前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇計算機模擬技術的應用范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

計算機模擬技術的應用范文第1篇

【關鍵詞】計算機軟件 模擬技術 應用問題

1 計算機體系結構軟件模擬技術概述

1.1 計算機體系結構軟件模擬技術探索階段

計算機體系結構軟件模擬技術所針對的是計算機中重要的組成部分――CPU而開發的。在上世紀八十年代，計算機并沒有得到普及，當時所使用的技術是數據驅動技術，這種技術可以在執行海量的計算機操作之后，依照所收集到的數據來對CPU進行檢測與分析。在隨后的時間里，數據驅動技術在一些創新型分析技術的影響下得到了巨大的進步，在計算機行業中被稱為性能分析模式技術。這種新型的分析技術，在CPU的研發中得到了廣泛的使用，并且在很大程度上降低了開發的時間、成本以及投資的風險。

1.2 計算機體系結構軟件模擬技術研發階段

隨著計算機水平的不斷提高，技術工作人員通過前面的探索工作，整理出來了一套全新的軟件研發技術。這套技術能夠通過性能分析模式，有效地實現對計算機系統的改良，改良后的系統可以在CPU中正常地運用軟件模擬技術。這樣的軟件模擬技術能夠讓計算機體系結構，不僅實現了性能分析技術的應用，同時還可以有效地控制系統的運轉，在很大程度上降低了研發的成本。研究成本降低，研究風險也就相應地得到了減小。由于現在的軟件研發越來越看重用戶體驗，在研究階段將考慮重點放在技術受用人群以及技術的實用性上。

2 計算機體系結構軟件模擬技術應用問題分析

2.1 計算機體系結構軟件簡介

計算機體系結構模擬技術的出現，可以通過其技術的靈活性與兼容性，在不同等級的計算機中進行模擬運行。除此之外，還可以依照用戶需求來制定出相應的模擬系數，可以由用戶來設置不同難度等級的模擬系統。計算機體系結構模擬技術結合了傳統的CPU性能分析預測，通過利用其分析技術所得出的平均值來提高對計算機體系的動態信息收集以及分析，可以有效地實現對計算機體系的規律進行整理與分析，然后由技術人員對所收集整理的動態信息進行區分，把整個過程劃分為初始化運行、穩定運行以及運行終值。這項技術在后續得到了高速的發展，很快就成為了分析技術的主流。

2.2 計算機體系結構模擬技術應用問題

現行的計算機體系結構模擬技術是以傳統的性能分析技術為基礎而發展的。在一定程度上模擬技術傳承了之前技術的一些優點，突出了一些技術特有的優勢，但是在某些層面上還存在著一些問題。首先，計算機體系結構模擬器的研發，就當前的技術而言，開發時間以及投入資金都存在有一定的難度。其次，模擬技術的投入使用，在一定程度上縮減了模擬時間，但還是不能更好地滿足實際要求，還有一定的改進空間，以此來提升處理器的研發效率，在很大程度上可以降低開發的投入成本與開發周期。最后，雖然經過近幾年的發展，模擬結果雖然已經達到了一定的精度，與之前傳統的分析結果模擬結果進行對比，有了較大程度的提高，但是同樣與實際需求有一定的出入，不能單純地依靠模擬器自身來實現輔助計算機系統體系結構的設計目標，需要結合一些其它方式來配合完成。

2.3 解決計算機體系結構軟件模擬技術應用問題的方法

第一，軟件模擬技術中模擬時間較長的問題，可以通過刪減測試程序的參考輸入參數來解決。把一些沒有必要的參數以及一些作用不大的指令集進行刪除，這樣可以在很大程度上降低模擬運行的時間。通過這種刪減法，可以把一些必要的以及在測試中標準的程序指令保留下來，利用參數集的輸入數可以有效地進行控制，并且能夠縮短模擬時間。采用這種模擬技術，所獲取到的模擬結果的精準度能夠得到保證，還具有了縮短模擬時間的優點。

第二，計算機模擬主要包括了收集數據、整理數據、構造模擬數據、編寫數據并對數據進行驗證，最后還包括了軟件運行和分析結果（如圖1所示）。

數據收集主要是對多個原始評價數據進行收集，數據整理是指依據收集到的數據對數據整體分布情況進行判斷。判斷整體的分布包括了兩步，第一步：依據數值對整體可能的分布進行大致了解，第二步：進行分布函數的擬合檢驗。直方圖法是概率密度的近似求法，直方圖以及概率分布在識別一個分布的形狀時發揮著較大的作用。

隨機變量生成公式的構建必須依靠判斷出的數據分布概率密度概述，依照公式形成對應分步的隨機變量。比如

是正態分布隨機變量產生的模擬模型。為了實現在計算機上進行模擬，應當通過計算機程序語言對數學邏輯模型進行調整，使其成為計算機程序模型。通過調試性模擬對數學邏輯模型的正確性進行驗證，進而對模型進行修改，對計算機程序進行調整。

3 結束語

人們對于計算機性能的需求越來越高，雖然計算機體系結構軟件模擬技術在一定程度上還無法滿足于實際的要求，但是，這也算是一種技術的革新與進步的表現。相信經過技術人員的不斷研究，計算機軟件模擬技術能夠發揮出其巨大的作用，有效地降低開發周期以及投放成本。

參考文獻

[1]高向玉，黃振.計算機體系結構軟件模擬技術探索[J].產業與科技論壇，2014，（24）.

作者簡介

牛興霞（1981-），女，河北省唐山市人。研究生學歷。現為唐山工業職業技術學院講師，主要從事計算機應用研究工作。

計算機模擬技術的應用范文第2篇

關鍵詞：計算機；技術；港口；設計；應用；模擬；

Abstract: With the social development and progress, increasing emphasis on computer simulation technology, computer simulation technology in port engineering design is of great significance. This paper describes the computer simulation technology in port engineering design applications.

Keywords：computer; technology; port; design; application; simulation;

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

引言

模擬是以影響系統行為的主要元素及其相互關系來建立系統模型，研究和運行模型從而對系統的行為做出可靠預測的模型化方法。對于簡單的系統，可以建立具有解析解的數學模型進行模擬研究；而具有多個相互關聯隨機變量或動態行為非常復雜的系統，往往難以或不可能建立這樣的模型。隨著計算機技術的發展，在50年代初，計算機模擬技術開始被用來建立這類系統的模擬模型。目前，在發達國家，計算機模擬技術已經成為廣泛使用的為系統提供決策信息的有效手段之一。

1、模擬技術簡介

模擬(simulation)也稱作仿真，傳統意義上的模擬包括連續型模擬和離散型模擬2類，本文中的“模擬”專指離散型模擬(discrete event simulation)。近年來模擬技術在國外的應用涉及工業、商業、交通運輸、軍事等諸多領域。被用于系統的分析、設計、診斷評估和預測等各個方面。模擬技術研究的是“系統”，其通常具有復雜性(構成元素多且動態聯系復雜)、隨機性(系統中包括大量隨機因素)和不可試驗性(在設計階段不可能通過物理模型進行試驗研究)等特點。在應用模擬技術對某個系統進行研究時，大致可概括為以下步驟：

1)系統分析。對構成系統的每個元素進行數學規律上的描述及系統規則的定量化；

2)模型構造，基于系統分析結果提出概念模型。并利用計算機語言將其轉變為仿真模擬模型；

3)模擬試驗．仿真模擬模型一般需要通過多次試驗的對比來尋求問題的最佳答案．可結合求最小綜合成本的方法實現設計方案的優化．當計算成本有困難時．也可通過直接考察系統的運行效果來進行設計方案的比選。

建立模擬模型時所需的輔助支撐軟件包括：用于復雜編程的一般高級語言。如VC、VB等；用于簡單編程的專用語言，如GPSS、SIMAN等；無需編程的可視化建模技術。如Arena等。從表現形式上可分為數值模擬和動畫模擬．動畫模擬又可分為二維動畫和三維動畫。與普通動畫軟件(如3DS)不同。其顯示畫面由仿真模擬模型驅動．隨系統中各構成單元狀態的變化而改變，形成動畫的效果。

2、港口碼頭系統計算機模擬技術的應用要求及開發語言

反映實際系統內部的邏輯和數量關系，通過操作或改變這些關系，可以得到確定的運算結果的數學關系，即是通常意義上的數學模型。通常所說的系統模擬模型有別于這類模型，其具有一個或多個與時間相關或者隨機變化的變量，給出的結果具有一定的隨機性，只是模型所代表的實際系統的真實特性的近似反映。港口碼頭系統計算機模擬就是，要在綜合考慮影響港口運作的隨機性因素和動態變化的因素的基礎上，建立反映港口內部實際操作和管理規則的邏輯和數量關系的模型，在模型上進行有關試驗，以研究港口的有關問顧。

2.1用戶與用戶要求

一般說來，港口碼頭系統模擬模型有兩類用戶，一類是港口碼頭的設計規劃和營運管理人員；另一類是港口碼頭集疏運工具所有者為代表的港口碼頭客戶。設計規劃人員利用模擬模型對規劃設計中的系統進行研究，以合理配置各有關系統元件，選定各有關要素的值，使系統各部分完全協調和整體效益充分發揮，并確認系統的性能。營運管理人員可利用模擬模型做以下幾方面的工作：對現有系統進行分析，剖析系統的運行過程，分析運行過程的合理性，找出系統的“瓶頸”所在，為優化系統的各個環節提供依據；可作為預測器，在系統運行前，向港口碼頭客戶提供系統運行后關于系統服務水平和可能產生的現象的有關信息，以便用戶修訂計劃或決策；可作為觀測器，在系統運行時，向港口碼頭系統客戶提供有關系統過去、現在或未來的運行信息，以便港口碼頭系統客戶能夠實時作出正確的決策:可作為訓練器，訓練管理決策能力。對港口碼頭系統而言，設計規劃、營運管理人員關心的是以系統效益的最佳發揮作為決策依據，設計規劃人員進行多方案比較時，關心的是圖1所示盈虧平衡點A；營運管理人員關心的是圖2所示的最佳港口吞吐量位置B；港口碼頭系統客戶關心的是以集疏運工具在港時間為主要衡量標準的港口服務水平。

2.2模擬支撐語言

綜觀計算機模擬技術的發展歷史，它所依賴的理論基礎并沒有多大的發展和變化，主要是建立計算機模擬模型的工具和手段的發展變化推動著計算機模擬技術的應用和普及。建立計算機模擬模型的重要工具是計算機語言，據統計，1982年以前的一段時期，所有模擬模型都以通用語言FORTRAN和專用模擬語言GPSS完成。1982年以后，出現了許多新的計算機模擬語言，而且可視化交互模擬技術應用漸漸廣泛。與通用計算機語言相比較，計算機模擬專用語言提供了大部分建立模擬模型所需要的手段，如隨機數發生、模擬時間推進、從事件表中確定下一個事件并將其置于合適的程序模塊控制之下等；更自然的描述模型的方法；運行過程中的動態存儲配置功能；程序的可讀性進一步加強。可視化交互模擬技術應用使得開發動畫模擬模型成為可能。

據近年有關統計，共有54種完全商業化的計算機模擬專用語言，其中的37種具有程度不同的動畫模擬功能。表1列出了適用于交通系統的計算機模擬語言的有關情況(其中AUDTION目前還沒有完全商業化)，表中Y表示具有該項功能，N表示不具有該項功能。

AUDITION是一個具有動畫和基于對象等特點的模擬專用語言系統。該系統由加拿大的KMA技術公司于80年代初開發，后經交通工程部長期應用和改造，現已成為一個可以比較方便地應用來開發交通系統動畫模擬模型的支撐語言工具。因為AUDITION具有基于對象的特點，利用AUDITION開發模擬模型時，可以將被模擬系統劃分為彼此相互獨立的一系列的對象分別進行處理。這除了使得對系統的描述更加自然外，還使得模型易于按用戶要求擴展、修改；復雜模型的開發周期縮短；模型對象的移動、增刪和移植變得極其方便；程序更具可讀性。此外，這一技術更使得開發適應一類系統的通用計算機模擬模型成為可能。加拿大Sandwell Inc.利用AUDITION開發的有關港口碼頭系統模擬模型列于表2。

計算機模擬技術的應用范文第3篇

關鍵詞：數值模擬 礦井涌水量 水文地質 陜北礦區

中圖分類號：P641.4

一、 前 言

陜北礦區煤層賦存穩定，地質結構簡單，充水水源包括地表水、松散含水層水、基巖含水層水和采空區積水等。陜北礦區大多礦井的主要水害威脅來自基巖風氧化裂隙水，其補給條件較為復雜，補給源豐富、寬泛，大多無法采取常規的堵、截等措施，只能采取強行疏排的方式。為了有效指導礦井疏排工作，確保煤礦安全生產，杜絕由于排水能力不夠引發水害事故的發生，就需要對主要含水層的水文地質條件進行進一步分析，盡量準備的計算礦機開采過程中的礦井涌水量，從而使礦井排水系統的設計依據更加充分、科學。

二、 數學模型與數值方法

采用國際上先進的三維有限差分軟件Visual MODFLOW來模擬陜北某煤礦S1210工作面放水試驗過程（放水I、II、III、 IV及水位恢復階段）地下水系統的動態變化，通過放水試驗成果進一步校正模型，進而以校正模型為基礎預測地下水流場發展趨勢與涌水量計算預測，分析礦井水文地質條件和水害問題。

1、三維流數學模型

根據地下水流動的水文地質概念模型，區內放水試驗過程中含水系統地下水流動的三維非穩定流數學模型可描述如下：

邊界條件：

式中， x，y，z為笛卡爾坐標軸；t為時間；H0為初始統測水頭，H為已知水頭；Kxx為坐標軸方向的主滲透系數；？s為比彈性給水度；？d為重力給水度；W為單位體積井流量，抽水時取負號；Γ1為第一類邊界；Γ2-1為潛水面邊界；Γ2-2為零流量邊界；ε’為降雨入滲補給量。

2、 數值方法

有限差分方法（FDM）是計算機數值模擬最早采用的方法，至今仍被廣泛運用。該方法將求解域劃分為差分網格，用有限個網格節點代替連續的求解域。有限差分法以Taylor級數展開等方法，用網格節點上的函數值的差商代替控制方程中的導數進行離散，從而建立以網格節點上的值為未知數的代數方程組。基于質量守恒（水流連續性方程）與滲流基本定律（達西定律）的有限差分與有限元技術的數學微分方程（數學模型）表達式相同。

有限差分方法的基本思想是：用滲流區內的有限個離散點的集合代替連續的滲流區，在離散點上用差商近似代替微商，將微分方程及其定解條件化為未知函數在離散點上的近似值為未知量的代數方程，然后求解差分方程，進而得到微分方程的解在離散點上的近似值。該方法是根據地下水流動的連續性方程進行的，按照連續性方程，流入和流出某個計算單元的水量之差等于該單元儲水量的變化。

地下水連續性方程可表示為：

式中：――單位時間內流進或流出該計算單元的水量；

SS――含水層的貯水率；

――計算單元的體積；

――單位時間內水頭的變化。

將滲流區進行剖分離散后，可以確定計算單元，根據連續性方程及達西公式：

可以得到在行方向上由計算單元（i，j-1，k）流入單元（i，j，k）的流量，表達為：

式中：――水頭在格點（i，j，k）處的值；

――水頭在格點（i，j-1，k）的值；

――通過格點（i，j，k）和格點（i，j-1，k）之間界面的流量（L3 T-1）；

―― 格點（i，j，k）和格點（i，j-1，k）之間的滲透系數（LT-1）；

―― 橫斷面面積（L2）；

――格點（i，j，k）和格點（i，j-1，k）之間的距離（L）。

通過其他五個界面的地下水流量，均可類推，例如，沿行方向的格點（i，j+1，k）至格點（i，j，k）的地下水流量為

同理，可依次得出：

以上公式表示了通過計算單元（i，j，k）的六個界面的地下水流量，將格點間距和滲透系數合并為一個變量，成為水力傳導系數：

將水力傳導系數（12）應用于公式（6）～（11）得到：

這些公式用來計算單元（i，j，k）的六個邊界面流入的地下水流量，此外，還需要考慮其他各種外部源和匯對計算單元的影響，例如河流，溝渠，生產井，注水井，蒸發蒸騰等，這些源匯流入單元的量可用一個通式表達：

式中： ―― 第n項外部源對計算單元（i，j，k）的補給量（L3 T-1）；

，――常數。單位為（L2 T-1），（L3 T-1）。

考慮計算單元的六個相鄰的格點以及該單元中所包含的所有源匯項，可將連續性方程公式（4）表示為：

式中：―水頭對于時間的偏導數之差分近似表達式；―計算單元的貯水率（L-1）；

――計算單元的體積（L3）。

將公式（13）～（18）以及（19）代入（20）：

將水頭對時間的偏導數用差商近似表示：

則所有流量項均以某一時間段的結束時間tm為準，則（21）變為：

對以上方程進行迭代求解，開始時，對每個水頭未知的計算單元賦給初始水頭或者估計水頭，每次迭代的結果，用于下一次的計算。

根據差分方程，可以寫出方程組得矩陣形式：

式中：[A]――水頭的系數矩陣；{h}――所求水頭矩陣；

[q]――各個方程的中包含的所有常數項和已知項。

在MODFLOW中，系數矩陣和右側項是通過各個軟件包逐步建立起來的，最后MODFLOW根據這兩個矩陣，通過迭代對{h}進行求解。

通過資料分析和本次水位實測， S1210工作面砂巖裂隙含水層水主徑流方向為：由西至東，南北兩側基本均為排泄邊界。因此，根據對礦井充水條件的分析，綜合本次放水試驗成果認識，定義模擬區北部以可可烏素河為界定義為一類河流邊界（根據實際河流地表水體的標高），南部以蘆草溝為界定義為一類河流邊界，東西兩側根據本次放水試驗周邊水文水位標高實測與動態信息（水位穩定，變幅小），定義距離模擬區邊界300～500m處為定義為人為水頭邊界（在模擬區內無自然邊界或者已知流量邊界時，一般在邊界外主徑流方向上選取3～5倍的含水層厚度的距離，定義為水頭邊界，可以較好的降低邊界條件對模擬區流場的干擾）；其它未定義邊界類型區段均為零通量邊界。模型的頂部以保德組紅土為界及下部以2-2煤層底板由于均存在穩定的相對隔水層，故處理為零通量邊界。

3、 模型分層與剖分

通過充分收集井田南翼各時期施工的入2-2煤的150個地質鉆孔信息，將研究區含水層結構進行了三維剖分分層，采用矩形六面體（上、下兩平面不一定平行）剖分，在垂向上對應于（自上而下）含水層巖性的變化把砂巖裂隙含水層與2-2煤之間垂向上共剖分了三個單元層，四個結點層。第一層：直羅組含水層，為本次主要模擬計算層位，第二層：延安組含水層，為砂巖裂隙裂隙相對較弱的含水層。第三層：2-2煤層，為相對弱的含水層。在資料缺乏區或一些鉆孔中某些地質單元層缺失的地區，為了自動剖分與結點單元編號的連續性，進行差值剖分，圖8.3是根據模擬區內各鉆孔資料進行分層，繪制保德組隔水層底板標高等值線圖并導入模型分層，作為模型的第一層的上邊界，繪制直羅組底板標高等值線圖并導入模型分層，作為模型的第一層的下邊界，較好的控制了直羅組含水層的空間結構特征，以此統計繪制各地質地層標高信息導入模型，構建模擬區的三維地質模型（圖2-1）。

在平面上剖分結點400*500個。整個模型共計剖分單元80萬個。如圖2-2所示：在S1210工作面內各放水孔及水位觀測孔位置，為了提高計算精度，以實際的孔位為基礎，進一步增加結點，進行加密剖分，以提高計算精度。

4、參數及分區

模型在垂向上根據地質巖性結構特征劃分了3個對應的參數分區，分別為直羅組、延安組、煤層三個地質分層。平面上，根據收集到井田南翼30個水文地質鉆孔資料的水文地質參數信息在平面上根據統計資料繪制滲透系數等值線圖（圖2-3），將滲透系數通過插值計算導入模型，作為模型的計算預賦值，其后再根據直羅組含水層地層對接關系、巖性分布特征，帷幕注漿區段和地下水補給、徑流、排泄等，將放水試驗周邊分為14個水文地質參數分區（圖2-4）。通過本次放水試驗數據反演得出研究區的水文地質參數。

5、 模型的運行

模型運行即為模型核心計算過程，分為穩定流模擬與非穩定流模擬。穩定流主要進行現狀的模擬計算，非穩定流主要模擬地下水水位時空動態特征，該試驗為非穩定放水過程，故對整個放水試驗以小時為時間步長進行非穩定流模擬，而在預測礦井涌水量時，以水平標高（以地段直羅組含水層底板標高水平）為水頭約束條件，進行流場的穩定流模擬，達到對涌水量預測。

經過反復計算調參，反演得出試驗區砂巖裂隙含水層主要計算水文地質參數，14個計算滲透系數分區參數如下表2.1所示：

三 、三維有限差分流場模擬及涌水量計算

1放水試驗流場模擬

通過模型的識別與校正，對區內的各項水文地質參數進行了反演輸出，較好的反演了放水試驗的全過程。隨著放水量的增加和放水區段的延伸，總體上水位降低趨勢明顯，但由于大流量放水區段的集中程度不夠，計算水位集中漏斗區主要以S1210工作面的目前的采空區涌水段為漏斗中心，采空區南部由于帷幕注漿成果，水力梯度增加明顯。

2 含水層流場與工作面涌水量預測

通過數值模型對放水試驗整個過程的反演與水位擬合，校正得出合理的模擬區水文地質參數，在該校正后的數值模型的基礎上，根據工作面開采中地段的煤層頂板含水層底板水平標高為基本約束條件，進行模型的穩定流模擬，即在模型中反復調試疏降水量使計算區砂巖裂隙地下水位保持在各水平之下，從而預測工作面不同范圍2-2煤頂板疏涌水量特征。按照此預測方案，反復調試疏降水量來擬合地下水位，最終計算得到各范圍的涌水量（疏降水量）值。

四、總結

1、通過數值模擬計算所得的工作面涌水量與實際較為接近。

2、但通過對實測水頭和計算水頭擬合對比，肯定了該模型可靠與合理性，能較好的反映試驗區砂巖裂隙含水層的水動力特征，計算結果具有較高的參考價值。

計算機模擬技術的應用范文第4篇

關鍵詞：計算機模擬； 媒介； 建筑師； 知識結構

Abstract:Computer simulation is an efficacious media tool for ecological architecture in the in the Era of Pictures Reading. It requires much more knowledge than before as an architect. This article provides an overview of the history of computer simulation and the use of simulation in the process of the architecture design. Then through the case studies, the article proposes fore fundamental points to the architects about the architecture design with the help of computer simulation.

Keywords:computer simulation；media；architect; structure of knowledge

中圖分類號：TU201.4

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0422（2009）06-0054-03

隨著信息技術的飛速發展，我們的社會已經步入了讀圖時代。計算機模擬技術是讀圖時代下綠色建筑設計的新媒介，它的出現對建筑師提出了新的要求，建筑師的知識結構亟待更新。時代呼喚“升級版建筑師”。

1計算機模擬出現的時代背景

20世紀中期，能源、環境成為了全球關注的熱點問題。一部著作――《成長的極限》、兩次能源危機，打破了歐伯羅斯的神話，自然給人類敲醒了警鐘。作為全球能耗大戶的建筑行業開始反思對自身對環境的影響，節能、環保成為了當代建筑師共同肩負的社會責任。

建筑設計中，能源、環境是建筑師和工程師都必須考慮的因素。20世紀60年代，一些工程師嘗試利用計算機將不可見的環境、能源因素可視化，并希望通過理性的科學分析與大量的數據計算使建筑物理環境的設計更加精準化，從而達到節約能源的目的。計算機模擬技術就是這種時代背景下的產物。最早計算機模擬技術主要用于照明、暖通空調、通風等方面的節能模擬。第二次石油危機過后，對節能的激勵減弱了，加之電腦技術的局限，計算機模擬一段時間內銷聲匿跡。90年代初期，個人電腦的計算能力和儲存能力增強，計算機模擬得以發展普及，并越來越多地引起了建筑師的關注。于是在建筑和自然之間，計算機成了一種新的更為便捷的設計媒介工具，它通過對建筑信息、環境信息、計算模型的設計與運算，將不可見的物理環境通過圖示顏色等可視化方式表現出來，綠色建筑也步入了“讀圖時代”。

2計算機模擬的類型及其在建筑設計中的應用

隨著模擬技術的日趨成熟，建筑物理環境的模擬已經成為綠色建筑設計過程中不可或缺的媒介工具，環境模擬正在從工程師的“專利技術”變為建筑師的必備素質。目前，眾多模擬技術中能夠直接介入設計易操作的主要以下幾種（見圖表2）。這些模擬軟件按其在建筑設計中的作用不同可以分為參考性模擬和評價性模擬兩種。參考性模擬主要應用在建筑設計的過程，其主要作用是預測建筑周邊的物理環境并使之圖示化。參考性模擬的主要目的是為建筑師提供設計依據，避免由建筑設計原因導致的“不舒適”環境，如CFD風環境模擬軟件、ECOTECH建筑環境分析軟件等等。評價性模擬的應用有兩類，一是對重大項目設計階段結束之后施工階段開始之前，尤其是對建筑物理環境有特殊要求的建筑進行物理環境的準確模擬。其主要作用是對建筑設計進行檢驗性評價，在施工之前提出合理化改進意見。二是對已建成建筑進行能耗模擬分析，其主要作用是對建筑做出合理評價，提取有效數據，為以后的建筑設計積累經驗。這些模擬技術介入設計全過程，他們在優化設計的同時對建筑師在建筑物理環境方面的基本修養提出了更高的要求。

3建筑師與計算機模擬

計算機模擬技術的介入更新了傳統建筑設計的流程，除了在方案功能、流線、形體、結構、材料和經驗性環境預測等方面反復推敲外，設計流程多了計算機這一相對客觀的評價要素（設計流程如圖表4）。然而，計算機模擬猶如建筑師手中的歐伯羅斯魔杖，如何能夠使其發揮積極作用，給建筑師提出了更高的要求。

首先，建筑師必須對建筑周邊環境的進行詳細的調研分析。基地調研是建筑設計的基礎，更是將計算機模擬技術運用到建筑設計中的基礎。建筑師必須根據建筑所在環境的背景資料，氣象數據進行分析，得出項目必須解決和重點考慮的環境問題，決定是否需要進行模擬，具體運用什么軟件進行模擬計算。下圖是筆者在一次國際生態住宅設計競賽中的獲獎方案。該方案選址在馬來西亞的一個小鎮。基地氣候終年濕熱，降水豐富，地處靜風區，除偶遇臺風外，年均風速小于5m/s。在這里解決生態的關鍵問題是風環境的設計，良好的自然通風有利于潮濕空氣蒸發，從而帶走部分熱量。因而方案從規劃到單體，十分注重通風環境的設計，并運用CFD軟件分別對整體規劃的風環境和單體建筑室內風環境進行模擬，借此優化建筑微環境。

其次，建筑師應該對建筑物理環境的基本評價指標有所了解，也就是說建筑師要能讀圖、讀懂圖。在還沒有出現計算機技術以前，建筑師關注自然環境，通過自己和他人的親身體驗，模糊的定義建筑物理環境的好壞。這種情況下建筑師通過長期的生活體驗，能夠直觀地對建筑微環境的物理指標給出感性評價。計算機模擬技術出現后，冷、熱、干、濕等一系列形容詞一下子變成了色塊和阿拉伯數字。建筑師能否正確的、適當地解讀模擬圖的含義成為計算機模擬能否物盡其用的關鍵因素。下圖是對某生態建筑屋頂遮陽的計算機模擬，分析不同的遮陽形式對大廳室內各層熱舒適狀況的影響。該項目所用的評價指標為美國供熱制冷空調工程師協會（ASHRAE）推薦的標準有效溫度SET，其可表示人在太陽輻射條件下對應的冷熱感覺及健康狀況。當SET大于30℃的時候，一般認為不舒適。建筑師只有對模擬圖充分理解，計算機模擬才能夠對建筑設計真正起到指導作用。

再次，建筑師要擔當起總體把握設計方案、理性分析環境條件、合理選擇技術手段的重任。一個建筑是否合理、是否節能不是單憑計算機軟件算出來。優秀的建筑設計是其成為一個綠色建筑典范的前提。如果方案設計理念就有悖于節能環保，即使再出色的計算機模擬也只能是亡羊補牢。有一段時期，我國北方出現了大量的全玻璃的綠色建筑。眾所周知，我國北方地區冬天寒冷，節能重點在于冬季的保溫隔熱。而一般用于結構的玻璃隔熱系數遠遠小于混凝土，這決定了玻璃建筑在保溫方面存在天生缺陷。玻璃建筑晶瑩的表皮帶來的是大量的空調能耗和經濟花銷，而非綠色節能。近幾年，我國與意大利合作設計了一座很有影響力的綠色建筑。下圖是設計過程中利用日照軟件進行優化設計的模擬圖。勿庸質疑，在方案設計中該項目運用了先進的模擬技術，經過了仔細的計算與分析。然而再高明的模擬技術也無法避免通體的玻璃幕墻帶來的空調能耗和過億的造價。

最后要說的是一個態度問題。建筑師對計算機模擬技術的使用應該有一個科學的客觀的態度。當代的一些建筑實踐中，對建筑模擬有兩種有失偏頗的看法：一種認為現階段建筑的設計周期短，建筑師要考慮的因素多，計算機模擬是對建筑師提出的額外要求，增加了建筑師的工作量；另一種觀點認為計算機模擬的結果是準確的，并且給建筑設計提供了有力的科學依據，比主觀的審美趣味更具說服力，可以用計算機“算”出建筑。這兩種觀點在目前的建筑實踐中都不是對計算機模擬的客觀評價。計算機模擬僅僅是一種媒介工具，他的適用性需要建筑師憑借理性分析和經驗來判定，并且在建筑中始終是輔助設計的手段。這很像建筑表現中的透視，精美帥氣的透視圖固然能夠在一定程度上解決建筑的不可實驗性帶來的設計困難，從而提高了建筑設計的質量。但是，透視圖卻無法表現佛羅倫薩的滄桑和愛琴海邊小鎮的寧靜。計算機模擬可以成為建筑師設計靈感的源泉，但絕不能成為束縛建筑師創造力的韁繩。

4結語

建筑是藝術與技術共同作用的產物。從原始棚屋起，建筑技術發展的過程中經歷了以拱券結構和城市基礎設施建設為主要成就，關注建筑結構特征的古羅馬時代，也經歷了工業革命帶來的新材料、新能源的大規模運用，現在又迎來了以計算機媒介技術為主要標志的讀圖時代。模擬技術展示了以前不可見的環境和過程因素，建筑改變了他的不可試驗性。媒介手段的改善必將會在設計方法、施工方法、設計理念等諸多方面打破傳統的建筑設計范式，相應地也會改變建筑師的工作方法和知識結構。這樣的時代背景呼喚著兼具節能工程師和設計師雙重能力的建筑師

參考文獻：

[1] 賴德林著.綠色建筑.[M].臺灣，詹氏書局，2006年10月.

[2] 林波榮.清華大學建筑環境模擬輔助設計課件.研究生課程，2006年.

計算機模擬技術的應用范文第5篇

【關鍵詞】 計算機模擬技術 石油工程 運用 黑油模型 裂縫模型

1 計算機模擬系統在鉆井工作中的應用

1.1 鉆井概述

所謂鉆井就是在油田開采之前，選擇相應的地表位置進行向上或一側的打孔，直至到油層的位置。根據對鉆井的目的分類大致可分為區域普查井、探井、開發井以及特殊用途井等；根據鉆井的鉆入角度的不同，可以大致分為直井、定向井、水平井等；根據對鉆井的鉆入深度不同進行分類大致可分為淺井、深井、中深井、超深井以及特超深井等。

1.2 鉆井的發展史

鉆井最開始時期是人們想獲得地下的鹽，以供人們生活所使用，在偶然的情況下獲得了地下的石油，為此人們也將利用鉆井的形式來獲取地下更多的石油，這也是我國石油工程中的第一口油井。在1521年之前鉆井的方法都是采用人工掘井的方式，從這以后才研制出人力沖擊鉆的鉆井方法，一直到1859年科技不停的發展，也研制出我國第一臺沖鉆機械，到現今為止，鉆井發展中經歷了旋轉鉆、自動化沖鉆機械等一直到當今油田工程中所使用的計算機模擬系統的鉆井方法，為石油工程的發展創造出更有利的條件。

1.3 影響鉆井的主要因素

在鉆進下鉆的過程中，會出現很多因素影響下鉆的工作效率，大致可分為可控制因素和不可控制因素，每一種影響鉆井的因素都可能決定鉆井的成功與否。可控制因素，主要是指通過一些手段和技術能對其控制的因素，比如，在鉆井中使用的鉆頭類型、下鉆鉆壓、器械的轉速、泵機的壓力、以及地表機泵的設備等；不可控制因素，主要是只客觀存在的通過設備和技術無法改變的因素，例如，儲油層的深度、所鉆地層的可鉆性、所鉆地層的壓力、所鉆地層的巖性以及研磨性等。鉆井的成功率是石油企業重點關注的問題，為了能提高鉆井的成功率就需要對可控制的因素進行不斷的優化，而優化的基本策略要根據鉆井中所涉及到的可研性、地應力、巖性等進行相關的優化，尤其是對所鉆地層的參數，這將決定在鉆井過程是否能精確的達到相應的油層位置。

1.4 計算機模擬系統在鉆井中的應用

利用傳統的鉆井方式在鉆井的過程中，對所鉆位置的地質情況、深度等沒有較好的數據分析，就算是有合理的管理制度，有效的指揮措施，但是在不知情的情況下進行鉆井，也會對鉆井的效益產生一定的影響，巖層地質的復雜性是無法想象的，因此，要運用鉆進技術和優化鉆進的手段來提高鉆進的工作效率。通過對多方面的優化研究表明，利用計算機模擬系統將其應用到鉆井工作中會為鉆井工作帶來很大的幫助，尤其是對不可控制因素的了解更明顯。計算機模擬系統主要針對鉆井施工所在地的地質情況分析；施工方案的模擬；注水泥設計的模擬；對下鉆工具的力度掌控；對實際井眼偏離設計井眼軌道的修正；對鉆井控制的模擬；對所鉆地質的倒向控制；對鉆頭和其他器械的選擇和參數上的配置；鉆井模擬教學等。

2 計算機油藏模擬技術的應用

隨著社會科技的不斷進步，油田行業的發展也在不斷的加速，同時在油田開發和勘探方面的費用也越來越高，不僅需要掌握油田開發地質的各種參數數據，還要根據不同的地質特征來制定相關的分布圖的模型，尤其是油藏的位置模型非常重要，要采用相關的油藏技術對其進行三維空間定量的研究，才能有效的描述油藏的位置，進而制作模型。所謂油藏技術，就是對油藏的流體、沉積、構造等特征進行三維油藏地質的模擬。因此，油藏技術可以說是在油田開采行業中占有非常重要的地位，促進油田行業的發展，還需要從優化油藏技術的角度出發。根據當今形式的發展，我國將計算機技術與油藏技術相互結合的使用稱為計算機油藏模擬技術，更進一步優化油藏技術，為油田行業做出巨大的貢獻。其中利用計算機油藏模擬技術制作較為常用的模型有黑油模型、裂縫模型、組份模型、蒸汽驅模型、化學驅模型等。

2.1 黑油模型

黑油模型被油田行業廣泛的應用，其中在砂巖油氣田的開發中經常用到，黑油模型由三組份形成的三維三相模型，其中三組份主要包括水、氣、油等三部分組成。根據當今的發展趨勢，傳統的開發方案已經不足以滿足現在油田開發的需求，尤其是對油田新區的開發，需要對開放方案進行處理和優化，而通過計算機模擬技術開發的黑油模型能有效的滿足當今油田開發的需求，在油田新區的開發中得到廣泛的應用，另外黑油模型還可利用到油田老區，用來確定油田老區開采之后剩余油資源的分布，進而達到增加油產量，提高油田開發的效果。除此之外，黑油模型還在地下水層儲氣等油礦方面得到廣泛的應用。根據它的使用情況可以推斷出，黑油模型不僅是油藏模擬技術中使用的最廣泛的模型，同時它還是其他油礦開采模型發展的基礎，在油田行業中的應用極大。

2.2 裂縫模型

油氣藏的種類多種多樣，裂縫油氣藏的開采是比較多的，根據名字大概可以分析出存在裂縫之間的油氣藏。事實就是如此，裂縫性油氣藏是由滲透性比較強的自然裂縫和巖層延性緊密的基質巖塊組成的，由此可以看出，這類油氣藏的開采相對比較困難一些，并不是由單一性質的孔隙介質組成的油氣藏，對于此類油田的開采措施也做了相應的優化策略。根據計算機模擬技術的應用，針對這類裂縫油氣藏的開采建立了裂縫模型的開采模式，裂縫模型主要是采用雙重介質滲流的開采模式，對于這樣特殊的油氣藏模擬來說是非常有效的。主要應用于華北、四川等地，根據我國的油氣藏分布情況來看，大多數的裂縫性油氣藏都處在華北、四川等一帶。較為常見的裂縫油氣藏主要由花崗巖、石灰巖、變質巖等物質構成。

2.3 組份模型

隨著計算機技術的不斷發展，在石油工程中應用的計算機模擬技術也針對各種不同的油氣藏制定相應的模擬技術。尤其是在針對開采難度較大輕質油藏、凝析油氣藏以及揮發性較強的油氣藏等，由于這些油氣藏的油質極其的不穩定，甚至會出現物化反應的情況。因此，針對這種不穩定的油氣藏僅僅采用以上的模擬方式是無法來完成的，在利用油、水、氣等采用多孔介質來描述流體流動的情況的基礎上，還需要對油氣相中的烴類成分瞬間相變的程度做以了解，這種模擬技術的形式又叫組份模型。組份模型主要應用范圍在帶油環和低水的凝析油氣藏以及純凝氣藏等開采難度比較困難的油氣藏中。組份模型在計算機模擬技術的研究領域中是比較復雜的一項研究，模擬研究內容主要包括干氣、氮氣、二氧化碳等氣體注入以及循環注氣開采、衰竭開采等方向的研究，通過多項的研究可以解決在油氣藏開采中遇到的相關問題，比如：對類型的準確判斷性、開采方式的選擇合理性、對流體的評介、地面分離工藝、確定開工程序、最后開采的收益情況估計等多種的分析以及相關的解決方式，對于油氣藏開采工程師來說，這無疑是給予他們最有力的依據，并做出正確的開采方針。從此看來，計算機模擬技術為石油工程領域做出了重大的貢獻，充分促進了石油工業的發展。

2.4 蒸汽驅模型

在多種多樣的油氣藏中，其中有一種油氣藏是非常特殊的，稠油油田的油氣藏中的油質粘稠度是非常大的，有些油氣藏的油質稠度甚至不會出現流動，對于這類的油氣藏開采是十分復雜而麻煩的，而且，最重要的是不能充分的對這類油氣藏進行開采。據統計，我國所有油田的油氣藏中有10%的油氣藏屬于這種稠油型的油氣藏，對于這種稠油油田的開采如果繼續使用常規的辦法的話，會非常浪費資源、人力以及物力，而且還不能有效的進行開采，比正常開采的利潤要降低的很多，依靠注水和天然的能量來開發這種類型的油田根本得不到多大的利潤。稠油油田的開采已經被國家列為重點關注的問題，為此做出了相應的研究成果。利用蒸汽驅的熱力學原理和蒸餾的作用，來對這種油質稠度較大的油氣藏進行開發，實現降低油氣藏油質的稠度，提高油質的流動性，進而達到油田開采高利潤的目的，這種方式名為蒸汽驅模型。很明顯通過計算機模擬技術研制的蒸汽驅模型的利用，在稠油油田開采中取得了很大的成就。蒸汽驅模型的原理是在采用方法上除了采用一般油田注熱水的方法外，還采用蒸汽驅和蒸汽吞吐的方法來實現降低油質的稠度。蒸汽吞吐主要是應用在油質稠度較大但還達不到沒有流動性程度的油氣藏開采中，應用很廣泛，而蒸汽驅的應用則是繼蒸汽吞吐更深一層的工作，主要應用在油質稠度特別大，甚至失去流動性的油氣藏的開采中。就使用程度上來說，蒸汽驅的使用條件要高于蒸汽吞吐的使用條件，在使用蒸汽驅的過程中，要求油氣藏的埋藏深度不得過深，而且油氣藏的厚度要保證在10米以下，要保證在開采位置的泥巖夾層較少的地方進行工作，否則將會對蒸汽驅造成一定的影響。因此，這也是蒸汽驅由于要求過高很少進行實地試驗的原因。另外，蒸汽驅模型的應用還可對油田開采中蒸汽吞吐的效果進行預測以及對蒸汽吞吐設計最佳的吞吐周期。因此，蒸汽驅模型的采用，大大促進了石油工業的發展，為油田工業創造了更多的利潤。

2.5 化學驅模型

在石油工程中，采油量與產業利益有著直接聯系，如何在原有的方式上增加產油量是我國石油工程中重點研究的課題。終于不負眾望，在經過長時間的實驗和研究之后，通過利用化學的原理達到在原有的程度上增加油產量，名為化學驅模型。化學驅模型主要是通過對注入水中加入一些化學溶劑，目的是為了降低地下相互之間的界面張力，由于在油氣藏中有很多部分的原油都會由于界面張力的作用，使這些原油無法被開采出來，而化學驅模型可以解決這個問題，降低地表下相應的界面張力，使得在地下被束縛的原油有重新的流動被開采出來，直接增加了原油的采收率，這也是通過礦場實地試驗以及試驗室模擬實驗充分證實的，是能有效增加原油產量的一種重要方法。但是，在使用化學驅模型的過程中還需要注意最關鍵的環節，就是對化學溶劑的調制，要根據不同油田的不同特點進行調制，化學溶劑的調制要根據計算機模擬技術中所提供的相關參數進行計算，如：液相粘度、滲透率、原油的飽和度等相關的計算，同時要結合地下的界面張力進行分析，這個計算過程是比較繁瑣的，而后達成的目的就是要控制驅替相與被驅替相兩者之間界面張力的變化，同時還需要注意在通過化學溶劑實現到較小的張力之后所存在的巖石之間相互吸附的問題。

根據現今石油工程開采的情況分析，很多油氣藏在開采的過程中的吸附過程都會對聚合物或活性劑造成一定的損耗，在此同時也降低了段塞驅替該有的效果，而且還增加了驅動水帶的推進速度直接超過段塞的推進速度，這種情況之下極有可能出現驅動水超越的現象，這對油氣藏開采也會造成一定的影響。據統計，我國石油工程開采中，只有極少一部分油氣藏在采用這種方式進行開采，其主要是因為化學驅模型的驅替過程比較繁瑣復雜，而且由于很多油氣藏開采工作都受到技術和經濟的限制，使得化學驅模型很少被應用，而大多的研究成果都是從實驗室和理論研究上得來的。但是，可以斷定的是化學驅模型確實能有效的幫助油田工程解決兩大難題。一，可以利用化學驅模型對開采堿水驅、微乳液驅、聚合物驅、活性水驅等相關的過程進行模擬，預測相關因素的開采條件，優化相應的開采工作，從而達到提高開采效率的目的，是作為開采方案設計的有力依據；二，對油氣藏開采中使用的驅油機的相關因素進行了解，如，壓力的分布情況、驅油的特性、飽和度的分布情況等都是與驅油機息息相關的因素，了解這些才能掌握驅油機的整個驅油過程，進而促進石油工程的良好進行。

3 結束語

本文針對于計算機模擬技術在石油工程中的運用進行了具體的分析和研究，通過本文的探討，我們了解到，通過有效的運用計算機模擬技術，能夠解決石油工程中的很多難題，能夠節省大量的時間，并且有助于促進石油開采的效率，使石油企業能夠獲得更大的經濟效益，促進石油企業的長遠發展，進而推動我國社會經濟的長遠發展。

參考文獻

[1]高興坤,孫正義,李紅宣.計算機模擬技術在鉆井工程中的應用及展望[J].石油鉆探技術,2007(05).

[2]李春雨.計算機在石油工程地質中的應用[J]. 石油工業計算機應用,2006(02).

[3]張天雷,曹邦功,王衛平,蔣多元.計算機系統資源管理在石油勘探領域中的應用[J]. 勘探地球物理進展,2008(06).

作者簡介

張海波（1971-），男，滿族，吉林省松原市人。現為吉林省鎮賚縣大屯鎮英臺采油廠工程師。主要研究方向為石油工程。