文摘

为了提高城市建筑的性能在城市设计中,本文使用了基于一种改进的模糊数学方法计算构建一个智能建筑和城市设计系统。此外,本文定量研究高层建筑的行人风环境,并确定最优建筑符合空气动力学的形状和最佳的建筑布局的完整的风向。此外,基于整个流域的CFD数值模拟分析的结果,本文揭示了建筑的形状和布局的机制在高层建筑的行人风环境。最后,本文构造一个智能模型来提高城市建筑设计的影响。通过模型研究结果,我们可以看到,城市设计智能系统提出了满足工业环境中的城市设计的需要4.0。

1。介绍

4.0在行业的背景下,有很少的情况下,人工智能应用科学的发展支持主流的建筑师和城市设计师。早期的人工智能有担心,建筑师和城市设计师的核心工作和能力将会流离失所。同时,当期望未能实现,有利益损失和资金AI在建筑和城市设计。然而,兴趣AI再度回升,因为21世纪的第二个十年。计算机科学技术的进步,改变态度,大数据和数据分析的出现,公民的广泛使用,城市设计的重新发现,城市设计科学的出现,和大规模的开放网络设计方法正在共同努力推进更积极的前景AI在建筑和城市设计和可能导致令人信服的结果。

目前,盲目地复制外国建筑创作的现象是很常见的在国内建筑和城市设计中,这显然是在哀悼一个“和谐社会”的概念。针对这一现象,我们认为,我们不仅要积极吸收外国的好的部分建筑在建筑创作。更重要的是充分吸收外国的优秀思想发展的城市,比如的想法关注个体建筑和城市的协调发展作为一个整体,考虑建筑创作的问题在宏观的背景下城市社会。因此,为了实现“和谐社会”,有必要强调人们之间的协调的概念,建筑,在建筑创作和环境。

建筑市场的巨大需求和相对富裕的社会和经济条件的现象导致了片面追求形式和盲目追求新奇的城市和建筑设计领域。这种“冲动”的设计理念体现在城市环境。首先,各种建设项目互相竞争,成为这座城市的标志和形象工程。可想而知,每一栋建筑力求突出其个人形象和发挥主导作用。结果是一个杂乱的城市景观和削弱了城市的整体外观。此外,由形式至上的概念,城市建筑设计严重抄袭,应用世界上一些前卫和新潮时尚设计,忽略了特定的基地环境和文化内涵;这导致环境的身份和文化身份的消失城市地区。许多传统城市地区和历史地区已经完全“翻新”改造后,切断了社会生活网络的原始居民,和建筑形式已成为一个错误的阶段设置。这些问题的根源在于忽视部分和整体之间的关系在创造性活动和缺乏尊重城市环境和地域文化。这个以自我为中心的视图的创建将不可避免地给整个城市环境带来混乱,不利于建设一个“和谐社会”。 Therefore, we should adhere to the people-oriented scientific development concept, deal with the relationship between architecture and the city from an overall perspective, and realize the harmonious development of people, buildings, and the environment.

从城市规划和设计,建筑设计,它是一个“三级”的关系从整个集团,然后到个人(1]。如果个体建筑,再次分析,建筑的整体体积,体积过渡关系,和细节处理将形成一个“三级”的关系(2]。通过这种方式,当建筑扩大到一个系统,在人类尺度的细节是在最微观的层面上。然而,建筑体积观察从城市的角度就其宏观尺度上,它是观察从街上的角度,也就是说,城市设计(3]。

本文结合改善模糊计算的数学方法构建智能建筑和城市设计体系,提高了城市建筑设计通过智能模型的影响。

城市建筑规划和设计的方法和能力继续发展与科学技术的进步。城市建筑规划初期,由于使用传统的手工设计图纸,有很多问题由于技术的限制如劳动效率低,长时间的设计和设计周期的图纸,和容易出错的建筑规划和设计信息。很难交换和存储设计文件和设计结果(4)等等。经济水平的提高和城市化进程的加速度影响城市建筑规划和设计的需要,和传统的手工绘图方法不能处理大量的快速而准确的设计文档。信息技术和CAD软件已经开始大规模推广,各个行业也开始进入数字时代,“电子设计”系统的城市建筑规划和设计行业已成为时代要求5]。电子建设报告设计系统采用CAD电子图纸统一和标准化的格式,可以快速提取和信息进行了力学计算与分析,为建筑设计,完成设计的自动定量计算指标,实现电子档案,动态存储建筑项目设计计划。CAD的精确数据处理能力提供了高效、准确的设计技术架构规划、规范标准和会计指标由电子设计使设计结果制定合理的和严重的6]。与日益复杂的城市建筑的发展,城市规划和设计需要更全面、客观的分析,基于一个二维平面和CAD技术难以实现城市三维地理空间信息的图像描述(7]。

21世纪初,3 d GIS技术的快速发展使得数字城市的概念开始被人们重视。建筑空间环境的三维可视化分析在数字城市已经成为建筑规划和设计的发展方向8]。3 d GIS技术可用于城市建筑规划和设计。提供全面、直观、科学的决策分析。近年来,女子的融合技术和GIS在许多行业,引起了人们广泛的关注及其在城市建筑规划和设计中的应用也进入研究和探索阶段。BIM技术广泛应用于国外一些发达国家9]。专业建筑工程软件基于BIM技术包括Revit和Infraworks系列软件产品欧特克公司的美国,Graphisoft ArchiCAD软件公司匈牙利,微型工作站TriForma本特利公司的软件(10]。这些大型软件开发人员提供全面解决方案的需要,建设项目的不同阶段和不同职业的管理目标。然而,目前,大多数软件都是针对单个建设项目,支持差地形数据和数据容量有限,不能满足城市规划的需求和设计在三维环境中。另一方面,地理信息系统(GIS)软件也靠近女子。空间数据的处理是GIS的一个特征11),存储、表达和分析大规模地形空间数据是GIS的力量,这就弥补了传统BIM软件在基础设施建设项目的缺点在大规模环境中(12]。BIM和GIS中不同几何和语义表达模型对象。其集成的应用程序的关键在于模型数据的融合。与深入研究BIM和GIS技术的集成,尽管各种专业的相关人员已完成的信息交换和数据通过简单的模型转换,类似的方法只有保存部分的语义信息,导致明显的BIM[限制在应用程序13]。目前,BIM和GIS集成的研究主要集中在两个方面,一个是基本的集成数据模型,另一种是集成现有的数据格式。前分析了不同的表达式类型BIM和GIS模型对象和建立一个统一的表达模型的两个14]。

在这个阶段,大多数研究方向主要侧重于后者,不同格式的数据集成模型,如国际金融公司开发的浏览器在德国卡尔斯鲁厄理工大学,女子服务器开发的荷兰埃因霍温科技大学和Navisworks软件由欧特克(15]。其中,IFCExplorer CityGML致力于BIM标准模型的无缝集成格式CityGML IFC标准模型和GIS格式,但是很难实现任意两个标准模型之间的转换,它仍然是低水平的详细研究模型的转换(16]。BIMServer软件支持各种BIM模型结构的理解和管理,同时,可以实现BIM GIS模型的简单转换。然而,它的功能是有限的数据管理和转换,无法实现应用程序分析(17]。此外,其BIM和GIS模型之间的转换仍有问题,如质量差和缺乏语义的转换模型。尽管Navisworks可以实现BIM数据集的综合分析和应用,它主要是基于一个简单的文件系统,所以很难处理大规模数据,效率很低。和支持GIS数据只能通过第三方软件的转换,这将不可避免地失去很多,在转换过程中真实的信息(18]。

3所示。建筑和城市设计基于改进模糊计算

本文中使用的结构模型是一个建筑一个正方形截面。中使用的规模比数值模拟与实验是一致的,也就是1:500年,在规模大小 (图1(一)),和图1 (b)显示了测点分布在建筑。所有测量的点是位于行人高度,和280测量点排列。计量点的分布范围 (建筑物的中心点坐标的原点),约8倍的横截面积计算模型。建筑的高度H作为参考高度,和 在参考高度。现有的研究结论表明,合适的高度较低的地区,对数风速剖面比指数风速剖面。因为本文研究了行人在行人高度风环境(高是2米),为了保证数值模拟的准确性,对数风速剖面进行了分析计算。计量点的分布图如图1 (c)。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图1
基本的模型参数。(一)模型的大小。(b)平均风速剖面和湍流强度。(c)测点分布地图。
3.1。计算域和边界条件设置

CFD数值模拟,所有模型的维度与风洞试验是一致的,和三维的大小计算域被设置为 (图2)。计算后,相应的阻断率小于3%,符合相应的要求。


图2
计算域和边界条件的设置(广场)。

计算域的入口设置为速度入口,出口设置为压力出口,和边界条件两侧和顶部边界对称边界条件(对称)。

模型结构和网状ICEM CFD软件。在啮合,因为靠近壁面的流体区域的雷诺数较低在流动过程中,为了确保充分发展的湍流,靠近壁面区域的网格必须精炼。另一方面,由于不同的湍流模型的网格质量有不同的要求,需要划分网格大小不同的根据所选的湍流模型。

在CFD计算,模型的第一层网格的大小往往是由计算的大小决定的y+价值。相关的计算步骤如下。(1)它计算雷诺数 (2)它计算壁摩擦系数 (3)它计算壁面切应力 (4)计算网格的第一层的高度

当啮合时,常常需要根据不同划分不同的网格计算模型。为了便于计算,本文统一选择 分格,对应的第一层网格大小设置为 计算后,和相应的网格原理图和计算条件设置如图3。


图3
网格分布示意图(广场)。

为了验证网格尺寸对计算结果的影响,工作条件RANS-1作为参考条件来验证不同的网格大小对计算结果的影响。两组不同大小的网格的基础上建立了SCRS-1工作条件。最小网格细化网格的大小是0.0005米,最小网格稀疏网格的大小是0.002米,和其他相关设置不变。相应的网格数量如下。细化网格的总数 ,和稀疏网格的数量 。不同网格大小的对比图如图4。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图4
网格独立性分析(广场)。(一)基本网络。(b)加密的网络。(c)稀疏网络。

在行人风环境的数值模拟研究,模拟计算的准确性无法保证由于低高度的行人,这很容易受到地面粗糙度的影响。因此,CFD数值模拟的关键问题之一是满足要求空流风速自我维生的领域,也就是说,以确保流场的流动特性在水平方向保持一致,当流体通过地面。

CFD计算,我们首先计算模型计算气流场开始前,我们获得的平均风速剖面的入口,出口,和三个模型的位置。风剖面没有相应调整如图5,可以发现,未经调整的风速剖面不实现良好的保持在较低的海拔高度。在这个高度上,风速剖面明显受到影响,导致风速的变化。为了保持在较低高度风速均匀,风速的自我维生是通过修改墙功能和粗糙度参数。

(一)
(一)
(b)
(b)
图5
比较在不同条件下的进口和出口风速资料。(一)未经调整的风速剖面的对比。(b)调整风速剖面的对比。

可以发现,在风场调试后,进口和出口的风速表面是一致的,因此保证了数值模拟的准确性。

当评估建筑物周围的行人风环境,风速比 通常用于分析,及其相关定义如下: 在哪里 行人高度的风速在建筑周围的测点(本文是离地面2米),然后呢 入口处的风速是行人高度当没有建筑(19]。

为了找到最佳匹配的湍流模型预测结果与实验结果之间,湍流模型是根据三个评价指标。相应的参数如下:(1)的指标 是 (2)平均误差 是 (3)的均方误差 是

在上面的三个公式,米是测量点数, 风洞试验结果和CFD模拟结果在第i个测点,分别。

风洞试验数据整理后,共收集244个有效数据测量风洞试验。通过统计分析244个不同的测量,发现有77低风速测量分(风速比 小于1.0)和167年高风速测量点(风速比吗 大于1.0)。因此,分布地图,首先给出相应的仿真结果(图6)。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
(g)
(g)
图6
分布的结果评价指标q值在不同的工作条件。(一)标准K -ε模型。(b) RNG K -ε模型。(c)可变现的K -ε模型。(d)标准K -ε模型。海温K - (e)ε模型。(f) ARFE方法。(g) CDRFG方法。

从分布指数的结果问不同工作条件之间有一定的误差的sram模型,但错误主要集中在低风速区域,也就是说,风速的地方比 小于1.0。另一方面,它表现在高风速区域,也就是说,风速的地方比 大于1.0。这主要是由于这一事实SRNS模型不能准确地模拟流动分离现象随着建筑物的区域,这使得它在低风速地区差模拟。LES状况表现良好在低风速和高风速区域。

CFD数值模拟,所有模型的尺寸保持一致的风洞测试。计算域的大小是15 h(长度)×10 h(宽度)×6 h(高度)(如图7)和CFD数值模拟的堵塞率小于3%,满足计算风工程的需求,不需要修改。部门使用的结构化网格,网格是精致的建筑墙。一楼的网格高度0.0002米。根据初步的仿真结果,y建筑表面的价值大约是30,网格增长率设置为1.1,工作条件和电网的总数 。


图7
计算域和边界条件设置(建设集团)。

本文以广场封闭式布局为例来验证网格独立性。首先,建立一套基本的网格。第一层网格的高度是0.0002米,网格增长率设置为1.1,和网格的总数约为700万。其次,另一个大小不同的两套网格分布,建立了。第一层的网格大小的稀疏网格是0.0004米,网格增长率为1.1,和网格的总数约为400万。的筛孔尺寸细化网格的第一层是0.0001米,网状增长率为1.1,和网格的总数约为1100万。相应的网格大小对比图如图8。此外,不同网格用于模拟行人风环境,和26个不同的计量点的计算结果。相应的结果比较图9。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图8
网格独立性分析(建设集团)。(一)全球网络。(b)稀疏网络。(c)基地网络。(d)加密网络。

图9
比较在不同的测量风速点(建筑)。

它可以清楚地发现,有一个显著差异在稀疏网格之间的计算结果和基本的网格,而细化网格之间的差异和基本的网格是非常小的。这足以表明,使用的基本网格模拟不仅可以保证计算精度,而且可以确保计算资源消耗尽可能少,所以本章中的所有计算中网格划分根据网格的基本方法。

从上述可以看出,自我维生的风速之前必须首先确保CFD数值模拟。摘要自我维生的风速是通过修改墙和粗糙度参数的函数。相关的仿真结果如图10。结果表明,进口和出口的速度资料相对一致和有良好的自我维生的验证结果空风场。


图10
进口和出口风速资料的比较在不同工作条件下(建设集团)。

当评估建筑物周围的行人风环境,风速比 通常用于分析,及其相关定义如下: 在哪里 行人高度的风速在建筑周围的测点(本文是离地面2米),然后呢 入口处的风速是行人当没有建筑高度。

为了定量地分析建筑的形状和布局的影响高层建筑的行人风环境,本文使用最大风速比 和归一化加速面积比 评估建筑集团的风环境。相关定义如下: 在哪里 是评价区域的风速比风方向角是什么时候吗 ,和 评价区域的面积。根据测点的分布,这个区域的大小 。 是区域风向角的大小是什么 和该地区风速比大于R(图11)。


图11
原理图的计算 。

它可以了解从之前定义的大小R价值 应该是一个值大于1.0。关于具体的价值R,在缺乏气象统计,为了满足舒适的风环境,主导风向的风速比不应大于。因此,本文进行研究时, 选择研究;的大小 计算出风环境评估。

4所示。基于改进的模糊数学方法计算的应用程序环境的建筑和城市设计行业4.0

智能模型涵盖了建筑的结构和相关设施在所有方面的设计、施工和运营管理。有必要简化BIM模型为不同的应用程序,过滤几何和语义数据无关的视觉分析,并提取关键元素所需的批准建筑间距。提取关键元素的具体流程如图12。


图12
申请过程的基于改进的模糊数学方法计算在建筑和城市设计。

根据上述研究,本文提出的模型的作用是验证。模型在本文主要协助建筑结构设计和人类的城市建筑设计经验。因此,本文结合了模拟试验来评估建筑和城市设计的影响和评估的架构经验。结果显示在表中1和2得到了。

表1
建筑和城市设计评价效果。
表2
用户体验评估的城市设计。

从上面的研究,我们可以看到,城市设计智能系统提出了满足工业环境中的城市设计的需要4.0。

5。结论

城市建筑有重大影响的城市街区。仅在其规模和人口,这是明显的重要的城市街区的浓度,街上的行人,街景画本身。此外,这些可以归因于高层建筑的环境关系,必须有效的城市设计的主题在一定的位置。在这个层面上,城市建筑的发展可以由规划者通过当地的规划控制。由于他们的相对体积和高度,对现有高层建筑有很大的影响周围的环境和城市的规模。是独立的还是融入城市环境,建筑的质量越大,影响越大。本文结合改善模糊计算的数学方法构建智能建筑和城市设计体系,提高了城市建筑设计通过智能模型的影响。仿真结果表明,本文提出的城市设计智能系统满足需求的城市设计行业环境的4.0。

数据可用性

标签数据集用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究由西华大学。