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編輯推薦：2021BIM考試復(fù)習(xí)必備：精選50題

如何將建筑及工程中一些分析所需的模型納入BIM的工作流程，一直是業(yè)界的熱門話題之一，其中BIM與流體動(dòng)力學(xué)模擬(CFD)的整合更是常常被討論到。常見(jiàn)建筑相關(guān)的CFD模擬有兩類應(yīng)用─室內(nèi)通風(fēng)及空調(diào)設(shè)計(jì)、建筑物外之流場(chǎng)分析。盡管BIM與CFD的整合常在BIM的加值應(yīng)用里被提及，也有不少實(shí)際使用的案例，但在更普遍的使用上還有一些進(jìn)步的空間。

首先介紹一下CFD，CFD是分析流體在三維空間中流動(dòng)的工具。在復(fù)雜的情況下，測(cè)量往往是很困難的，尤其在建筑、空調(diào)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)時(shí)間，無(wú)法直接進(jìn)行實(shí)體試驗(yàn)及測(cè)量，而縮尺的實(shí)驗(yàn)既昂貴也同樣有誤差的問(wèn)題，因此CFD常用來(lái)作為建筑設(shè)計(jì)在做通風(fēng)分析、空調(diào)設(shè)計(jì)，以及建筑物外流場(chǎng)分析之工具，室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)的分析能幫助我們決定窗戶的位置、窗戶開口的形式、出風(fēng)回口的位置設(shè)置等對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)及人們舒適度的影響。

而從室外的流場(chǎng)分析，則能得到建筑物的風(fēng)壓，建物對(duì)室外行人的影響，并討論室外設(shè)備設(shè)置的位置。CFD是將流場(chǎng)的控制方程用計(jì)算數(shù)學(xué)的方法，將其離散到一系列網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，求其離散的數(shù)值解。而以建物來(lái)說(shuō)，在做CFD仿真時(shí)，工程師或建筑師就必須知道所要模擬之范圍以及定義邊界及邊界條件，而這些范圍及邊界的幾何性質(zhì)則可以從BIM的信息中提出，以往就算沒(méi)有BIM模型，工程師與建筑師在做CFD模擬時(shí)，還是常需要先建立CAD模型，再將CAD模型的幾何訊息導(dǎo)入從事CFD仿真的軟件中，若能妥善的運(yùn)用BIM模型，將可以縮短為了CFD模擬所需的建模時(shí)間，也能提升使用者的使用意愿，讓使用者更愿意進(jìn)行CFD的分析。另外，BIM模型也常會(huì)帶有空調(diào)設(shè)備等訊息如出風(fēng)口位置等，這些也常是CFD模擬設(shè)定邊界條件時(shí)所需的信息，若能妥善運(yùn)用，將能大幅縮短設(shè)定時(shí)間。

在實(shí)際應(yīng)用上，以Autodesk Revit所建的BIM模型為例，因?yàn)锳utodesk公司自己也有旗下的CFD軟件如：Autodesk CFD，所以他們?cè)诟袷睫D(zhuǎn)換上并沒(méi)有太大的問(wèn)題，多數(shù)BIM模型也能夠透過(guò)格式的轉(zhuǎn)換(.sat或是.stl)匯入CFD模擬中，市面上也有一些將Revit或是其他BIM模型轉(zhuǎn)入其他常用CFD軟件，如Ansys Fluent、Open FOAM的工具。然而，一個(gè)非以CFD模擬為主要目的所建立的BIM模型，往往包含相當(dāng)程度的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，但在CFD模擬時(shí)，我們反而會(huì)需要將許多細(xì)節(jié)簡(jiǎn)化，以提升模擬的效率。過(guò)多的細(xì)節(jié)，代表我們?cè)谀M時(shí)會(huì)有過(guò)多的網(wǎng)格而造成過(guò)長(zhǎng)的模擬時(shí)間，甚至有時(shí)候無(wú)法收斂。為了節(jié)省時(shí)間和計(jì)算器資源，我們會(huì)將從BIM導(dǎo)出的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，只留下重要的部分，在導(dǎo)出前將不重要的部分濾掉，重新畫一個(gè)簡(jiǎn)單的版本，將一些對(duì)象的形狀跟特征簡(jiǎn)化，將干擾仿真的部分刪除，并將很小的間隙合起來(lái)等。

但這代表在導(dǎo)出幾何模型時(shí)，必須再投入很大一部分的心力做簡(jiǎn)化，所以有些工程師或是建筑師會(huì)選擇干脆直接重畫一個(gè)簡(jiǎn)化后的版本，認(rèn)為這樣所花費(fèi)的時(shí)間反而比直接轉(zhuǎn)出更少。另外，有些CFD仿真的軟件并沒(méi)有自己的幾何編輯器，在網(wǎng)格的生成上，須倚賴其他軟件的輔助，所以仿真流程就會(huì)多一個(gè)步驟，先將BIM導(dǎo)入網(wǎng)格生成工具后，再由網(wǎng)格生成工具導(dǎo)入CFD仿真軟件中。另外也因?yàn)镃FD模擬的是空間中沒(méi)被畫出來(lái)的部分(空氣)，模型處理的是固體部分，在轉(zhuǎn)換格式時(shí)有時(shí)須重新定義空間性質(zhì)。這些額外的步驟，都容易增加使用者在使用上的困難度，并影響其使用意愿。而在幾何信息以外的訊息傳遞，BIM還沒(méi)有完全發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)，多數(shù)的邊界條件信息必須要重新設(shè)定。

縱然有一些困難，不過(guò)BIM在CFD的分析及推廣上，還是非常有幫助的。BIM在CFD分析應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一，是缺乏明確的轉(zhuǎn)換流程及整合性的訊息。像是BIM模型在建構(gòu)時(shí)，若能有詳細(xì)的準(zhǔn)則來(lái)定義哪些對(duì)象未來(lái)將用于CFD模擬，在輸出時(shí)將可減少設(shè)計(jì)者的困難。盡管研究人員根據(jù)不同的設(shè)計(jì)時(shí)間，發(fā)展了許多基于BIM模型的分析工作流程，但對(duì)于用在室內(nèi)環(huán)境性能評(píng)估的BIM模型建構(gòu)，尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)指南。另外一些工具的開發(fā)，若能輔助網(wǎng)格處理的生成并簡(jiǎn)化流程，或是在BIM模型中直接提取更多對(duì)于邊界條件設(shè)定有幫助之訊息，都能有效強(qiáng)化BIM與CFD模擬的結(jié)合。

綠色BIM應(yīng)用的發(fā)展，有賴BIM工程師，建筑師和其他設(shè)計(jì)師在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中緊密合作，并保持開放態(tài)度，這種互相合作的關(guān)系將能強(qiáng)化BIM/CFD訊息轉(zhuǎn)換的流程，并幫助BIM/CFD的整合逐漸建構(gòu)出詳盡的指南，讓所有用戶對(duì)可以使用的輸入數(shù)據(jù)和所需的仿真輸出，有更全面的了解，也能更輕松的在設(shè)計(jì)時(shí)間，將與流場(chǎng)風(fēng)場(chǎng)相關(guān)的各項(xiàng)因素納入設(shè)計(jì)中。

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