勘察設計是工程建設的重要環節，在工程建設中起到龍頭作用，是提高工程項目投資效益、社會效益，環境效益的最重要因素?？辈煸O計涉及多個專業領域和行業，從專業技術上可以分為地質勘查、城市規劃、園林設計、建筑設計、結構設計、公用設備（包括水暖電）、室內設計、施工等；從行業領域上涉及到住宅建筑、大型公共建筑和商業建筑、石油化工、公路、鐵路、水利水電、郵電、電力、航空、工業廠房等。因此勘察設計是一門涵蓋多專業學科和多工業領域的設計技術。

 

勘察設計行業經過多年的發展，逐漸形成了自己的發展方向，目前現代建筑向結構奇特新穎，大空間、大跨度、超高、輕量化方向發展；同時向節能環保的氣候適應性綠色建筑的方向發展；以及向智能化、精細化、適應人體工學工程等方向去發展。

 

上述的發展方向都是沒有設計規范和設計經驗可供借鑒和參考的，需要設計者必須具備創新的理念和方法。其中數字化仿真技術為勘察設計提供了一種創新的手段，可以在建筑選址、城市規劃、建筑外形設計、建筑布局、結構強度設計、建筑通風方案、建筑設備選型、建筑節能等方面提供數字化的解決方案，提高建筑的經濟性、實用性、舒適性、節能性和創新性，為勘察設計的發展提供助力。

 

ANSYS公司作為全球計算機輔助工程（CAE）領域最主要的軟件供應商，在世界范圍內已經成為土木建筑行業分析軟件的主流，ANSYS在鋼結構和鋼筋混凝土房屋建筑、體育場館、工業建筑、橋梁、大壩、碼頭、隧道以及地下建筑物等工程中得到了廣泛的應用。從結構方面來看，ANSYS可以對這些結構在各種外載荷條件下的受力、變形、穩定性及各種動力特性做出全面分析，從流體動力方面來看，ANSYS可以仿真建筑的風載、室外風環境、室內通風和舒適度、防火安全等問題。

 

應用方向有，建筑物、地震計算、電站、廠房、海上或近海工程、橋梁工程、預應力、非線性混凝土、隧洞工程、基礎工程、地質力學、土力學問題、大壩工程、索膜結構、特殊建筑結構等。

 

邊坡工程

 

隨著近年來國家基本建設力度的加大,工程建設中遇到的邊坡穩定問題相應的增多。事實上，在邊坡的施工及運營過程中，邊坡失穩現象時有發生，且邊坡一旦失穩，其往往帶來嚴重后果。因此，對邊坡進行模擬和分析判斷其穩定性，并制定出有效的防護與治理措施，具有十分重要的理論與工程實踐意義。

 

邊坡工程的穩定性分析是巖土工程中的一項重要工作，也是巖土工程領域的一個研究熱點。有限元法通過分析結構的應力應變結果來判斷邊坡穩定的狀況，不需要假設滑移面形狀和簡化滑塊間的相互作用力，并能考慮土體的彈塑性特征及各種不同形式的邊坡形式，以及各種加載條件，所以，在邊坡穩定分析方面有限元分析具有不可比擬的條件和優勢。

 

基礎工程

 

建筑結構的基礎設計是結構設計中的重要環節，直接關系到整體結構的安全性、適用性，它承托著上部結構的總重量，既要具有足夠的強度承受上部荷載且傳遞到地基，又要具有足夠的剛度保證上部結構不會因為基礎的不均勻變形而產生附加應力，對于高層建筑、橋梁結構等大型結構，基礎設計至關重要。但是由于下部地基不確定因素很多，對基礎的受力性能影響也相當顯著，使得基礎設計成為整個結構設計中最復雜的部分。ANSYS可以輔助設計，模擬各種類型基礎受力，基礎和地基的相互作用。

 

ANSYS能很好的模擬樁土的共同作用。考慮土體的力學性能及接觸單元的設置，對應不同的基礎形式及土層條件，土體與結構的相互作用以及基礎和上部建筑的受力和變形得到較好的反映。ANSYS中可以考慮不同的土的本構模型，包括Drucker－Prager模型，Mohr－Coulomb模型，Extended DP模型，CAP模型等。

 

地下工程

 

地下工程最大的特點就是它的賦存環境和工程本身的不確定因素太多，這包括工程區域的地質構造、圍巖產狀和巖性、巖體力學參數、地應力場構成、地下水分布以及開挖支護等施工因素的不確定性等。正是由于這些不確定因素的存在，使得每一個地下工程都具有自己的特殊性，尤其是像大型水電站地下廠房洞室群這樣的地下工程，它的洞室規模巨大，尺度和斷面形狀各異、布置復雜、縱橫交錯，地質環境千差萬別，因而每一個新的地下水電站洞室群，對設計和施工都是新的挑戰。

 

                                                  砼壩溫度場與應力場全過程仿真模型

 

隧道工程設計

 

隧道結構的動靜力學計算是一項比較困難的課題。地層巖土介質和隧道結構相互作用過程相當復雜。只有具有規則幾何形狀和理想的材料特性，且載荷形式與邊界條件是簡單的線彈性體系，才能得到較為精確的解答。但是，對于非線性巖土體內的連續或不連續介質和任意幾何外形的隧道結構，其力學計算必須借助有限元法，采用ANSYS可模擬隧道的開挖、支護及連續施工過程模擬。

 

水工結構工程

 

隨著近年來國家基本建設力度的加大,工程建設中遇到的邊坡穩定問題相應的增多。事實上，在邊坡的施工及運營過程中，邊坡失穩現象時有發生，且邊坡一旦失穩，其往往帶來嚴重后果。因此，對邊坡進行模擬和分析判斷其穩定性，并制定出有效的防護與治理措施，具有十分重要的理論與工程實踐意義。

 

邊坡工程的穩定性分析是巖土工程中的一項重要工作，也是巖土工程領域的一個研究熱點。有限元法通過分析結構的應力應變結果來判斷邊坡穩定的狀況，不需要假設滑移面形狀和簡化滑塊間的相互作用力，并能考慮土體的彈塑性特征及各種不同形式的邊坡形式，以及各種加載條件，所以，在邊坡穩定分析方面有限元分析具有不可比擬的條件和優勢。

 

ANSYS提供了二維及三維的水壓-位移耦合單元，結合拉普拉斯方程及邊界條件，ANSYS可以模擬復雜邊界條件下的水頭變化及孔隙水壓力分布。

 

針對邊坡穩定問題,ANSYS能解決的問題有：

1．施加重力，計算邊坡的初始應力文件。

2．采用接觸單元模擬硬性結構面，包括橫向，縱向，交錯向的斷面。

3．模擬錨桿的加固作用。

4．采用優化技術對彈-塑性巖土材料參數進行確定性優化反分析。

5．采用強度折減理論展開邊坡穩定性研究。

 

                                                             大壩施工過程分析模擬

 

建筑室外風環境

 

建筑室外風環境是研究空氣氣流在建筑外部空間的流動狀況及其對建筑物使用的影響，是建筑環境中的一個重要組成部分，它和熱環境、聲環境、光環境并列是建筑環境設計的主要內容。建筑室外風環境研究是建筑學、城市規劃、城市氣候、環境保護等領域的共同面臨的問題。建筑室外風環境與建筑物的外形、尺寸、建筑物之問的相對位置以及周圍的地形地貌有著很復雜的關系。如果在城市規劃和建筑設計中忽略了風環境問題就有可能給城市環境帶來不利影響，或者影響建筑本身的某些功能，或者在建筑物周圍造成風害。因此非常有必要進行建筑室外風環境問題的分析。

 

《中國綠色建筑評價標準》對室外風環境有嚴格的要求：建筑物周圍人行區距地1.5m高處，風速ν<5m/s，風速放大系數<2，嚴寒、寒冷地區冬季保證除迎風面之外的建筑物前后壓差不大于5Pa，且有利于夏季、過渡季自然通風，住區不出現漩渦和死角。

 

ANSYS流體分析軟件可以對建筑外形設計和整體布局的各種方案進行評估，尋找達到最優室外風環境的設計方案。

 

                                                      某社區建筑群風場流線分布

 

                                            某石化廠房周圍的風場和安全性分析

 

建筑室內自然通風

 

建筑室內自然通風是指依靠室外風力造成的風壓和室內外空氣溫度差造成的熱壓，促使空氣流動，使得建筑室內外空氣交換。自然通風不但可以保證建筑室內獲得新鮮空氣，帶走多余的熱量，而且又不需要消耗動力，節省能源，節省設備投資和運行費用，因而是一種經濟有效的通風方法。室外自然風吹向建筑物時，在建筑物的迎風面形成正壓區，背風面形成負壓區，利用兩者之間的壓差進行室內通風，就是風壓通風。熱壓通風則是因為室內外溫度差引起空氣的密度差而產生的空氣流動：當室內空氣溫度高于室外時，使室外空氣由建筑物的下部進入室內，而從建筑物的上部排到室外；而當室外溫度高于室內時，則氣流流向相反。自然通風的形式：貫流式通風；單面通風；風井或者中庭通風。

 

綠色建筑大力提倡在夏季和過渡季采用自然通風，以達到節約能源的目的，提高經濟效益。

 

ANSYS流體分析軟件可以在設計階段通過分析指導自然通風口的設計和布局，以滿足建筑在過渡季節充分利用當地的主導風向進行自然循環通風，達到節約能源、改善室內空氣品質等……

 

                                                           植物園溫室自然通風

 

                                                          大型商場中庭自然通風

 

建筑室內通風系統

 

建筑環境與設備是建筑設計的一項重要內容，其中最主要的設備是空氣調節系統，是包含溫度、濕度、空氣清凈度以及空氣循環的控制系統，控制在最節能的情況下實現建筑物內部空間的氣流速度、溫度、濕度、粉塵以及有害物濃度等達到合理的范圍，以達到建筑屋內的舒適度和空氣品質。

 

ANSYS流體分析軟件可以通過流場、溫度場和空氣品質的分析，指導空氣調節系統的設備選型和具體的布置，以達到優化設計方案和指導后期系統運行的目的。

 

                                                   布達佩斯歌劇院通風模擬（溫度）

 

高層建筑風荷載預測

 

隨著經濟的發展,近年來高層建筑尤其是體型復雜的超高層建筑得到了蓬勃的發展，風荷載是超高層建筑的主要控制荷載,氣流經過高聳結構物會產生明顯的三維風荷載效應,即順風向、橫風向和扭轉風荷載,從而引起結構在三個方向上的振動。高層建筑三維風荷載形成機理復雜,影響因素眾多,一直以來都是風工程研究的熱點問題。

 

因此，風荷載是結構的重要設計荷載，特別對于高聳結構(如煙囪、塔架、桅桿等)、高層建筑、大跨度橋梁、冷卻塔、屋蓋等，有時甚至起到決定性的作用，因而抗風設計是工程結構中的重要課題。

 

ANSYS流體分析軟件能夠準備計算超高層建筑的風荷載，可以為結構設計提供平均和極限工況下的風荷載，為結構的強度設計和阻力減震系統設計提供依據。

                                                        高層建筑的風載預測