建築風環境模擬分析是綠建分析中不可或缺的一環。對於建築師來說,在方案設計階段如何快速地對建築室內外風環境進行模擬分析,從而及時調整方案以優化設計,是一個普遍的困擾。
建築風環境模擬分析需要用到CFD軟體,目前困擾大家的難點主要集中在軟體選取以及如何學習使用上:
1.傳統的CFD軟體價格昂貴,使用破解軟體又會面臨各種問題和風險。
2.安裝破解和學習大型商業CFD軟體難度大,不僅安裝成本高,學習成本更高。
3.使用單獨的CFD軟體進行建築風環境模擬往往需要重新建模,重複建模浪費時間。
4.自學困難,沒有系統的CFD知識會導致在模擬設置時一知半解,遇到問題無法解決,網上也很難找到靠譜的解答和學習資料。
以筆者的所見為例,最近有幾個建築學專業的同學想要進行風環境模擬,選取的軟體是傳統的CFD軟體PHOENICS。首先,在模型導入上他們就碰到了問題,PHOENICS導入模型需要stl文件格式,而老版本的SketchUp無法直接導出stl,新版本的可以導出但是模型會出現各種問題;PHOENICS自建模型功能難用且很難找到相應教程,使用CAD畫三維圖再導出stl又太低效。最終在我的建議下他們還是使用Rhino建模,導出stl後再導入到PHOENICS中進行模擬分析。
模型問題解決後下一步就是模擬前的設置了。PHOENICS建築風環境模擬網上能找到許多「教程」,不過按這些「教程」所述的步驟去操作幾乎不可能順利地完成模擬,基本都會遇到問題,這些問題都需要自己去一步步查找、摸索。因為這些「教程」很泛,只講步驟不講原理,模擬不成功也不知道問題在哪。而這些專業軟體的模擬設置都需要一定的CFD知識基礎,對於建築師或者是建築學的學生來說單獨去學習這些知識學習成本實在過高,難度也大。
上面提到使用Rhino建模導入PHOENICS進行建築風環境模擬,實際上在Rhino中就能直接進行建築風環境模擬分析,並且是直接利用Rhino模型進行分析,因此也可以實現參數化建築性能分析。Grasshopper是Rhino中的一個可視化編程平臺,該平臺上的Ladybug Tools工具包中包含一系列建築性能分析的插件。
其中的Butterfly就是專門用來進行室內外風環境模擬分析的插件,它是利用開源CFD軟體Open FOAM來進行模擬分析。在使用Butterfly進行風環境模擬分析時,網格及求解器採用OpenFOAM,後處理採用Rhino-Grasshopper平臺,即使用Rhino建模,使用OpenFOAM進行CFD分析,使用Grasshopper將結果導入Rhino顯示,最後還可以利用Grasshopper進行後續的數據處理。
部分模擬結果如下:
不過Butterfly相關的教程在國內更少,幾乎很難找到相關的資料,為此我們特意邀請了資深的綠建諮詢工程師殷明剛老師來為我們講一次公開課,殷老師是綠建領域著名的技術達人,長期堅持鑽研建築的各項模擬技術。講座信息如下,有興趣的同學可以加入QQ群交流學習,同時聽說還有另一位技術大神參與直播互動探討哦!