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基于BIM的CFD模拟分析

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1.CFD软件

(1)绿色建筑设计对CFD软件的要求

节能减排是我国一项基本国策,建筑用能在能耗占有重要地位,绿色建筑涉及的技术范围更广,要求更高,所以,从中央政府到地方到各级政府都在积极推广绿色建筑。全面推进建筑节能与推广绿色建筑已成为国家发展战略,一系列国家层面的重大决策和行动正在快速展开。建设部为贯彻执行节约资源和保护环境的国家技术经济政策,推进可持续发展,规范绿色建筑的评价,制定了《绿色建筑评价标准》。绿色建筑色合计对CFD软件计算分析提出了一定要求。

CFD软件应用与BIM前期,可以有效地优化建筑布局,对建筑运行能耗的降低,室内通风状况的改善均有较大帮助。

(2)常用CFD软件的评估

Fluent软件是目前市场上最流行的CFD软件,它在美国的市场占有率达到60%。在进行网上调查中发现, Fluent在中国也是得到最广泛使用的CFD软件。其前处理软件主要有 Gambit与CM,ICEM直接几何接口括 Catia、 CADDS5、 ICEM Surf,/DN、Ideas、 Solid Works, Solid Edgepro ENGINEER and Unigraphics.较为简单的建筑模型可以直接导,当建筑模型较为复杂时,则需遵循从点一线一面的顺序建立建筑模型。

使用商用CFD软件的工作中,大约有80%的时间是花费在网格划分上的,可以说网格划分能力的高低是决定工作效率的主要因素之一 Fluent软件采用非结构网格与适应性网格相结合的方式进行网格划分。与结构化网格和分块结构网格相比,非结构网格划分便于处理复杂外形的网格划分,而适应性网格则便于计算流场参数变化剧烈、梯度很大的流动,同时这种划分方式也便于网格的细化或粗划,使得网格划分更加灵活、简便Fluet划分网格的途径有两种:种是用 Fluent提供的专用网格软件 Gambit进行网格划分,另一种则是由其他的CAD软件完成造型工作,在导入 Gambit中生成网格。还可以用其他网格生成软件生成与 Fluent兼容的网格用于 Fluent计算。可以用于造型工作的CAD软件包括I-DEAS、 Solid Works、 Solid Edge、Po/e等。除了 Gambit外,可以生成Fluent网格的网格软件还有 ICEMCED、 GridGen等 Fluent可以划分二维的三角形和四边形网格,三维的四面体网格,六面体网格、金字塔型网格、楔形网格一级由上述网格类型构成的混合型网格。

(3)BIM模型与CFD软件的对接

从绿色建筑设计要求来看,热岛计算要求建立出整个建筑小区的道路、建筑外轮廓、水体、绿地等模型;室内自然通风计算及室外风场计算需建立出建筑的外轮廓及室内布局,从BIM应用系统中直接导出软件可接受格式的模型文件比较好的选择。

综合各类软件,选用 Phoenics作为与BIM应用配合完成绿色建筑设计的CFD软件,可以直接导入建筑模型,大大减少建筑模型建立的工作量,故本书建议选用 Phoenics与BIM进行配合设计。

2.BIM模型与CFD计算分析的配合

(1)BIM模型配合CFD计算热岛强度

由协同设计平台到处建筑、河流、道理、绿地的模型文件,模型文件的导出可采取两种路径:直接导出3DS格式的模型文件;导出CAD格式的文件,再在CAD文件中建立三维模型,导出STL格式的模型文件。

(2)BIM模型配合CFD计算室外风速

由协同设计平台导出建筑外表面的模型文件,模型件的导出可采取两种路径:直接技术在设计阶段的应用导出3DS格式的模型文件;导出CAD格式的文件,再在CAD文件中建立三维模型,导出STL格式的模型文件。

由BIM应用系统导出模型时,可只包含建筑外表面及周围地形信息,且导出的建筑模型应封闭好,以免CFD软件导模型时发生错误。

(3)BIM模型配合CFD计算室内通风

可分为两种方法计算:一是导出整栋建筑外墙及内墙信息,整栋建筑同时参与室内及室外的风场计算;而是按照室外风速场计算的例子,计算出建筑物表面风压,单独进行某层楼的室内通风计算。

由协同设计平台导出建筑外表面的模型文件,模型文件的导出可采取两种路径:直接导出3DS格式的模型文件;导出CAD格式的文件,再在CAD文件中建立三维模型,导出STL格式的模型文件。


(摘自《BIM应用与项目管理》本平台整理)