适应北方高寒气候的在地性材料智能检验与自动匹配方法

：本发明属于建筑设计与材料的，具体涉及一种适应北方高寒气候的在地性材料智能检验与自动匹配方法。

背景技术

0、背景技术：

1、北方高寒气候涵盖了极寒的冬季、酷热的夏季、强风沙和干燥，内蒙古地区作为典型的北方高寒气候地区，因其独特而严酷的气候条件，对建筑材料的选择提出了极高的要求，结合自然在地材料已成为蒙地建筑设计的理念核心。在地性材料指的是在建筑设计和建造过程中使用的与当地地区相关的材料。这些材料通常是在当地产出或容易获取的，与当地环境气候相适应。在地性材料的选择不仅涉及到建筑的结构稳定性，还关乎对蒙地极端气候的适应性。这一背景使得我们在技术创新中需要着重解决极端气候下在地性材料智能检验与自动匹配等一系列复杂难题。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明的目的在于提供的适应北方高寒气候的在地性材料智能检验与自动匹配方法，基于结构稳定性和气候适宜性进行在地材料的智能检验与自动匹配，解决了传统的蒙地建筑设计选择的材料不够贴近当地的气候、地形实际条件，极端气候环境的适应性不足，未充分考虑内蒙古地区的地域性差异，导致建筑材料选择缺乏针对性，未能充分发挥当地自然资源优势的问题。

2、本发明由如下技术方案实施：适应北方高寒气候的在地性材料智能检验与自动匹配方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：场地基础数据采集，

4、通过数据接口向当地气象部门获取目标城市的气候环境信息；利用三维激光扫描仪设备获取目标场地及周边缓冲区范围内的自然土石三维点云数据，并采用点云分类算法对目标场地及周边缓冲区范围内的自然土石材料进行分类，并对所获取的自然土石材料进行分类型编号与数量统计，最终构建目标场地的自然在地材料信息集；

5、步骤s2：目标场地建筑案例数据集采集，

6、调取目标场地所在地规划局管控范围内设计方案及设计方案基础信息；并在地理信息系统中对所有获奖建筑设计方案进行建筑要素的三维建模，构建目标场地建筑案例数据集；

7、步骤s3：目标场地的标准模型库构建，

8、根据步骤s1中获得的目标城市的气候环境信息，从步骤s2中获得的目标场地建筑案例数据集中筛选出与目标场地气候环境条件相匹配的目标场地建筑案例集，并将其导出到建筑建模软件；并将步骤1中所述的在地自然材料作为备选建筑材料，通过建筑建模软件对所筛选出的与目标场地气候环境条件相匹配的目标场地建筑案例集进行建筑材料填充；最终输入至地理信息系统中，构建目标场地标准模型库；

9、步骤s4：建筑标准模型的结构稳定性检验，

10、将步骤s3中获得的目标场地标准模型库中的建筑标准模型逐一输入计算流体动力学仿真系统，并根据步骤s1中获取的目标城市气候环境信息设置计算流体动力学仿真系统的气候环境模拟参数；进而通过计算风荷载、雪荷载对目标场地建筑标准模型进行结构稳定性检验，并将通过结构稳定性检验的建筑标准模型标记为目标场地的建筑备选模型；

11、步骤s5：“建筑-材料”的气候适宜性自动匹配，

12、对s4中所标记的目标场地的建筑备选模型进行分季节、分时刻的室内空气流通模拟与热舒适度指标计算；进而参照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(gb50736-2012)》对建筑的热舒适度等级进行评估，并通过建筑气候适应性匹配模型，自动匹配出符合热舒适度标准的“建筑要素-建筑材料”组合关系，并生成优选建筑方案集；

13、步骤s6：全息大屏比选与建筑材料信息输出。

14、在地理信息系统中对将步骤s5中获得的优选建筑方案逐一放入场地环境，并对模型主体信息以及热舒适度模拟结果进行全息大屏显示与比选，并将上述内容整合为建筑材料匹配报告以word/excel形式输出打印。

15、进一步的，所述步骤s1获取目标城市的气候环境信息包含最大风压、最大雪压，以及城市所属气候，其中包含中温带湿润区、中温带半干旱区、中温带干旱区、寒温带湿润区。

16、进一步的，所述步骤s1中对目标场地及周边缓冲区范围内的自然土石材料进行分类是指依据《工程岩体分级标准(gb/t50218-2014)》、《土的工程分类标准(gb/t 50145-2007)》、《木结构设计标准(gb 50005-2017)》将目标场地及周边缓冲区范围中的自然土石材料划分为砂土、黏土，碎石、砾石，榆木、桦木；其中，目标场地是指用地红线，目标场地周边缓冲区范围是以用地红线为边界，运用空间缓冲工具生成15min可达范围圈，其具体范围可参照《完整居住社区建设指南》定为1000米。

17、进一步的，步骤s2中所述所在地规划局管控范围内设计方案及设计方案基础信息，所述设计方案基础信息包括建筑功能类型、建筑案例所属气候环境共2项信息；其中，所述建筑功能类型根据《建设工程分类标准(gb/t 50841-2013)》可划分为文化教育类建筑、商业服务类建筑、居住民生类建筑，建筑案例所属气候环境信息根据《中华人民共和国年鉴(2022)》可划分为中温带湿润区、中温带半干旱区、中温带干旱区、寒温带湿润区。

18、进一步的，步骤s2中建筑要素的三维建模是指在地理信息系统中对建筑结构墙体a、建筑表皮墙面b、建筑顶部屋面c分别建模；其中结构墙体根据建筑的平面图，逐一创建建筑结构墙体，确定包括墙体的高度、厚度、长度参数；建筑表皮墙面根据建筑表皮的设计图，创建建筑表皮墙面的模型，确定表皮墙面的形状、开口、装饰细节；建筑顶部屋面根据建筑的屋面设计图，创建建筑顶部屋面，确保正确设置坡度、高差参数。

19、进一步的，步骤s2中所述目标场地建筑案例数据集，具体包含建筑案例编号、案例名称、奖项名称等级、地理位置、所属气候环境、建筑功能类型、建筑主体形态数据属性，属性值具体如下：

20、建筑案例属性：属性值；

21、建筑案例编号：自然数编号；

22、案例名称：案例项目全称；

23、地理位置：案例项目空间三维坐标；

24、所属气候环境：中温带湿润区、中温带半干旱区、中温带干旱区、寒温带湿润区；

25、建筑功能类型：文化教育类、商业服务类、居住民生类；

26、主体建筑矢量文件：包括结构墙体、表皮墙面、顶部屋面。

27、进一步的，步骤s3所述通过建筑建模软件对所筛选出的与目标场地气候环境条件相匹配的目标场地建筑案例集进行建筑材料填充具体包含以下步骤：

28、确定“建筑要素-建筑材料”的排列组合方式，通过递归算法遍历所有“建筑要素-建筑材料”的排列组合方式，所述建筑要素包括建筑结构墙体a、建筑表皮墙面b、建筑顶部屋面c，所述建筑材料包含砂土m1、黏土m2，碎石m3、砾石m4、榆木m5、桦木m6，所有所述“建筑要素-建筑材料”的排列组合共有216种组合方式；

29、建筑材料填充，通过建筑建模软件，依次按照“建筑要素-建筑材料”的排列组合方式对所筛选出的与目标场地气候环境条件相匹配的目标场地建筑案例集进行建筑材料填充；

30、构建目标场地的标准模型库，将所填充好的目标场地建筑案例模型输入至地理信息系统中，构建目标场地的标准模型库。

31、进一步的，步骤s3中所述目标场地的标准模型库包含建筑案例编号、案例名称、地理位置、所属气候环境、建筑功能类型、建筑主体形态。

32、进一步的，步骤s4中所述计算流体动力学仿真系统的气候环境模拟参数用于对s1中获取的目标场地气候进行结构稳定性检验，所述气候环境模拟参数具体包含高度z处的风振系数βz、风荷载体型系数μs、风压高度变化系数μz、基本风压w0，屋面积雪分布系数μr、基本雪压s0，其中基本雪压、基本风压从步骤s1中目标城市的气候环境信息获取，其他参数查相关系数表获取。

33、进一步的，步骤s4中所述通过计算风荷载、雪荷载对目标场地的建筑标准模型进行结构稳定性检验，所属结构稳定性检验的具体规则为：向计算流体动力学仿真系统输入目标场地最大风压、最大雪压，计算出极限风荷载、极限雪荷载，将极限荷载量与材料承受最大压强比对，荷载量小于材料承受最大压强则通过，否则不通过。其中，材料承受最大压强依据《工程岩体分级标准(gb/t50218-2014)》、《土的工程分类标准(gb/t 50145-2007)》、《木结构设计标准(gb50005-2017)》；

34、风荷载雪荷载计算，

35、其中风荷载wk计算公式为wk＝βzμsμzw0；

36、其中雪荷载sk计算公式为sk＝μrs0；

37、确定各材料的比较阈值，其中，木材承受最大压强为4000kg/cm2，石材承受最大压强为10000kg/cm2，土承受最大压强为100kg/cm2。

38、进一步的，步骤s5中所述分季节、分时刻的室内空气流通模拟与热舒适度指标计算，具体包含冬季、夏季两种季节，下午3点到5点、上午6点到8点两个时间段内的温度、相对湿度、室内风速三项热舒适度模拟指标。

39、进一步的，步骤s5中所述通过建筑气候适应性匹配模型，自动匹配出符合热舒适度标准的“建筑要素-建筑材料”组合关系具体包含以下步骤：

40、评估各建筑的热舒适度等级，参照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(gb50736-2012)》对各建筑的热舒适度等级进行分类型评估；

41、确定各功能建筑的气候适应性匹配标准；

42、自动检验与结果生成，自动检验出符合热舒适度标准的“建筑要素-建筑材料”配对关系，并生成优选建筑方案集，所属匹配模型的具体规则为：在模拟场景和模拟指标下，若建筑功能为文化教育类，评估热舒适度为ⅰ级或ⅱ级，则建筑-材料组合通过检验，否则舍弃方案；若建筑功能为商业服务类，评估热舒适度为ⅰ级或ⅱ级，则建筑-材料组合通过检验，否则舍弃方案；若建筑功能为居住民生类，评估热舒适度为ⅰ级，则建筑-材料组合通过检验，否则舍弃方案；最后将通过检验的方案统一纳入优选建筑方案集中。

43、进一步的，步骤s6中所述模型主体信息以及热舒适度模拟结果，所述模型主体信息具体包含场地环境、建筑要素、建筑材料，所述热舒适度模拟结果具体包含热舒适度颜色等级。

44、本发明的优点：结合获奖目标场地建筑设计方案案例库与场地气候信息匹配，构建了符合《建筑信息模型应用标准(gb/t 19650)》的标准库，为分要素的建筑材料匹配提供了大量模拟测试样本，为后续自然在地材料的智能检测和自动匹配提供了基本保证。这种方法不仅将设计理念与地域气候特征相结合，还为建筑项目的可持续性和环境适应性奠定了坚实基础。

45、综合结构稳定性和气候适宜性两大维度,实现了在地材料与极端气候环境的自动检验与匹配，使得建筑设计工程中材料匹配的时限由14天缩短为6小时，从而极大地提高了建设设计的效率。这种高效的匹配系统不仅节省了时间，还确保了所选用的材料在特定环境条件下的稳定性和适应性。

46、考虑了不同建筑要素与不同建筑材料的组合关系，为建设项目提供了更多可能的建筑标准模型；并考虑了不同材料的检验参数和方法，有利于在地材料运用在建筑方案中的多样性。