探討計算機模擬在建筑集成設(shè)計中的應(yīng)用

　　隨著我國社會的進步，經(jīng)濟的發(fā)展，計算機技術(shù)在我國的各行各業(yè)得到了普遍應(yīng)用，給社會帶來了極大地利益。這場以計算機技術(shù)為代表的新技術(shù)革命產(chǎn)生了很多新興產(chǎn)業(yè)，也推動了傳統(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(shè)計中也得到了廣泛應(yīng)用，推動了建筑設(shè)計的不斷優(yōu)化和整個建筑行業(yè)的規(guī)范和發(fā)展。

　　一、計算機模擬

　　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行實驗的過程，模擬實驗的目的是為了理解系統(tǒng)的行為或者對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)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(shè)，并利用數(shù)學(xué)策略和邏輯關(guān)系對這些假設(shè)進行合理描述，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剖析策略進行表示并加以解決。但在實際中，我們所感興趣和所遇到的理由，都是非常復(fù)雜的，以至于我們無法用簡單的數(shù)學(xué)模型來表示這些理由。在這種情況下，必須用模擬來對系統(tǒng)的行為進行估算。模擬使得計算機的產(chǎn)生和應(yīng)用走上一個新的臺階。

　　模擬基于狀態(tài)變量轉(zhuǎn)變的方式，通常分為：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(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)。

　　二、計算機模擬在建筑集成設(shè)計中扮演的重要角色

　　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)計者具備跨學(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，早已依賴先進的計算機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。

　　三、計算機模擬在建筑集成設(shè)計中的作用

　　第一、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，計算機模擬可以有效分析建筑與周邊環(huán)境的相互影響。這樣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。計算機模擬可以將這些設(shè)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。

　　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，這樣在區(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。此時就需要做規(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)劃進行針對性的修改，再返回軟件中進行分析，直到模擬的結(jié)果達到規(guī)劃或城市設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。

　　第二、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，計算機就可以將建筑在運轉(zhuǎn)時各個性能如耗能、風(fēng)環(huán)境、日照等參數(shù)進行量化，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系統(tǒng)，發(fā)揮各子系統(tǒng)的長處。

　　第三、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，如美國伯克利實驗室開發(fā)的專業(yè)計算機光學(xué)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(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。

　　第四、提供了各專業(yè)進行協(xié)同設(shè)計的平臺

　　如今，建筑功能和技術(shù)變得越來越復(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。為避開這種情況發(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行有效的協(xié)同設(shè)計。

　　總之，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，這是一個必定的趨勢。但就目前的建筑市場來說，情況還不容樂觀，在各建筑設(shè)計團隊中，建筑集成化設(shè)計策略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(shè)計之中。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(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，造福于人類。

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