環(huán)境建筑空調(diào)設(shè)計(jì)研究論文范文
1前言
世界性的能源危機(jī)給建筑業(yè)的發(fā)展帶來了很大的影響。針對(duì)建筑能耗占能源總消耗量比例相當(dāng)大這個(gè)現(xiàn)實(shí)，世界各國(guó)投入大量人力、財(cái)力來研究節(jié)能建筑，對(duì)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)、性能評(píng)價(jià)、節(jié)能運(yùn)行提出了更高的要求。基于這種情況，各種模擬評(píng)價(jià)軟件應(yīng)運(yùn)而生。
但是近年來對(duì)世界各國(guó)的設(shè)計(jì)、研究單位的調(diào)查表明，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中已開發(fā)出的模擬軟件并未被充分利用。其原因主要有以下幾個(gè)：
�、佻F(xiàn)有的分析模擬軟件都是"面向程序"的軟件，用戶為了使用模擬程序來評(píng)價(jià)一個(gè)具體的建筑或空調(diào)設(shè)計(jì)，需要按照程序的要求準(zhǔn)備相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)文件。這個(gè)過程既耗時(shí)又費(fèi)精力，而且一量幾個(gè)數(shù)據(jù)的輸入錯(cuò)誤可能導(dǎo)致完全錯(cuò)誤的結(jié)果，并且錯(cuò)誤很難查找。
�、谝粋�(gè)實(shí)際的設(shè)計(jì)過程由幾個(gè)不同階段構(gòu)成，由于模擬程序是針對(duì)解決某一方面的問題而設(shè)計(jì)的，它僅支持一個(gè)或某向個(gè)階段的設(shè)計(jì)，所以當(dāng)用戶需要跨越幾個(gè)階段來評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)時(shí)，就需要使用幾個(gè)模擬程序，這意味著對(duì)同一個(gè)建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)，要為這幾個(gè)不同的模擬程序準(zhǔn)備不同的輸入文件。顯然這大大限制了這些模擬程序的使用范圍。
�、郛�(dāng)使用模擬程序評(píng)價(jià)具體設(shè)計(jì)時(shí)，程序需要有對(duì)所分析對(duì)象的全面細(xì)致的描繪。但設(shè)計(jì)初期很難得到所有的詳細(xì)數(shù)據(jù)，即使在施工圖階段有的詳細(xì)數(shù)據(jù)可以得到，但一些經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的取值會(huì)在很大程度上影響模擬程序得出的結(jié)果。因而對(duì)一般工程設(shè)計(jì)人員來講，使用模擬程序正確分析評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)并不是件容易的事。
�、苡捎谀M程序只對(duì)簡(jiǎn)化的模型進(jìn)行模擬，而不同的簡(jiǎn)化模型會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果。因此，如何正確選取簡(jiǎn)化模型以及由簡(jiǎn)化模型選擇合適的模擬程序又是一大困難。
綜上所述，繁雜的數(shù)據(jù)輸入工人、不確定性的數(shù)據(jù)取值和模型簡(jiǎn)化而導(dǎo)致的結(jié)果的不確定性是導(dǎo)致模擬分析技術(shù)未能廣泛地在實(shí)際設(shè)計(jì)中使用的主要原因。
但是，正確地使用模擬分析技術(shù)是保證實(shí)際設(shè)計(jì)質(zhì)量的唯一途徑。顯然，上面的問題并不在于模擬程序本身的計(jì)算性能不夠好，而是外部界面的問題。圍繞著如何解決這些問題，80年代后期，國(guó)際上開始出現(xiàn)集成化的建筑空調(diào)設(shè)計(jì)支持環(huán)境的概念，繼而許多因家陸續(xù)投入大量經(jīng)費(fèi)與全國(guó)各地開發(fā)此類系統(tǒng)。
這類集成化系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是將各種有關(guān)的分析模擬軟件集成于一個(gè)環(huán)境下，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)，各個(gè)軟件通過與統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸數(shù)據(jù)，從而達(dá)到互相交換數(shù)據(jù)的目的，這樣可以解決各個(gè)模擬軟件之間通訊問題。
用戶在儲(chǔ)存系統(tǒng)中模擬建筑，只需將建筑向系統(tǒng)描繪一次（如用CAD系統(tǒng)），然后集成系統(tǒng)可以將描繪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬程序所需的輸入文件格式。而且如果集成系統(tǒng)進(jìn)一步具有智能功能，系統(tǒng)可以對(duì)不同的實(shí)際應(yīng)用提供默認(rèn)值，及時(shí)指導(dǎo)建筑模型的簡(jiǎn)化過程，從而不但大減輕輸入文件的準(zhǔn)備工作對(duì)用戶的負(fù)擔(dān)，并且增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的可靠性及結(jié)果的正確性。
與單純的模擬軟件相比，集成系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
·允許用戶進(jìn)行不同設(shè)計(jì)階段的分析計(jì)算。
·用統(tǒng)一的系統(tǒng)數(shù)據(jù)描述方法得到數(shù)據(jù)之后可轉(zhuǎn)換為適合不同程序的輸入文件，可作不同的分析計(jì)算工作，從而大減輕了人工準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。
·將一些基本知識(shí)，諸如標(biāo)準(zhǔn)部件知識(shí)、基本規(guī)則等裝入系統(tǒng)，便于查找，以利于系統(tǒng)作出正確決定。
·人機(jī)關(guān)系與以往的不同。以往的模擬程序是以機(jī)為主，機(jī)器要求什么，人就要做什么。機(jī)時(shí)集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)的人機(jī)充分地配合，按人的意志，借助機(jī)器來計(jì)算、推理，并可作判斷和決定。
·結(jié)合CAD繪圖，使設(shè)計(jì)、計(jì)算合為一體。在一個(gè)系統(tǒng)中完成。
·系統(tǒng)針對(duì)具體情況為用戶提供默認(rèn)值及選取簡(jiǎn)化模型，這可在很大程度上幫助用戶模擬分析建筑，同時(shí)增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性。
描繪了所設(shè)想的這種集成化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的各功能塊及其相互關(guān)系。用戶利用CAD輔助設(shè)計(jì)，同時(shí)檢索各種設(shè)計(jì)資料和產(chǎn)品信息，然后設(shè)計(jì)結(jié)果傳輸?shù)街行南到y(tǒng)描述數(shù)據(jù)庫(kù)中，由知識(shí)庫(kù)指導(dǎo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、再處理模擬程序的選擇。各階段模擬分析均可這同一環(huán)境下進(jìn)行，它們各自的分析結(jié)果均可進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)為設(shè)計(jì)的一部分，最后可以得出設(shè)計(jì)的總評(píng)價(jià)結(jié)果。
為了發(fā)展這種集成化的設(shè)計(jì)環(huán)境，必須解決下面3個(gè)問題：①統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制，②知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)，③系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)。
本文先介紹國(guó)外在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面的發(fā)展以及知識(shí)庫(kù)的開發(fā)研究情況，然后介紹歐美國(guó)家目前已開發(fā)或正在開發(fā)的一些集成化設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)，最后對(duì)我國(guó)開展這方面研究提出幾點(diǎn)建議。
2集成系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸問題
各種集成化的建筑空調(diào)設(shè)計(jì)支持環(huán)境各有不同的結(jié)構(gòu)、不同的側(cè)重點(diǎn)，但卻共有一個(gè)基本的特征，那就是將一些擔(dān)任不同任務(wù)的模塊通過一個(gè)中央處理環(huán)節(jié)來完成信息傳輸和信息處理。
要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，信息傳輸顯得非常重要。比如用戶在CAD系統(tǒng)下設(shè)計(jì)建筑圖形，數(shù)據(jù)以CAD系統(tǒng)內(nèi)表達(dá)格式存貯，而為了用模擬程序來評(píng)價(jià)其性能質(zhì)量，集成環(huán)境必須將其轉(zhuǎn)換為模擬程序所要求的輸入文件，這不僅是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的轉(zhuǎn)化，而且包括對(duì)數(shù)據(jù)的理解和一些再處理過程。
為適應(yīng)CAD圖形系統(tǒng)的需要，1979年出現(xiàn)最早作為標(biāo)準(zhǔn)的圖形數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（IGES），起初僅為交換圖形和幾何數(shù)據(jù)。但隨著CAD系統(tǒng)應(yīng)用于越來越多的工業(yè)生產(chǎn)部門，已構(gòu)成強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)的頻繁傳遞，使得IGES已不滿足要求了。怎樣準(zhǔn)確完滿地傳遞和交換數(shù)據(jù)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)與信息領(lǐng)域中亟待解決問題[1]。
美國(guó)空軍部開發(fā)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義界面，首次提出產(chǎn)品建模的概念，從而使數(shù)據(jù)交換技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。正是為了從根本上解決CIMS中各種產(chǎn)品的復(fù)雜性、多樣性，各個(gè)子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的表達(dá)、理解、傳遞等問題，80年代中期，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織著手開發(fā)產(chǎn)品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISOSTEP，它將發(fā)展成國(guó)際上唯一通行的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。這就意味著不久的將來，世界各國(guó)各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)與該標(biāo)準(zhǔn)兼容。為了實(shí)現(xiàn)這上目標(biāo)，需要許多國(guó)家不同行業(yè)的專家共同合作，使STEP具有表達(dá)所有數(shù)據(jù)模型的能力。目前參與開發(fā)STEP的國(guó)家有美國(guó)、澳大利亞、比利時(shí)、加拿大、丹麥、法國(guó)、芬蘭、德國(guó)、匈牙利、英國(guó)、瑞士、瑞典、挪威、荷蘭、日本、俄羅斯。
為了避免語言不通造成的困難，以及為了集成各地開發(fā)的模型，需要一種建模工具，以使表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)EXPRESS。NIAM和IDEFIX是圖形工具，易用、易讀，尤其于建模初期。NIAM是一個(gè)二元數(shù)據(jù)模型，采用類似于自然語言的方式描述真實(shí)世界[1]，[2]。舉一簡(jiǎn)單的例子："table"和"height"是兩個(gè)概念，它們之間的關(guān)系稱為"role"，這里，"has-height"和"is-height-of"是兩個(gè)role，它們互為一對(duì)反關(guān)系，"?"是在role的限制（constraints），比如一個(gè)"table"有唯一確定的一個(gè)"height"，"唯一"就是限制。
IDEFIX也是圖形建模工具，其數(shù)據(jù)模型是實(shí)體關(guān)系模型，基本元素是物體與物體之間的關(guān)系以及物體的屬性。它與NIAM是兩個(gè)平行的建模工具，如何選擇很大程度上取決于不同的工業(yè)需要和專家手中的知識(shí)。在建筑方面，目前廣泛采用的是NIAM。
EXPRESS是一種數(shù)據(jù)定義語言，圖形建立模型最終都要轉(zhuǎn)換為EXPRESS相應(yīng)的實(shí)體結(jié)構(gòu)。因而從某種方面可以說，NIAM和IDEFIX是圖形工具，使概念化的模型為人所能理解，而EXPRESS是為計(jì)算機(jī)所能理解的數(shù)據(jù)定義語言。實(shí)際上EXPRESS中的實(shí)體結(jié)構(gòu)（以及各種關(guān)系）是一種概念型結(jié)構(gòu)。它的核心是實(shí)體（entity），實(shí)體既可以看作抽象的，也可以定義為具有清晰屬性的實(shí)在的物體，每一個(gè)屬性有特定的名稱，以表示該屬性表達(dá)的含義，屬性也是實(shí)體，這個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)類型表示屬性的數(shù)據(jù)是什么樣的類型[2][3]。
EXPRESS還允許以函數(shù)和過程的形式定義屬性的操作，并且提供多種規(guī)則。比如關(guān)于屬性取值的規(guī)則，關(guān)于幾個(gè)屬性關(guān)系的規(guī)則等等。值得一提的是實(shí)體和屬性可在數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)，而規(guī)則和操作則是由作為集成的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件部分來實(shí)現(xiàn)。
STEP中這三種建模方法各有不相同，但EXPRESS能支持NIAM和IDEFIX的所有功能，后者應(yīng)能夠很簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換為EXPRESS定義。
一旦語義在要領(lǐng)型模型里定義之后，不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)就可以STEP具體數(shù)據(jù)文件來進(jìn)行傳遞了。STEP轉(zhuǎn)換文件形式是順序文件，不同數(shù)據(jù)通過特征詞（或字）來區(qū)分。STEP文件并非采用最高效的方法盡可能密集地收入信息，而是重點(diǎn)保證信息表達(dá)轉(zhuǎn)換的普遍性、通用性[2]。信息傳輸?shù)那疤釛l件是接收系統(tǒng)和發(fā)送系統(tǒng)都必須能夠查閱概念模型，因?yàn)楦拍钅Ｐ腿菁{著實(shí)體的定義，如果沒有這個(gè)字典的定義、說明，傳輸?shù)膶?shí)體只不過是一堆毫無意義的字符或數(shù)字。因此概念模型與具體數(shù)據(jù)文件必須結(jié)合起來才能真正表達(dá)信息，傳輸信息。
因此，STEP與其他數(shù)據(jù)交換方法不同之點(diǎn)在于別的方法僅考慮有限的一類數(shù)據(jù)表達(dá)，僅在具有類似功能的系統(tǒng)（如在相似的CAD系統(tǒng)）之間交換數(shù)據(jù)，而STEP則允許不同功能系統(tǒng)（如在圖形系統(tǒng)與計(jì)算程序系統(tǒng)）之間能夠暢通無阻地進(jìn)行信息傳遞。顯然它們的數(shù)據(jù)形式迥然不同，但STEP在產(chǎn)品概念模型定義的支持下，使得兩類系統(tǒng)能夠充分"理解"所傳遞的數(shù)據(jù)。其實(shí)STEP是一種中間數(shù)據(jù)形式，各個(gè)系統(tǒng)需要有接口與STEP相連，并能夠?qū)⒆约旱臄?shù)據(jù)形式與STEP相互轉(zhuǎn)化，從而與其它系統(tǒng)建立通訊聯(lián)系。目前，STEP版本1.0已問世，對(duì)EXPRESS、通用產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型、形狀表達(dá)等幾部分內(nèi)容作了定義，試圖以提供等價(jià)的功能來代替IGES，DXF，SET，VDA等數(shù)據(jù)形式[2]。
在集成化環(huán)境中，中央統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)象一個(gè)大容器，接收來自不同系統(tǒng)信息，它的.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以是固定的，開發(fā)者提供如詞典一樣定義的數(shù)據(jù)的語言模型，也可以是靈活的，提供語言由用戶定義所研究對(duì)象有數(shù)據(jù)模型。而這些數(shù)據(jù)模型都應(yīng)支持STEP文件，并以STEP文件形式與下屬的各子系統(tǒng)互相傳輸信息。
盡管STEP將是唯一的標(biāo)準(zhǔn)，但在短期內(nèi)不可能在的有的應(yīng)用中使用，不過它最終會(huì)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。為了與國(guó)際上這種發(fā)展動(dòng)向保持一致，我國(guó)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)者們應(yīng)該考慮到與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兼容問題，我們才能使開發(fā)的系統(tǒng)便于在世界上交流參建筑行業(yè)，集成化的建筑空調(diào)設(shè)計(jì)支持環(huán)境是將CAD與模擬環(huán)境集成一體，使CAD繪圖系統(tǒng)與模擬程序的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及模擬程序之間的數(shù)據(jù)模型均能以STEP文件交流信息。
3知識(shí)庫(kù)的研究
在集成化設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)中，為了指導(dǎo)數(shù)據(jù)的取值、再處理、數(shù)據(jù)的流向、數(shù)據(jù)結(jié)果的解釋、分析以及指導(dǎo)用戶開展模型分析，知識(shí)庫(kù)的建立是很重要的，隨著知識(shí)庫(kù)的功能日益完善，也就使集成系統(tǒng)更具智能化。
知識(shí)庫(kù)中應(yīng)該包括的知識(shí)內(nèi)容有：
·默認(rèn)值：由于一般物理過程很復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用者如果對(duì)物理過程和物理概念沒有較為細(xì)致的了解，就很難為一些參數(shù)取值，因此，象大地反射率、墻表面對(duì)流系數(shù)、內(nèi)墻表面黑度、太陽吸收率等與復(fù)雜物理過程聯(lián)系緊密的參數(shù)，在知識(shí)庫(kù)內(nèi)都應(yīng)具備默認(rèn)值，如果用戶不能給出，也能使系統(tǒng)賦予參數(shù)默認(rèn)值后進(jìn)行正常模擬。
·經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：對(duì)于一些需要大量經(jīng)驗(yàn)判斷，一般設(shè)計(jì)者難以給出的數(shù)據(jù)，諸如換氣次數(shù)、室內(nèi)工作人員負(fù)荷、工作日程安排、設(shè)備運(yùn)行規(guī)律、照明時(shí)間、房間家具的布置、房間熱容的取值等等都需有一定的經(jīng)驗(yàn)才能給出合適值。知識(shí)庫(kù)可以根據(jù)建筑物的類型等等提出相應(yīng)參考值，從而保證這些數(shù)據(jù)取值正確。
·物理模型選�。涸诮ㄖM中，每個(gè)物理環(huán)節(jié)可以由多種不同的物理模型來描繪，不同的物理模型適宜于不同的情況。比如對(duì)某一建筑進(jìn)行能耗估算，則可選取穩(wěn)態(tài)模型，而如果對(duì)某一恒溫恒濕房間模擬室內(nèi)溫度變化，則必須用動(dòng)態(tài)模型。這些物理模型可包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱模型、太陽長(zhǎng)波輻射模型、短波輻射模型、遮陽計(jì)算模型、空氣流動(dòng)模型等等。物理模型選擇的正確與否會(huì)大大影響模擬分析的結(jié)果，因此知識(shí)庫(kù)應(yīng)該對(duì)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用背景提供選取物理模型的方案，并由所選的物理模型來選擇能夠支持該模型的模型軟件進(jìn)行模擬分析。如何總結(jié)和劃分以及表述物理模型不僅需要專家的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，還需要理論分析，并建立模型與模擬程序之間的應(yīng)關(guān)系。知識(shí)庫(kù)中這類知識(shí)為一般實(shí)際應(yīng)用者提供了專家經(jīng)驗(yàn)，可保證模擬分析的質(zhì)量。
·建筑簡(jiǎn)化模型選�。河捎趯�(shí)際建筑很復(fù)雜，應(yīng)用模擬軟件進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，必須首先將建筑簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的幾何模型，比如有單空間模型、多空間模型。如何進(jìn)行這樣的簡(jiǎn)化也是需要專家知識(shí)的，這種幾何形狀的轉(zhuǎn)化不僅僅是選取空間，還有再造的過程。建筑簡(jiǎn)化模型的選取不僅與應(yīng)用目的有關(guān)，還與建筑具體應(yīng)用狀況有關(guān)系，比如房間要求的加熱點(diǎn)、房間內(nèi)人員安排、窗戶朝向、房間熱容、層高等等。知識(shí)庫(kù)中如果包含了這類知識(shí)，系統(tǒng)就可以自動(dòng)地將建筑幾何尺寸進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)化，相當(dāng)于構(gòu)造了一個(gè)新的由單空間或多房間構(gòu)成的簡(jiǎn)單建筑體！這無疑大大簡(jiǎn)化了模擬原建筑的過程，同時(shí)合理地簡(jiǎn)化也保證了模擬評(píng)價(jià)結(jié)果的正確性。
為了使知識(shí)庫(kù)包含這些內(nèi)容，并具有相應(yīng)的功能，必須一方面研究知識(shí)的內(nèi)容，另一方面研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的知識(shí)結(jié)構(gòu)。歸納起來，知識(shí)庫(kù)的研究開發(fā)要解決的問題有：
①知識(shí)的來源和獲取途徑：由上面的闡述可知，知識(shí)庫(kù)的知識(shí)需要大量的專家經(jīng)驗(yàn)，單憑某個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如何提供友好的界面接收專家所表述的知識(shí)以及采用怎樣的表述方式都是難點(diǎn)。對(duì)專家來說，最好的方式是采用自然語言表述，但這將給知識(shí)的可利用性和可執(zhí)行性帶來更大的困難。解決方式之一可能是系統(tǒng)為專家提供一種容易接受的語言，由專家來寫知識(shí)，這種語言不僅有足夠的單詞量，還要有豐富的語法使得可以清晰唯一地表述上面的知識(shí)。還要注意到所要求的專家不僅是某一方面的專家，因?yàn)檫@些知識(shí)要求有模擬分析方面的專家知識(shí)，還要有程序使用方面的專家知識(shí)。因此在設(shè)計(jì)獲取方式時(shí)要考慮到這一點(diǎn)。
�、谥R(shí)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的表達(dá)方式：適當(dāng)?shù)闹R(shí)表達(dá)方式不僅保證可表達(dá)知識(shí)的范圍，而且對(duì)知識(shí)的推理、擴(kuò)充及更新都有很重要的影響。知識(shí)庫(kù)與以往的模擬軟件中的知識(shí)不同之處在于后者的知識(shí)已附在程序編碼之中，知識(shí)與計(jì)算結(jié)成一體，知識(shí)的修改、更新需要改變整個(gè)模擬程序，而知識(shí)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)在球需要修改程序，知識(shí)抽取出來以一種特殊的方式集成到系統(tǒng)中，并能按這些知識(shí)指導(dǎo)模擬過程。知識(shí)庫(kù)的結(jié)構(gòu)與所表述的知識(shí)內(nèi)容有關(guān)，就以上的建筑模擬知識(shí)的特點(diǎn)，知識(shí)的表述可以采用面向目標(biāo)的概念，將知識(shí)分"類"表達(dá)，保證知識(shí)的統(tǒng)一和知識(shí)之間的聯(lián)系。這方面的研究是知識(shí)庫(kù)開發(fā)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。
�、壑R(shí)的可執(zhí)行性：所研究的知識(shí)表達(dá)方式應(yīng)能夠充分保證它的可執(zhí)行性，也主是說由表達(dá)的知識(shí)可以執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，否則知識(shí)為起不到應(yīng)有的作用。比如根據(jù)相應(yīng)的知識(shí)得知采用單容積模型，并決定選取哪一個(gè)房間，知識(shí)庫(kù)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，找到該房間，經(jīng)過必要的簡(jiǎn)化后組成一個(gè)單空間模型，又根據(jù)所選擇程序的需要建立程序輸入文件。這一系列動(dòng)作是需要嚴(yán)密的知識(shí)表述并經(jīng)過推理得出再執(zhí)行的。在知識(shí)庫(kù)研究開發(fā)中，知識(shí)表達(dá)與可執(zhí)行性是一起考慮的，既要保證知識(shí)表達(dá)的準(zhǔn)確唯一，又要考慮知識(shí)為計(jì)算機(jī)所能理解并進(jìn)行推理。
在已開發(fā)研究的集成化設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)中，知識(shí)庫(kù)還遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期的功能。但是知識(shí)庫(kù)對(duì)于開發(fā)高水平的集成環(huán)境是必不可少的。強(qiáng)大的知識(shí)庫(kù)的建立是邁向智能化的標(biāo)志。
4歐美建筑空調(diào)設(shè)計(jì)支持環(huán)境的發(fā)展
COMBINE（ComputerModelsfortheBuildingIndustryinEurope）是由歐共體提供資金、8個(gè)國(guó)家15個(gè)研究組織加、于1990年開始的一個(gè)比較大的項(xiàng)目，它的最終目標(biāo)是建立智能化的建筑空調(diào)設(shè)計(jì)集成環(huán)境。COMBINE的第一階段于1992年9月結(jié)束，之后進(jìn)入第二階段的研究。其基本思想就是充分利用已有的建筑模擬軟件（DTs），建立一個(gè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)（IDM），各個(gè)軟件通過與中心數(shù)據(jù)庫(kù)通訊來相互傳遞信息，另附有一個(gè)部件數(shù)據(jù)庫(kù)（CDB）[3]。
第一階段的工作集中在IDM中概念模型的建立。IDM是一個(gè)非常大的數(shù)據(jù)模型，包含了建筑行業(yè)幾乎所有重要的信息，相當(dāng)于一部大字典。CAD與DTs之間并沒有直接的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)過程，它們都是通過與IDM通訊來達(dá)到相互交流的目的。IDM是用NIAM建模，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為EXPRESS的概念型模型，其中包括了圖形尺寸、材料、空調(diào)參數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的參數(shù)、空氣流動(dòng)參數(shù)等等，盡可能地包攬了建筑中常用信息。具體數(shù)據(jù)文件是由STEP文件傳遞，與EXPRESS結(jié)合表述所傳遞的信息。COMBINE中DTs有六組，分別完成建筑設(shè)計(jì)與模擬的幾個(gè)方面，如有完成初步設(shè)計(jì)階段的評(píng)價(jià)的軟件，有完成詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的評(píng)價(jià)軟件，有設(shè)計(jì)散熱器布置的軟件等等[4]。部件數(shù)據(jù)庫(kù)CDB貯存標(biāo)準(zhǔn)的部件數(shù)據(jù)，比如標(biāo)準(zhǔn)窗的數(shù)據(jù)、墻的數(shù)據(jù)及空調(diào)、供熱系統(tǒng)一些典型部件的數(shù)據(jù)。這項(xiàng)工作剛剛開始。
COMBINE第二階段的工作是完善IDM及進(jìn)一步在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)IDM，即選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)管理軟件；在IDM外圍開發(fā)DES（DateExchangeSystem）與AutoCAD接口；每一組DT的開發(fā)及建立與IDM的接口。此外另有一項(xiàng)目是開發(fā)一個(gè)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)集成于COMBINE中用來指導(dǎo)選擇程序、使用程序、簡(jiǎn)化向計(jì)算機(jī)輸入建筑信息的過程。
比利時(shí)也在開發(fā)建筑設(shè)計(jì)集成軟件，其結(jié)構(gòu)與COMBINE類似，有一中心數(shù)據(jù)交換區(qū)，各個(gè)設(shè)計(jì)工具與中心區(qū)之間由驅(qū)動(dòng)器（driver）來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可以對(duì)五個(gè)方面作設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)[5]；
熱分析：設(shè)計(jì)軟件有MBDSA，Suncode，BLAST，DOE2.1C，TRNSYS，HVACSIMt，ESP。
結(jié)構(gòu)分析：設(shè)計(jì)軟件有Systus,Acord。
噪聲分析：Sysnoise.
采光分析：Surperlite，Daylite，DOE2.1C。
費(fèi)用成本分析：Multi·Devis。
由于設(shè)計(jì)方面不一樣，存在著多種法規(guī)，如果針對(duì)某一個(gè)問題從不同方面得到不同的答案，那么系統(tǒng)應(yīng)有解決沖突的功能，便于用戶對(duì)比、評(píng)價(jià)并作選擇，該系統(tǒng)集成了CAD圖形工具及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS），用來處理材料屬性、地理坐標(biāo)等等常用信息。到目前為止，該系統(tǒng)只能處理一個(gè)空間的建筑，未來計(jì)劃是擴(kuò)展到復(fù)雜建筑，實(shí)現(xiàn)多空間劃分與選取算法；完成知識(shí)庫(kù)，集成到系統(tǒng)中去，作為設(shè)計(jì)的助手，以解決沖突的問題；將中心數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)連接到面向目標(biāo)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。此系統(tǒng)是以Turbo-Pascal寫成。
瑞士的ClickInformatic公司和PaulScherrerInstitute聯(lián)合開發(fā)集成的HVAC工程系統(tǒng)[6]考慮了整個(gè)建筑和設(shè)施，并作為一個(gè)集成的模型，在完成了大量的樣品應(yīng)用試驗(yàn)之后，將基本程序與一些典型化的應(yīng)用組合起來形成一個(gè)"功能模型"，能夠?qū)τ邢薜牡湫虷VAC工程中的一些例程進(jìn)行處理。它的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)軟件工具：用戶界面語言，參數(shù)繪圖語言，層次定義語言，數(shù)據(jù)定義語言。建立在此結(jié)構(gòu)上的功能模型充分體現(xiàn)了開發(fā)該系統(tǒng)的意圖：支持工程師的日常設(shè)計(jì)工作，比如繪圖、預(yù)測(cè)、計(jì)算、評(píng)價(jià)等。功能模型包括：
方案處理工具（建筑師用CAD繪圖，傳送給系統(tǒng)）
方案編輯（使方案在坐標(biāo)系統(tǒng)中正確定位，并使建筑具有三維視覺印象）
建筑模型編輯（建筑模型定義和編輯）
建筑元件目錄（定義建筑元件）
目前，集成的HVAC工程系統(tǒng)還未發(fā)展成熟，這些思想還遠(yuǎn)未完全體現(xiàn)出來，以后第二階段將向更廣的應(yīng)用發(fā)展，比如能量計(jì)算方面。
德國(guó)開發(fā)的RETEX系統(tǒng)也是計(jì)算機(jī)支持的集成環(huán)境，其目的是為建筑師、工程師、能量分析專家提供一個(gè)工作臺(tái)[7]。它建立了完整的建筑的計(jì)算機(jī)模型，包括設(shè)計(jì)的每個(gè)階段的每個(gè)方面（設(shè)計(jì)、構(gòu)造、運(yùn)行、再設(shè)計(jì)）。由于不同階段遵循不同的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，而系統(tǒng)提供的工作臺(tái)能夠支持建筑師、工程師等用不同法規(guī)對(duì)建筑各個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。工作臺(tái)為用戶提供了共用的界面，這個(gè)共同的界面包含著不同問題所對(duì)應(yīng)的不同的模塊。另外，系統(tǒng)能分別支持散布在不同地點(diǎn)的用戶，通過網(wǎng)絡(luò)連接。
傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)過程在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)時(shí)是按順序進(jìn)行，也是說建筑師作完了設(shè)計(jì)后，其它工程師在此基礎(chǔ)之上，完成各自的設(shè)計(jì)計(jì)算，而不得改動(dòng)原設(shè)計(jì)。RETEX的構(gòu)思與此不同，它是采用集成規(guī)劃，建筑師從一開始就會(huì)得到其他工程師、專家的支持，即從設(shè)計(jì)初始階段工程師就參與了設(shè)計(jì)過程。這樣可大大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。
美國(guó)開發(fā)的AEDOT系統(tǒng)也是努力建立一個(gè)集成設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)，與COMBINE不同之處在于AESOT系統(tǒng)是為不同目的專門設(shè)計(jì)了一些程序（叫做設(shè)計(jì)工具designtools），使用戶可以較方便地模擬。其好處是程序簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)易轉(zhuǎn)換、傳遞，不存在轉(zhuǎn)換輸入數(shù)據(jù)文件的困難，但不象COMBINE那樣能充分發(fā)揮已完成的模擬程序的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楝F(xiàn)有的許多模擬程序應(yīng)用范圍廣，計(jì)算效果也較理想，能夠計(jì)算比較復(fù)雜的建筑問題。5對(duì)我國(guó)發(fā)展集成化建筑支持環(huán)境的建議
70年代初發(fā)達(dá)國(guó)家就普遍開發(fā)建筑模擬軟件，通過模擬來研究節(jié)能建筑和HVAC系統(tǒng)，而我國(guó)直到80年代初才在較大范圍內(nèi)開發(fā)和引進(jìn)建筑分析模擬軟件，比國(guó)外晚了10年，這在一定程序上影響了我國(guó)建筑和HVAC的發(fā)展。
從80年代初期，發(fā)達(dá)國(guó)家開始推廣CAD輔助設(shè)計(jì)，我國(guó)也在廣泛地開發(fā)研究計(jì)算機(jī)繪圖與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在建筑和HVAC設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。這些研究為進(jìn)一步開發(fā)集成化支持環(huán)境提供了基礎(chǔ)。開發(fā)建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)支持環(huán)境能夠大大提高我國(guó)建筑和HVAC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，并能充分利用已有的模擬技術(shù)，節(jié)約人力，節(jié)約能耗。若這方面落后將會(huì)對(duì)今后我國(guó)的建筑和HVAC領(lǐng)域的發(fā)展帶來很大影響。
目前我國(guó)一些高校和設(shè)計(jì)研究部門已經(jīng)開始做這方面的工作，但都是各成一體。由于集成化設(shè)計(jì)支持環(huán)境的開發(fā)是一項(xiàng)巨大的工程，小打小鬧不可能搞成功。按照我國(guó)的人力、財(cái)力狀況，這樣分頭工作、獨(dú)立開發(fā)，要想搞出高水平的集成環(huán)境是比較困難的。因此由有關(guān)部門組織協(xié)調(diào)，或民間加強(qiáng)交流合作是將非常有益的。
由于集成化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是多子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的共亨和轉(zhuǎn)換，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常重要的。只有按照統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，才有可能使我們的系統(tǒng)很方便地與其他系統(tǒng)相連。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建立我國(guó)建筑的設(shè)備、產(chǎn)品、材料數(shù)據(jù)庫(kù)，也才能使這些設(shè)備、產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，納入到國(guó)際數(shù)據(jù)庫(kù)中，被各種優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)境所接收。因此目前應(yīng)盡早參照ISOSTEP標(biāo)準(zhǔn)，建立我國(guó)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，使各種數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、CAD及模擬軟件的接口、集成環(huán)境的設(shè)計(jì)都建立在這個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)之下。
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