CN103136432A - 一种基于微气候分析的建筑场地设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微气候分析的建筑场地设计方法及系统，用于评价建筑场地的微气候环境，指导建筑场地设计，使建筑场地设计可以更有效，更准确的考虑微气候环境。本发明首先根据建筑气候相关理论，建立评价分析场地微气候好坏的指标体系，如夏季适当的遮阴及风速，可以得到较高的微气候分值，微气候分值高即表示微气候环境较好。建立指标体系后，首先利用模拟软件分析出建筑场地各季节典型情况下的风环境及日照情况，然后对各种模拟结果进行处理，将指标体系得分与模拟分析结果进行得分处理，生成微气候评价指标图，该图可以清晰的反应建筑场地微气候环境的优劣，使建筑师可以直观的在设计中修改场地微气候环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市热环境以及建筑的节能领域，特别涉及一种基于微气候环境数据信息分析的建筑场地设计方法和系统。
背景技术
人们所指的气候，根据影响范围及影响时间实际上分为全球性气候，地区性气候，局地气候及微气候。微气候顾名思义即是在局部区域由于受场地状况及周边环境影响所形成的气候环境。微气候环境是一个场地在某个时刻所形成的独特的气候环境，这与当地的气象站所测得的气候环境是有所差别的，不能直接从相关气候资料中查找，只能根据实际情况进行具体分析。
微气候环境包括了温度、湿度、风向风速、日照等指标，这些指标与地区气候参数有较大的差异，如气象资料中的风向是在平坦的场地中测得的不受周边物体遮挡所形成的风向及风速。而实际微气候环境下，局部地区由于地形，周边建筑等环境的影响，形成了诸如由峡谷效应导致的风速加强，由上风向遮挡所造成的下风向无风区，或涡旋区。在温度方面，由于城市的生产生活，产生了大量的热量，硬质铺装与水体及绿地等环境对太阳辐射的吸收率不同，散湿量不同，这导致了城市热湿环境的差异，有测试资料显示夏季沥青路面的温度可能比绿地及水面附近的温度高出20度以上，此外生产生活中的污染物，噪音等均对场地的微气候环境均产生了较大的影响。
综上所述，微气候环境反映了场地的实际气候环境，在建筑设计中如果能先了解场地的微气候环境，可以更好的，因地制宜的设计与自然和谐共生的建筑。但是目前，一般在建筑设计中所参考的气候环境资料均为城市气象站所测得的典型年气象资料，该气象资料均为特定条件下所测得。如风速风向为四周平坦的情况下测得，空气温度是在百叶箱中测量。这些参数与场地实际的微气候环境有较大的差异。因此因地制宜，考虑场地实际的微气候环境，来指导建筑设计，更具有实际意义。
为了获得对建筑设计起指导作用的微气候环境，人们通过建立建筑模型，模拟太阳轨迹，模拟风向走动，画风场图等方式，来了解建筑的微气候环境以指导设计。但是这种方法耗时耗力，很难大面积推广。20世纪90年代，随着计算机技术的发展，通过计算机软件来进行建筑微气候环境的模拟得到了推广应用。人们可以通过CFD软件来模拟风环境，通过ecotect等软件模拟采光、日照等环境，建筑设计师可以更方便的根据微气候环境进行场地设计。
但是目前采用计算机模拟技术来分析场地微气候环境的方法，在应用中也有其局限性，例如风环境模拟，一般仅针对特定条件下进行模拟，如采用夏季10%大风下的风环境进行模拟，这样的模拟结果并不能反应全年的风环境情况，即使做了四个季节的风环境模拟，但是在实际应用中也很难判断最佳的风环境条件。此外场地微气候环境包括了日照、温度、湿度等因素的影响，单一的对某个因素进行分析，并不能全面的分析微气候环境的好坏。如在冬季讲究避风，但是避风的情况下，可能往往缺少日照，因此避风的环境不一定是好的微气候环境。微气候环境受多种因素的影响，这些因素在场地各个位置有不同的组合，这样或多或少能组合成微气候环境较好的区域，和微气候环境较差的区域。也就是说只有综合的考虑微气候环境指标，才可以比较清楚的了解场地微气候环境的优劣，便于建筑师进行建筑场地设计。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于微气候分析的建筑场地设计方法及系统。
本发明的目的之一是提出一种基于微气候分析的建筑场地设计方法；本发明的目的之二是提出一种基于微气候分析的建筑场地设计系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种基于微气候分析的建筑场地设计方法，包括以下步骤：
S1： 确定待建场地的建筑场地设计布局的微气候环境指标；
S2： 根据待建场地所在区域的气候条件确定微气候环境指标权值系数；
S3： 模拟分析获取待建场地典型气候条件下的微气候环境数据；
S4： 根据微气候环境指标值、指标权值系数与模拟所得微气候环境数据，通过模拟软件获取建筑场地模型的微气候环境综合指标图；
S5： 结合微气候环境综合指标图指导建筑场地设计布局方案；
S6： 判断微气候环境综合指标是否达到设计要求，如果否，则修改优化建筑场地设计布局，返回步骤S3，如果是，则进入步骤S7；
S7： 确定场地设计布局，形成并输出微气候评价指标图。
进一步，所述微气候评价指标是通过以下步骤来实现的：
S21： 建立微气候指标，所述微气候指标包括风向参数、风速参数、日照参数、温度参数、湿度参数、噪声参数、阴影参数、通风参数和避风参数；
S22： 确定微气候指标在微气候环境的指标权重；
S23： 根据指标权重、当地各季节的气候环境和热舒适环境要求确定微气候评价指标。
进一步，所述预设微气候评价指标是通过模拟软件分析出建筑场地在各季节典型情况下的微气候评价指标。
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供的一种基于微气候分析的建筑场地设计系统，包括建筑场地设计布局单元、微气候环境指标参数、实际数据采集单元、微气候环境综合指标生成单元、微气候评价指标图输出单元、评判单元、建筑场地设计布局修改单元；
所述建筑场地设计布局单元，用于确定待建场地的建筑场地设计布局的微气候环境指标；
所述微气候环境指标参数单元，用于根据待建场地所在区域的气候条件确定微气候环境指标权值系数；
所述实际数据采集单元，用于获取微气候环境指标的实际数据；
所述微气候环境综合指标生成单元，用于根据微气候评价指标与预设微气候评价指标获取建筑场地模型的微气候环境综合指标；
所述微气候评价指标图输出单元，用于根据微气候环境综合指标形成并输出微气候评价指标图；
所述评判单元，用于判断微气候环境综合指标是否达到设计要求指标；
所述建筑场地设计布局修改单元，用于修改待建场地的建筑场地设计布局。
进一步，所述微气候环境指标参数单元包括微气候指标单元、指标权重单元、微气候评价指标输出单元；
所述微气候指标单元，用于建立微气候指标，所述微气候指标包括风向参数、风速参数、日照参数、温度参数、湿度参数、噪声参数、阴影参数、通风参数和避风参数；
所述指标权重单元，用于确定微气候指标在微气候环境的指标权重；
所述微气候评价指标输出单元，用于输出根据指标权重、当地各季节的气候环境和热舒适环境要求确定的微气候评价指标。
进一步，还包括预设模型微气候评价指标形成单元，所述预设模型微气候评价指标形成单元，用于形成建筑场地在各季节典型情况下的微气候评价指标。
本发明公开了一种基于微气候分析的建筑场地设计方法及系统，用于评价建筑场地的微气候环境，指导建筑场地设计，使建筑场地设计可以更有效，更准确的考虑微气候环境。本发明首先根据建筑气候相关理论，建立评价分析场地微气候好坏的指标体系，如夏季适当的遮阴及风速，可以得到较高的微气候分值，微气候分值高即表示微气候环境较好。建立指标体系后，首先利用模拟软件分析出建筑场地各季节典型情况下的风环境及日照情况，然后将各种模拟结果导入自编软件进行处理，将指标体系得分与模拟分析结果进行得分处理，生成微气候评价指标图，该图可以清晰的反应建筑场地微气候环境的优劣，使建筑师可以直观的在设计中考虑场地微气候环境。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为基于微气候分析的建筑场地设计方法流程图；
图2为基于微气候分析的建筑场地设计系统原理框图；
图3为实施例场地地形图；
图4为实施例风环境指标图；
图5为实施例日照阴影指标图；
图6为实施例微气候综合指标图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1
图1为基于微气候分析的建筑场地设计方法流程图，图2为基于微气候分析的建筑场地设计系统原理框图，如图所示：本发明提供的一种基于微气候分析的建筑场地设计方法，包括以下步骤：
S1： 确定待建场地的建筑场地设计布局的微气候环境指标；
S2： 根据待建场地所在区域的气候条件确定微气候环境指标权值系数；
所述微气候评价指标是通过以下步骤来实现的：
S21： 建立微气候指标，所述微气候指标包括风向参数、风速参数、日照参数、温度参数、湿度参数、噪声参数、阴影参数、通风参数和避风参数；
S22： 确定微气候指标在微气候环境的指标权重；实施例中的日照及风速对微气候环境指标的权重可以取1：1，即权重系数均为0.5，权重比也可根据需要进行调整。春夏秋冬各季节在全年的时间比重也按1：1：1：1，即权重系数为0.25，季节权重系数也可根据春夏秋冬各季节实际所占时间进行权重系数调节。
S23： 根据指标权重、当地各季节的气候环境和热舒适环境要求确定微气候评价指标。
所述预设微气候评价指标是通过模拟软件分析出建筑场地在各季节典型情况下的微气候评价指标。
S3： 模拟分析获取待建场地典型气候条件下的微气候环境数据，如场地各区域的风向风速，日照等数据；
S4： 根据微气候环境评价指标值、指标权值系数与模拟所得微气候环境数据，通过模拟软件获取建筑场地模型的微气候环境综合指标图；
S5： 结合微气候环境综合指标图指导建筑场地设计及方案比选优化。
S6： 判断微气候环境综合指标是否达到设计要求，如果否，则修改优化建筑场地设计布局，返回步骤S3，如果是，则进入步骤S7。
S7： 确定场地设计布局，根据微气候评价指标图，进行建筑细部，景观等进一步的设计。
本实施例提供的基于微气候分析的建筑场地设计方法，根据微气候环境综合指标形成并输出微气候评价指标图，然后根据这些指标来完成建筑概念方案或总图场地设计后，再根据设计后的场地情况及建筑布局情况，调整建筑模型，进行微气候模拟分析，再通过软件CFD或软件ecotect等进行模拟分析；并输出微气候评价指标图，对设计情况的微气候环境进行评价及不同设计方案的对比评价，直到修改完善到设计要求。
本实施例还提供了一种基于微气候分析的建筑场地设计系统，包括建筑场地设计布局单元、微气候环境指标参数、实际数据采集单元、微气候环境综合指标生成单元、微气候评价指标图输出单元、评判单元、建筑场地设计布局修改单元；
所述建筑场地设计布局单元，用于确定待建场地的建筑场地设计布局的微气候环境指标；
所述微气候环境指标参数单元，用于根据待建场地所在区域的气候条件确定微气候环境指标权值系数；
所述实际数据采集单元，用于获取微气候环境指标的实际数据；
所述微气候环境综合指标生成单元，用于根据微气候评价指标与预设微气候评价指标获取建筑场地模型的微气候环境综合指标；
所述微气候评价指标图输出单元，用于根据微气候环境综合指标形成并输出微气候评价指标图；
所述评判单元，用于判断微气候环境综合指标是否达到设计要求指标；
所述建筑场地设计布局修改单元，用于修改待建场地的建筑场地设计布局。
所述微气候环境指标参数单元包括微气候指标单元、指标权重单元、微气候评价指标输出单元；
所述微气候指标单元，用于建立微气候指标，所述微气候指标包括风向参数、风速参数、日照参数、温度参数、湿度参数、噪声参数、阴影参数、通风参数和避风参数；
所述指标权重单元，用于确定微气候指标在微气候环境的指标权重；
所述微气候评价指标输出单元，用于输出根据指标权重、当地各季节的气候环境和热舒适环境要求确定的微气候评价指标。
还包括预设模型微气候评价指标形成单元，所述预设模型微气候评价指标形成单元，用于形成建筑场地在各季节典型情况下的微气候评价指标。
实施例2
本实施例以丘陵场地的微气候综合指标为例，首先对场地四个季节主导风向平均风速下的风环境进行CFD模拟分析，得出各季节场地风向及风速指标，然后根据数据获取微气候评价软件，得出微气候风环境指标得分，然后利用ecotect软件分析场地四个季节典型日，日照时间指标，根据数据评价出微气候日照阴影指标得分，最后将风环境与日照指标进行叠加，得出微气候综合指标。
图3为实施例场地地形图，图4为实施例风环境指标图，图5为实施例日照阴影指标图，图6为实施例微气候综合指标图。
本实施例提供的指标体系包括微气候指标选择根据气候特点及对建筑环境影响的大小，选择所考虑的微气候指标，如风向，风速，日照，温度，噪声等。这些微气候指标在不同地点的叠加，总会产生相对较好的微气候环境及相对较差的微气候环境。将这些微气候环境赋予一定的指标权重，进行叠加计算即可得出一个综合的微气候环境指标。对于一般的项目而言，日照、阴影，通风及避风这几个指标对微气候环境具有重要影响，而且也宜于分析，这几个指标对场地的温度，湿度，自然通风，自然采光及人体舒适度均有重要影响。
微气候指标值确定，微气候环境的得分高底，与所在区域的气候条件有关，因此对于微气候环境指标的得分高底，应详细分析当的地各季节的气候环境，结合热舒适环境要求，来进行综合考虑确定。表1、2是根据某地区气候特点所得出的日照及风环境的微气候指标：
表1 日照时间指标
| 日照时间（小时） | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 冬（得分） | 0 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 10 |
| 春/秋（得分） | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 夏（得分） | 3 | 4 | 5 | 5 | 4 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 |
表2 风速指标
| 风速（小时） | 0 | 0.25 | 0.5 | 0.8 | 1.2 | 1.7 | 2.3 | 2.9 | 3.6 | 4.2 | 5 |
| 冬（得分） | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 3 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 春/秋（得分） | 0 | 1 | 2 | 4 | 5 | 7 | 9 | 10 | 9 | 5 | 0 |
| 夏（得分） | 0 | 1 | 2 | 4 | 5 | 7 | 8 | 9 | 10 | 7 | 4 |
如上表所示：考虑到该地区长年湿度较大，日照偏低，夏热冬冷，因此冬季日照时间越长越好，夏季则对日照的需求较少，但完全的阴影下也并不好。冬季该地区仅需要微小的风速，而在夏季湿热的天气，则要求较大的室外风速，但风速不应大过5m/s。
在确定了微气候指标体系后，即需要具体分析场地的微气候环境，利用ecotect生态分析大师，分析场地春夏秋冬四个季节的日照阴影情况，利用PHOENICS软件分析四个季节的风环境情况。
获取四个季节的日照小时数及风速数据，结合微气候评价指标体系，得出场地的微气候综合指标得分。首先对场地四个季节主导风向平均风速下的风环境进行CFD模拟分析，得出各季节场地风向及风速指标，然后根据这些数据计算出微气候评价软件，得出微气候风环境指标得分，然后利用ecotect软件分析场地四个季节典型日，日照时间指标，然后得出微气候日照阴影指标得分，最后将风环境与日照指标进行叠加，得出微气候综合指标，同时输出微气候评价指标图，对设计情况的微气候环境进行评价及不同设计方案的对比评价，直到修改完善到设计要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1. 一种基于微气候分析的建筑场地设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1： 确定待建场地的建筑场地设计布局的微气候环境指标；
S2： 根据待建场地所在区域的气候条件确定微气候环境指标权值系数；
S3： 模拟分析获取待建场地典型气候条件下的微气候环境数据；
S4： 根据微气候环境指标值、指标权值系数与模拟所得微气候环境数据，通过模拟软件获取建筑场地模型的微气候环境综合指标图；
S5： 结合微气候环境综合指标图指导建筑场地设计布局方案；
S6： 判断微气候环境综合指标是否达到设计要求，如果否，则修改优化建筑场地设计布局，返回步骤S3，如果是，则进入步骤S7；
S7： 确定场地设计布局，形成并输出微气候评价指标图。
2. 根据权利要求1所述的基于微气候分析的建筑场地设计方法，其特征在于： 所述微气候评价指标是通过以下步骤来实现的：
S21： 建立微气候指标，所述微气候指标包括风向参数、风速参数、日照参数、温度参数、湿度参数、噪声参数、阴影参数、通风参数和避风参数；
S22： 确定微气候指标在微气候环境的指标权重；
S23： 根据指标权重、当地各季节的气候环境和热舒适环境要求确定微气候评价指标。
3. 根据权利要求1所述的基于微气候分析的建筑场地设计方法，其特征在于： 所述预设微气候评价指标是通过模拟软件分析出建筑场地在各季节典型情况下的微气候评价指标。
4. 根据权利要求1所述的方法的执行基于微气候分析的建筑场地设计方法的设计系统，其特征在于：包括建筑场地设计布局单元、微气候环境指标参数单元、实际数据采集单元、微气候环境综合指标生成单元、微气候评价指标图输出单元、评判单元、建筑场地设计布局修改单元；
所述建筑场地设计布局单元，用于确定待建场地的建筑场地设计布局的微气候环境指标；
所述微气候环境指标参数单元，用于根据待建场地所在区域的气候条件确定微气候环境指标权值系数；
所述实际数据采集单元，用于获取微气候环境指标的实际数据；
所述微气候环境综合指标生成单元，用于根据微气候评价指标与预设微气候评价指标获取建筑场地模型的微气候环境综合指标；
所述微气候评价指标图输出单元，用于根据微气候环境综合指标形成并输出微气候评价指标图；
所述评判单元，用于判断微气候环境综合指标是否达到设计要求指标；
所述建筑场地设计布局修改单元，用于修改待建场地的建筑场地设计布局。
5. 根据权利要求4所述的基于微气候分析的建筑场地设计系统，其特征在于： 所述微气候环境指标参数单元包括微气候指标单元、指标权重单元、微气候评价指标输出单元；
所述微气候指标单元，用于建立微气候指标，所述微气候指标包括风向参数、风速参数、日照参数、温度参数、湿度参数、噪声参数、阴影参数、通风参数和避风参数；
所述指标权重单元，用于确定微气候指标在微气候环境的指标权重；
所述微气候评价指标输出单元，用于输出根据指标权重、当地各季节的气候环境和热舒适环境要求确定的微气候评价指标。
6. 根据权利要求4所述的基于微气候分析的建筑场地设计系统，其特征在于： 还包括预设模型微气候评价指标形成单元，所述预设模型微气候评价指标形成单元，用于形成建筑场地在各季节典型情况下的微气候评价指标。
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