探討計算機(jī)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的運(yùn)用★

趙智超 吳鐵峰*

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

?

·計算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用·

探討計算機(jī)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的運(yùn)用★

趙智超 吳鐵峰*

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007)

介紹了計算機(jī)綠色建筑設(shè)計的模擬方法，結(jié)合我國綠色建筑設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了計算機(jī)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展前景，對資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會的建設(shè)有積極的作用。

計算機(jī)模擬技術(shù)，綠色建筑，發(fā)展前景，氣候環(huán)境

環(huán)境問題是我國現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中所面對的一個重要問題。在社會對能源和環(huán)境的重視程度不斷提升的情況下，綠色建筑設(shè)計理念的應(yīng)用，對我國建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用，可以讓綠色建筑設(shè)計工作的工作效率得到有效的提升。從我國綠色建筑設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀來看，這一技術(shù)的應(yīng)用是對我國的綠色建筑技術(shù)水平進(jìn)行提升的一種措施。

1 計算機(jī)綠色建筑設(shè)計模擬方法

風(fēng)環(huán)境法、光環(huán)境法和聲環(huán)境法的產(chǎn)生，是計算機(jī)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計領(lǐng)域的主要應(yīng)用表現(xiàn)[1]。在風(fēng)環(huán)境法的應(yīng)用過程中，氣象參數(shù)扮演的是關(guān)鍵信息的角色，它對解析結(jié)果的精確度有著至關(guān)重要的影響。室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的分析主要是對建筑物的自然通風(fēng)情況進(jìn)行模擬分析的模擬設(shè)計方式。室外風(fēng)環(huán)境分析是從建筑物所在區(qū)域的地形環(huán)境入手進(jìn)行模擬分析的過程。光環(huán)境法涉及到了室內(nèi)環(huán)境和室外光環(huán)境兩大因素。它可以對建筑物所在區(qū)域的日照情況，光輻射情況和室內(nèi)光環(huán)境所涉及到的照度問題和采光度系數(shù)問題進(jìn)行分析。聲環(huán)境法則是與建筑工程施工區(qū)域的噪聲問題進(jìn)行分析的一種設(shè)計模擬方式。從計算機(jī)綠色建筑設(shè)計模擬方法在實際應(yīng)用過程中所發(fā)揮出來的作用看，設(shè)計階段和評價階段已成綠色建筑工程效率問題的一大發(fā)展難點(diǎn)。

2 我國綠色建筑設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀

1)綠色建筑設(shè)計的出現(xiàn)。綠色建筑設(shè)計是在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的影響下所產(chǎn)生的新型設(shè)計理念[2]。這一設(shè)計理念的出現(xiàn)，可以讓建筑與能源環(huán)境之間的聯(lián)系性得到有效強(qiáng)化。為了對能源資源節(jié)約在社會發(fā)展過程中的作用進(jìn)行充分發(fā)揮，有關(guān)單位需要對綠色建筑設(shè)計理念的宣傳工作進(jìn)行強(qiáng)化，以便讓綠色建筑的功能和作用得到充分的發(fā)揮。2)我國綠色建筑設(shè)計的現(xiàn)狀。我國的綠色建筑設(shè)計工作存在著發(fā)展起步較晚的問題。同其他國家的相關(guān)技術(shù)相比，我國的綠色建筑設(shè)計技術(shù)還存在著落后性的問題。這一問題的出現(xiàn)，可能會對綠色建筑的落實帶來一些較為不利的影響。從我國綠色建筑設(shè)計方面的法律法規(guī)的建設(shè)情況來看，綠色建筑的審核監(jiān)督機(jī)制還沒有得到有效構(gòu)建。計算技術(shù)的落后性，也給我國綠色建筑的發(fā)展問題帶來了一些不利的影響。3)我國綠色建筑設(shè)計的深遠(yuǎn)意義。綠色建筑設(shè)計理念的應(yīng)用，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的一大重要措施。這一建筑理念的出現(xiàn)，是對能源環(huán)境對社會的影響進(jìn)行重視的一種表現(xiàn)。它也可以為社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因而，我們在現(xiàn)階段需要對綠色建筑設(shè)計在未來社會的發(fā)展問題進(jìn)行關(guān)注。

3 計算機(jī)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 計算機(jī)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計中的具體應(yīng)用

模型構(gòu)建是計算機(jī)技術(shù)在綠色建筑設(shè)計過程中所不可缺少的一項重要內(nèi)容[3]。在這一過程中，工作人員需要將建筑模型導(dǎo)入到計算機(jī)模擬技術(shù)軟件之中。在這一階段，工作人員可以將建筑圖形簡化為只有墻和門窗等重要部位的模擬圖形。在完成建筑模型導(dǎo)入后，設(shè)計人員需要在對建筑設(shè)計中涉及到的一些參數(shù)進(jìn)行導(dǎo)入的基礎(chǔ)上，對建筑物的區(qū)域設(shè)置進(jìn)行確定。為了對畫圖工作進(jìn)行簡化，設(shè)計人員需要對平面設(shè)計模式進(jìn)行應(yīng)用，進(jìn)而利用平面圖對立體圖形進(jìn)行構(gòu)建。計算機(jī)模擬技術(shù)中的Ecotect軟件就在綠色建筑設(shè)計領(lǐng)域發(fā)揮出自身的輔助設(shè)計作用。在對該軟件進(jìn)行應(yīng)用后，系統(tǒng)可以從某一地區(qū)的具體氣候情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過模擬計算的方式來生成符合建筑師設(shè)計要求的建筑構(gòu)件。

在相關(guān)參數(shù)的設(shè)置過程中，相關(guān)設(shè)計人員需要對建筑物內(nèi)各個區(qū)域的能源消耗問題進(jìn)行計算。以便從相關(guān)區(qū)域的人數(shù)、空調(diào)和照明等多方面因素入手，對參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在參數(shù)計算工作的開展過程中，工作人員可以從計算機(jī)模擬技術(shù)軟件對不同區(qū)域的設(shè)置情況入手，在對各個區(qū)域進(jìn)行分析以后，來解決這一問題。對綠色建筑設(shè)計的相關(guān)參數(shù)的計算，也是對綠色建筑所需的建筑材料進(jìn)行計算的過程。例如，在建筑物的天花板施工中，施工人員需要對一些優(yōu)質(zhì)的混凝土材料進(jìn)行應(yīng)用。氣象信息加載功能的運(yùn)用，也可以讓綠色建筑設(shè)計的時效性得到充分提升。在將建筑工程施工區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相關(guān)系統(tǒng)以后，工作人員可以從氣象信息和施工區(qū)域的地理位置兩方面入手，對工程的資源消耗情況進(jìn)行計算。在上述工作完成以后，工作人員可以對工程每一月份所消耗的能源量進(jìn)行統(tǒng)計。在計算機(jī)模擬技術(shù)的作用下，系統(tǒng)也可以導(dǎo)出一份與建筑物各個位置在每一天甚至是每一小時以內(nèi)的溫度情況有關(guān)的EXCEL表格。

在對計算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用問題進(jìn)行分析的過程中，建筑物的朝向和建筑群的布局優(yōu)化問題也是我們無法忽視的一個重要問題[4]。從建筑物的朝向問題來看，它與當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向和建筑所在區(qū)域的道路問題之間存在著一定的聯(lián)系。房間內(nèi)部的使用要求與光照問題也需要在建筑朝向的確定過程中有所考慮。在對這一問題進(jìn)行處理的過程中，計算機(jī)模擬分析技術(shù)可以在對上述因素進(jìn)行充分考慮的基礎(chǔ)上，對建筑物的朝向問題進(jìn)行確定。在對不同建筑布局所面對的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析以后，可以發(fā)現(xiàn)建筑布局對建筑的風(fēng)環(huán)境特征有著較為重要的影響。對此，在不同的季風(fēng)區(qū)域內(nèi)，建筑人員需要從當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境特征入手，對建筑群的布局問題進(jìn)行優(yōu)化。CFD建筑風(fēng)環(huán)境模擬技術(shù)就是一種建立在流體力學(xué)、計算機(jī)方法和計算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)上的一種模擬實驗方式。它可以在對建筑物建成以后的外部風(fēng)環(huán)境狀況和內(nèi)部風(fēng)環(huán)境狀況進(jìn)行模擬的方式，在對自然通風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)壓等模擬圖進(jìn)行建構(gòu)的基礎(chǔ)上，對建筑的設(shè)計方案進(jìn)行修訂。針對風(fēng)壓的影響作用，在僅對風(fēng)壓問題進(jìn)行考慮的情況下，利用PHOENICS模擬的結(jié)果對不同架空空間中的最佳方案進(jìn)行選擇，是第一階段的設(shè)計內(nèi)容。在第二階段，工作人員需要借助fluent軟件，對設(shè)置室外通高中庭和未設(shè)置外通高中庭的兩種建筑模型室外風(fēng)環(huán)境情況進(jìn)行分析。

3.2 計算機(jī)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展前景

計算機(jī)軟件模擬技術(shù)在實際應(yīng)用過程中所涉及到的信息主要由各個地區(qū)的氣候信息、地理位置信息等要素組成。但是從計算機(jī)模擬技術(shù)的應(yīng)用情況來看，地點(diǎn)選擇的有限性是計算機(jī)模擬技術(shù)軟件在實際應(yīng)用過程中所表現(xiàn)出來的主要特點(diǎn)，在可選擇地點(diǎn)相對固定的情況下，數(shù)據(jù)信息缺乏準(zhǔn)確性和完整性的問題可能會讓綠色建筑能源消耗的計算結(jié)果表現(xiàn)出缺乏準(zhǔn)確性的問題。從我國社會的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在人口數(shù)量增速相對較快的環(huán)境下，資源消耗速度的增長，已經(jīng)讓綠色建筑設(shè)計成為了建筑設(shè)計領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢。在建筑環(huán)境發(fā)生變化的情況下，建筑物的能源消耗計算工作也表現(xiàn)出了復(fù)雜性的特點(diǎn)，因此，計算機(jī)模擬技術(shù)在綠色建筑設(shè)計領(lǐng)域中仍然存在著較為廣闊的發(fā)展前景。

4 結(jié)語

綠色建筑設(shè)計理念的產(chǎn)生與發(fā)展，對資源節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會的建設(shè)有著積極的促進(jìn)作用。計算機(jī)模擬分析在綠色建筑設(shè)計過程中的應(yīng)用，可以對建筑物在環(huán)保節(jié)能方面的優(yōu)勢進(jìn)行充分發(fā)揮。因而二者之間的融合也可以讓人們的居住舒適度得到有效的提升。

[1] 趙 鵬.計算機(jī)模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué),2012.

[2] 邢 煒.計算機(jī)模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表,2014(9):99-100,103.

[3] 劉百韜.計算機(jī)模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J].建材與裝飾,2015(48):66-67.

[4] 淮建峰.計算機(jī)模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用[J].建筑知識,2016(6):227.

Exploration on the application of computer simulation techniques in green building design★

Zhao Zhichao Wu Tiefeng*

(JiamusiUniversity,SchoolofInformationandElectionicsTechnology,Jiamusi154007,China)

The paper introduces simulation methods of computer green building design, describes the application and development prospect of computer simulation technology in green building design field combining with domestic green building design development status, which has played positive role for building resource-saving and environment-friendly society.

computer simulation technique, green building, development prospect, climatic environment

1009-6825(2017)13-0257-02

2017-02-20★：佳木斯大學(xué)博士基金項目(22Zb201516)

趙智超(1979- )，女，碩士，講師

吳鐵峰(1974- )，男，博士,副教授

TU201.5

A