探討計算機模擬在建築集成設計中的應用

隨着我國社會的進步，經濟的發展，計算機技術在我國的各行各業得到了普遍應用，給社會帶來了極大地利益。這場以計算機技術為代表的新技術革命產生了很多新興產業，也推動了傳統產業的更新改造。作為國民經濟傳統的四大支柱產業之一的建築業，是從事建造各類房屋和興建各項土木工程的行業，而其中計算機模擬在建築集成設計中也得到了廣泛應用，推動了建築設計的不斷優化和整個建築行業的規範和發展。

一、計算機模擬

模擬是一個過程，它是建立現實和虛擬系統的模型並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的行為或者對系統運轉的策略進行合理有效的評估。在實際生活中，它會根據系統指示作出部分假設，並利用數學策略和邏輯關係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工作過程的模型。如果是一個簡單的系統，此時模型就可以通過剖析策略進行表示並加以解決。但在實際中，我們所感興趣和所遇到的理由，都是非常複雜的，以至於我們無法用簡單的數學模型來表示這些理由。在這種情況下，必須用模擬來對系統的行為進行估算。模擬使得計算機的產生和應用走上一個新的台階。

模擬基於狀態變量轉變的方式，通常分為：離散事件模擬和連續模擬。在離散事件模擬中，狀態變量在時間的離散點上產生瞬間變化;而在連續模擬中，變量連續地變化，通常表現為一個有時間變量的函數。通常情況下，在應用中模擬是把離散事件模擬和連續模擬結合起來同時使用的，而在其中只有一個佔有主導地位並主宰整個系統。

二、計算機模擬在建築集成設計中扮演的重要角色

集成化建築設計是一個包含多專業、多學科並存在迭代的設計流程，它一方面需要設計者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。集成化建築設計一個整體，計算機模擬則是實現建築集成化設計的重要環節。沒有計算機模擬，集成化建築設計就不可能取得好的效果。當前，如電子、汽車、儀器等主流製造業中，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型，實現了設計與生產的數字化集成。而在建築業中，這方面還有待於進一步開發完善。集成化建築設計要求各系統緊密合作，分階段逐步深入，逐步細化;各專業需要循環設計，做到信息及時反饋。在每個階段都採用軟件模擬預測使得生態建築的理念能貫穿整個設計流程，使建築生態節能效果最大化。

三、計算機模擬在建築集成設計中的作用

第一、在規劃和城市設計中的運用

在建築設計之前的規劃設計和城市設計中，計算機模擬可以有效分析建築與周邊環境的相互影響。這樣很多建成後的不利因素，就能夠直觀地擺在設計者的面前，以供決策。這些因素包括了建築日照、噪聲、建築的可視度、整體風環境等。計算機模擬可以將這些設計因素直接進行量化計算，規劃也以此為依據進行調整。

例如在規劃設計當中，需要某個標誌性建築在整個區域環境中有着良好的可視度，這樣在區域內的大部分環境中都能夠很好地觀察到某個標誌性建築。此時就需要做規劃中對某建築的可視度的分析，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，設計者可以根據分析的結果找到環境中可視度較差的區域，反過來對規劃進行鍼對性的修改，再返回軟件中進行分析，直到模擬的結果達到規劃或城市設計的標準。

第二、建築方案的對比、預測及優化

利用建築性能分析軟件(熱環境、光環境、聲環境、風環境)建築師可以對方案進行反覆推敲和優化，在設定好建築內部材料、室內人員活動等條件後，計算機就可以將建築在運轉時各個性能如耗能、風環境、日照等參數進行量化，在此基礎上，集成設計才可以整合建築的各項生態技術，通過場地優化、設備優化、裝飾優化和施工方案優化等使之成為一個有機系統，發揮各子系統的長處。

第三、在各類節能評估標準中的應用

生態建築的評估本身就是一項複雜的工作，利用計算機軟件模擬對建築性能的預測將大大減輕評估任務的工作量，如美國伯克利實驗室開發的專業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天然採光的光學模擬軟件，這款軟件就經常用於leed評估標準中的模擬軟件。

第四、提供了各專業進行協同設計的平台

如今，建築功能和技術變得越來越複雜，建築設計已經不再是一個人能夠完成的任務了，生態建築更是要求建築能夠採用多種生態技術以達到節能生態的要求，而很多時候各種看似有效地節能手段的疊加並沒有起到與投入相對應的生態效果，有時反而會適得其反，某些節能措施與建築的其他方面相沖突。為避開這種情況發生，集成化設計要求建築師、結構工程師、設備工程師等各專業人員在同一個平台上進行有效的協同設計。

總之，隨着人們對建築的要求越來越高，建築設計的方式也必將由原來的粗放設計向集成化設計轉變，建築設計的計算機模擬技術也將會受到越來越多的人的關注，這是一個必定的趨勢。但就目前的建築市場來説，情況還不容樂觀，在各建築設計團隊中，建築集成化設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築設計之中。同時，我們應該看到其利好的一面。近年來，建築集成化設計和計算機模擬的相關基礎和理論已經取得了長足的發展，並逐漸形成系統的學科，進而會建立一套完整的體系和規範化的框架。因此，計算機模擬在建築集成設計中的應用的前景是光明的，我們必須沿着這天正確的路走下去，把計算機技術完全融會貫通於建築集成設計之中，使建築設計不斷髮展和完善，從而為人們設計出更人性化，更舒適的建築產品，服務人類，造福於人類。

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