基于BIM的工业建筑环境流体动力学仿真平台创建方法与流程

本发明属于工业建筑环境勘查设计技术领域，尤其涉及到一种基于bim的工业建筑环境流体动力学仿真平台创建方法。

背景技术：

近年来工业建筑环境勘察设计行业工艺规模越来越大、设备繁多、设备散热量大及散发烟尘多。工业建筑环境向着连跨厂房、大空间、大跨度、超高方向发展，同时也向节能环保的气候适应性的绿色方向发展。上述发展方向都是没有设计规范和设计经验可供借鉴和参考的。由于传统工艺的局限性及工程设计人员缺乏相应的经验，常规的查图查表、依据规范的工艺手段已不能解决越来越多的新问题，而真实的设计试验需要耗费大量的人力、物力及财力，且工程项目方案阶段周期短，时间紧迫，来不及用试验手段去验证设计方案的准确性。

目前工业建筑环境勘查设计领域的设计师尚停留在依靠常规的查图、查表及查规范等方式进行方案设计阶段，尚未见到流体动力学仿真平台应用于工业建筑环境施工图方案设计的报道，其主要问题在于工业建筑涉及的专业类别较多其模型复杂，再加上施工图方案设计阶段时间较紧、任务重，工业建筑环境设计师利用仿真前处理软件来创建其专业三维模型几乎是不可能的。

其次工业建筑勘察设计领域涉及建筑、结构、工艺、建环、给排水、热工、电气、供电及仪讯等诸多专业，而工业建筑环境设计师由于专业知识的局限无法单独完成工作，需要上述各专业设计人员协同创建流体动力学仿真平台模型，并协同确定用于流体动力学仿真平台的边界条件，需要多学科协同配合才可。

bim技术的出现为解决上述问题提供了可能性，bim是建筑信息模型buildinginformationmodeling的英文简称，bim以建筑工程项目的各相关信息数据作为模型基础而创建，它能够将建筑工程项目在全生命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，便于建筑工程各参与方共同使用，并通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为建筑工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，具有设计施工一体化，各专业协同工作，从而降低了建筑工程生产成本，保障建筑工程按时按质完成。

但是bim存在一定局限性，由于工业建筑项目施工图设计流程的复杂性，如何将建筑、结构、工艺、建环、给排水、热工、电气、供电及仪讯等诸多专业共设在工业建筑环境流体动力学仿真平台上以实现标准化、规范化，并明确责任界限以对各专业初始边界条件相互提资料实现可追溯及能问责，是目前急需解决的主要问题，而基于bim的工业建筑环境流体动力学仿真平台创建方法还未见到相关报道。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种基于bim的工业建筑环境流体动力学仿真平台创建方法，该方法具备信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

基于bim的工业建筑环境流体动力学仿真平台创建方法，该方法包括bim协同建模平台以及流体动力学仿真平台，在bim协同建模平台中包含有n台本地计算机和一台服务器，其中n为自然正整数且n≥9，每台本地计算机均安装有revit协同建模软件，在服务器内分别安装有用于流体动力学仿真平台使用的前处理软件、求解器及后处理软件，服务器创建有用于保存各专业中心文件的项目文件夹并给参与各专业的设计人员授权许可，所述各专业分别是指建筑、结构、工艺、建环、给排水、热工、电气、供电、仪讯或其它临增专业，所述各专业的设计人员分别被对应标记为设计人员1、设计人员2、设计人员3、…、设计人员n-1、设计人员n或是设计人员n+1，在所述项目文件夹里存放有中心文件1、中心文件2、中心文件3、…、中心文件n-1、中心文件n或是中心文件n+1，其特征是：

获取授权许可的设计人员1登录本地计算机1并通过revit协同建模软件在服务器上创建中心文件1，于此同时在本地计算机1上创建本地文件1，并通过本地文件1的即时编辑同步传输至中心文件1以实现对中心文件1的编辑；

同理，获取授权许可的其他设计人员2、设计人员3、…、设计人员n-1、设计人员n或是设计人员n+1则分别登录对应的本地计算机2、本地计算机3、…、本地计算机n-1、本地计算机n或是本地计算机n+1并通过revit协同建模软件在服务器上创建中心文件2、中心文件3、…、中心文件n-1、中心文件n或是中心文件n+1，于此同时在本地计算机2、本地计算机3、…、本地计算机n-1、本地计算机n或是本地计算机n+1上创建本地文件2、本地文件3、…、本地文件n-1、本地文件n或是本地文件n+1，并通过本地文件2、本地文件3、…、本地文件n-1、本地文件n或是本地文件n+1的即时编辑同步传输至中心文件2、中心文件3、…、中心文件n-1、中心文件n或是中心文件n+1以实现对中心文件2、中心文件3、…、中心文件n-1、中心文件n或是中心文件n+1的编辑；

设计人员1通过在本人所创建的中心文件1和设计人员2、设计人员3、…、设计人员n-1、设计人员n或是设计人员n+1所创建的中心文件2、中心文件3、…、中心文件n-1、中心文件n或是中心文件n+1之间创建n个单向链接关系，实现对其他n个设计人员所创建模型的实时参照；依次类推，即任一设计人员均可通过本人所创建的中心文件和其他n个设计人员所创建的n个中心文件之间创建单向链接关系，实现对其他n个设计人员所创建模型的实时参照；

设计人员据此将各自的中心文件两两之间创建单向链接关系，共计n或是n+1个单向链接，则能实现彼此可视化、同步化，实现实时查看其他专业设计人员的revit模型，从而实现多专业设计人员协同创建用于仿真分析的bim全专业模型；

上述流体动力学仿真平台，系统分析工业厂房通风屋脊、门、窗、进排风口等几何尺寸以及工艺设备发热量、外界大气风速、风向一系列综合因素，对工业厂房的内部和外部流场、温度场、粉尘散发区域的颗粒物浓度场、洁净厂房的洁净度、特种空调区域的气流组织和温度梯度进行仿真试验，模拟真实工业建筑环境，通过在仿真平台下不断调整设计参数直至最佳效果，完成设计方案的选定，为建筑环境工程师提供设计方案或是依据；

在上述基于bim的工业建筑环境流体动力学仿真平台的创建下，具体使用时至少包括以下流程步骤：

1）项目负责人在服务器上创建用于保存该项目中心文件的项目文件夹，并为参与该项目的各专业设计人员授予相应权限；

2）工艺专业设计人员给建筑、结构、建环，给排水、热工、电气、供电、仪讯等专业提供设计初始资料，包括厂房生产用途、火灾危险类别、占地面积、工艺设备型号及台数、设备定位等；

3）获取权限的建筑专业设计人员接收工艺条件，确定厂房定位轴网后，在服务器上指定的项目文件夹下创建建筑专业中心文件，同时创建建筑专业本地文件，并粗略完成建筑轴网、墙体、屋面、门窗的建模工作；

4）获取权限的工艺、给排水、热工、电气、供电、仪讯、结构专业设计人员在服务器上指定的项目文件夹下创建各自专业中心文件，同时创建各自专业本地文件，通过各专业中心文件与建筑专业中心文件的链接，实现对建筑模型的可视化参照；各专业设计人员依据建筑轴网和建筑的粗略模型，创建工艺设备模型、管道模型、热工设备模型、电气设备模型并定位，并将工艺、热工、电气设备发热量作为原始条件提供给建筑环境设计人员；

5）建筑环境专业设计人员将建环专业中心文件与建筑、工艺、给排水、热工、电气、供电、仪讯、结构专业的中心文件链接，实现对建筑、工艺、给排水、热工、电气、供电、仪讯、结构专业模型的可视化参照，创建空调、通风机、风管、送排风口模型，并将各专业模型合并，作为仿真模型几何文件；

6）建筑环境专业设计人员将仿真模型几何文件导入流体动力学仿真前处理软件，进行几何修补、网格划分、边界条件设定系列工作；

7）建筑环境专业设计人员利用流体动力学仿真计算求解器及后处理软件，系统分析工业厂房通风屋脊、门、窗、进排风口相关几何尺寸，并结合工艺设备发热量、外界大气风速、风向相关综合因素对工业厂房的内部和外部流场、温度场、粉尘散发区域的颗粒物浓度场、洁净厂房的洁净度、特种空调区域的气流组织以及温度梯度相关因素进行仿真试验，模拟真实工业建筑环境，对建筑模型的内、外流场，温度场进行分析，对该建筑的设计方案提出改进方案，并将改进方案的具体方式提供给建筑专业；

8）建筑专业设计人员接收上述7中建筑环境专业设计人员提供的改进方案后再对本地文件中的建筑模型进行修改，并同步上传至服务器建筑专业中心文件；

9）工艺、给排水、热工、电气、供电、仪讯、结构专业设计人员接收到步骤上述8中建筑专业设计人员修改的建筑专业中心文件模型后，对本专业模型进行修改，并同步上传至服务器本专业中心文件；

10）建筑环境专业设计人员重复上述5～7步骤的工作过程，直至通过流体动力学仿真平台的分析并得到最佳方案为止。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明基于bim的工业建筑环境流体动力学仿真平台创建方法，首次将流体动力学仿真方法引入工业建筑环境施工图方案设计中来，帮助设计师解决在设计中遇到的依靠传统查图、查表、查规范等手段不能解决的新问题。

2、本发明是基于bim建筑信息模型技术而创建的三维仿真平台，该三维仿真平台能用来导出各专业的二维施工图纸并确保设计人员按时发图，又能直接导入仿真前处理软件用于仿真模拟，避免仿真前处理软件由于重新建模而延误的设计工期。仿真前处理软件仅作几何清理工作，从而大大提高了仿真模拟过程中前处理的效率，为三维仿真技术在施工图方案设计阶段中的使用提供了前提条件。

3、本发明的三维仿真平台能还原真实的建筑物理环境，为设计师提供在仿真环境下做试验的条件并用来验证设计方案的合理性和准确性，具有高效快捷、省时省力、节约成本之特点。

4、本发明的使用流程，采用全专业设计人员利用bim协同建模的手段，根据专业间的上下游关系，规定了各专业设计人员建立bim模型的先后顺序，解决了工业建筑设计专业众多、模型复杂、单靠建筑环境工程师难以完成仿真建模任务的难题。

5、本发明的使用流程，明确各专业分工，规范了各专业之间互提设计初始条件，确定仿真边界条件等工作。该仿真流程实现能追溯、能问责，解决了单靠建筑环境专业工程师难以完成仿真边界条件设定的问题。

附图说明

图1是中心文件1与中心文件2、中心文件3、…、中心文件n-1、中心文件n或是中心文件n+1之间的单向链接关系简图。

图2是基于bim技术的流体动力学仿真平台示意简图。

图3是基于bim技术的流体动力学仿真流程示意简图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实例提供一种基于bim技术的流体动力学仿真平台，该平台包括bim协同建模平台和流体动力学仿真平台。

本实例中bim协同建模平台由1台服务器和9台本地计算机组成。

本实例中流体动力学仿真平台由服务器、前处理软件、求解器和后处理软件组成。

在本实例中，建筑、结构、工艺、建环、给排水、热工、电气、供电、仪讯各专业设计人员分别登录本地计算机1、本地计算机2、本地计算机3、本地计算机4、本地计算机4、本地计算机6、本地计算机7、本地计算机8、本地计算机9。各专业设计人员在服务器上指定的项目文件夹内分别创建建筑专业中心文件、结构专业中心文件、工艺专业中心文件、建环专业中心文件、给排水专业中心文件、热工专业中心文件、电气专业中心文件、供电专业中心文件、仪讯专业中心文件。

于此同时在各自本地计算机上创建建筑专业本地文件、结构专业本地文件、工艺专业本地文件、建环专业本地文件、给排水专业本地文件、热工专业本地文件、电气专业本地文件、供电专业本地文件、仪讯专业本地文件。

各专业设计人员在本地计算机创建本专业模型并同步上传至服务器上的相应专业中心文件。任一专业的设计人员可将本专业中心文件和其他8个专业的中心文件链接并做为外部设计参照，实现在本地计算机上实时查看外专业bim模型，相互配合，及时沟通，实时互动，从而实现协同创建用于仿真分析的bim全专业几何模型。

本实例将bim全专业几何模型导入仿真前处理软件先进行几何清理。全部三维建模工作都由bim协同建模平台完成，仿真前处理软件仅作几何清理工作，从而大大提高了仿真模拟过程中前处理的效率，为仿真技术在时间紧、任务重的工程项目中的使用提供了条件。

本实例利用仿真前处理软件对满足要求的三维全专业几何模型进行网格划分、网格加密、网格质量检查、设定边界条件等，生成用于仿真计算的网格文件。

本实例利用求解器对网格文件进行求解，得到收敛、可靠的仿真计算结果文件。

本实例利用后处理软件对仿真计算结果文件进行可视化处理，输出矢量图，云图，动画视频等，为建筑环境设计师方案的设计提供参考。

本实例仿真前处理软件对清理后的几何模型进行网格划分，边界条件的设定等，利用求解器对计算模型进行求解，得到收敛可靠的结果，利用后处理软件对结果进行可视化表达，从而指导建筑环境设计师优化设计方案。

如图2所示，本发明实例提供一种基于bim技术的流体动力学仿真方法，该仿真方法的使用流程如下：

1）项目负责人在服务器上创建用于保存该项目中心文件的项目文件夹，并为参与该项目的各专业设计人员授予相应权限。

2）工艺专业设计人员给建筑、结构、建环、给排水、热工、电气、供电、仪讯等专业提供设计初始资料，包括厂房生产用途、火灾危险类别、占地面积、工艺设备型号及台数、设备定位等；

3）获取权限的建筑专业设计人员接收工艺条件，确定厂房定位轴网后，在服务器上指定的项目文件夹下创建建筑专业中心文件，同时创建建筑专业本地文件，并粗略完成建筑轴网、墙体、屋面、门窗的建模工作。

4）获取权限的工艺、给排水、热工、电气、供电、仪讯、结构等专业设计人员在服务器上指定的项目文件夹下创建各自专业中心文件，同时创建各自专业本地文件，通过各专业中心文件与建筑专业中心文件的链接，实现对建筑模型的可视化参照。各专业设计人员依据建筑轴网和建筑的粗略模型，创建工艺设备模型、管道模型、热工设备模型、电气设备模型并定位。并将工艺、热工、电气设备发热量作为原始条件提供给建筑环境设计人员。

5）建筑环境专业设计人员将建环专业中心文件与建筑、工艺、给排水、热工、电气、供电、仪讯、结构专业的中心文件链接，实现对建筑、工艺、给排水、热工、电气、供电、仪讯、结构专业模型的可视化参照，创建空调、通风机，风管，送排风口等模型，并将各专业模型合并，作为仿真模型几何文件。

6）建筑环境专业设计人员将仿真模型几何文件导入流体动力学仿真前处理软件进行几何修补、网格划分、边界条件设定等工作。

7）建筑环境专业设计人员利用流体动力学仿真计算求解器及后处理软件，系统分析工业厂房通风屋脊、门、窗、进排风口等几何尺寸，以及工艺设备发热量、外界大气风速、风向等综合因素，对工业厂房的内部和外部流场、温度场、粉尘散发区域的颗粒物浓度场，洁净厂房的洁净度，特种空调区域的气流组织和温度梯度等进行仿真试验，模拟真实工业建筑环境，对建筑模型的内、外流场、温度场等进行分析，对该建筑的设计方案提出改进方案，并将改进方案的具体方式提供给建筑专业。

8）建筑专业设计人员接收上述7中建筑环境专业设计人员提供的改进方案后对建筑模型进行修改，并同步上传至服务器建筑专业中心文件。

9）工艺、给排水、热工、电气、供电、仪讯、结构专业设计人员接收步骤8中建筑专业设计人员修改的模型后对本专业模型进行修改，并同步上传至服务器本专业中心文件。

10）建筑环境专业设计人员重复上述5～7步骤的工作过程，直至通过流体动力学仿真平台的分析，得到最佳方案为止。

上述步骤是基本过程，根据设计需要应及时增加相应步骤，这对本领域是显而已知的。

本实施例提供的使用流程，采用全专业设计人员利用bim协同建模的手段，根据专业间的上下游关系，规定了各专业设计人员建立bim模型的先后顺序，解决了工业建筑设计专业众多、模型复杂、单靠建筑环境工程师难以完成仿真建模任务的难题。

本实施例提供的使用流程，明确各专业分工，规范了各专业之间互提设计初始条件，确定仿真边界条件等工作。该仿真流程实现可追溯，能问责，解决了单靠建筑环境专业工程师难以完成仿真边界条件设定的问题。

本实施例的基于bim技术的工业建筑流体动力学仿真平台，能还原真实的建筑物理环境，为设计师提供在仿真环境下做试验的条件并用来验证设计方案的合理性和准确性，具有高效快捷、省时省力、节约成本之特点。