CN112577702B - 在建工地风环境模拟预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在建工地风环境模拟预测方法，包括如下步骤：记录在建工地的气象风速风向值、同步测量实测风速仪风速风向值并建立与气象风速风向值的第一对应关系；建立流体力学模拟模型，模拟入口风速风向值，获取预测风速仪风速风向值并建立与入口风速风向值的第二对应关系；调整入口风速风向值，使预测风速仪风速风向值等于实测风速仪风速风向值，建立当前入口风速风向值和气象风速风向值的第三对应关系；根据当前入口风速风向值获取场地风环境风速风向值并建立与实测风速仪风速风向值的第四对应关系；根据各对应关系对不同施工阶段在建工地进行风环境模拟预测。本发明可以高效获取和预测特定时间节点在建工地的风环境情况。

Description

在建工地风环境模拟预测方法
技术领域
本发明涉及风环境分析技术领域，特指一种在建工地风环境模拟预测方法。
背景技术
对于风环境的分析，主要有风洞实验与数值流体力学模拟两种方法：传统的风洞实验只是针对特定固定不变建筑场地条件下的风环境实验，一般通过制作缩尺模型，布置有限的测点获取风压值，无法得到详细的风流场，无法考虑建筑场地的动态变化情况，所得实验结果有限，指导在建工地风环境的价值有限；数值流体力学模拟也只是针对特定固定不变建筑场地条件下的风环境模拟。
在建工地随着施工的推进不断的改变建筑外形，对建筑周边的风环境产生实质影响，建筑工地的风环境实际上是一个动态变化的过程，且建筑施工的实际过程均会由于工程的推进作局部的调整，采用上述方法无法完全掌握在建工地在整个施工过程中的风环境情况。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种在建工地风环境模拟预测方法，能够动态模拟在建工地的风环境，可以高效获取特定时间节点的在建工地风环境结果以及预测特定时间节点在预定气象条件下的在建工地风环境结果。
本发明通过如下方案来实现：一种在建工地风环境模拟预测方法，包括如下步骤：
S1、记录在建工地的气象风速风向值、利用预先设置的风速仪同步测量所述气象风速风向值下的实测风速仪风速风向值，建立所述气象风速风向值与所述实测风速仪风速风向值的第一对应关系；
S2、建立所述在建工地的数值流体力学模拟模型，模拟入口风速风向值，并获取所述模型中风速仪所在位置处的预测风速仪风速风向值，建立所述入口风速风向值与所述预测风速仪风速风向值的第二对应关系；
S3、调整所述入口风速风向值，使所述预测风速仪风速风向值等于所述实测风速仪风速风向值，并记录当前所述入口风速风向值，建立所述气象风速风向值与当前所述入口风速风向值的第三对应关系；
S4、利用所述模型获取并记录当前所述入口风速风向值下的场地风环境风速风向值，建立所述实测风速仪风速风向值与所述场地风环境风速风向值的第四对应关系；
S5、获取不同施工阶段在建工地的所述气象风速风向值和/或所述实测风速仪风速风向值，根据所述第一对应关系、所述第二对应关系、所述第三对应关系以及所述第四对应关系预测对所述不同施工阶段在建工地进行风环境模拟预测。
本发明基于数值流体力学模拟技术并结合风速仪，实现气象风环境与场地风环境的匹配以及场地风环境的动态模拟，能够考虑实际工程推进情况，达到高效获取特定时间节点的在建工地风环境结果以及预测特定时间节点在预定气象条件下的在建工地风环境结果的目的，进而可以服务于在建建筑工地的结构抗风安全性评估或者场地内的扬尘评估与扬尘防治、场地内堆场的优化布置以及路面扬尘评估与洒水抑制方案等，能够有效的促进在建工地的安全文明施工，具有较好的经济效益和社会效益。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于，在进行步骤S5时，获取不同施工阶段在建工地的所述气象风速风向值，根据所述第一对应关系和所述第三对应关系预测出所述不同施工阶段在建工地的所述实测风速仪风速风向值和所述入口风速风向值，进一步地，根据所述入口风速风向值获取所述场地风环境风速风向值。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于，在进行步骤S5时，利用所述风速仪获取不同施工阶段在建工地的所述实测风速风向值，根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第四对应关系预测出所述不同施工阶段在建工地的所述气象风速风向值、所述入口风速风向值和所述场地风环境风速风向值。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于，所述场地风环境风速风向值包括所述在建工地内的三维场风速风向分布值及风压值。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于：
所述在建工地分成位于中心的在建建筑、位于所述在建建筑周围一定范围内的周边建筑、以及位于所述周边建筑周围一定范围内的外围建筑；
在针对所述在建工地建立数值流体力学模拟模型时，使所述模型的计算内域覆盖所述在建建筑和所述周边建筑，使所述模型的计算外域进一步覆盖所述外围建筑。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于，所述计算外域的入口面积满足5％的阻塞率要求。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于，在根据所述模型数值模拟入口风速风向值时，风向角通过旋转所述计算外域获得。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于，所述计算内域为圆柱体形。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于，所述风速仪的设置方法如下：于所述在建建筑周围分散设置多个风速仪，以对不同方向的所述气象风速风向值进行测量。
本发明在建工地风环境模拟预测方法的进一步改进在于，所述风速仪设置于所述在建建筑周围的空地上、或者设置于所述周边建筑的制高点。
附图说明
图1示出了本发明各对应关系示意图。
图2本发明在建工地建筑物的划分示意图。
图3示出了本发明数值流体力学模拟模型的计算内域和计算外域示意图。
图4示出了本发明数值流体力学模拟模型模拟风向变化示意图。
图5示出了本发明中多个风速仪的布置示意图。
具体实施方式
为了解决传统风环境分析方法仅针对特定固定不变建筑场地条件下的风环境实验和模拟、而无法完全掌握在建工地在整个施工过程中的风环境情况的问题，提供了一种在建工地风环境模拟预测方法，能够考虑工程推进情况并动态模拟在建工地的风环境，可以高效获取特定时间节点的在建工地风环境结果以及预测特定时间节点在预定气象条件下的在建工地风环境结果。
下面结合附图对该在建工地风环境模拟预测方法作进一步说明。
参阅图1，图1示出了本发明各对应关系示意图。
一种在建工地风环境模拟预测方法，包括如下步骤：
步骤S1、记录在建工地的气象风速风向值Vat(v,θ)、利用预先设置的风速仪同步测量该气象风速风向值Vat(v,θ)下的实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)，建立该气象风速风向值Vat(v,θ)与该实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)的第一对应关系1，该第一对应关系1为函数关系或差值关系。其中，v为风速值，θ为风向角。
步骤S2、建立该在建工地的数值流体力学模拟模型，模拟入口风速风向值Vsim(v,θ)，并获取该模型中风速仪所在位置处的预测风速仪风速风向值V'anemo(v,θ)，建立该入口风速风向值Vsim(v,θ)与该预测风速仪风速风向值V'anemo(v,θ)的第二对应关系2，该第二对应关系2为函数关系或差值关系。
具体来说，该数值流体力学模拟模型可通过选用商用软件，如Fluent，CFX等软件实施。
步骤S3、调整该入口风速风向值Vsim(v,θ)，使该预测风速仪风速风向值V'anemo(v,θ)等于该实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)，并记录当前该入口风速风向值Vsim(v,θ)，建立该气象风速风向值Vat(v,θ)与当前该入口风速风向值Vsim(v,θ)的第三对应关系3。
具体来说：根据该第一对应关系1的实测对比、该第二对应关系2的模拟对比、结合实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)和预测风速仪风速风向值V'anemo(v,θ)的等效关系，建立该第三对应关系3，该第三对应关系3为函数关系或差值关系。
步骤S4、利用该模型获取并记录当前该入口风速风向值Vsim(v,θ)下的场地风环境风速风向值Vsite(p,v,θ,x,y,z)，建立该实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)与该场地风环境风速风向值Vsite(p,v,θ,x,y,z)的第四对应关系4。
具体来说，根据该第二对应关系2的模拟对比、入口风速风向值Vsim(v,θ)和场地风环境风速风向值Vsite(p,v,θ,x,y,z)的数值模拟对应关系、结合实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)和预测风速仪风速风向值V'anemo(v,θ)的等效关系，建立该第四对应关系4，该第三对应关系3为函数关系或差值关系。具体地，该场地风环境风速风向值Vsite(p,v,θ,x,y,z)包括该在建工地内的三维场风速风向分布值及风压值，其中，x,y,z为所述模型中在建工地内任意位置的三维坐标，p为当前该入口风速风向值Vsim(v,θ)下的风压值。也就是说，在得到场地风环境风速风向值Vsite(p,v,θ,x,y,z)时，可以高效获取在建工地内任意位置处的风速、风向及风压值。
步骤S5、获取不同施工阶段在建工地的该气象风速风向值Vat(v,θ)和/或该实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)，根据该第一对应关系1、该第二对应关系2、该第三对应关系3以及该第四对应关系4对所述不同施工阶段在建工地进行风环境模拟预测。
通过上述各对应关系形成以该气象风速风向值Vat(v,θ)、该实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)、当前该入口风速风向值Vsim(v,θ)以及该场地风环境风速风向值Vsite(p,v,θ,x,y,z)为基本参数的闭环系统，利用该闭环系统的逻辑关系，使得在已知任一基本参数的情况下，可以推导出其他基本参数。
本发明的预测方法充分考虑到实际工程的推进情况，达到高效获取特定时间节点的在建工地风环境结果以及预测特定时间节点在预定气象条件下的在建工地风环境结果的目的，进而可以服务于在建建筑工地的结构抗风安全性评估或者场地内的扬尘评估与扬尘防治、场地内堆场的优化布置以及路面扬尘评估与洒水抑制方案等，能够有效的促进在建工地的安全文明施工，具有较好的经济效益和社会效益。
作为一较佳实施方式，在进行步骤S5时，获取不同施工阶段在建工地的该气象风速风向值Vat(v,θ)，根据该第一对应关系1和该第三对应关系3预测出该不同施工阶段在建工地的该实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)和该入口风速风向值Vsim(v,θ)，进一步地，根据该入口风速风向值Vsim(v,θ)获取该场地风环境风速风向值Vsite(p,v,θ,x,y,z)，即可获取到不同施工阶段在建工地的任一位置的风环境情况(包括风速、风向及风压值)。
作为一较佳实施方式，在进行步骤S5时，利用该风速仪获取不同施工阶段在建工地的该实测风速风向值Vanemo(v,θ)，根据该第一对应关系1、该第二对应关系2和该第四对应关系4预测出该不同施工阶段在建工地的该气象风速风向值Vat(v,θ)、该入口风速风向值Vsim(v,θ)和该场地风环境风速风向值Vsite(p,v,θ,x,y,z)。
作为一较佳实施方式，参阅图2～图4，图2本发明在建工地建筑物的划分示意图；图3示出了本发明数值流体力学模拟模型的计算内域和计算外域示意图；图4示出了本发明数值流体力学模拟模型模拟风向变化示意图：
该在建工地分成位于中心的在建建筑11、位于该在建建筑11周围一定范围内的周边建筑12、以及位于该周边建筑12周围一定范围内的外围建筑13；
在针对该在建工地建立数值流体力学模拟模型时，使该模型的计算内域N覆盖该在建建筑11和该周边建筑12，使该模型的计算外域M进一步覆盖该外围建筑13。
具体来说，该周边建筑12和该外围建筑13的具体范围的确定需综合考虑该在建建筑11周边的主要地形地貌特征、建筑物的高度以及与在建建筑11的距离等因素。至于计算内域N和计算外域M的确定，主要考虑计算能力的限制。
作为一较佳实施方式，该计算外域的入口面积满足5％的阻塞率要求。具体来说，该计算内域N在入口R上的投影面积小于该入口R面积的5％，以满足竖直计算的准确性要求。
作为一较佳实施方式，为了达到风向的变化，在根据该模型数值模拟入口风速风向值Vsim(v,θ)时，风向角θ通过旋转该计算外域M获得，故，该数值模拟入口风速风向值也可以用Vsim(v)表示。
进一步地，该计算内域N为圆柱体形。以满足计算外域M的旋转角度的任意连续变化。
作为一较佳实施方式，参阅图5，图5示出了本发明中多个风速仪的布置示意图。该风速仪20的设置方法如下：于该在建建筑11周围分散设置多个风速仪20，以对不同方向的该气象风速风向值Vat(v,θ)进行测量，进而保证实测风速仪风速风向值Vanemo(v,θ)与气象风速风向值Vat(v,θ)具有单值一一对应关系，也就是说，风速仪20的设置数量和设置位置应能保证可以测量到任意来流的风速风向值。
作为一较佳实施方式，各该风速仪20设置于该在建建筑11周围的空地上、或者设置于该周边建筑12的制高点，以更好的满足对任意来流的风速风向值的测量。
具体来说，本实施方式中风速仪20的数量优选为四个，且均设置在靠近该在建建筑11的周边建筑12的制高点(即最高点)，使风速仪20与在建建筑11之间无遮挡，以便更准确的测量。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、记录在建工地的气象风速风向值、利用预先设置的风速仪同步测量所述气象风速风向值下的实测风速仪风速风向值，建立所述气象风速风向值与所述实测风速仪风速风向值的第一对应关系；
S2、建立所述在建工地的数值流体力学模拟模型，模拟入口风速风向值，并获取所述模型中风速仪所在位置处的预测风速仪风速风向值，建立所述入口风速风向值与所述预测风速仪风速风向值的第二对应关系；
S3、调整所述入口风速风向值，使所述预测风速仪风速风向值等于所述实测风速仪风速风向值，并记录当前所述入口风速风向值，建立所述气象风速风向值与当前所述入口风速风向值的第三对应关系；
S4、利用所述模型获取并记录当前所述入口风速风向值下的场地风环境风速风向值，建立所述实测风速仪风速风向值与所述场地风环境风速风向值的第四对应关系；
S5、获取不同施工阶段在建工地的所述气象风速风向值和/或所述实测风速仪风速风向值，根据所述第一对应关系、所述第二对应关系、所述第三对应关系以及所述第四对应关系预测对所述不同施工阶段在建工地进行风环境模拟预测。
2.如权利要求1所述的在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于，在进行步骤S5时，获取不同施工阶段在建工地的所述气象风速风向值，根据所述第一对应关系和所述第三对应关系预测出所述不同施工阶段在建工地的所述实测风速仪风速风向值和所述入口风速风向值，进一步地，根据所述入口风速风向值获取所述场地风环境风速风向值。
3.如权利要求1所述的在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于，在进行步骤S5时，利用所述风速仪获取不同施工阶段在建工地的所述实测风速风向值，根据所述第一对应关系、所述第二对应关系和所述第四对应关系预测出所述不同施工阶段在建工地的所述气象风速风向值、所述入口风速风向值和所述场地风环境风速风向值。
4.如权利要求1～3任一项所述的在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于，所述场地风环境风速风向值包括所述在建工地内的三维场风速风向分布值及风压值。
5.如权利要求1所述的在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于：
所述在建工地分成位于中心的在建建筑、位于所述在建建筑周围一定范围内的周边建筑、以及位于所述周边建筑周围一定范围内的外围建筑；
在针对所述在建工地建立数值流体力学模拟模型时，使所述模型的计算内域覆盖所述在建建筑和所述周边建筑，使所述模型的计算外域进一步覆盖所述外围建筑。
6.如权利要求5所述的在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于，所述计算外域的入口面积满足5％的阻塞率要求。
7.如权利要求5所述的在建工地风环境模拟预测方法法，其特征在于，在根据所述模型数值模拟入口风速风向值时，风向角通过旋转所述计算外域获得。
8.如权利要求7所述的在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于，所述计算内域为圆柱体形。
9.如权利要求5所述的在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于，所述风速仪的设置方法如下：于所述在建建筑周围分散设置多个风速仪，以对不同方向的所述气象风速风向值进行测量。
10.如权利要求9所述的在建工地风环境模拟预测方法，其特征在于，所述风速仪设置于所述在建建筑周围的空地上、或者设置于所述周边建筑的制高点。
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