一种面向物理对象建模的室内气流仿真信息系统

本发明属于土木建筑工程领域、计算流体力学（cfd）领域与信息管理领域的交叉领域，具体应用于房间室内气流仿真信息的建模与传递框架，降低室内气流仿真的专业门槛与时间周期，提升仿真的可及性与扩展性，涉及一种面向物理对象建模的室内气流仿真方法与信息系统。

背景技术：

1、传统计算流体力学仿真以求解器输入需求为组织核心，用户须围绕求解器完成几何建模、各面命名、边界属性逐一设置、求解器参数配置等一系列操作，整个流程与求解器实现细节深度绑定，用户必须理解求解器需要什么、按什么格式提供。现有技术中虽有集成函数封装，但仍未脱离这一线性流程，仿真搭建过程始终围绕求解器的输入需求展开。

2、bim/cad/ifc到cfd的自动化流程，通过将现有数字信息模型中的几何模型提取出来，自动构建仿真案例并运行，实现自动化或与建筑能耗仿真等联动。优点是充分利用了现有数字模型的几何信息，减少操作者在cfd仿真中3d建模的工作。缺点是，传统的bim/cad/ifc等建筑数字信息中缺少cfd仿真所需要的边界条件、求解设置等信息，仿真的设置任务依然需要手工重复操作。

3、butterfly或eddy3d等参数化建模软件中的专业插件，通过面向对象编程与可视化节点的程序构造，实现了模型的快速建立与案例构建，实现了在设计软件中的同步室内气流仿真。优点是，可视化的操作节点封装了一定的设置功能与实现了设计中的同步仿真。缺点是，面向对象编程只提供了cfd求解器的修改接口，其余设置仍保留默认，没有简化或者削减cfd仿真所需要的步骤与专业知识。

4、现有相关背景技术虽然在一定程度上实现了自动化与可视化操作，然而在实际的生产生活中，现有的仿真工具缺少完备的信息组织框架，无法固化仿真经验与降低仿真门槛。对空调经销商等公司而言，无法根据用户住房的房间结构与家具摆放快速构建仿真案例仿真，缺少设备安装位置合理性依据；对于居民用户而言，没有简单易懂的案例设置，能够低门槛设置符合居住环境的流场仿真案例，缺少对自身生活的气流环境的科学判断。

5、专利us20130246008a1公开了一种用于舱室气流建模的系统和方法，通过存储客舱模板和代表物理对象的逻辑对象，由用户在二维模板中拖拽布局，系统据此自动生成脚本构建三维气流模型并执行仿真。其核心在于以逻辑对象代表物理对象、通过布局驱动仿真脚本生成。然而，该专利的信息组织采用扁平化的模板加逻辑对象结构，各层级数据混杂，逻辑对象仅携带有限的气流特性参数，未形成分层的信息管理体系；对象封装不完整，未将几何模型、边界条件及网格策略集成为可复用模板；未涉及变量之间的动态绑定与联动更新，用户需手动维护数据一致性；未设置参数简化机制，终端用户仍需直面气流速率、热通量、粘度等cfd专业参数，无法实现底层物理参数向工程直观参数的自动转换；且其应用场景固定于飞机客舱环境，不完整的信息结果无法支持进一步的智能交互开发，如直观交互界面与大语言模型应用。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种面向物理对象建模的室内气流仿真信息系统。通过模型封装、变量映射与协调函数实现室内气流仿真的模型建立。该系统旨在组织室内气流仿真案例，复用仿真专业知识与降低仿真构建门槛。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种面向物理对象建模的室内气流仿真信息系统，其特征在于，包括：

4、物理定义层，通过模型封装将室内物理对象的几何模型、边界条件以及几何表面条件与边界条件之间的映射关系打包为可复用的模板信息；

5、模型组装层，连接所述物理定义层，用于调用所述模板信息，根据当前案例的空间位置信息与模板选择信息实例化所述物理对象的仿真模型对象，并通过变量映射机制建立所述仿真模型对象的几何参数与外部算例参数之间的动态数据绑定关系；

6、用户交互层，连接所述模型组装层，用于暴露部分预设的可调参数供用户设置，并通过协调函数将所述可调参数转换为计算流体力学求解器所需的底层物理参数。

7、进一步地，所述变量映射机制采用声明式绑定架构：边界条件的定义通过引用变量来实现，所述变量由对象内部的几何参数和外部算例相关参数共同构建。运行时，系统自动解析上述变量引用，建立动态数据绑定关系。

8、进一步地，所述协调函数封装专家知识和动态行为，将直观输入参数自动转换为计算流体力学求解器所需的多参数边界条件。

9、进一步地，所述用户交互层还包括web交互模块，采用前后端分离架构，前端为轻量化网页交互层，后端搭载所述信息系统解析服务与仿真调度模块。

10、进一步地，所述前端通过拖拽操作接收用户对物理对象的摆放和参数设置，生成场景描述报文并传输至所属后端。

11、进一步地，所述后端解析所述场景描述报文完成对象实例化，通过变量映射、协调函数自动转换求解器底层参数，生成完整openfoam仿真算例并调度求解。

12、进一步地，所述用户交互层还包括大语言模型用于接收用户的自然语言指令，解析所述自然语言指令中的操作意图，依次调用对应的mcp服务模块中的工具函数，将所述操作意图转换为对案例描述数据的修改。

13、进一步地，所述信息系统还包括mcp服务模块，连接所述大语言模型与所述模型组装层，用于将所述信息系统中的各类操作封装为统一的工具函数接口，供大语言模型调用。

14、进一步地，所述信息系统被配置为自动化工作流步骤：

15、获取并解析用户输入的室内空间几何信息与物理布局信息，生成包含用户交互层信息的案例描述列表；

16、验证所述案例描述列表中用户交互层数据的格式与边界模板的合法性，根据图纸中的位置信息更新几何模型及空间位置，输出包含物理定义层、模型组装层及用户交互层数据的完整对象信息列表；

17、基于所述完整对象信息列表，自动构建仿真案例文件结构，包含物理场初始设置文件、网格划分与网格质量控制文件、案例对象组合后的几何文件、仿真过程控制文件与仿真结果处理文件；

18、根据所述仿真案例文件调用求解器执行数值计算，获得物理场数据文件；

19、后处理阶段，对整体流场及每一物理对象周边的局部流场进行批量分析，生成结构化报告。

20、进一步地，所述每个步骤是独立的，通过物理对象的标准化信息结构进行通信。

21、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

22、1、建立工程参数与底层求解参数的映射通道，降低cfd专业知识门槛。本发明通过协调函数封装专家仿真知识，把复杂的cfd底层求解参数转化为易懂的高层工程参数，使用者无需精通cfd求解配置规则，仅通过简单布局即可开展室内气流仿真，拓展了室内流场仿真的适用人群。

23、2、仿真流程中不同角色各自处理自身粒度的复杂度。本发明通过物理定义层、模型组装层及用户交互层的三层架构。物理定义层由cfd专家负责底层参数标定与设置cfd求解器的相关变量和模板，模型组装层由模型制作者完成预设模板制作，用户交互层由终端用户完成布局与参数设定。各层级独立处理自身粒度的复杂度，任一层的修改不影响其他层的正常工作。

24、3、实现了室内气流仿真从房间布局到仿真结果的全流程自动化。本发明依托dxf图纸即可自动完成从场景描述报文解析、物理对象实例化、求解器配置文件生成、数值计算到结果分析的全流程，各步骤通过标准化数据结构自动衔接，无需人工干预。

25、4、实现物理对象一体化封装，省去重复配置工作，显著提升仿真建模效率。本发明将空调、家具等物理对象的几何模型、边界属性、网格策略、后处理规则进行整体绑定打包，导入对象即可完成仿真配置，省去大量手动赋值操作，减少人为设置错误，大幅提升室内气流仿真的建模效率。