《計(jì)算機(jī)科學(xué)》由國(guó)家科技部主管，西南信息中心主辦，系“中文科技核心期刊”、“中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)與分析用期刊”、“中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊”、“中 國(guó)期刊方陣雙效期刊”。主要報(bào)導(dǎo)國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，涉及面廣的方法論與技術(shù)，和反映新苗頭、能起承先啟后作用的研究成果。內(nèi)容涉及程序理 論、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、人工智能、人機(jī)界面、國(guó)際會(huì)議、應(yīng)用等。

　　【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。

　　【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

　　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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)題不會(huì)像上述問(wèn)題一樣簡(jiǎn)單，通常都是非常復(fù)雜的,以至于我們無(wú)法用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型來(lái)表示這些問(wèn)題。在這種情況下,必須用模擬來(lái)對(duì)系統(tǒng)的行為進(jìn)行估算。縱所周知,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(guò)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(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(lái)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(méi)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(kāi)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。

　　例如在規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要某個(gè)標(biāo)志性建筑在整個(gè)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(gè)標(biāo)志性建筑。這時(shí)就需要做規(guī)劃中對(duì)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(jì)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(guò)來(lái)對(duì)規(guī)劃進(jìn)行針對(duì)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(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　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(guò)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(guò)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(kāi)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(lái)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(méi)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(yǔ)

　　隨著人們對(duì)建筑的要求越來(lái)越高，建筑設(shè)計(jì)的方式也必將由原來(lái)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(lái)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(lái)說(shuō)，情況還不容樂(lè)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(méi)有完全得到有效使用，更沒(méi)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(lái)，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，并逐漸形成系統(tǒng)的學(xué)科，進(jìn)而會(huì)建立一套完整的體系和規(guī)范化的框架。因此，計(jì)算機(jī)模擬在建筑集成設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)完全融會(huì)貫通于建筑集成設(shè)計(jì)之中，使建筑設(shè)計(jì)不斷發(fā)展和完善，從而為人們?cè)O(shè)計(jì)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。

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