计算机模拟分析在绿色建筑设计的作用
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【摘要】随着社会生产力的不断进步和自然资源的不断减少，实现绿色、节能、低碳发展越来越成为各国官方和民众的普遍共识。我国也在近几年提出可持续发展的伟大战略，并以此为指导纲领直接影响着各行各业的发展模式探索。在建筑领域，绿色建筑设计成为广大建筑界同仁争相追捧的香饽饽，业已取得的各项成果较之以前的设计作品亦是好评如潮。在这些建筑师的作品设计前期，计算机模拟分析发挥的重大作用有目共睹。
21世纪，计算机模拟分析在建筑设计中的应用愈来愈频繁，尤其在绿色建筑设计领域，其数据化的效果分析、环境预判给绿色、节能的最终目的提供了一定的衡量参考，成为各国都大为青睐的技术手段。按照目前的研究成果来看，国外尤其欧美国家在绿色建筑设计中对这一技术使用更为频繁也更为纯熟，技术水平也较高。我国则处在一个积极探索，研究应用的过程，发展势头日盛，技术的使用也愈加频繁。为响应国家号召，提高专业素养，作为设计院的一名建筑学工程师，笔者现对计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用这一课题进行探究。
1.绿色建筑设计的概念和内容
绿色建筑设计是与以往的建筑设计相比较而提出的，与以往的建筑设计相比绿色建筑设计更注重设计环节与建筑本身周边环境及各种因素的有机结合，这种有机结合设计理念要求建筑师在前期的设计工作中更加注重对建筑建设地区环境数据的分析和各项量化总结后的效果预判模拟，包括风环境、光环境等等。这种数据化的分析模式不是设计人员仅仅靠脑力计算就可以准确得出的，这时候引入计算机模拟分析这一技术救星成为一种必然性的选择。
2.计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用举例
2.1朝向优化
绿色建筑的朝向需要充分结合当地主导风向和周围道路等因素来进行，还需要依据房间内部的使用要求，同时将太阳日照和辐射充分纳入考虑范围。利用计算机模拟分析系统，设计人员可以将建筑周边环境需要考虑的因素输入其中，比如风环境、水环境、经纬度等等，而后计算机模拟分析系统可以根据自身数据库系统进行数据分析，设计方案优化，最终给出基于数据分析效果的设计方案以供设计人员参考。在建筑物朝向选择上，计算机模拟分析的作用尤为显著，它甚至可以凭借自身强大的数据库系统将若干年份的风环境、水环境进行比对分析，而且效率奇高，最终给出若干最佳的朝向供设计人员最终处理敲定。
2.2立面设计
建筑模拟能够计算出建筑外围护栏结构的热传递，并能预测出任何选定元素的内表面温度。以建筑物的内表面温度参数为考量，例如玻璃，包括导热性、其辐射吸收量、反射量、和透射量。排比出室内温度和能耗的模拟结果，能直接将性能表现最优的选择知会给设计者。设计者根据计算机模拟系统给出的设计预案选择出一个能合理利用自然资源的结果不是恰恰体现了绿色节能的设计理念么?对太阳能利用与规避都能实现绿色节能的神奇效果。在利用方面，选择合适的角度安装太阳能灯具等等，可以集中利用太阳能，节约电能。而根据计算机分析的数据选择恰到好处的遮阳板位置，又能在炎炎夏日规避太阳热浪，减少空调等电器的使用。这两种手段都很好地体现了设计环节与周边环境的有机统一，这很大程度上赖于计算机模拟分析系统的助力。
2.3力学模拟
选择何种材料才能满足建筑使用的衡要籍要知道此材料是否能承担各种可能的应力。以及材料在此应力下的变形是否在使用者心理的可承受范围之内。一级注册建筑师结构课考试大纲要求建筑师掌握用解析法分析建筑受力情况。这种方法比较适于分析梁柱层次清晰的正交体系。而对于复杂几何形建筑的设计。目前常采用FEA（有限元分析.FiniteElementAnalysist）方法[3]。在该算法的使用中，建筑设计人员可以将材料、荷载、形状等元素输入家算计模拟分析软件中，计算机模拟分析系统能够采用混合遗传算法、模拟退火算法混合遗传算法等模糊数学方法求解。求出的解也就成为了建筑师进行绿色建筑设计实践的原始参数。
3.国内外相关探索成果
目前，国外的计算机模拟分析系统在建筑绿色节能设计中的应用已经很成熟，各实力高等院校的建筑学院也将计算机模拟分析教学列为建筑师必须掌握的技术手段之一。凭借其强大的科技水平及多年应用经验，欧美国家还对计算机模拟分析系统进行细分，跟据不同的设计需要，设计师可以选择钟意的算法类型的计算机模拟分析软件进行分析。由于目前西方较我国节能低碳的设计理念践行的更好一些，计算机模拟分析系统在社会建筑领域发挥的的作用十分突出。我国由于尚且处在发展中国家阶段，技术水平较落后与西方，绿色设计理念方兴未艾但势头强盛，不少建筑学大师已经颇具前卫设计理念，充分利用计算机模拟分析手段认真践行着绿色设计宗旨。
4.本人在这方面的实践
我在建筑设计中一直紧跟时代风向，密切关注国际绿色建筑设计潮流，在建筑设计中，将计算机模拟分析手段引入到实践当中，把建筑学的设计理念得以扩展，并且，我在这一领域的探索研究之路从未停歇，不断从学术和实践方面强化计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用等相关知识。
5.结语
随着“绿色建筑”理念的普及，能源和环境越来越成为建筑设计考虑的重要因素。将环境、能源因素可视化，通过分析计算精确化设计建筑物理环境，使绿色建筑理念得以贯彻，达到节约能源的目的，是建筑设计者的一个重要研究课题。笔者在工作中研究这一课题，就计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用阐述自家之言，实践之路依然漫长，希望在不断的实践中积累经验和理论，为国家在这一领域的探索贡献绵薄力量。
参考文献
[1]刘百韬.计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用[J].规划与设计，2015，11：66
[2]菲儿.琼斯，丹尼斯.考皮特西斯，侯珊珊.计算机模拟分析在低碳建筑设计中的应用[J].城市.环境.设计，2012，12：223
[3]曾坚，苏毅.建筑材料的计算机模拟及其对当代设计美学的影响[J]
[4]吴家禾.计算机模拟软件在建筑节能设计中的应用研究[J].江苏建筑2014.0396
作者：淮建峰 单位：广东茂名市城建设计院
