[发明专利]一种考虑风雨耦合作用的大跨屋面排水性能计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑风雨耦合作用的大跨屋面排水性能计算方法，基于建筑参数化BIM模型和CFD实现，包括：将已有的屋顶曲面造型和排水设施参数化；提取建筑屋面整体建筑模型，设置CFD模拟分析需要的边界条件，开展基于CFD风驱雨算法的整体建筑屋面风和雨耦合模拟计算；进行单位时间积水量可视化分析，提取屋面积雨量数据文件；进行雨水径流分析，统计单位时间内排水量；复核屋面排水设施是否达到排水要求，如果不是，则修改屋面曲面造型和排水设施参数，如果是就结束模拟试验。本发明考虑了风驱雨和屋面雨水动态径流对屋面排水设施影响，更加精细化和直观地可视化呈现排水口位置排水量，为大跨空间建筑的排水设施复核提供数字化技术依据。

技术领域

本发明属于建筑给排水和建筑信息模型BIM性能分析技术领域，更具体地，涉及一种考虑风雨耦合作用的大跨屋面排水性能计算方法。

背景技术

全球气候变化背景下极端降雨事件常给城市大跨空间建筑的屋顶排水性能带来严峻挑战。如持续性暴雨天气下大跨空间建筑的屋顶容易发生雨水渗漏、屋面积水以及屋顶受潮等问题，从而影响建筑安全性能和正常使用功能，降低建筑耐久性。因此，尤其对于具有非线性曲面造型特征的大跨建筑屋盖，常需要在方案设计阶段充分考虑屋面排水形式和排水方案的合理性。另一方面，由于有些项目施工工期紧和成本控制，难以在施工期间开展评估整个建筑屋面径流和排水性能的雨水试验。

现有对于大跨空间建筑屋面的给排水方案设计，通常结合当地雨水条件和给排水设计规范资料，确定一定重现期条件下设计雨水流量，然后根据现有工程实际经验设计多个排水方案进行对比分析，对拟定排水设施方案的汇水区域面积、排水沟宽度、排水口流量以及关键分缝等位置进行校核计算。现有排水方案设计流程存在的问题在于，无法动态分析大跨空间建筑整体排水形式合理性，规范计算的建筑屋面雨水强度没有同时考虑风雨耦合和雨水动态径流影响，理论经验公式不一定适用于复杂曲面屋盖的排水方案复核计算等。近年来，国内外开始应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)仿真技术开展雨水模拟，但如何在建筑方案设计阶段和施工阶段开展雨水仿真辅助设计，目前未形成有效的技术方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种考虑风雨耦合作用的大跨屋面排水性能计算方法，为建筑方案阶段和初步设计阶段大跨复杂非线性屋面的曲面造型合理性以及排水设施参数进行复核计算。该计算方法基于BIM模型平台和计算流体力学CFD仿真技术，建立一套能够统计屋面排水口位置雨水量的解决方案，利用开源CFD软件开发的风驱雨耦合求解算法计算给定降雨条件下整体建筑屋面的积雨分布状况，然后基于考虑风驱雨后屋面的积雨量分布，在BIM模型平台中进一步进行雨水径流算法分析，统计屋面各个排水位置排水量，可为屋面曲面造型的排水分析和优化设计提供一种新的技术手段。

为实现上述目的，本发明提供了一种考虑风雨耦合作用的大跨屋面排水性能计算方法，包括：

S1：基于建筑类BIM软件开展大跨复杂建筑屋顶曲面造型设计和排水设施方案确定，建立统计分析排水量的BIM模型；

S2：利用BIM软件信息平台创建的大跨屋面建筑几何模型，以及收集的建筑场地历史气象气候和规范给定的降雨信息资料，开展基于CFD风驱雨算法的屋盖建筑外立面风雨耦合模拟计算；

S3：利用CFD后处理软件进行给定降雨事件中大跨屋面建筑积水量可视化分析，批量提取积雨数据文件至BIM模型平台；

S4：在BIM模型平台中开展整体或局部建筑屋面雨水径流动态分析，基于BIM模型统计给定降雨事件中排水口位置排水量；

S5：根据计算结果参数化修改屋面曲面造型和排水设施参数，继续进行步骤S1～步骤S4的迭代计算，最终确定复核计算排水口位置的排水设施是否满足排水要求，并关联协同BIM模型协同修改。