项卫中：数值仿真技术在绿色建筑设计中的应用

图3.CFD 技术在建筑设计中的应用

常用的CFD软件有FLUENT、CFX、STAR-CD和PHOENICS等。有意思的是这些主流CFD软件最初都源于英国，这充分说明了英国这个国家在工程软件开发方面的能力是很强的。

4）建筑声环境分析

声环境是建筑环境的重要组成部分。人们睡眠、休息、学习、工作和社会活动都需要安静的建筑环境。噪声的危害逐渐引起人们的重视,这充分体现了声环境控制的重要性。为此，《绿色建筑评价标准》对建筑场地及建筑内部的声环境都提出了具体要求。为了确保建筑场地及建筑内部声环境满足标准要求，需要进行相关的建筑声环境分析。模拟建筑声环境的方法有三种[6]，它们是：

数值法，通过求解描述声压在时间、空间变化的微分方程的方法求解场地的声学特性；

几何法，确定在现场声传播的方向以及到达聆听者的途径计算声学特性；

统计法，使用宏观场景属性（表面积，体积）来估算声学特性。

数值法对低频有效而几何法对高频更有效，所以模拟建筑声环境的软件一般采用这几种方法的组合。ODEON[7] 是一种模拟建筑内部声学特性的软件，根据建筑的几何与表面特性，对室内的声学特性进行预测。CADNA (Computer Aided Noise Abatement) [8] 是国际流行的环境噪音预测软件，可用于包括工业厂房、市场、高速公路、铁路甚至整个城镇地区的声学环境评估。

绿色建筑评价标准》公共建筑控制项5.1.6（场地环境噪声符合现行现行国家标准《城市区域环境噪声标准》GB3096的规定）及5.5.5（宾馆和办公建筑室内背景噪声符合国家标准《民用建筑隔声设计规范》GBJ118的规定）可以由上述方法进行分析。

图4. 用 ODEON 对一顶部开口的火车站的声学特性进行预测

图5. 用 CADNA 对某开发场地的噪音进行预测

5）火灾与疏散分析

虽然《绿色建筑评价标准》尚未对建筑物的火灾与疏散分析提出要求，但近年来我国火灾频发并造成严重人员损失的情况看，我们应该在这方面下更大的功夫。国外大型建筑都非常重视火灾与疏散分析工作，而我国的建筑规模更大，人员密度更高，因而发生火灾的危害更大，所以这项分析应该成为我国绿色建筑设计的一个重要组成部分。

火灾与疏散分析实际上涉及两个方面的模拟过程即：火灾模拟与疏散模拟。通常先由火灾模拟软件模拟火灾发生时烟雾和温度的扩散情况，这个结果首先可用于排烟系统，喷淋系统以及火灾分区的依据；这个结果还可以作为疏散软件的输入条件。疏散模拟人与人、人与火灾、人与构造物的相互作用。模型分析受到热、烟、有毒气体影响后，从室内逃出的每个人的避难路径和疏散所需时间等。

火灾可由一般的CFD软件进行模拟，也可以用专业的火灾模拟软件如FDS（Fire Dynamics Simulator）[9]来完成。FDS 由美国商业部NIST（National Institute of Standard and Technology）研发。 而疏散模拟可由FDS + Evac[10]软件完成, FDS + Evac软件由芬兰VTT技术研究中心研发, 完全嵌入在火灾动力学模拟模型（FDS）中。也就是说，FDS的计算结果可以直接传送给FDS + Evac以进行相应的疏散分析。

图6. 用FDS + Evac以进行疏散分析

6）电梯流量分析技术

我国高层和超高层建筑的数量日益增多，因而对电梯设计的要求越来越高。但在建筑物突破了一定的高度与规模，甚至突破了固定的建筑类型后，建筑师在建筑设计中如何具体的将电梯应用技术与建筑设计相结合，同时能够实现预先设计的效果，并非易事[11]。应用先进的电梯流量分析技术可以比较有效地解决这个问题，既避免电梯数量不够引起的等待时间过长从而引起建筑品质下降问题，又能避免由于电梯数量过大引起的投资，建筑面积及能源的浪费问题。

一些大型电梯制造公司开发了电梯分析软件可进行电梯的流量分析，不过这些软件往往侧重于他们自己产品的分析，缺乏广泛的代表性。英国 Peters Research Ltd 开发的ELEVATE 是欧美国家广泛应用的电梯流量分析软件，可以满足设计要求。

图7.电梯流量分析

图7为某超高层建筑办公区的电梯流量分析图。分析给出了该区采用 6台1600kg，速度为3m/s电梯的平均等待时间，最长等待时间等重要数据。

三、如何推广数值仿真技术

我国在推广数值仿真技术方面还存在不少问题，首先是开发商、地产公司对这些技术的重要性理解不够。很少有开发商主动要求设计单位进行这方面的分析，也不愿意为这些附加的分析内容增加付费。而设计单位因为设计费用低，设计周期短，再加上缺乏这方面的人员也很少去进行这些分析工作。久而久之，基于数值仿真的精细化分析就成了我国绿色建筑技术的短板。

绿色建筑标准的制定为数值仿真技术推广带来了良好的契机，《绿色建筑评价标准》中有不少需要数值仿真分析的条文。问题是如何在设计与评价过程中真正发挥数值仿真分析的作用。为此，建议进行以下工作：

1、探索如何使数值仿真分析更好地融入绿色建筑设计过程的方法，使之发挥更大的作用；

2、组织相关人员对《标准》中涉及到的建筑能耗、采光、通风、声环境等模拟的边界条件、模拟过程及软件要求等进行研究，提出规范化的模拟方法；

3、组织有关人员对《绿色建筑评价标准》涉及的风环境、日光、声环境及自然通风等数值分析结果的评价方法，提出一套指导评价分析结果的方法；

4、对从事数值分析及评价的人员进行培训；

5、对典型案例进行分析并与实测结果进行对比等。