浅谈计算机模拟在建筑集成设计中的应用

 
【论文摘要】建筑业是传统产业之一，在我国经济中扮演着至关重要的角色。建筑集成设计作为建筑业的一部分，对整个建筑业的健康有序发展也起着不可忽视的作用。计算机模拟技术是读图时代绿色建筑设计的一个有效的媒介工具，它在建筑集成设计中的应用必将使建筑集成设计大受裨益。本文将对计算机模拟在建筑集成设计中的应用进行探讨分析，望以此引起各位学者的共鸣。
【论文关键字】计算机模拟建筑设计集成设计应用
一、引言
随着我国经济的发展，社会的进步，计算机技术在我国的各行各业得到了广泛应用，并给社会带来了利好。这场以计算机技术为代表的新技术革命产生了很多新兴产业，同时也促进了传统产业的更新改造。作为国民经济传统的四大支柱产业之一的建筑业，是从事建造各类房屋和兴建各项土木工程的行业，而其中计算机模拟在建筑集成设计中业也得到了广泛应用，并促进了建筑设计的不断优化和整个建筑行业的规范和发展。
二、计算机模拟
模拟是一个过程，它是建立现实和虚拟系统的模型并在此模型上进行实验的过程,其中模拟实验的目的是为了理解系统的行为或者对系统运行的策略进行合理有效的评估。在实际生活中,它会根据系统指示作出部分假设,并利用数学方法和逻辑关系对这些假设进行合理描述，从而将这些构成一个可以揭示系统工作过程的模型。如果是一个简单的系统,此时模型就可以通过解析方法进行表示并加以解决。一个例如面积=(长×宽)的简单的关系等式,就是一个解析的结果。但是在实际中,我们所感兴趣和所遇到的问题不会像上述问题一样简单，通常都是非常复杂的,以至于我们无法用简单的数学模型来表示这些问题。在这种情况下,必须用模拟来对系统的行为进行估算。纵所周知,模拟将会随着计算机的产生和应用走上一个新的台阶。几乎所有可以被虚拟的系统都通过计算机建立模型,例如工厂、通信和计算机网络、集成电路、高速公路系统、飞行动力学、国民经济、社会关系学以及虚拟世界等。在上述的每一个系统的实现环境中,系统的模型都被证明是性价比更好、危险更小、更快或者比在实际系统中进行实验更具有可操作性。
模拟基于状态变量改变的方式通常可分为：离散事件模拟和连续模拟。在离散事件模拟中,状态变量在时间的离散点上产生瞬间变化；而在连续模拟中,变量连续地变化,通常表现为一个有时间变量的函数。通常情况下，在应用中模拟是把离散事件模拟和连续模拟结合起来同时使用的,而在其中只有一个占有主导地位并主宰整个系统。
三、计算机模拟在建筑集成设计中扮演重要角色
集成化建筑设计是一个包含多专业、多学科并存在迭代的设计流程，它一方面需要设计师们具备跨学科的丰富知识，另一方面还需要更高效、更可靠的设计工具。集成化建筑设计一个整体，计算机模拟则是实现建筑集成化设计的重要环节。没有计算机模拟，集成化建筑设计就不可能取得好的效果。当前，如电子、汽车、仪器等主流制造业中，早已依赖先进的计算机软件完成了由粗放的设计到集成设计的转型，实现了设计与生产的数字化集成。而在建筑业中，这方面还有待于进一步开发完善。集成化建筑设计要求各系统紧密合作，分阶段逐步深入，逐步细化；各专业需要循环设计，做到信息及时反馈。在每个阶段都采用软件模拟预测使得生态建筑的理念能贯穿整个设计流程，使建筑生态节能效果最大化。
四、计算机模拟在建筑集成设计中的作用
1、在规划和城市设计中的运用
在建筑设计之前的规划设计和城市设计中，计算机模拟可以有效分析建筑与周边环境的相互影响。如此很多建成后的不利因素就能够直观地摆在设计者的面前，以供决策。这些因素包括了建筑日照、噪声、建筑的可视度、整体风环境等。计算机模拟可以将这些设计因素直接进行量化计算，规划也以此为依据进行调整。
例如在规划设计当中，需要某个标志性建筑在整个区域环境中有着良好的可视度，也就是在区域内的大部分环境中都能够很好地观察到某个标志性建筑。这时就需要做规划中对某建筑的可视度的分析，著名的Ecotect便能够有效地进行可视度分析。使用Ecotect进行的可视度分析，设计者可以根据分析的结果找到环境中可视度较差的区域，反过来对规划进行针对性的修改，再返回软件中进行分析，直到模拟的结果达到规划或城市设计的标准。
2、建筑方案的对比，预测及优化利用建筑性能分析软件(热环境、光环境、声环境、风环境)建筑师可以对方案进行反复推敲和优化,在设定好建筑内部材料、室内人员活动等条件后，计算机就可以将建筑在运行时各个性能如耗能、风环境、日照等参数进行量化，在此基础上，集成设计才可以整合建筑的各项生态技术，通过场地优化、设备优化、装饰优化和施工方案优化等使之成为一个有机系统，发挥各子系统的长处。
3、在各类节能评估标准中的应用
生态建筑的评估本身就是一项复杂的工作，利用计算机软件模拟对建筑性能的预测将大大减轻评估任务的工作量，例如在美国的LEEDCS2.2标准中就明确地要求，通过计算机模拟证明建筑中75%的主要空间的自然采光照度要达到270LX。如美国伯克利实验室开发的专业计算机光学模拟软件Radiance是目前国际公认的能够较为精确地模拟室内天然采光的光学模拟软件，这款软件就经常用于LEED评估标准中的模拟软件。
4、提供了各专业进行协同设计的平台
如今的建筑功能和技术都越来越复杂，建筑设计已经不再是一个人能够完成的任务了，生态建筑更是要求建筑能够采用多种生态技术以达到节能生态的要求，而很多时候各种看似有效地节能手段的叠加并没有起到与投入相对应的生态效果，有时反而会适得其反，某些节能措施与建筑的其他方面相冲突。为避免这种情况发生，集成化设计要求建筑师、结构工程师、设备工程师等各专业人员在同一个平台上进行有效的协同设计。
著名软件公司的RevitArchitecture软件是一款用于建立建筑信息模型的软件，Revit提供的是一种接近现实世界的设计模式，Revit建立的建筑三维信息模型包含了建筑中的几乎所有的信息参数，从设计到使用，甚至是建筑使用周期的终结，如此，建筑的各个专业、施工方、业主、政府等都可以基于同一个三维建筑信息模型进行协同设计。以建筑信息模型作为平台的集成化设计，使设计的效率大大提高。
五、结束语
随着人们对建筑的要求越来越高，建筑设计的方式也必将由原来的粗放设计向集成化设计转变，建筑设计的计算机模拟技术也将会受到越来越多的人的关注，这是一个必然的趋势。但就目前的建筑市场来说，情况还不容乐观，在各建筑设计团队中，建筑集成化设计方法还没有完全得到有效使用，更没有将计算机信息模拟和性能模拟融会到建筑设计之中。与此同时，我们应该看到其利好的一面。近年来，建筑集成化设计和计算机模拟的相关基础和理论已经取得了长足的发展，并逐渐形成系统的学科，进而会建立一套完整的体系和规范化的框架。因此，计算机模拟在建筑集成设计中的应用的前景是光明的，我们必须沿着这天正确的路走下去，把计算机技术完全融会贯通于建筑集成设计之中，使建筑设计不断发展和完善，从而为人们设计出更人性化，更舒适的建筑产品，服务人类，并造福于人类。
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