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淺談計算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計中的應(yīng)用
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【論文關(guān)鍵字】計算機(jī)模擬 建筑設(shè)計 集成設(shè)計 應(yīng)用
【論文摘要】建筑業(yè)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一，在我國經(jīng)濟(jì)中扮演著至關(guān)重要的角色。建筑集成設(shè)計作為建筑業(yè)的一部分，對整個建筑業(yè)的健康有序發(fā)展也起著不可忽視的作用。計算機(jī)模擬技術(shù)是讀圖時代綠色建筑設(shè)計的一個有效的媒介工具，它在建筑集成設(shè)計中的應(yīng)用必將使建筑集成設(shè)計大受裨益。本文將對計算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計中的應(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
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會的進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)在我國的各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，并給社會帶來了利好。這場以計算機(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)，同時也促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新改造。作為國民經(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土木工程的行業(yè)，而其中計算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計中業(yè)也得到了廣泛應(yīng)用，并促進(jìn)了建筑設(shè)計的不斷優(yōu)化和整個建筑行業(yè)的規(guī)范和發(fā)展。
二、計算機(jī)模擬
模擬是一個過程，它是建立現(xiàn)實和虛擬系統(tǒng)的模型并在此模型上進(jìn)行實驗的過程,其中模擬實驗的目的是為了理解系統(tǒng)的行為或者對系統(tǒng)運行的策略進(jìn)行合理有效的評估。在實際生活中,它會根據(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)系對這些假設(shè)進(jìn)行合理描述，從而將這些構(gòu)成一個可以揭示系統(tǒng)工作過程的模型。如果是一個簡單的系統(tǒng),此時模型就可以通過解析方法進(jìn)行表示并加以解決。一個例如面積=(長×寬)的簡單的關(guān)系等式, 就是一個解析的結(jié)果。但是在實際中, 我們所感興趣和所遇到的問題不會像上述問題一樣簡單，通常都是非常復(fù)雜的, 以至于我們無法用簡單的數(shù)學(xué)模型來表示這些問題。在這種情況下, 必須用模擬來對系統(tǒng)的行為進(jìn)行估算。縱所周知, 模擬將會隨著計算機(jī)的產(chǎn)生和應(yīng)用走上一個新的臺階。幾乎所有可以被虛擬的系統(tǒng)都通過計算機(jī)建立模型, 例如工廠、通信和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、集成電路、高速公路系統(tǒng)、飛行動力學(xué)、國民經(jīng)濟(jì)、社會關(guān)系學(xué)以及虛擬世界等。在上述的每一個系統(tǒng)的實現(xiàn)環(huán)境中, 系統(tǒng)的模型都被證明是性價比更好、危險更小、更快或者比在實際系統(tǒng)中進(jìn)行實驗更具有可操作性。
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)變量在時間的離散點上產(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)為一個有時間變量的函數(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)合起來同時使用的,而在其中只有一個占有主導(dǎo)地位并主宰整個系統(tǒng)。
三、計算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計中扮演重要角色
集成化建筑設(shè)計是一個包含多專業(yè)、多學(xué)科并存在迭代的設(shè)計流程，它一方面需要設(shè)計師們具備跨學(xué)科的豐富知識，另一方面還需要更高效、更可靠的設(shè)計工具。集成化建筑設(shè)計一個整體，計算機(jī)模擬則是實現(xiàn)建筑集成化設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。沒有計算機(jī)模擬，集成化建筑設(shè)計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)的計算機(jī)軟件完成了由粗放的設(shè)計到集成設(shè)計的轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)了設(shè)計與生產(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，做到信息及時反饋。在每個階段都采用軟件模擬預(yù)測使得生態(tài)建筑的理念能貫穿整個設(shè)計流程，使建筑生態(tài)節(jié)能效果最大化。
四、計算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計中的作用
1、在規(guī)劃和城市設(shè)計中的運用
在建筑設(shè)計之前的規(guī)劃設(shè)計和城市設(shè)計中，計算機(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擺在設(shè)計者的面前，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。計算機(jī)模擬可以將這些設(shè)計因素直接進(jìn)行量化計算，規(guī)劃也以此為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整。
例如在規(guī)劃設(shè)計當(dāng)中，需要某個標(biāo)志性建筑在整個區(qū)域環(huán)境中有著良好的可視度，也就是在區(qū)域內(nèi)的大部分環(huán)境中都能夠很好地觀察到某個標(biāo)志性建筑。這時就需要做規(guī)劃中對某建筑的可視度的分析，著名的Ecotect 便能夠有效地進(jìn)行可視度分析。使用Ecotect 進(jìn)行的可視度分析，設(shè)計者可以根據(jù)分析的結(jié)果找到環(huán)境中可視度較差的區(qū)域，反過來對規(guī)劃進(jìn)行針對性的修改，再返回軟件中進(jìn)行分析，直到模擬的結(jié)果達(dá)到規(guī)劃或城市設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。
2、建筑方案的對比，預(yù)測及優(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)人員活動等條件后，計算機(jī)就可以將建筑在運行時各個性能如耗能、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)計才可以整合建筑的各項生態(tài)技術(shù)，通過場地優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)化、裝飾優(yōu)化和施工方案優(yōu)化等使之成為一個有機(jī)系統(tǒng)，發(fā)揮各子系統(tǒng)的長處。
3、在各類節(jié)能評估標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用
生態(tài)建筑的評估本身就是一項復(fù)雜的工作，利用計算機(jī)軟件模擬對建筑性能的預(yù)測將大大減輕評估任務(wù)的工作量，例如在美國的LEED CS2.2標(biāo)準(zhǔn)中就明確地要求，通過計算機(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270 LX。如美國伯克利實驗室開發(fā)的專業(yè)計算機(jī)光學(xué)模擬軟件Radiance 是目前國際公認(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)計的平臺
如今的建筑功能和技術(shù)都越來越復(fù)雜，建筑設(shè)計已經(jīng)不再是一個人能夠完成的任務(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應(yīng)的生態(tài)效果，有時反而會適得其反，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)人員在同一個平臺上進(jìn)行有效的協(xié)同設(shè)計。
著名軟件公司的Revit Architecture 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)實世界的設(shè)計模式，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)計到使用，甚至是建筑使用周期的終結(jié)，如此，建筑的各個專業(yè)、施工方、業(yè)主、政府等都可以基于同一個三維建筑信息模型進(jìn)行協(xié)同設(shè)計。以建筑信息模型作為平臺的集成化設(shè)計，使設(shè)計的效率大大提高。
五、結(jié)束語
隨著人們對建筑的要求越來越高，建筑設(shè)計的方式也必將由原來的粗放設(shè)計向集成化設(shè)計轉(zhuǎn)變，建筑設(shè)計的計算機(jī)模擬技術(shù)也將會受到越來越多的人的關(guān)注，這是一個必然的趨勢。但就目前的建筑市場來說，情況還不容樂觀，在各建筑設(shè)計團(tuán)隊中，建筑集成化設(shè)計方法還沒有完全得到有效使用，更沒有將計算機(jī)信息模擬和性能模擬融會到建筑設(shè)計之中。與此同時，我們應(yīng)該看到其利好的一面。近年來，建筑集成化設(shè)計和計算機(jī)模擬的相關(guān)基礎(chǔ)和理論已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，并逐漸形成系統(tǒng)的學(xué)科，進(jìn)而會建立一套完整的體系和規(guī)范化的框架。因此，計算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計中的應(yīng)用的前景是光明的，我們必須沿著這天正確的路走下去，把計算機(jī)技術(shù)完全融會貫通于建筑集成設(shè)計之中，使建筑設(shè)計不斷發(fā)展和完善，從而為人們設(shè)計出更人性化，更舒適的建筑產(chǎn)品，服務(wù)人類，并造福于人類。
參考文獻(xiàn)：
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