科研成果转化

中心教师主持、参与的科研项目是实验教学资源转化的重要来源。近5年来,中心教师获国家自然科学基金项目56项,省部级科研项目67项,其中广西自然科学基金重大项目1项,厅局级科研项目29项,总经费约3773万元。通过科研成果转化为教学实验项目,延展了实验教学的范围,丰富了实验教学的内容,对于拓展学生的专业知识面,培养学生实践创新能力起到了重要的作用。为了实现教学科研的相辅相成与相互促进,中心教师一直在不断努力和探索科研与教学项目转化的高效机制与方法,以下列举其中部分主要的教学转换项目:

1.广西历史建筑虚拟认知实验

本中心教师在地域(民族)建筑、广西古建筑研究上的优势,为加深学生对广西建筑历史与理论、广西传统建筑的保护与更新的认识和理解,将广西建筑文化的内容贯穿于教学之中,形成独特的地域文化教育特色。结合“建筑测绘实习”实践课程,对广西传统民居和古建筑进行调查测绘,基于建筑测绘实习成果建立和绘制广西民族建筑图形,并将这些成果制作为虚拟仿真动画软件,模拟了调研对象建筑各建造工序和过程,为加强学生对本土(广西)文化的认识与理解起到了良好的教学示范作用。


 

广西古建筑(真武阁)测绘图纸


 

张信贵和韦玉姣教授参加CCTV地理中国《悬浮的阁楼》拍摄
 

本中心谢小英老师主持的科研项目“广西祠堂建筑形制与工艺研究”(国家自然科学基金项目,项目编号:51308134)通过大量的实地测绘和匠师访问建立广西传统祠堂建筑形制与工艺的数据库,在数据库的基础上搭建广西传统建筑模拟仿真平台。在中国建筑历史课程及广西建筑文化、广西建筑保护课程中开出该虚拟实验教学项目内容,可加深学生对广西传统建筑构件、构筑方式、空间辨识的理解,在此基础上进一步掌握广西传统建筑的设计和修复的方法,提升广西祠堂建筑设计方案的质量,培养学生的自主创新能力。

 

 

广西祠堂建筑及其测绘图

2.湿热地区居住区室外热环境虚拟实验

本中心吴杰老师主持的科研项目“绿色住区参数化优化设计方法—以湿热地区为例”(国家自然科学基金项目,项目编号:51408137)提出并建立适用于我国湿热地区的住区室外环境快速计算方法,搭建面向方案初期的绿色住区参数化热环境模拟平台。在住区相关的设计课程及计算机辅助设计课程中开出该虚拟实验教学项目内容,可促进学生掌握基于性能评价的数字化设计方法,在方案初期提高方案设计与技术评价的融合和交互,提升住区设计方案的室外环境性能和质量,培养学生的自主创新能力。
 

 

 参数化三维住区建模与模拟平台

 方案初期住区参数化模型

住区设计方案的室外热环境性能模拟结果对比

湿热地区居住区室外热环境虚拟实验

3.城市物理环境虚拟仿真实验

本中心何江教授主持的科研项目“基于3D-CAD的室外热环境模拟分析系统研究”(亚热带建筑科学国家重点实验室开放研究基金重点项目,项目编号:2014KA03)构建了一个可以定量预测和评价分析区域的热岛强度及室外热环境的设计与模拟分析系统,为城市规划和建筑设计提供一个有极高实用价值的热环境辅助设计工具。学生可以借助这个室外热环境的虚拟仿真技术,利用规划设计方案的三维数字模型进行热环境模拟分析。从可视化的模拟分析结果中,不仅可以了解方案的城市热岛效应强度,也可以身临其境地理解户外活动场所的热舒适度分布,从而有利于提高空间分析能力和准确性,使城市与建筑规划设计方案评价更直观、更具科学性和及时性。

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 室外环境的景观模拟                           室外表面温度模拟

 

同一平面不同高度的MRT、WGBT分布             不同地点的MRT、WGBT空间分布

 


           某城区的3D城市模型             基于3D城市模型的城区表面温度模拟结果

 基于3D建模热环境模拟软件的分析结果

4.基于规则建模的城市规划设计实验

城市设计是一种展现城市布局、城市面貌、城市空间的规划。在展示效果上具有多样性和弹性。当下城市设计主要以二维方式进行展示,三维的城市模型往往是固定角度展示;且城市三维建模的工具和手法繁琐复杂,耗时耗力,建成后的模型只能展示特定时间的城市面貌,无法简单的更改模型。为了克服上述城市设计与建设控制指标分离导致的规划效果不直观、耗时耗力、不灵活的缺点,本中心何江教授的团队研发了一种集成城市设计和建设控制指标的规则建模方法。使用本方法编制的软件可以让学生通过对城市建模要素进行分类和规则编写,将城市设计中的城市特色、美学和人文设计与建设控制指标集成在一个三维城市模型中,直观展示刚性和弹性融合的城市风貌,其中规则建模实现快速、批量的生成城市风貌,解决城市设计效果不直观和建模速度慢的问题;其次规则文件可以保存后再修改再利用,实现城市设计和建设控制指标的实时更新,可以快速地对比判断城市设计和建设控制指标的合理性,节约时间和人力成本。该项科研成果丰富了虚拟仿真实验教学内容,开阔了学生的知识应用视野,极大地缩短了进行多方案对比的时间。

 

 

 基于规则建模的城市规划设计实验仿真软件


5.钢-混凝土组合梁构件受力全过程仿真实验

结构试验具有试验费用高、周期长、设备要求高等特点,采用数值仿真实验则可避免这些弊端。在教学过程中,利用商业软件ANSYS、ABAQUS等对研究对象进行数值仿真建模,可以方便快捷地实现结构受力性能分析和优化设计。在近几年全国和广西区大学生结构设计竞赛中,利用数值仿真等辅助手段,我院学子取得了全国结构设计竞赛二等奖、三等奖以及广西区大学生结构建模设计竞赛特等奖、一等奖等优异成绩。

6.海洋混凝土结构耐久性分析与设计虚拟仿真实验

海洋混凝土结构耐久性分析与设计虚拟仿真实验教学项目是在2011年度广西科技进步奖一等奖项目“混凝土结构耐久性增强技术和设计方法及其应用”的成果基础设置的。该项目在混凝土结构耐久性定量设计、基于强度和耐久性的配合比设计等方面取得了一系列创新研究成果,先后在国内外高水平期刊上发表学术论文60余篇,获授权国家发明专利10项,实用新型专利4项,计算机软件著作权3项,为海洋混凝土结构耐久性分析与设计虚拟仿真实验教学项目的开设积累了丰富的成果和强有力的技术支撑。

获授权的部分国家发明专利证书

   获授权的部分计算机软件著作权证书

海洋混凝土结构耐久性分析与设计虚拟仿真实验

 学生开发的部分模拟软件