1、模拟仿真：预防城市未发之疾“在建成之前预防一定好过建好之后补救，做在前面，我们可以采取的方法也更多。 ”在聊起模拟仿真对于城市规划建设的作用时范秦寅说道。仿真模拟在今天并不是什么新生事物，随着城市人口的不断增长，城市的安全、卫生、环境等方面都需要被感知和把控，面对这些城市问题，如何才能够做到提前把握、提前预防？模拟仿真就是基于这样的想法而被应用于城市规划建设的。为了能够了解模拟仿真技术是如何指导城市建设的，近日， 经济记者专访了中国城市科学研究会智慧城市联合实验室首席科学家、日本大阪大学流体工程实验室研究员范秦寅。 城市模拟仿真中的流体力学 经济：您在城市模拟仿真中的主要研究方向是流体力学，您
2、能为我们具体讲讲在城市建设中，流体力学是怎样发挥作用的吗？ 范秦寅：流体力学在我们的生活中无处不在，风的流动、水的流动都可以通过流体力学来解读，具体到模拟仿真中的计算，流体力学的作用就会被更加放大。海啸来了，如何选择最佳逃生路径；来自不同风向的季风如何影响我们的城市；城市热岛效应在具体城市是如何形成的，能否在城市规划之初就预测和采取预防措施；流体污染物的扩散路径能否精确预测，以便采取最佳应对之策，这些都是可以通过数据的计算、分析来找到答案的。 经济：也就是说，流体力学在模拟仿真方面的应用可以让城市更加安全？ 范秦寅：助力城市安全是其中的一大部分，也发挥了很重要的作用。举个列子，在东京，有专门的
3、研究人员制作了大雨对地铁影响的模拟仿真系统，通过这个系统，我们就可以了解到如果东京出现降雨，哪些地铁站容易进水，会进多少。通过这个系统，也许我们只需要在地铁站的入口处增加一道很小的门槛，就可以抵御 80%的降雨影响，从而保障人们的安全，这就是仿真模拟的价值。 其实除此之外，环境保护、城市的生活舒适程度都可以通过模拟仿真来提升。通过计算，我们可以知道城市中究竟哪里容易出现污染物的聚集，是什么原因让其不易扩散。我之前就做过类似的模拟，当时选取的是二氧化碳在城市中的扩散情况，这中间用到了很多气象数据，其实不只是二氧化碳，其他空气污染物的情况也是可以通过模拟仿真来被人们所了解的，而且随着可视化技术的不
4、断提升，现在我们已经可以很直观地看到这些污染物对我们城市的影响，影响范围有多大、浓度高低等。如果我们打算建造一个会排出空气污染物的工厂，在选址与规划之前，就可以采用模拟仿真来提前预测这些污染会影响到多大范围，通过对边际条件数据的采集，了解到整个区域的情况，南风时如何、北风时如何。假设它周围有医院、学校等绝对不能在污染范围中的机构，我们也可以采取一些办法，比如通过更改烟囱的位置来避免。 让我们“看到”风 经济：仿真模拟中流体力学的应用非常依赖边界条件，您能为我们具体讲讲什么是边界条件吗？ 范秦寅：边界条件，是一个专业问题，如果我们需要做到的是计算整个领域内的情况，并通过数据来解读，那么我们就必须
5、要先知道边界上的情况，这样整个领域的情况就可以通过计算得出，可见边界条件非常关键。比如说领域如果是一张桌子，那么桌边就是边界，只要边界的条件被确定了，那么整个领域的内容就可以被计算出来，当然这是在二维层面上讲的。具体到计算一个屋子里的风来说，我们都知道风一定是通过窗户和门来进行空气交换的，可是在这样的位置气流往往是散乱而无规律的，面对这样的情况，目前来说解决办法一般是扩大领域，扩大到比较容易测量的边界，扩大到没有建筑的地方，那里的风比较规则，用试纸就可以得到准确的数据。但就成本而言，这种扩大范围会让整个计算的成本提高，可以说计算本身不难，但是很多条件都会成为限制。 经济：在我们的城市生活中了解风会有哪些方面的作用？ 范秦寅：大家肯定都会感觉到，两个高层建筑之间的风是很大的，这种两个高层建筑之间的突风，如果我们能在建筑规划设计时使用模拟仿真，那么流体力学的计算就会告诉我们，这样的设计会让中间 1.5 米宽度的风速超过 5 米。超过了限制标准，我们就可以提前采取种植防风林、调整建筑设计角度之类的办法来避免这样的问题。如果已经建成了，我们也可以采取补救措施，只是可选用的办法会少得多，成本也会更高。总的来说，在建成之前预防一定好过建好之后补救，做在前面，我们可以采取的方法也更多。这就是模拟仿真对于城市的意义。
