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建筑模型范文1
本文介紹一種狀態空間建筑熱模型降維方法,并用BTP程序模擬建筑熱過程。最后,文中給出實際氣候條件下建筑物內逐時溫度,以驗證模擬結果。
關鍵詞:計算機程序建筑熱過程狀態空間模擬數學模型
Abstract
AmethodforreducingdimensionsofstatespacebuildingmodelispresentedinthispaperandthereducedbuildingmodelisusedinacomputerprogramBTPtosimulatethethermalbehaviourofbuildings.Finally,thehourlyindoorairtemperatureofaresidentialroomunderactualweatherconditionsisprovidedinordertoevaluatethemethod.
Keywords:computerprogramindoorairtemperaturemathematicalmodelstatespacesimulationthermalbehaviourofbuildings
1引言
狀態空間建筑建筑熱模型[1]采有現代控制論中"狀態空間"的概念,對多個房間的建筑物的熱過程列寫動態平衡方程,其中包括各圍護結構內部的導熱,各表面與空氣之間的對流換熱,各表面之間的長波輻射,各房間之間的空氣流動以及室內外遮陽等過程的細致描述。對于一個建筑物的動態熱過程,此模型表達為
(1)
式中,T為建筑物各圍護結構表面及其內部節點和空氣節點的溫度構成的向量,W為室外氣象參數(空氣溫度、太陽輻射等)和室內熱源等擾量構成的向量,C是熱容陣,A是熱導陣,B是邊界陣,它們都取決于建筑結構熱物性,表示T對時間τ的導數。
某個房間的空氣溫度可以寫成:
(2)
式中m為熱擾量數,n為狀態空間維數,{φij}和{λi}分別是由矩陣A、B和C導出的系數向量序列和系數序列。利用(2)式可以很好地模擬室溫的動態過程,這已被子BTP程序[3]有用,并在實用中得到驗證。
在描述建筑物動態熱過程的諸多方法中,狀態空間能靈活方便地處理多個房間多個表面之間的耦合關系,各種熱邊界條件和各種熱擾量。而反應系數法不能考慮各個表面之間的長波輻射,諧波反應法在計算時必須先對各種熱擾量進行Fourier分解。另外,狀態空間法可以取任意的模擬時間步長,大到1小時,小到幾秒鐘表,而有限差分法由于受算法穩定性的限制只能限較小的時間步長。但是狀態空間法為保證模擬精度,單個房間的熱模型要求的維數一般不低于30,房間多時,維數不更大,因此要花不少CPU時間去完成(2)式的計算。為此,筆者在參考Cools等從的降維理論[2]的基礎上,提出一種實用可行的狀態空間建筑熱模型的降維方法,并用BTP程序模擬實際氣候條件下的典型結構房間在建筑熱模型降維前后的室溫過程。結果表明,7維建筑熱模型的模擬結果與39維的模擬結果相當一致,室溫最大誤差不大于0.1℃。因此,降維的狀態空間建筑熱模型可以廣泛應用于建筑熱過程的研究。
2狀態空間建筑熱模型的降維過程
狀態空間建筑熱模型的降維實際上是先找出狀態空間中的主要節點,然后把其它節點集結到這些主要節點上,得到降維后的狀態空間建筑熱模型。
(3)
另一方面,各種熱擾量對各節點的作用強度不同,如取Wj(τ)為Dirac函數,則(2)式變成
(4)
于是,各節點對第j種熱擾量的響應為
(5)
經歸功一化處理,得到各種熱擾量對各節點的綜合作用強度為
(6)
其中,
(7)
因此,在模擬建筑熱過程時,只要選取綜合響應強度大于δ(控制精度的常數,一般可取百分之幾)的節點作為主要節點。即選j1,j2,…,jq,使
Ei≥δ,i=j1,j2,…,jq(8)
綜合考慮以上兩方面,取{j1,j2,…,jq}與{j1,j2,…,jq}的交集作為主要節點,記它們相應的為λi為λ*1,λ*2,…,λ*k,下面的工作是把其它節點集結到這些節點,也就是尋找{φij},使
(9)
最小,經類似最小二乘法的推導,從(9)式可得到
(10)
式中,
…………………………
通過以上分析,可以把n維建筑熱模型降到k維,且k<<n。
3例子與分析
采用BTP程序計算實際氣候條件下一棟磚混結構建筑物中間層一個南向房間的動態室溫,選擇的房間的內部尺寸(m)為2.7×4.8×3.6,只有一面外墻和一個單層外窗,外墻為370mm磚墻,內抹灰18mm;內墻為240mm磚墻,兩側抹灰18mm;樓板為30mm水泥砂漿+120mm空心樓板+10mm石灰砂漿;室內換氣次數為1h-1,室內自由得熱量為3.8W/m2,該房間與其上下左右四個房間具有對稱的熱邊界條件。
表1狀態空間建筑熱模型中的節點及其時間常數和響應強度iτi/minEi/%iτi/minEi/%
*13.94.52110.30.1
2965.40.32234.60.6
380*23301.34
*45176.231.62414.60
57.902511.90.2
620.20263.60
711.60*274.42
8101.20.4289.90
98.402963.90.2
1024.10.83018.10.3
11903158.90
1254.60.13232.30
*1314.41.13311.70
*14227.21.534150.90
157.103520.90.2
163.603613.60.5
1790371.20
18715.50383.316
1931.40392.935.3
209.20.1
表1給出39維的建筑熱模型的節點時間常數和響應強度,可以看出節點之間的時間常數相關最大為4300倍,只有8個節點的響應強度大于1%,而它們竟占所有節點響應強度的96%,圖1給出5月21~30日倫敦郊外的逐時外溫和水平面太陽輻射過程,圖2給出該房間用降維前(39維)和降維后(7維,取τ*為3min,δ為1%)的建筑熱模型模擬出的5月25~30日之間的室溫過程,從圖2可以看出兩種模擬室溫相當一致,最大誤差不大于0.1℃。如果用4維(取τ*為12min,δ為1%)建筑模型去模擬室溫,那么最大誤差為0.5℃左右。因此,為保證室溫模擬精度,也不能把狀態空間建筑熱模型的維數降得太低,否則,無法真實反應室內外各種熱擾量作用下的建筑熱過程。
圖1室外空氣溫度與水平面太陽輻射
圖2不同維數建筑熱模型模擬得到的室溫過程
4結論
狀態空間建筑熱模型可以在基本保證模擬精度要求的條件下大大降低維數,從而在保證模擬精度的同時節省CPU的時間。一般單個房間的狀態空間建筑熱模型降到10維左右,具體取決于實際建筑物結構各種熱擾量變化情況,以及模擬時所取的時間步長。通過合理選擇具有合適時間常數和響應強度的節點,可以控制建筑熱模型的維數,從而實現模擬精度與模擬時間的最優化。
5參考文獻
1JiangYi.State-spacemethodforthecalculationofair-conditioningloadsandthesimulationofthermalbe-haviouroftheroom.ASHRAETrans.1981,88(2):122~132.
2CCools,RGicquel,FPNeirac.Identificationofbuildingreducedmodels.Applicationtothecharacterizationofpassivesolarcomponents.IntJSolarEnergy.1989,7:127~158,257~277.
建筑模型范文2
如果轉述繪畫作品,只要借助書本、畫冊和幾段文字,就可以大致了解一個時期的繪畫風格,或者了解一個畫家的風格和作品。現在的印刷工藝幾乎可以再現作品70%的真實。剩下的20%信息,便是像畫幅尺寸、材料筆觸、肌理光澤,或者是顏料畫布味道等等那些真實感。如果希望全信息了解這些,也有辦法,可以通過把繪畫買來或辦一個展覽來做到,雖然這樣很不容易,但是理論上是沒有絲毫障礙的。
音樂雖然是時間的藝術,但是對它的介紹和欣賞在目前這個時期似乎是最容易的,從愛迪生發明唱機以來,還原聲音的技術突飛猛進,幾乎可以完全再現音樂演奏的一切細節,靈敏的機器甚至可以還原后臺舞臺監督小心翼翼的走步聲,而5.1和7.1聲道的音響,可以騙得你的兩個耳朵以為蜜蜂在繞著你的腦袋盤旋飛舞。今天mp3的體積還可以做得很小,用一個IPOD Nano和一個Sennheiser耳機可以走遍世界都離不開自己喜歡的音樂,而體積只有半個錢包大小。除了現場的空間感以及觀眾咳嗽和歡呼的噪音外,音質幾乎沒有什么損失。當然,現場音樂會對于音樂的再現更是活靈活現的。
但是建筑可沒有這么幸運了。到現在為止,我們還沒有找到一個能夠方便地轉述、介紹和欣賞建筑的方法。原因很簡單:第一,建筑巨大,甭想隨身帶著:第二、建筑不能離開自己的場所:第三、建筑獨特的特點,空間感和尺度,以及時間性,是除了身臨其境外其他的手段不能做到的;第四、建筑實在是太分散,無法有系統地欣賞建筑,如果要想系統地了解一個時期或者一個建筑師的作品,除非觀眾自己滿世界的去跑。作為專業的評論家和建筑師想這樣做尚且很困難,不要說業余的愛好者了。
不身臨其境而通過媒介來介紹建筑幾乎是一件不可能的事情。
有人說,圖紙難道不是能夠很好地表現建筑嗎?其實圖紙是給施工人員施工時使用的。用建筑圖紙來介紹建筑就像讓欣賞音樂的人只看交響樂總譜,讓買時裝的貴婦人只看服裝剪裁圖一樣。這只是一個不得已的辦法。
雖然現在攝影技術很發達,可以再現某一時間某一個角度對建筑和城市的觀察,但是即使用無數的照片來表達一個建筑,還是只能管窺蠡測,無法真正做到全方位的了解,更無法體會到真實的空間感覺和尺度感??臻g感覺即使是現在的電影技術和電腦模擬技術也是很難做到的。也許在過幾年,用一個戴在臉上的眼鏡式顯示器,通過方向感應技術控制視角,和電腦的虛擬現實軟件連接,能夠做到進入建筑和城市來體驗空間和尺度的感覺吧。到了那時,才能真正把建筑和城市帶在身邊,像繪畫和音樂一樣來欣賞它們。但是不到世界的現實中去,這樣的欣賞還有意義嗎?
用一維的語言和兩維度的平面來表示三維乃至四維的建筑,實在是強其所難。不單在對建筑的轉述時有問題,那么在設計建筑時,這個問題同樣令人苦惱。
文藝復興時期,“諸神”們發現了透視原理,人們可以通過透視手法在平面上來表現三維空間,讓人們大呼神奇,但是說到底,也是利用人的視錯覺來暗示平面內的空間,并不能真正的表現出空間中的體積和虛空。
這時,一個既古老又現代的方法――建筑模型,就擔負起傳達三維形體和空間的任務。然而建筑模型能夠完全傳達建筑的真實嗎?如果從純幾何觀點上來看,它是可以做到的。因為我們完全可以從數學上做到讓模型絲毫不差地按照比例縮小或者放大三維空間中的形體和虛空。但是建筑有一個最重要的特性――尺度感,卻是在改變比例后會被徹底消解掉的??墒潜绕鹌渌氖侄蝸?,尺度感的缺失還是可以忍痛割掉的。因為尺度感在那大程度上看是一個主觀的因素,在很多的時候可以通過想象力來彌補。那么排除了尺度感和空間感,以及距離帶來的時間因素,三維的模型也許是“失真”最小的建筑轉述媒介了。
在日常的生活中,對于建筑的傳達和描述,模型由于其物理原因,遠不如語言和照片、圖紙等來得方便和容易。于是,雖然它失真最小,也是只有在條件許可的情況下,在必需的情況下,才不得不請出這個硬邦邦的龐然大物來。目前,在表現新設計的建筑時,用模型來表現的最多。這時,模型充當建筑師與外界交流的媒介,主要是傳達建筑設計完成后的最終效果。
而對于建筑模型,這只是它作用的一部分,其實建筑模型在建筑設計中還擔當著更重要的角色――工作模型。制作工作模型對于建筑師來講是一種行之有效的設計手段,是建筑師設計思維的延伸和拓展,是建筑師把握復雜項目的有力工具,是建筑師相互交流的媒介。
在建筑設計的初期,以概念模型為主,這時的模型比例偏小,多數以實的體塊為主,主要分析建筑形體與基地周邊的城市關系,所以模型本身會比較簡單抽象。隨著建筑與基地周邊環境關系的明晰,就要開始制作比例稍大些的空間形體模型。
在設計方案時,用模型材料搭建建筑的功能關系,它所呈現出的是功能平面的空間體現,分割空間的梁、板、柱、墻會直觀的出現在空間中,任何一個構件的變化都會引發一連串的空間及形體的變化。建筑形體的狀態也會跟隨這種內部空間的不斷變化而逐漸生成。由于這個時候模型的比例較小,不必要的細節會被省略,更加突出了準確的建筑空間關系。用實體模型來進行設計是一種完全動態的和與思維一致的過程,在這一過程中由于方案的反復修改,使得模型各部件不斷的被拆除和重新搭建。模型推敲完成了,方案設計也就隨之完成了。
在深化設計階段通常會制作大比例模型,多數情況下建筑師都會親自動手,其實這也是建造過程的體驗。在建造過程中,圖紙上的空間關系會直觀的展現出來,這時往往會發現有些在圖紙上看似合理的地方存在著明顯的問題。有些空間過高或過低,有些建筑或結構構件影響了的空間效果,這些問題的提前發現,有利地指導了設計的深化,使好多問題在施工前就得到及時的解決。此外,制作大比例模型還有一個重要的用途,就是為建筑專業與各專業間溝通和協調搭建了一個非常直觀的平臺。如果只依靠圖紙交流,各專業很難完整和準確地把握建筑的空間概念。借助大比例實體模型,許多機電專業會更準確并合理的設定通路位置,結構專業也會依據模型完善結構體系調整構件位置??偠灾P驮酱笤浇咏鎸?,不管是無意忽略的問題還是有意忽略的問題,都會毫無保留的暴露在模型中。
在建筑師的眼中,模型不僅僅是一種傳達方法,更是一種工作手段,制作模型的過程就是我們的思考過程。而象平面圖和立面圖那樣的建筑圖紙,只是一種施工語言,只是建筑設計的表現手段,而并非設計手段。如果我們用建筑設計的表現手段來做設計,結果一定會本末倒置的。
另外,在制作實體模型的過程中,通過雙手與材料的直接接觸,通過這種極端抽象化的建造過程,時常會有偶發性的信息和戲劇化的事件竄出來,令人眼前一亮,從而引發我們對方案進行新的思考和改進,這些偶然的設計契機的出現,不做模型是很難被發現的。
建筑模型范文3
【關鍵詞】教學改革 模型設計 環境藝術設計專業
模型在建筑設計行業中是不可或缺的一種表達方式,建筑模型設計正逐步發展為一種新興職業。隨著建筑設計業和房地產業的高速發展,建筑模型的市場需求會越來越大,掌握了模型制作的專業技術可以更好的為地區建筑、園林、地產服務。由于國內院校尚無建筑模型制作的相關專業,加之現有從業人員素質參差不齊,因此市場對專業建筑模型設計師的需求量很大。我國的高職教育要與新的經濟時代接軌,體現高職教育大眾化時代的特征,必須在模型設計實訓課程中大膽進行項目化教學的嘗試,以促進其教學質量的提升,努力探索出一條培養“適銷對路”的模型設計人才的新路子。
一、確定課程地位
建筑模型設計是藝術設計專業環境藝術設計方向學生的專業基礎課程,旨在培養具有良好的綜合素質和環境藝術設計專業基礎理論知識和實踐技能,面向建筑裝飾行業,從事室內外設計、計算機輔助設計、展示設計、景觀設計、家具設計等高等技術應用型人才。通過本課程的學習,學生能夠把設計從二維圖紙通過創意,材料組合形成具有三維立體形態,培養學生具有高度的概括能力和豐富的想象力。本課程以色彩、素描、三大構成、建筑制圖、手繪效果圖表現等專業基礎課為基礎,為專題設計、畢業設計、頂崗實習等專業課程服務。
二、確立課程目標
建筑模型設計課程項目化教學是依據崗位需求重構課程內容,將建筑模型設計整體策劃能力、模型制作能力和綜合室內外設計能力有機融入到工作任務中,以項目化、任務驅動構建基于工作過程的課程體系。本課程項目化改革的目標是建立與職業工作體系相適應的專業體系,實現不同層次教學階段的課程銜接,合理組合項目模塊,形成職業崗位所需要人才的合理知識結構,為更好地培養高素質、高技能高職環境藝術專業人才提供保障。
三、課程設計思路
1 分析崗位指向
本課程的教學內容緊緊圍繞培養環境藝術設計專業應用型人才這一中心目標,重點培養學生模型設計和制作能力、設計統籌和設計評價能力,直接為專業的就業崗位服務,使學生有較強的可持續發展能力。建筑模型設計課程的崗位指向為室內外設計,展示設計。
2 確立崗位任務
通過對模型設計崗位進行綜合分析,確定崗位工作任務為:初步設計、構思模型制作、完善設計、實體模型制作。
3 確定課程體系
本課程以工作過程系統化和可持續發展為出發點,建立基于工作過程的項目化課程體系。
4 選擇教學項目
實踐教學中的課題有來自學生前期專業課程的成果項目,這樣既激發學生的學習熱情,又能讓學生動手同時評價和完善自己的設計,提高專業綜合能力和專業學習的興趣。還有校企共同開發合作的實戰課題,大大縮短學生個體職業能力的發展歷程。整個教學過程始終以學生為主體,將分析問題、解決問題及團隊協作有機融入到教學過程中。
5 優化課程內容
在設計好課程后,聽取企業、行業專家、畢業生對本課程設計的評價和意見,了解課程內容是否滿足崗位工作任務的需要,將企業中的新技術、新材料、新工藝及時更新到課程中。
四、教學方法與手段
1 教學方法
(1)任務驅動法
本課程的設計構建了三個教學情境,模型制作準備、模型制作、課程評價,這三個學習情境貫穿和實施整個項目中。
(2)互動式教學法
改變課堂上信息單向傳遞、教師單向控制的局面,實現真正的互動教學,引導學生由被動接受知識到主動了解知識,對模型設計的項目任務和相關知識點作出分析,從感性到理性進行引導,調動“教”與“學”的雙向積極性,使學生始終保持強烈的求知欲。
(3)分析式教學法
在課程教學中,教師分階段的針對學生出現的普遍問題安排案例教學。教師對實際工程設計的實例和往屆學生作品進行收集整理,從中挑選出個案,通過典型實例分析,解決理論與實際相脫離的問題,注重培養學生分析問題,解決問題的能力。
(4)小組合作法
在項目實訓中安排了針對同一課題自由組合成4~5人的研究小組。學生分別扮演項目組長和組員的角色。項目組長針對項目組織開展討論研究,小組成員在項目開發過程中既有分工又有合作,共同完成整個項目任務。該方法有利于增強學生的協調能力和團隊協作意識,與未來的工作崗位對應、接軌,盡早進入工作崗位角色,充分發揮自己的潛力。
(5)情景式教學法
在技術實踐教學中,模擬企業真實的工作氛圍,每個學生就像企業的員工,制定任務計劃書,教師充當部門經理,負責分配工作任務,并要求學生按企業工作流程要求,在整個實訓過程中嚴格把關,實行階段考核,培養學生的工作責任心,獨立工作能力和良好的職業素質。
2 教學手段
(1)多媒體教學
通過現代化多媒體教學方式,增加學生感官認識,促進學生對知識的理解。利用多媒體課件、優秀案例作品、實訓基地展開理論教學,使教學內容更具可視性、直觀性,提高示范效果。
(2)討論式教學
組織學生利用課余時間廣泛查閱有關資料,在課堂上進行討論,闡述自己的觀點,培養學生綜合學習能力。
(3)利用網絡資源
建立QQ群、電子郵件、MSN等現代化交流技術,實現師生之間,同學之間的多樣化交流,進行作業布置、答疑、討論等教學活動。提升學生的學習興趣和教學參與性,加強對課程內容的理解,培養學生的自主學習能力,增進師生間的相互溝通。
五、教學評價
建筑模型范文4
【關鍵詞】建筑模型 環境設計 應用
建筑模型設計與制作,就是將建筑圖紙具化為可視的實物過程,通過這個不斷重復的過程,逐漸形成最終的設計形態。需要學生具備良好的繪圖能力,還需要靈活的動手能力,最后更需要對整體空間的把握和掌控能力。建筑模型設計與制作課程的開設旨在訓練學生的空間感知能力和空間構成能力,為課程設計提供廣泛的構思方案、今后的專業課程打下深厚的基礎。
一、建筑模型設計與制作課程在環境設計專業中的設置
建筑模型設計與制作這門課程是環境設計專業的核心專業必修課,在課程的設置和講授上應和建筑學專業的課程設置有所區分,教學的重點主要傾向于室內建筑空間的應用與劃分設計、環境景觀模型設計、單體家具的模型制作等方面,通過主題性課程實踐訓練,達到教與學、聽與練、思維與設計、理論與實踐的緊密結合。對于建筑的構造設計以及外觀模型設計方面主要以著名建筑設計案例分析講解和按比例進行模型還原為主,并不作為課程設計的重點。
二、建筑模型設計與制作課程在環境設計專業中的應用及發展趨勢
在競爭日益激烈的今天,面對挑剔的顧客和緊張的工作,尋求更為高效的工作方法是非常重要的。建筑模型設計與制作就是非常重要的一個表現方法,無論作方案還是作分析,它比圖紙更真實地反映建筑。通過它,我們可以看到原本想不清楚的或是沒想到的東西,尤其對于復雜的建筑更為如此。模型的制作可以為設計師將各階段的成果直觀地呈現出來。更方便設計師分析研究,減少彼此討論和磋商的時間,能及時發現設計中的不足之處,減少反復思考修改的時間。特別對方案,結構復雜的建筑有很大幫助,在和顧客討論時也能讓雙方交流更為方便。
目前,建筑模型的表現方法一般都是根據需要和可能來制定具體的表現形式。至于建筑模型的未來發展將會如何讓,是很難下定論的。然而,就時代的發展和事物內在的規律來分析,由于科技發展的不確定性,未來模型制作極可能在如下幾個方面有著重大的變化和發展。
1、 在材料上的變化趨勢。模型制作一直與材料有著緊密的關系。隨著材料科學的不斷發展以及商業行為的驅使,模型制作所需的基本材料和專業材料將呈現出多樣化的趨勢。模型制作將不會停留在對現有材料的使用上,而是探索、開發、使用各種新材料。模型制作的半成品材料將隨著模型制作的專業化而越來越多。材料的仿真度也將隨著高科技的發展而有重大提高。
2、在工具上的變化趨勢。從國外工具業的發展和未來的發展趨勢來看,隨著模型制作業和材料業的發展及專業化加工的需要,模型制作工具將向著更系統化、專業化的方向發展,屆時模型制作的水平也將得到巨大的提高。
3、在表現形式上的變化趨勢。目前,模型的表現大都根據需要和可能來制定具體的表現形式。特別是建筑模型,因為主要是圍繞房地產行業的發展、建筑設計的展示和建筑學專業的教學來進行的,其形式更加單一,展望未來,這種具象的表現形式仍將采用。但隨著人們觀念上的變化則將會產生更多的表現形式。未來的、新的表現形式則側重于模型的藝術性、觀賞性與研究性的抽象表現形式。
4、智能化和動態化的變化趨勢以房地產銷售模型來舉例,十年前都不是用模型來售樓,僅用圖紙貼在墻上說明就可以了;六年前只要用一般模型能夠清晰表達空間關系即可,一年前則要求用精確的帶燈光的模型;近年來開始研究采用多媒體計算機控制的聲、光、電一體模型,即解說講到哪里,電影畫面演示到哪里。而且還采用遙控靜音雙語播雙解說系統,同時模型以外的環境氛圍燈也全部采用電腦控制,根據情節的需要調節氣氛。
5、在制作工藝上的變化趨勢。當電腦雕刻機被應用于模型制作時,便產生了各種不同的看法,其中有人認為,電腦雕刻機的出現將取代手工制作。電腦雕刻機絕不能取代手工制作。因為電腦雕刻機只能進行平面、立面的各種加工,況且電腦雕刻機完成的只是制作工藝中的某一個雕刻環節。在組合過程上還需要人為去操作。因此可以斷言,未來的模型制作將會呈現傳統手工制作和現代化高科技制作技術共存一體的趨勢。
三、結語
建筑模型設計與制作課程能將環境設計專業多門課程的教學成果轉化為實體成品,能讓設計理念變為可視的物品,這在今后的專業發展中占據重要的位置,該課程的開設具有較強的現實意義。
【參考文獻】
[1]環境藝術設計專業實踐教學課程設置研究,宋培娟,大舞臺,2013.02;
[2]建筑與環境模型設計制作課程教學探討,魏晗,景德鎮高專學報,2011.03;
[3]“詩意的盒子空間”模型設計與制作――環境設計專業建筑模型設計課程實踐研究,楊曉帆 ,河南科技,2015.07;
[4]淺談建筑模型設計課程項目化教學改革與實踐,劉琛、丁峰,中國校外教育,2012.03;
建筑模型范文5
關鍵詞:3D打印技術 3D打印材料 建筑模型打印
3D打?。?D printing),即快速成型技術的一種,是以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的,在工業設計、建筑設計、工程和施工(AEC)、土木工程以及其他領域都有所應用。
由于3D打印技術在模型制作中的應用越來越廣泛,在2014屆建筑專業畢業生的畢業設計中,我們跟隨社會趨勢,把3D打印技術帶入學生的畢業設計作品表現中來。我們使用的3D打印機是太爾時代的up 3D打印機,在建筑模型3D打印期間發現了一些問題,也因此有了一些思考。
1 遇到的問題
1.1 打印精度有待提高 因為打印機打印提及的制約,我們將建筑模型打印在100*100*150 mm的范圍內。在這么小的尺寸里我們要想把模型的細節表現出來是很困難的,在建筑設計中的一些細部處理,在打印的時候沒有辦法很好的表現出來,只能看到一些概括了的輪廓。另外在打印時因為ABS(塑膠原料樹脂)材料的特點,其收縮率較高,打印的模型容易起翹而降低打印精度。
1.2 打印時間太長 由于3D打印使用的是逐層打印的方法,因此每一個建筑模型在軟件中都要分為400層以上,同時由于打印材料和打印技術的原因,需要把材料加熱液化后才能打印,而為了保證材料的輸入流暢,不會中斷,打印機的材料擠出的速度較慢,這也直接導致打印耗時非常長。在我們打印時,100*100*150 mm大小的模型用normal質量進行打印的時間均在6個小時以上。
1.3 支撐結構難以去除 由于3D打印技術的特點,在對物體進行打印時,針對建筑的凹進突出部分需要有一定的支撐結構,而市面上大部分打印機使用的打印材料都是ABS材料,而這種材料在進行支撐部分打印的時候沒有辦法很方便的進行取出,往往和物體的主要部分發生粘連,也間接的影響了打印精度和打印效果。
2 解決辦法
針對以上的三個問題,經過我們的實驗和3D打印機廠商技術指導的不斷溝通,我們發現可以通過以下方法來進行解決:
2.1 打印精度方面:盡量在打印模型是將建筑STL模型分解為幾塊,這樣在就可以避免因為打印頭長距離移動而帶來的精度方面都損失。同時,將模型分解之后,就可以在打印區域中打印出更大的模型局部,可以表現更多的建筑細節。
針對ABS材料熱脹冷縮的特點,我們可以在打印加熱平臺上添加耐高溫膠帶,這樣可以讓減少因為ABS材料因為熱脹冷縮而引起的起翹,讓打印精度得到提高?;蛘咴谥饕牧系倪x擇上,我們可以選擇PLA作為模型打印的主要材料來代替ABS材料。
PLA(物降解塑料聚乳酸)是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物,原料來源充分而且可以再生,主要以玉米、木薯等為原料。聚乳酸的熱穩定性好,加工溫度170~230℃,有好的抗溶劑性,可用多種方式進行加工,如擠壓、紡絲、雙軸拉伸,注射吹塑。由聚乳酸制成的產品除能生物降解外,生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好。最重要的是和ABS材料相比,PLA材料具有更小的收縮比,在更加不容易起翹,材料的穩定性也更高。
2.2 打印時間過長:因為現階段3D打印技術的限制,我們沒有太多辦法提高打印機的打印速度,但是未來3D打印機將普及應用多個打印頭(2個以上),因此我們可以使用更多的打印頭來進行模型的打印,從而提高打印效率。而現階段我們只能在打印設置里面去降低打印填充數和打印精度來提高打印速度。前者會降低打印強度,后者會降低打印精度,都只能說是時間和效果上的一種妥協。
2.3 更易去除的支撐結構:現階段,小尺寸3D打印機所使用的支撐材料是不易去除的ABS材料,在雙打印頭普及的今天,如果在輔助材料打印頭中使用PVA材料則可以很好的解決支撐材料不易取出這個難題。
PVA聚乙烯醇樹脂系列產品系白色固體,無毒無味、無污染,可在80--90℃水中溶解。其水溶液有很好的粘接性和成膜性;能耐油類、劑和烴類等大多數有機溶劑;具有長鏈多元醇酯化、醚化、縮醛化等化學性質,非常適合用于3D打印技術中作為打印支撐材料。在使用PVA作為支撐材料的3D打印機中,我們在模型打印完畢后只需要將打印模型放置于90℃的熱水中就可以方便的取出支撐材料,不僅保留了模型的細節,同時也簡化了模型支撐結構去除的工作,讓教學中大量打印建筑模型更加方便。
需要注意的是,在實際中操作中吸入、攝入或經皮膚吸收PVA后會對身體有害,對眼睛和皮膚有醇刺激作用。因此,我們在實際操作中應提供良好的自然通風條件。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程,以避免因PVA原料的使用而對操作人員造成的損害。
參考文獻:
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[3]鐘禾.“3D打印機”:可任意“打造”出塑料制品[J].國外塑料, 2011,29(4).
建筑模型范文6
【關鍵詞】:建筑設計;建筑信息模型;可行性分析
人類正在從工業社會向信息社會轉變,信息技術已經滲入到了社會的方方面面,信息手段和思維影響了人們的生活生產方式,但是在建筑方面,信息技術的應用還處于相對較低的水平,建筑設計自然而然的收到信息技術的影響,建筑設計師開始使用計算機作為主要的設計工具,多為CAD的二維工程輔助設計,隨著建筑功能的增多,綜合性要求越來越大,當前的建筑設計對于設計師有了更深層次的標準,由于2D CAAD應用系統已經無法滿足于現在的建筑設計,所以越來越多的開始使用3D CAAD應用系統,其普及也從側面反映了計算機輔助建筑設計的潮流,而其中“建筑信息模型”(Building Information Model,簡稱BIM)是目前計算機輔助建筑設計中較為成熟的技術。
一、國內外研究現狀
從上世紀八十年代開始,BIM技術的應用和發展才經歷了幾十個年頭,由于近兩年計算機軟硬件技術的不斷革新和突破,才逐漸的受到建筑設計行業的青睞,國內目前雖然出去起步階段,相關的技術也有待提升。當前在建筑設計方面,BIM技術代替常規的2D工程輔助設計將會是未來的發展的主流方向,應用BIM技術進行建筑管理的相關工作也逐漸受到各國的關注。1984年,匈牙利就曾經退出一款計算機輔助設計軟件AechiCAD,該軟件最大的意義在于提出了BIM建筑設計的核心,2004年,哈爾濱工業大學城里了中國第一個BLM實驗室,隨后多個大學和研究機構開始了相關的研究,標志著我國對BIM技術發展的重視。
二、BIM的技術原理和特點
BIM(建筑信息模型)這個概念是由著名的建筑和計算機專業的教授查克?伊斯曼首先提出來的,建筑信息模型包括了幾乎所有的幾何模型,功能和結構的性能數據庫和運算方法,能夠把一個建筑包含的所有的信息融合到一個建筑模型中,過去曾經有過嘗試,比如虛擬建筑,單個建筑模型等,但是都因為不夠全面而沒有被廣泛的采納,BIM技術原理是一種面向對象為設計思想的工程輔助設計技術,利用計算機語言來描述整個建筑,基于面向對象的思想CAD是一個老生常談的話題,但是由于受到計算機技術的制約,一直并沒有被普及開來,在BIM應用中,建筑不在是點、線、面的組合,而是被抽象成一個個的類和對象,一個對象包含了該類型對象的信息,對象和對象之間又存在著一定的關聯,BIM特征相對于2D CAAD來說非常的明顯,可以快速的提高建筑設計的工作效率,由于全部的信息融合在了一個建筑模型中,所以能夠減少建筑設計的信息錯亂殘缺等。建筑信息模型由于能夠表現建筑的整個生命周期的信息,所以是一種可視化的過程,主要的設計思路和特點是:基本的描述對象是建筑單元,建筑信息的調整相對簡單,不易出錯,支持不同學科間數據的同平臺工作,具備強大的可視化功能,對于設計過程中可能出現的問題能及時發現。
三、BIM在建筑設計中的應用
1、BIM在建筑設計中的優勢
建筑設計是一個建筑項目的關鍵,在過去的20多年,CAD雖然已經讓建筑設計師拜托了手工繪圖,但是在根本的思路上并沒有改變手工繪圖的思想,隨著信息技術的發展,對于建筑信息的處理也越來越高級,建筑模型比“圖形”更加能傳達豐富的信息而被發展起來,相比于傳統的輔助設計工具,BIM的設計思想是對于建筑信息的提煉,除了包含了基本視覺設計元素,還攜帶了大量的非集合信息,對于信息的管理能力大大加強,全部的信息都能囊括在一個大型的數據模型中,由于信息的高度集中和融合,建筑設計者能在不同的階段了解到項目的進展,能夠有效的把控建筑整體的質量。
2、基于建筑節能的迫切需要
近幾年來隨著智能建筑的不斷發展,人們對于建筑的節能化要求也越來越高,發展綠色建筑成為世界上多個國家共同的追求,歐美發達國家對于建筑開始實行強制的節能要求 ,我國雖然在綠色節能建筑方面還沒有歐美發達國家那么嚴格,但是基于科學發展觀的需求下,對于建筑的節能性也開始有所重視,而BIM對于綠色節能建筑的設計就顯得非常的便利了,由于BIM技術,在建筑設計的過程中包含了大量的建筑信息,從幾何信息到材料和構件的性質等,所以相比于傳統的能耗分析軟件,BIM對于能耗分析的效率將會大大的提升,甚至建筑設計師不需要花費更多的時間和精力,對于綠色節能建筑的設計也就變得得心應手。
3、基于建筑信息模型協同設計的不斷需求
隨著建筑工程難度的不斷提高,對于跨學科的協同設計的需求也在不斷的擴大,基礎BIM的協同設計使用的三維集成的設計思想,從模型中直接獲取多個不同專業的設計標準和信息,讓不同專業的設計人員能同時進行修改和調整,更加的突出建筑設計中的信息應用的思想,這種信息高度的共享和交流是建筑信息模型協同設計的主要特點,也是目前對于協同設計最為有效的解決方案。
結語:建筑信息模型技術相比于傳統的工程輔助軟件有著非常大的優勢,本文對其技術原理和特點進行了分析,并探索了BIM在建筑設計中的可行性,討論了其在復雜的建筑設計中的應用優勢,以及對建筑設計中對于協同設計的便利之處,證實BIM技術在建筑設計中是切實可行的。
參考文獻:
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