(xué)模擬軟件,這款軟件就經(jīng)常用于LEED評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中的模擬軟件。

4、提供了各專業(yè)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)的平臺(tái)

如今的建筑功能和技術(shù)都越來越復(fù)雜,建筑設(shè)計(jì)已經(jīng)不再是一個(gè)人能夠完成的任務(wù)了,生態(tài)建筑更是要求建筑能夠采用多種生態(tài)技術(shù)以達(dá)到節(jié)能生態(tài)的要求,而很多時(shí)候各種看似有效地節(jié)能手段的疊加并沒有起到與投入相對(duì)應(yīng)的生態(tài)效果,有時(shí)反而會(huì)適得其反,某些節(jié)能措施與建筑的其他方面相沖突。為避免這種情況發(fā)生,集成化設(shè)計(jì)要求建筑師、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師等各專業(yè)人員在同一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行有效的協(xié)同設(shè)計(jì)。

著名軟件公司的RevitArchitecture軟件是一款用于建立建筑信息模型的軟件,Revit提供的是一種接近現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)計(jì)模式,Revit建立的建筑三維信息模型包含了建筑中的幾乎所有的信息參數(shù),從設(shè)計(jì)到使用,甚至是建筑使用周期的終結(jié),如此,建筑的各個(gè)專業(yè)、施工方、業(yè)主、政府等都可以基于同一個(gè)三維建筑信息模型進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。以建筑信息模型作為平臺(tái)的集成化設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)的效率大大提高。

五、結(jié)束語

隨著人們對(duì)建筑的要求越來越高,建筑設(shè)計(jì)的方式也必將由原來的粗放設(shè)計(jì)向集成化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變,建筑設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)也將會(huì)受到越來越多的人的關(guān)注,這是一個(gè)必然的趨勢(shì)。但就目前的建筑市場(chǎng)來說,情況還不容樂觀,在各建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中,建筑集成化設(shè)計(jì)方法還沒有完全得到有效使用,更沒有將計(jì)算機(jī)信息模擬和性能模擬融會(huì)到建筑設(shè)計(jì)之中。與此同時(shí),我們應(yīng)該看到其利好的一面。近年來,建筑集成化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬的相關(guān)基礎(chǔ)和理論已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,并逐漸形成

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