計算機模擬技術集成建筑設計

史國棟

【摘 要】本文將對計算機模擬在建筑集成設計中的應用進行探討分析，望以此引起各位學者的共鳴。

【關鍵詞】計算機模擬；建筑設計；集成設計；應用

Computer simulation technology integrated building design

Shi Guo-Dong

(Handan construction technical schools Handan Hebei 056000)

【Abstract】This paper will integrate computer simulation in the design of buildings to explore the application of the analysis, in order to resonate hope you scholars.

【Key words】Computer simulation;Architectural design;Integrated design;Application

1. 引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步，計算機技術在我國的各行各業(yè)得到了廣泛應用，并給社會帶來了利好。這場以計算機技術為代表的新技術革命產(chǎn)生了很多新興產(chǎn)業(yè)，同時也促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新改造。作為國民經(jīng)濟傳統(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)，而其中計算機模擬在建筑集成設計中業(yè)也得到了廣泛應用，并促進了建筑設計的不斷優(yōu)化和整個建筑行業(yè)的規(guī)范和發(fā)展。

2. 計算機模擬

（1）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， 并利用數(shù)學方法和邏輯關系對這些假設進行合理描述，從而將這些構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行表示并加以解決。一個例如面積=(長×寬)的簡單的關系等式， 就是一個解析的結果。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，通常都是非常復雜的， 以至于我們無法用簡單的數(shù)學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)的行為進行估算。縱所周知， 模擬將會隨著計算機的產(chǎn)生和應用走上一個新的臺階。幾乎所有可以被虛擬的系統(tǒng)都通過計算機建立模型， 例如工廠、通信和計算機網(wǎng)絡、集成電路、高速公路系統(tǒng)、飛行動力學、國民經(jīng)濟、社會關系學以及虛擬世界等。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)中進行實驗更具有可操作性。

（2）模擬基于狀態(tài)變量改變的方式通常可分為：離散事件模擬和連續(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，在應用中模擬是把離散事件模擬和連續(xù)模擬結合起來同時使用的，而在其中只有一個占有主導地位并主宰整個系統(tǒng)。

3. 計算機模擬在建筑集成設計中扮演重要角色

集成化建筑設計是一個包含多專業(yè)、多學科并存在迭代的設計流程，它一方面需要設計師們具備跨學科的豐富知識，另一方面還需要更高效、更可靠的設計工具。集成化建筑設計一個整體，計算機模擬則是實現(xiàn)建筑集成化設計的重要環(huán)節(jié)。沒有計算機模擬，集成化建筑設計就不可能取得好的效果。當前，如電子、汽車、儀器等主流制造業(yè)中，早已依賴先進的計算機軟件完成了由粗放的設計到集成設計的轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)了設計與生產(chǎn)的數(shù)字化集成。而在建筑業(yè)中，這方面還有待于進一步開發(fā)完善。集成化建筑設計要求各系統(tǒng)緊密合作，分階段逐步深入，逐步細化；各專業(yè)需要循環(huán)設計，做到信息及時反饋。在每個階段都采用軟件模擬預測使得生態(tài)建筑的理念能貫穿整個設計流程，使建筑生態(tài)節(jié)能效果最大化。

4. 計算機模擬在建筑集成設計中的作用

4.1 在規(guī)劃和城市設計中的運用。

（1）在建筑設計之前的規(guī)劃設計和城市設計中，計算機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、整體風環(huán)境等。計算機模擬可以將這些設計因素直接進行量化計算，規(guī)劃也以此為依據(jù)進行調(diào)整。

（2）例如在規(guī)劃設計當中，需要某個標志性建筑在整個區(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 便能夠有效地進行可視度分析。使用Ecotect 進行的可視度分析，設計者可以根據(jù)分析的結果找到環(huán)境中可視度較差的區(qū)域，反過來對規(guī)劃進行針對性的修改，再返回軟件中進行分析，直到模擬的結果達到規(guī)劃或城市設計的標準。

4.2 建筑方案的對比，預測及優(yōu)化。利用建筑性能分析軟件(熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、風環(huán)境)建筑師可以對方案進行反復推敲和優(yōu)化，在設定好建筑內(nèi)部材料、室內(nèi)人員活動等條件后，計算機就可以將建筑在運行時各個性能如耗能、風環(huán)境、日照等參數(shù)進行量化，在此基礎上，集成設計才可以整合建筑的各項生態(tài)技術，通過場地優(yōu)化、設備優(yōu)化、裝飾優(yōu)化和施工方案優(yōu)化等使之成為一個有機系統(tǒng)，發(fā)揮各子系統(tǒng)的長處。

4.3 在各類節(jié)能評估標準中的應用。生態(tài)建筑的評估本身就是一項復雜的工作，利用計算機軟件模擬對建筑性能的預測將大大減輕評估任務的工作量，例如在美國的LEED CS2.2標準中就明確地要求，通過計算機模擬證明建筑中75%的主要空間的自然采光照度要達到270 LX。如美國伯克利實驗室開發(fā)的專業(yè)計算機光學模擬軟件Radiance 是目前國際公認的能夠較為精確地模擬室內(nèi)天然采光的光學模擬軟件，這款軟件就經(jīng)常用于LEED 評估標準中的模擬軟件。

4.4 提供了各專業(yè)進行協(xié)同設計的平臺。

（1）如今的建筑功能和技術都越來越復雜，建筑設計已經(jīng)不再是一個人能夠完成的任務了，生態(tài)建筑更是要求建筑能夠采用多種生態(tài)技術以達到節(jié)能生態(tài)的要求，而很多時候各種看

淺談對水工建筑的設計初步研究

似有效地節(jié)能手段的疊加并沒有起到與投入相對應的生態(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，集成化設計要求建筑師、結構工程師、設備工程師等各專業(yè)人員在同一個平臺上進行有效的協(xié)同設計。

（2）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)，從設計到使用，甚至是建筑使用周期的終結，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行協(xié)同設計。以建筑信息模型作為平臺的集成化設計，使設計的效率大大提高。

5. 結束語

隨著人們對建筑的要求越來越高，建筑設計的方式也必將由原來的粗放設計向集成化設計轉(zhuǎn)變，建筑設計的計算機模擬技術也將會受到越來越多的人的關注，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，在各建筑設計團隊中，建筑集成化設計方法還沒有完全得到有效使用，更沒有將計算機信息模擬和性能模擬融會到建筑設計之中。與此同時，我們應該看到其利好的一面。近年來，建筑集成化設計和計算機模擬的相關基礎和理論已經(jīng)取得了長足的發(fā)展，并逐漸形成系統(tǒng)的學科，進而會建立一套完整的體系和規(guī)范化的框架。因此，計算機模擬在建筑集成設計中的應用的前景是光明的，我們必須沿著這天正確的路走下去，把計算機技術完全融會貫通于建筑集成設計之中，使建筑設計不斷發(fā)展和完善，從而為人們設計出更人性化，更舒適的建筑產(chǎn)品，服務人類，并造福于人類。

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