CN106157779A - 一种自然现象影响建筑的实体模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述实体模拟装置包括空间隔离外壳、自然现象发生装置、被试建筑装置、观察装置、感知系统、控制系统、计算及储存系统，所述被试建筑装置在空间隔离外壳内部；自然现象发生装置设置在所述空间隔离外壳的里面或外面；控制系统能控制自然现象发生装置运行；计算及储存系统记录、分析、储存自然发生系统产生的自然现象变化的参数及被试建筑受自然现象影响的参数。本发明所述的实体模拟装置通过人‑建筑‑环境的关系分析，进一步评价影响建筑发生变化的因素条件，解析建筑和自然环境的依存关系，特别是该模拟为高层建筑和城市等建筑群体的研究带来了方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟装置，尤其涉及一种自然现象影响建筑的实体模拟装置。
背景技术
建筑是地球上数量最多的人工体，是人类的居住机器，不仅为人类提供安全舒适的生活工作环境，同时也受自然及社会环境的影响，特别是千百年来人类依靠并适应各地不同的自然环境，创造性地应用各种手段让世界各地的建筑形态丰富多彩，各具特色，是各地自然人文景观的主要部分；人类通过建筑形体以及材料、构造等条件的改变，使建筑与自然和谐相处，特别是中国，自古以来就遵从“天人合一”的思想，敬畏自然，利用自然，创造了一系列的环境友好的营造建筑经验，形成宜居的建筑生活环境。
尽管人类的创造智慧无穷，通过工匠的营造使建筑满足了人类居住需要的同时，形成与自然和谐的特有营造方法，但这些方法的共同之处就是点点滴滴，由不同的个体小经验组成。
其中，不能直接综合地再现模拟自然现象，通过实验的重复性方法验证自然与建筑的关系，这是最大的问题。
由于自然的现象千变万化，非常复杂，建筑和自然的关系存在双向的变化，建筑随地域的变化同时受自然环境影响，自然现象多而复杂，至今未曾通过完全人工的装置全面有效地再现模拟。加之宇宙自然空间尺度大，特别是实验有重复性要求，自然与建筑的关系模拟，希望自然现象被模拟的逼真，但根据现有的设备很难真实地再现自然场景，模拟起来不仅经济成本高，还有技术上的难题，困难不少。建筑和自然的关系是一种双向的变化关系，建筑随地域而变化，受自然环境影响，自然现象多而复杂，至今未曾通过完全人工的装置全面有效地再现模拟。
发明内容
本发明目的是：对自然现象的建筑影响情况进行抽象提取，并按影响程度和装置实现可能性适当排序，形成基本的自然现象发生装置:气温的温湿度、降水及雾气、降雪、风、日照、地震、海拔高度等；通过场景再现变化，重现自然现象对建筑的影响变化，通过缩小模型展现大的自然环境现象。
本发明的技术方案是：
一种自然现象影响建筑的实体模拟装置，所述实体模拟装置包括空间隔离外壳、自然现象发生装置、被试建筑装置、观察装置、感知系统、控制系统、计算及储存系统，所述被试建筑装置在空间隔离外壳内部；自然现象发生装置设置在所述空间隔离外壳的里面或外面；所述观察装置设置在空间隔离外壳上，能从外面观察到空间隔离外壳内部的情况；感知系统设置在自然现象发生装置的内部，并与计算及储存系统连接；控制系统能控制自然现象发生装置运行；计算及储存系统记录、分析、储存自然现象发生装置产生的自然现象变化的参数及被试建筑受自然现象影响的参数。
优选的，所述自然现象发生装置包括降雨装置，所述降雨装置是一设置在空间隔离外壳外面上方的容器，所述降雨装置包括设置在所述降雨装置底部的网点状的面板，在所述面板上设置有大小相同或不同的小洞，所述容器内设置有能调节降雨量大小的压力控制装置，通过压力和小洞的口径大小调节下雨大小和水流速度。
优选的，所述降雨装置的所述面板设有两层，两层相互叠合，两层面板的洞能相互错动，形成大小不同的叠合洞口。
优选的，所述自然现象发生装置还包括设置在空间隔离外壳外面上方的降雪降冰装置，所述降雪降冰装置包括所述降雨装置和雪冰产生装置，雪冰产生装置可进行人工造雪和造冰，模拟真实的自然环境，雪冰产生装置设在外部，所述雪冰产生装置将储水槽的水做成雪或冰后由雪冰产生装置的顶部通过人工控制风压力吹下或自由落体落下所述雪或冰，冰是比雪大的颗粒，同样方法落下。
降雨降雪装置的位置可上下错位替换。由于是在一个狭小的空间模拟，降雨降雪或冰装置的降下速度考虑实际自然的加速度影响。为了便于观察，做雨、雪或冰的水也可以加上彩色的颜色。
优选的，所述自然现象发生装置还包括风循环装置，所述风循环装置为设置在空间隔离外壳上的至少一个进风口和至少一个出风口。
优选的，所述自然现象发生装置包括振动旋转装置，所述振动旋转装置将振动台和旋转合为一体，上载被试的建筑装置，可以模拟地震等其他振动现象，对建筑物或设备的破坏情况进行实证，能模拟垂直和水平的振动现象，按振动的震级、烈度和不同旋转角度标定；振动旋转装置设置有振动和旋转台，所述振动和旋转台设置在被试建筑装置下部，而被试建筑装置设置在储水槽的上部位置，除了被试建筑装置或建筑设备本身外，振动旋转装置不对其他装置和设备造成振动和旋转影响，与下部储水槽脱开，为独立装置，振动旋转角度可以水平和垂直间的变化，使被试建筑装置形成立体的半球转动，振动旋转装置还设置有升降装置，方便演示不同标高、地理坐标和被试建筑物或设备装置的变化状况。
优选的，所述自然现象发生装置包括温湿度和太阳辐射装置、地面和建筑内的积水装置，所述温湿度和太阳辐射装置选择照明光源中最接近太阳辐射光谱的光源模拟自然光，并利用空调和超声波加湿器，形成可调的温湿、光照和辐射的空间环境；所述地面和建筑内的积水装置根据需要从储水槽中提取水至隔离外壳内空间，提取有快慢变化，振动旋转台作防水处理，不会因积水而渗水毁坏设备。上述装置的工作是一个或多个或全部作动，通过控制系统控制，并协调好不同装置的工作参数，使之不冲突，如空调装置和太阳辐射装置的协调。
优选的，所述被试建筑可根据实验需要设置为装配或非装配方式建筑模型，模型按一定比例缩小，建筑模型由不同材料、结构、形状、大小、建筑类型的设计经拼装搭建而成，通过墙体的厚薄、墙体的开洞方式、大小和位置、建筑使用的材料和构造方式表现建筑的密闭或开放的程度、评价渗水漏水、保暖和隔热的状况，建筑的设计对照国家规范标准或/试验阶段的不对照国家规范标准；根据实验目的可对其中的部分构件或建筑总体实施模拟实验，由材料、结构、形状和建筑的缩小引起的变化通过参照相关的计算模型进行加权考虑；所述被试建筑表现为独栋或群体建筑，群体建筑时为城市或区域或小区，在垂直方向上建筑是单层或多层或高层。
优选的，所述感知系统包括振动传感器、温度传感器、湿度传感器、或风力传感器、热辐射传感器；所述观察装置包括摄像装置、窥视显微装置、透明玻璃和/遮光设施，所述摄像装置、窥视显微装置还设置有伸缩装置和/或转动装置；所述自然现象影响建筑的实体模拟装置还包括地面和建筑内的积水模拟刻度、回流储水槽，所述积水模拟刻度用来测量地面和建筑内的积水深度，所述回流储水槽用来储存水。
优选的，所述计算及储存系统还有定位复述功能，可事先输入并储存不同地区的经纬度以及相关的气象、降雨降雪、标高、地形地貌数据，然后设置或导入不同经纬度地区建筑的相关参数，并按当地的气象、降雨降雪、标高、地形地貌数据实施实验并作相互比较，实现不同地区间的建筑与自然的关系实验认证。
本发明的优点：
1、本发明所述的实体模拟装置通过人-建筑-环境的关系分析，进一步评价影响建筑发生变化的因素条件，解析建筑和自然环境的依存关系，特别是该模拟为高层建筑和城市等建筑群体的研究带来了方便。
2、由于本发明模拟装置的模拟表现的场景直观可视、数据可靠性强，有助于相关专业的教学普及应用。
3、本发明所述实体缩小模拟装置的模拟不受场地限制，能够节省场地设备及其他投资，使人能够为建筑和自然现象的容易理解架设桥梁。
4、所述降雨装置的所述面板设有两层，两层相互叠合，两层面板的洞能相互错动，形成大小不同的叠合洞口。利用二层开洞面板的叠合和相互错动，形成洞口大小不一的方法调节降雨量和风量的大小。
5、所述观察装置包括摄像装置、显微装置和/或望远镜、透明玻璃，可以从多角度不同距离场景下清晰地观察模拟装置内的现象和数据，所述摄像装置、显微装置和/或望远镜还设置有伸缩装置和/或转动装置，方便操作者观察和操作。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为自然环境现象基本概念的示意图。
图2为本发明所述自然现象影响建筑的实体模拟装置天体和建筑大致关系的示意图。
图3为本发明所述自然现象影响建筑的实体模拟装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
图1为自然环境现象基本概念的示意图。自然环境现象包括降水1、气温2等，自然现象受植被3、地形地貌4、土壤5、矿藏6等影响。
图2为本发明所述自然现象影响建筑的实体模拟装置天体和建筑大致关系的示意图。天体7将被试建筑8包围在内。
图3为本发明所述自然现象影响建筑的实体模拟装置的示意图。一种自然现象影响建筑的实体模拟装置，所述实体模拟装置包括空间隔离外壳9、自然现象发生装置、被试建筑装置、观察装置、感知系统、控制系统、计算及储存系统，所述被试建筑装置在空间隔离外壳内部；自然现象发生装置设置在所述空间隔离外壳的里面或外面；所述观察装置设置在空间隔离外壳上，能从外面观察到空间隔离外壳内部的情况；感知系统设置在自然现象发生装置的内部，并与计算及储存系统连接；控制系统能控制自然现象发生装置运行；计算及储存系统记录、分析、储存自然现象发生装置产生的自然现象变化的参数及被试建筑受自然现象影响的参数。
作为优选的技术方案，所述自然现象发生装置包括降雨装置10，所述降雨装置10是一设置在空间隔离外壳9外面上方的容器，所述降雨装置包括设置在所述降雨装置底部的网点状的面板，在所述面板上设置有大小相同或不同的小洞，所述容器内设置有能调节降雨量大小的压力控制装置，通过压力和小洞的口径大小调节下雨大小和水流速度。
作为优选的技术方案，所述降雨装置的所述面板设有两层，两层相互叠合，两层面板的洞能相互错动，形成大小不同的叠合洞口。利用二层开洞面板的叠合和相互错动，形成洞口大小不一的方法调节降雨量和风量的大小。
作为优选的技术方案，所述自然现象发生装置还包括设置在空间隔离外壳外面上方的降雪降冰装置11，所述降雪降冰装置包括所述降雨装置10和雪冰产生装置12，雪冰产生装置可进行人工造雪和造冰，模拟真实的自然环境，雪冰产生装置设在外部，所述雪冰产生装置将储水槽的水做成雪或冰后由雪冰产生装置的顶部通过人工控制风压力吹下或自由落体落下所述雪或冰，冰是比雪大的颗粒，同样方法落下。
降雨装置和降雪降冰装置的位置可上下错位替换。由于是在一个狭小的空间模拟，降雨降雪或冰装置的降下速度考虑实际自然的加速度影响。为了便于观察，做雨、雪或冰的水也可以加上彩色的颜色。
作为优选的技术方案，所述自然现象发生装置还包括风循环装置，所述风循环装置为设置在空间隔离外壳上的至少一个进风口 18和至少一个出风口19。
作为优选的技术方案，所述自然现象发生装置包括振动旋转装置13，所述振动旋转装置将振动台20和旋转合为一体，上载被试的建筑装置，可以模拟地震等其他振动现象，对建筑物或设备的破坏情况进行实证，能模拟垂直和水平的振动现象，按振动的震级、烈度和不同旋转角度标定；振动旋转装置设置有振动和旋转台，所述振动和旋转台设置在被试建筑装置下部，而被试建筑装置设置在储水槽的上部位置，除了被试建筑装置或建筑设备本身外，振动旋转装置不对其他装置和设备造成振动和旋转影响，与下部储水槽脱开，为独立装置，振动旋转角度可以水平和垂直间的变化，使被试建筑装置形成立体的半球转动，同时还有提升降功能，方便演示不同标高、地理坐标和被试建筑物或设备装置的变化状况。
作为优选的技术方案，所述自然现象发生装置包括温湿度和太阳辐射装置14、地面和建筑内的积水装置，所述温湿度和太阳辐射装置选择照明光源中最接近太阳辐射光谱的光源模拟自然光，并利用空调和超声波加湿器，形成可调的温湿、光照和辐射的空间环境；所述地面和建筑内的积水装置根据需要从储水槽中提取水至隔离外壳内空间，提取有快慢变化，振动旋转台作防水处理，不会因积水而渗水毁坏设备。上述装置的工作是一个或多个或全部作动，通过控制系统控制，并协调好不同装置的工作参数，使之不冲突，如空调装置和太阳辐射装置的协调。
作为优选的技术方案，所述被试建筑可根据实验需要设置为装配或非装配方式建筑模型，模型按一定比例缩小，建筑模型由不同材料、结构、形状、大小、建筑类型的设计经拼装搭建而成，通过墙体的厚薄、墙体的开洞方式、大小和位置、建筑使用的材料和构造方式表现建筑的密闭或开放的程度、评价渗水漏水、保暖和隔热的状况，建筑的设计对照国家规范标准或/试验阶段的不对照国家规范标准；根据实验目的可对其中的部分构件或建筑总体实施模拟实验，由材料、结构、形状和建筑的缩小引起的变化通过参照相关的计算模型进行加权考虑；所述被试建筑表现为独栋或群体建筑，群体建筑时为城市或区域或小区，在垂直方向上建筑是单层或多层或高层。
作为优选的技术方案，所述感知系统15包括振动传感器、温度传感器、湿度传感器、或风力传感器、热辐射传感器；所述观察装置包括摄像装置、窥视显微装置、透明玻璃和/遮光设施，所述摄像装置、窥视显微装置还设置有伸缩装置和/或转动装置；所述观察装置包括摄像装置16、显微装置和/或望远镜、透明玻璃17，可以从多角度不同距离场景下清晰地观察模拟装置内的现象和数据，所述摄像装置、显微装置和/或望远镜还设置有伸缩装置和/或转动装置，方便操作者观察和操作。所述自然现象影响建筑的实体模拟装置还包括地面和建筑内的积水模拟刻度、回流储水槽，所述积水模拟刻度用来测量地面和建筑内的积水深度，所述回流储水槽用来储存水。
优选的，所述计算及储存系统还有定位复述功能，可事先输入并储存不同地区的经纬度以及相关的气象、降雨降雪、标高、地形地貌数据，然后设置或导入不同经纬度地区建筑的相关参数，并按当地的气象、降雨降雪、标高、地形地貌数据实施实验并作相互比较，实现不同地区间的建筑与自然的关系实验认证。
建筑会受到多元自然因素的影响，是变量，实际的装置，可以是多元自然现象同时作用，亦可一种或几种现象的组合；因此被试建筑也会受到实体模拟装置中的多元自然因素的影响，可能会出现一种或几种现象同时作用的情况。
建筑物受自然现象影响而发生变化，建筑单体变化可以是单体全部，亦可建筑局部或某些部件的变化；可以是材料、结构、构造的变化，如屋面倾斜度、墙体、窗洞变化等，结构不严，可能造成结构破坏、屋顶脱落等。本发明所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置也可以产生上述多种变化，会模拟上述多种场景。
建筑物还会受地域变化因素、随经纬度变化、温湿度、地形变化而变化。本发明所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置也模拟了被试建筑受地域变化因素、随经纬度变化、温湿度、地形变化而变化的场景。
自然现象的一些变化方法：风向与建筑，固定建筑、旋转风向角度，或者固定风向，旋转建筑的角度，均可以使风的方向因素在建筑体现，降雨量和风量调节，通过设置在顶部的网点状的面板，在面板上开小洞，利用二层开洞面板的叠合和相互错动，形成洞口大小不一的方法调节降雨量和风量的大小；还有雾气形成也可以在本发明所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置中模拟。
被试建筑物物的尺度，有水平和垂直的两类，水平的可分为建筑群体或城市区域，垂直的为高层建筑，同样受风、空气、温湿度等影响，有热岛效应。
自然现象每时每刻作用影响着建筑和任何物种，这个过程可用时间衡量，为此，自然和建筑的关系可根据时间的特点进行调节，可适用长期观察的需要；本发明所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置中模拟还会考虑时间因素的影响进行模拟。
通过控制与记录，通过摄像记录场景，发现问题，模拟自然现象对建筑物的影响，从而为建筑物的设计、改进、预防灾难等方面做出研究和贡献。
本发明所述的实体模拟装置通过人-建筑-环境的关系分析，进一步评价影响建筑发生变化的因素条件，解析建筑和自然环境的依存关系，特别是该模拟为高层建筑和城市等建筑群体的研究带来了方便。由于本发明模拟装置的模拟表现的场景直观可视、数据可靠性强，有助于相关专业的教学普及应用。本发明所述模拟装置的模拟不受场地限制，能够节省场地设备及其他投资，使人能够为建筑和自然现象的容易理解架设桥梁。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述实体模拟装置包括空间隔离外壳、自然现象发生装置、被试建筑装置、观察装置、感知系统、控制系统、计算及储存系统，所述被试建筑装置在空间隔离外壳内部；自然现象发生装置设置在所述空间隔离外壳的里面或外面；所述观察装置设置在空间隔离外壳上，能从外面观察到空间隔离外壳内部的情况；感知系统设置在自然现象发生装置的内部，并与计算及储存系统连接；控制系统能控制自然现象发生装置运行；计算及储存系统记录、分析、储存自然现象发生装置产生的自然现象变化的参数及被试建筑受自然现象影响的参数。
2.根据权利要求1所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述自然现象发生装置包括降雨装置，所述降雨装置是一设置在空间隔离外壳外面上方的容器，所述降雨装置包括设置在所述降雨装置底部的网点状的面板，在所述面板上设置有大小相同或不同的小洞，所述容器内设置有能调节降雨量大小的压力控制装置。
3.根据权利要求2所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述降雨装置的所述面板设有两层，两层相互叠合，两层面板的洞能相互错动，形成大小不同的叠合洞口。
4.根据权利要求3所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述自然现象发生装置还包括设置在空间隔离外壳外面上方的降雪降冰装置，所述降雪降冰装置包括所述降雨装置和雪冰产生装置，雪冰产生装置可进行人工造雪和造冰，模拟真实的自然环境，雪冰产生装置设在外部，所述雪冰产生装置将储水槽的水做成雪或冰后由雪冰产生装置的顶部通过人工控制风压力吹下或自由落体落下所述雪或冰。
5.根据权利要求1所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述自然现象发生装置还包括风循环装置，所述风循环装置为设置在空间隔离外壳上的至少一个进风口和至少一个出风口。
6.根据权利要求1所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述自然现象发生装置包括振动旋转装置，所述振动旋转装置上载被试的建筑装置，可以模拟地震等其他振动现象，对建筑物或设备的破坏情况进行实证，能模拟垂直和水平的振动现象，标定振动的震级、烈度和不同旋转角度；振动旋转装置设置有振动和旋转台，所述振动和旋转台设置在被试建筑装置下部，而被试建筑装置设置在储水槽的上面位置与下面储水槽脱开，为独立装置，振动旋转的角度可以水平和垂直间的变化，使被试建筑装置形成立体的半球转动，振动旋转装置还设置有升降装置。
7.根据权利要求1所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述自然现象发生装置包括温湿度和太阳辐射装置、地面和建筑内的积水装置，所述温湿度和太阳辐射装置选择照明光源中最接近太阳辐射光谱的光源模拟自然光，并利用空调和超声波加湿器，形成可调的温湿、光照和辐射的空间环境；所述地面和建筑内的积水装置根据需要从储水槽中提取水至隔离外壳内空间，提取有快慢变化，振动旋转台作防水处理，不会因积水而渗水毁坏设备。
8.根据权利要求1所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述被试建筑可根据实验需要设置为装配或非装配方式建筑模型，模型按一定比例缩小，建筑模型由不同材料、结构、形状、大小、建筑类型的设计经拼装搭建而成，通过墙体的厚薄、墙体的开洞方式、大小和位置、建筑使用的材料和构造方式表现建筑的密闭或开放的程度、评价渗水漏水、保暖和隔热的状况，建筑的设计对照国家规范标准或/试验阶段的不对照国家规范标准；根据实验目的可对其中的部分构件或建筑总体实施模拟实验，由材料、结构、形状和建筑的缩小引起的变化参数通过参照相关的计算模型进行加权考虑；所述被试建筑表现为独栋或群体建筑，群体建筑时为城市或区域或小区，在垂直方向上建筑是单层或多层或高层。
9.根据权利要求1所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述感知系统包括振动传感器、温度传感器、湿度传感器、或风力传感器、热辐射传感器；所述观察装置包括摄像装置、窥视显微装置、透明玻璃和/遮光设施，所述摄像装置、窥视显微装置还设置有伸缩装置和/或转动装置；所述自然现象影响建筑的实体模拟装置还包括地面和建筑内的积水模拟刻度、回流储水槽，所述积水模拟刻度用来测量地面和建筑内的积水深度，所述回流储水槽用来储存水。
10.根据权利要求1所述的自然现象影响建筑的实体模拟装置，其特征在于：所述计算及储存系统还有定位复述功能，可事先输入并储存不同地区的经纬度以及相关的气象、降雨降雪、标高、地形地貌数据，然后设置或导入不同经纬度地区建筑的相关参数，并按当地的气象、降雨降雪、标高、地形地貌数据实施实验并作相互比较，实现不同地区间的建筑与自然的关系实验认证。
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