数字化技术

数字化技术在国内外建筑设计中的应用

赵丹20091502058

（重庆大学建筑城规学院研09级2班）

摘要：“数字化技术”已经悄然走进我们的生活，新技术的发展必然会对建筑的发展趋势带来新的启示，同时也给建筑设计带来了新的思考。本文主要通过数字化技术对于方案设计和节能设计方面的影响，列举了有关软件及技术在国内外的应用，说明数字化技术在建筑设计中的重要意义。

关键词：参数化设计；模拟；建筑节能；并行设计

1.引言

“数字化技术”已经悄然走进我们的生活，新技术的发展必然会对建筑的发展趋势带来新的启示，同时也给建筑设计带来了新的思考。数字化技术在建筑中的应用包含了很多方面的内容，比如参数化设计、线性建筑设计、建筑节能等。其重要作用在当今建筑的发展上可谓功不可没。下面主要来介绍参数化设计和建筑节能方面的

2.国内外软件的现状

2.1国外软件：

DOE-2是美国劳伦斯伯克力国家实验室开发的能耗分析模拟软件,包括负荷计算模块、空气系统模块、机房模块、经济分析模块。它可以提供整幢建筑物每小时的能量消耗分析,用于计算系统运行过程中的能效和总费用,也可以用来分析围护结构（包括屋顶、外墙、外窗、地面、楼板、内墙等）、空调系统,电器设备和照明对能耗的影响。Doe-2的功能非常全面而强大，经过了无数工程的实践检验,是国际上都公认的比较准确的能耗分析软件,并且该软件是免费软件，使用人数和范围非常广泛。

EnergyPlus这款软件的主要特点有:采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法;用户可以模拟典型的系统,而无需修改源程序;源代码开放,用户可以根据自己的需要加入新的模块或功能。

2.2国内软件：

CHEC是中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所节能中心于2002年开始研发,2003年投入使用的节能设计分析软件。完全按照《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》进行编制。最大的特点是便捷的输入方式，设计师可以采用自己绘制的CAD图纸直接进行模型数据的转换,无需用户手写输入。同时,CHEC软件和国内的多种建筑软件都有接口,可以直接提取模型数据。CHEC软件可以对建筑的体形、朝向、围护结构的构造进行量化分析,生成有详尽建筑概况,窗墙比,围护结构热工参数的计算报告,对用户的节能设计进行指导和改进。同时,CHEC软件为用户提供了强大的数据库支持,可供用户随时进行材料的选择和调整。CHEC 通过调用DOE-2内核,模拟全年的气象数据,进行全年的动态能耗模拟分析,生成详尽的空调采暖全年能耗报告。

DeST是由清华大学空调实验室研制开发的面向暖通空调设计者的集成于AutoCAD上的辅助设计计算软件。DeST建筑描述界面上可视化的所见即得的建筑楼层和房间划分图形界面,并且直接嵌入在AutoCAD中,DeST的计算模块也全部集成于Auto-CADR14。DeST作为面向设计的模拟分析工具,充分考虑设计过程的阶段性,提出“分阶段设计,分阶段模拟”的思路,在设计的各个阶段,通过建筑模拟、方案模拟、系统模拟、水据模拟的数据结果对其进行验证,从而保证设计的可靠性。DeST通过采用逆向的求解过程;基于全工况的设计,DeST在每一个设计阶段都计算出逐时的各项要求(风量、送风状态、水量等等),使得设计可以从传统

的单点设计拓展到全工况设计;DeST采用了各种集成技术并提供了良好的界面.因此可以比较容易方便地应用到工程实际中。

在我国,由于对用于建筑热工的气象数据没有统一的格式,所以应用这些软件时要求必须将气象数据进行转换,其他的比如建筑体型的描述,材料热物性参数的设置,采暖制冷形式,温度分区等,对于一般设计人员来说,输入过于繁琐。在初步设计阶段,由于很多条件无法确定,设计人员更是无出利用这些软件工具对方案进行能耗分析和节能优化。最重要的是,CHEC 软件能与国家及各省市的建筑节能设计标准、建筑节能设计审查紧密结合,生成符合要求的详细的建筑节能设计分析报告书和审查备案登记表等;CHEC软件不仅是一个单纯的计算软件,而是从设计角度考虑,帮助设计师在设计各个阶段结合能耗分析完成方案选择和方案优化,根据经济指标分析确定综合性能较好的节能设计方案。

Radiance 建筑光环境分析软件

ESP-r建筑性能整合分析软件

AirPak 建筑流体模拟:CFD Tech

TRNSYS动态仿真软件

IES(VE)环境能源整合分析软件

3.参数化设计

参数化设计的核心把设计的限制条件，通过相关数字化设计软件，与设计的形式输出之间建立参数关系，生成可以灵活调控的电脑模型。至于参数，则可以是与设计相关的各种信息，比如造价，密度，气候等，通过编码转换成电脑可以识别的语言。在这个编码过程中，类似图像化记录（即Mapping，指客观忠实的记录某类信息根据特定参数的变化，并以图像化的形式表现出来）和图解（Diagram）等技法，以及相关等软件可以把那些非形式的信息转化成形式可读的数据。

其实参数化中，大家首先关心的是软件，如此炫的模型是怎么样建模出来的？国内的设计人员首先还是会从这个角度来入手。

关系到构建式参数化软件则包含了一个更广的范围，比如建筑师向工程领域借用的TopSolid，CATIA(现在经过Gahry Technology公司的改进成为DigitalProject）；互动性装置设计使用的软件如Max/Msp；以及最近正流行的Rhino的参数化插件Grasshopper都属于关系构建式的参数化软件。或者加上和cad结合度比较高的二次开发软件：archicad。他们的背景各有不同。

AA作为先锋独立学校，虽然在计算机方面未能领先哥伦比亚大学或是MIT，但是国内的知名度比较高。而其夸张的设计和概念化的先锋理念给我们留下了深刻的印象。很多从AA出来的，比如Zaha,其飘逸的NURBS曲面在其建筑实践中成了她的标志。反过来，从Zaha事物所出来的人物又活跃于各大学校的参数化设计教育中。

4.数字化技术与中国的建筑节能

4.1建筑节能并行设计

建筑节能的设计分解应根据建筑节能设计的一般规律来进行。综合考虑建筑节能评价的17个分项指标，将建筑节能并行设计过程分解成如下四个步骤：

①建筑所在地选择。采暖度日数、空调度日数、采暖期太阳总辐射量、空调期太阳总辐射量等4个室外气象特征固化于建筑所在地，在建筑节能并行设计中，当建筑所在地确定后，这4个参数即为常量，无需进行节能评价。

②体型特征设计。体型特征设计的内容包括：极限体型系数设计、体型完善系数设计、建筑朝向设计等。为方便用户输入，建筑节能并行设计软件实现时可将3个体型特征的输入转换为输入建筑长度、宽度、层高、层数和朝向。

③窗墙比设计。窗墙比设计是指建筑前向、后向、左向、右向窗墙比的设计。建筑节