CN107798201B - 建筑模型的日照分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建筑模型的日照分析方法，包括：步骤1、导入一建筑模型；提供一经验数据库；步骤2、选取其中一个区域，生成日照因子参数表；步骤3、将前述区域的日照因子参数表和经验数据库做比对，判断是否存在具有参考意义的日照因子参数表：如果存在，判定符合标准；如果不存在，调用一日照分析软件，根据日照因子参数表分析日照，并将分析结果与该区域对应的日照标准做比对，判断是否符合标准；重复步骤2～3，直至完成该建筑模型所有待分析日照情况区域的日照分析。本发明能够结合日照分析软件和历史经验数据，快速实现对新的建筑模型的日照分析，确认一栋建筑设计是否符合日照标准规范，同时，提供历史经验以快速修改不符合规范的部分。

Description

建筑模型的日照分析方法

技术领域

本发明涉及日照分析领域，属于建筑模型的日照分析方法。

背景技术

国家技术监督局和建设部联合发布的《城市居住区规划设计规范》(GB5018093)对住宅建筑日照标准作了明确规定。因此，验证日照时间是否符合标准是建筑设计和审查阶段的重要任务。而日照分析涉及到地域、建筑造型、相邻建筑、时间等多种因素，要将这些相互影响的因素综合起来进行人工精确计算分析是非常困难的。为此，通过计算机进行建筑设计日照分析的需求显得非常的迫切。

现有的日照分析软件基本上都是利用二维CAD图，虽然通过建立完整的地球与太阳的数学模型，从几何和光学的角度利用计算机进行数学计算，解决了建筑与建筑阴影之间相互影响的关系，不仅可以将日照棒影图与规划图相叠加来判断日照遮挡范围，也可以准确地分析出任意地点、任意时刻、任意建筑物的日照状况，有效的解决了传统手工计算的繁琐和结果的不确定性，但是也存在诸多缺陷：一方面，现有的软件只能满足单一项目的日照分析计算，如单点的分析，平面分析，等时线的分析和阴影分析等，而不能直接与建筑设计本身挂钩，还需要非常专业的工作人员对生成的日照分析计算结果进行进一步的处理分析；另一方面，每一个需要日照分析的案例均不是孤立的个体，它要与待建、已建、城市形态等组成复杂的建筑群，这需要对多次分析成果的综合，而现有的软件也没有提供相应的管理和应用，这导致每次计算的时间变得很长，历史经验数据也无法得到充分的利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种建筑模型的日照分析方法，结合日照分析软件和历史经验数据，快速实现对新的建筑模型的日照分析，确认一栋建筑设计是否符合日照标准规范，同时，提供历史经验以快速修改不符合规范的部分。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种建筑模型的日照分析方法，包括：

步骤1、导入一建筑模型，以及对该建筑的日照情况有影响的建筑物，建立坐标系，建立该建筑模型的建筑日照参数表，每个建筑日照参数表中存储有建筑名称、所有待分析日照情况区域的区域名称、各区域的坐标范围以及日照标准关键词；

提供一经验数据库，用以存储若干日照符合标准的建筑模型、影响该建筑模型各区域日照情况的日照因子参数表以及每个区域对应的日照分析结果；

提供一标准数据库，用以存储相关建筑的日照标准；

步骤2、选取建筑日照参数表中的其中一个区域名称，确定其所对应区域的坐标范围和日照影响因子，生成该区域的日照因子参数表；

根据该区域名称对应的日照标准关键词检索标准数据库以确定该对应区域的日照标准；

步骤3、将前述区域的日照因子参数表、日照标准和经验数据库做比对，判断是否存在具有参考意义的日照因子参数表：

响应于经验数据库中存在具有参考意义的日照因子参数表，判定该区域日照符合标准，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、判定结果导入一待审核数据库；

响应于经验数据库中不存在具有参考意义的日照因子参数表，调用一日照分析软件，根据日照因子参数表以分析该区域的日照信息，并将分析结果与该区域对应的日照标准做比对，

(1)响应于分析结果符合该区域对应的日照标准，判定该区域日照符合标准，并生成该日照因子参数表所对应的日照分析结果，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、日照因子参数表、日照分析结果导入待审核数据库；

(2)响应于分析结果不符合该区域对应的日照标准，判定该区域日照不符合标准，同时生成该日照因子参数表所对应的日照分析结果，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、日照因子参数表、日照分析结果导入一待修改数据库；

步骤4、重复步骤2～3，直至完成该建筑模型所有待分析日照情况区域的日照分析。

本发明的有益效果在于：

结合日照分析软件和历史经验数据，快速实现对新的建筑模型的日照分析，确认一栋建筑设计是否符合日照标准规范，同时，提供历史经验以快速修改不符合规范的部分。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的建筑模型的日照分析方法流程图。

图2为本发明的采用日照分析软件分析任一区域日照情况的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1，本发明提及一种建筑模型的日照分析方法，包括：

步骤1、建立模型、日照影响参数，导入日照标准、经验数据库。具体如下：

第一步，导入一建筑模型，以及对该建筑的日照情况有影响的建筑物，此处的建筑物包括人工建成的建筑物也包括对日照有影响的自然景色，例如树林、山峰等等。

模型的建立是分析的基础，可以直接导入设计图中的建筑模型，确保每个建筑物的比例和位置关系正确，节约建模时间。

第二步，建立坐标系，目的在于对该建筑模型能够进行准确的区域定位和日照分析。

第三步，建立该建筑模型的建筑日照参数表，每个建筑日照参数表中存储有建筑名称、所有待分析日照情况区域的区域名称、各区域的坐标范围以及日照标准关键词。

这一过程由专业人员和计算机共同完成，其中，建筑名称作为标识，为后续的分类、分析、存储提供便利，一栋建筑中可能涉及到多个区域的日照分析，每个区域的日照标准通常是不相同的，尤其是一些特殊的建筑，例如学校、医院等，具体而言，医院的住院部区域需要充足的日照，而需要存储物品的区域则相对需要较少的日照。

因此，有必要在建筑模型建立后再建立一份该建筑模型的建筑日照参数表，每个建筑日照参数表中存储有建筑名称、所有待分析日照情况区域的区域名称、各区域的坐标范围以及日照标准关键词。

各区域的坐标范围是为了后续可能要进行的日照分析计算。

第四步，提供一经验数据库，用以存储若干日照符合标准的建筑模型、影响该建筑模型各区域日照情况的日照因子参数表以及每个区域对应的日照分析结果。

提供一标准数据库，用以存储相关建筑的日照标准。

步骤2、选取建筑日照参数表中的其中一个区域名称，确定其所对应区域的坐标范围和日照影响因子，生成该区域的日照因子参数表。

日照分析涉及到地域、建筑造型、相邻建筑、时间等等，可以根据这些影响要素来生成日照因子参数表。

根据该区域名称对应的日照标准关键词检索标准数据库以确定该对应区域的日照标准。

步骤3、将前述区域的日照因子参数表、日照标准和经验数据库做比对，判断是否存在具有参考意义的日照因子参数表。

由步骤1可知，经验数据库中存储的均为符合日照标准的建筑模型，因此，此处具有参考意义的日照因子参数表，是指将该日照因子参数表与前述区域的经验数据库、日照标准做比对后，能够直接判定该区域的日照是否符合标准规范要求的那一部分。

例如，经验数据库中存在一份与前述区域完全相同的日照因子参数表，其所对应的日照标准也符合前述区域的规范要求，那么这一份日照因子参数表则能够直接用于判定前述区域的日照符合规范要求，而不必再经过日照分析软件和工作人员再计算和分析判断。

应当理解，通常情况下，很少能够寻找到完全相同的日照因子参数表，比较多的情况是存在两份日照因子参数表，这两份日照因子参数表的参数值各形成一数值范围，而能够对前述区域造成日照影响的参数完全落入各自对应的数值范围内，并且，这两份日照因子参数表所对应的日照标准符合前述区域的日照规范要求，那么我们也可以通过这两份日照因子参数表来直接判定前述区域的日照符合规范要求，具体的：

存在至多两个这样的日照参数影响表，所分析区域的日照参数影响表中的所有参数值均落入前述至多两个日照因子参数表对应的参数范围内，同时前述至多两个日照因子参数表所对应的日照分析结果均符合所分析区域的日照标准。

如果经验数据库中存在具有参考意义的日照因子参数表，判定该区域日照符合标准，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、判定结果导入一待审核数据库。

例如，其他参数均相同，唯有区域所处的高度不相同，如果此时位于低层和高层的区域符合要求，那么处于这两者之间的区域必然也是符合要求的。

而当经验数据库中不存在具有参考意义的日照因子参数表，则需要重新计算该区域的日照结果，再做分析，在本发明中，我们选择调用一日照分析软件，根据日照因子参数表以分析该区域的日照结果，并将分析结果与该区域对应的日照标准做比对，比对结果包括两种：

第一种，分析结果符合该区域对应的日照标准，判定该区域日照符合标准，并生成该日照因子参数表所对应的日照分析结果，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、日照因子参数表、日照分析结果导入待审核数据库。

第二种，分析结果不符合该区域对应的日照标准，判定该区域日照不符合标准，同时生成该日照因子参数表所对应的日照分析结果，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、日照因子参数表、日照分析结果导入一待修改数据库。

设置待审核数据库的目的，是为了增加一道人工审核工序，确保日照分析的准确，因此，优选的，待审核数据库设置有一权限模块，只有具有权限的用户才能进入查看并且审核。

进一步的例子中，本发明还提及，前述方法还包括：

响应于所述待审核数据库中的任一区域日照被审核通过，将该区域的日照参数影响表、日照分析结果导入经验数据库。

通过这一步骤，能够自动丰富经验数据库中的数据，为后续的建筑设计日照分析提供数据基础。

设置待修改数据库的目的，是为了将判断日照不符合标准的区域参数统一导入至待修改数据库，一方面便于用户修改，另一方面便于用户整理总结数据，例如同一栋建筑中不符合标准的区域被集中在一起，有利于帮助用户快速发现问题所在，进而妥善地解决问题。

同样的，待修改数据库设置有一权限模块，只有具有权限的用户才能进入查看并且修改数据。

在一些例子中，前述方法还包括：

响应于待修改数据库中的任一区域日照被修改完成，生成一新的日照参数影响表，调用日照分析软件分析其日照结果，将新的日照参数影响表、及其对应的日照分析结果导入经验数据库。

设置这一步骤的目的同前，修改完成后的建筑模型经验证合格后也被导入经验数据库，为后续建筑设计日照分析提供数据基础。

在另一些例子中，前述方法还包括：

响应于待修改数据库中的任一区域日照被修改完成，生成一修改方案。

提供一修改经验数据库，用以存储该区域所对应的建筑模型、日照标准、日照因子参数表及其对应的日照分析结果、修改方案。

当后续再出现某区域的初步分析结果不符合所分析区域对应的日照标准，可以根据该不合格区域的日照因子参数表来检索修改经验数据库，以快速地给用户提供过往建议。

修改方案可以包括原建筑模型、原日照因子参数表及其对应的日照分析结果、日照标准，以及修改后的建筑模型、新的日照参数影响表及其对应的日照分析结果，也可以包括一些修改的过程、内容、用户输入的修改方案描述等等。

例如一栋居民楼，通过对该居民楼所有门窗的日照进行分析和日照判断，得出整个建筑中所有不满足的具体户，并以立面报表和不满足的户室名列表形式展现。如果不满足户室较多时，可以认定该建筑设计不合理，必需向北向移动，可以结合智能间距调整功能和/或智能高度调整，进行调整间距和/或调整高度的计算，给出能满足日照要求的建筑间距和/或建筑高度。

智能间距调整是指，按步长移动建筑，直到满足日照为止，给出最小的移动间距。

智能高度调整是指，按标准层高进行建筑高度的调整，直到满足日照为止，给出最小的调整高度。

由于通常未必能够查询到完全一样的日照因子参数表，因此本发明提供了一种方案，能够根据用户需求为其推送一些相近的修改方案以供参考，具体如下：

在不符合标准区域的日照因子参数表中的原参数值基础上设定一误差范围，这一误差范围可以由系统自动生成，也可以由用户根据自己的需求自行设置，生成一新的日照因子参数表，将新的日照因子参数表、该区域的日照标准与修改经验数据库做比对，判断修改经验数据库是否存在参数落入新的日照因子参数表范围内的建筑模型。

响应于修改经验数据库中存在参数落入新的日照因子参数表范围内的建筑模型，将该建筑模型对应的修改方案导出至一指定的客户端，以提供参考给用户。

至此，完成了一栋建筑的其中一个区域的日照情况分析，同时，该区域的日照情况分析结果能够作为后续建筑设计分析的数据基础使用。

步骤4、重复步骤2～3，直至完成该建筑模型所有待分析区域的日照分析。

日照分析软件的核心计算方式，主流的主要有两种，一种是计算点所在处的光线与建筑的相交情况来判断能力；另一种是计算点所在的平面处的光照分布情况与点的位置关系来判断日照。

结合图2，本发明提供了一种利用日照分析软件分析任一区域日照情况的方法，该方法本软件采用第一种算法方式，相对直接易懂，该方法包括：

步骤a，选取该区域的其中一个分析点的坐标，确定该分析点的分析条件，分析条件包括对日照有影响的建筑物、当前分析点的经纬度、日照标准所规定的时间段，将时间段划分成若干个时间间隔。

步骤b，选取其中一个时间间隔，计算出该时间间隔内的太阳高度角、方位角，根据分析点、太阳高度角、方位角以确定一条模拟的光线。

步骤c，将前述光线与对日照有影响的建筑体的各个面进行求相交计算，判断是否存在交点：

响应于存在交点，判定有遮挡，当前时间间隔内该分析点无光照。

响应于不存在交点，判定无遮挡，当前时间间隔内该分析点有光照。

步骤d，重复步骤b～c，直至完成该分析点在所规定时间段内的日照结果分析。

步骤e，重复步骤a～d，直至完成该区域所有分析点的日照结果分析。

针对日照过程中所用到的核心计算公式，一般的差别在太阳赤纬角的计算和时差的计算公式上，一般的采用近似赤纬公式和全年每日的平均观测时差；而本软件则采用完全拟合公式计算，更加接近实际的观测值。

该核心算法用到的主要计算公式：

(1)真太阳时：

真太阳时＝北京时间+时差-(120°-当地经度)/15°

(2)时差计算公式：

Et＝0.0028-1.9857*sinθ+9.9059*sin2θ-7.0924*cosθ-0.6882*cos2θ

其中θ为日角。

(3)时角：

t＝15°(n-12)

其中，n为真太阳时(24时制)。

(4)太阳高度角h⊙

h⊙＝arcsin(sinΦsinδ+cosΦcosδcos(t))

其中，h⊙＝太阳高度角，deg；Φ＝当地纬度，deg；λ＝当地经度，deg；δ＝太阳倾角，deg；t＝时角。

(5)太阳方位角A

A＝arcos((sin h⊙sinΦ-sinδ)/(cos h⊙cosΦ))

其中，h⊙＝太阳高度角，deg；Φ＝当地纬度，deg；δ＝太阳倾角，deg。

(6)太阳倾角δ即太阳赤纬角

Ed＝0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ-0.758cosθ+0.3656cos2θ+0.0201cos3θ

其中，θ为日角。

(7)日角θ

θ＝2πt/365.2422

其中，t＝N-N0；N为积日就是日期在年内的顺序号；N0＝79.6764+0.2422*(年份-1985)-INT[(年份-1985)/4]。

综上所述，本日照分析算法是基于单点采光分析的基础上进行的区域日照分析，为了更直观的表述出区域日照的结果，我们采用不同的颜色来标识累计日照时长，例如以1小时为间隔，设置不同的颜色，不同的颜色代表累计时间段在1个小时内、2个小时内...6个小时内，最终生成一幅色彩特征鲜明的“区域-时间日照图”，结果显示更加直观。

目前日照分析软件主要有两大分支，一是在自主知识产权的CAD平台下研发而成,平台相对封闭，如PKPM；二是在AutoCAD平台上的二次开发，数据的兼容性较好，如众智。基于MicroStation(第二大CAD设计软件)平台二次开发的日照分析软件基本没有。

计算效率一直是各个软件关注、争取的焦点；效率最高是自主知识产权的CAD平台，可以通过硬件加速来辅助计算；在各个CAD平台下进行二次开发的软件，受制于原CAD平台的限制，一般的效率都差不多。

优选的，前述日照分析软件基于Bentley MicroStation平台建立，以丰富日照分析软件的种类。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种建筑模型的日照分析方法，其特征在于，包括：

步骤1、导入一建筑模型，以及对该建筑的日照情况有影响的建筑物，建立坐标系，建立该建筑模型的建筑日照参数表，每个建筑日照参数表中存储有建筑名称、所有待分析日照情况区域的区域名称、各区域的坐标范围以及日照标准关键词；

提供一经验数据库，用以存储若干日照符合标准的建筑模型、影响该建筑模型各区域日照情况的日照因子参数表以及每个区域对应的日照分析结果；

提供一标准数据库，用以存储相关建筑的日照标准；

步骤2、选取建筑日照参数表中的其中一个区域名称，确定其所对应区域的坐标范围和日照影响因子，生成该区域的日照因子参数表；

根据该区域名称对应的日照标准关键词检索标准数据库以确定该对应区域的日照标准；

步骤3、将前述区域的日照因子参数表、日照标准和经验数据库做比对，判断是否存在具有参考意义的日照因子参数表：

响应于经验数据库中存在具有参考意义的日照因子参数表，判定该区域日照符合标准，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、判定结果导入一待审核数据库；

响应于经验数据库中不存在具有参考意义的日照因子参数表，调用一日照分析软件，根据日照因子参数表以分析该区域的日照信息，并将分析结果与该区域对应的日照标准做比对，

(1)响应于分析结果符合该区域对应的日照标准，判定该区域日照符合标准，并生成该日照因子参数表所对应的日照分析结果，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、日照因子参数表、日照分析结果导入待审核数据库；

(2)响应于分析结果不符合该区域对应的日照标准，判定该区域日照不符合标准，同时生成该日照因子参数表所对应的日照分析结果，将该区域的区域名称、所属的建筑名称、日照因子参数表、日照分析结果导入一待修改数据库；

步骤4、重复步骤2～3，直至完成该建筑模型所有待分析日照情况区域的日照分析；

此处具有参考意义的日照因子参数表，是指将该日照因子参数表与其所对应的日照标准和经验数据库做比对后，能够直接判定该区域的日照是否符合标准规范要求的那一部分。

2.如权利要求1所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，步骤3中，所述具有参考意义的日照因子参数表，是指：

存在至多两个这样的日照参数影响表，所分析区域的日照参数影响表中的所有参数值均落入前述至多两个日照因子参数表对应的参数范围内，同时前述至多两个日照因子参数表所对应的日照分析结果均符合所分析区域的日照标准。

3.如权利要求1所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，前述方法还包括：

响应于所述待审核数据库中的任一区域日照被审核通过，将该区域的日照参数影响表、日照分析结果导入经验数据库。

4.如权利要求1所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，步骤3中，所述日照分析软件分析任一区域日照情况的方法包括：

步骤a，选取该区域的其中一个分析点的坐标，确定该分析点的分析条件，分析条件包括对日照有影响的建筑物、当前分析点的经纬度、日照标准所规定的时间段，将时间段划分成若干个时间间隔；

步骤b，选取其中一个时间间隔，计算出该时间间隔内的太阳高度角、方位角，根据分析点、太阳高度角、方位角以确定一条模拟的光线；

步骤c，将前述光线与对日照有影响的建筑体的各个面进行求相交计算，判断是否存在交点：

响应于存在交点，判定有遮挡，当前时间间隔内该分析点无光照；

响应于不存在交点，判定无遮挡，当前时间间隔内该分析点有光照；

步骤d，重复步骤b～c，直至完成该分析点在所规定时间段内的日照结果分析；

步骤e，重复步骤a～d，直至完成该区域所有分析点的日照结果分析。

5.如权利要求1所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，所述日照分析软件基于Bentley MicroStation平台建立。

6.如权利要求1所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，前述方法还包括：

响应于待修改数据库中的任一区域日照被修改完成，生成一新的日照参数影响表，调用日照分析软件分析其日照结果，将新的日照参数影响表、及其对应的日照分析结果导入经验数据库。

7.如权利要求1所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，所述待审核数据库具有一权限模块。

8.如权利要求1所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，所述待修改数据库具有一权限模块。

9.如权利要求1所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，前述方法还包括：

响应于待修改数据库中的任一区域日照被修改完成，生成一修改方案；

提供一修改经验数据库，用以存储该区域所对应的建筑模型、日照标准、日照因子参数表及其对应的日照分析结果、修改方案。

10.如权利要求9所述的建筑模型的日照分析方法，其特征在于，前述方法还包括：

步骤3中，响应于任一区域的分析结果不符合其所对应的日照标准，在该区域日照因子参数表中的原参数值基础上设定一误差范围，生成一新的日照因子参数表，将新的日照因子参数表、该区域的日照标准与修改经验数据库做比对，判断修改经验数据库是否存在参数落入新的日照因子参数表范围内的建筑模型；

响应于修改经验数据库中存在参数落入新的日照因子参数表范围内的日照因子参数表，将该日照因子参数表所对应的建筑模型及其修改方案导出至一指定的客户端。

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