CN109815544B - 一种基于bim的屋顶光伏布置方法 - Google Patents

一种基于bim的屋顶光伏布置方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种基于BIM的屋顶光伏布置方法，包括：输入经纬度信息，模拟项目建造地点的太阳辐射轨迹，得出太阳辐射最佳倾角；利用BIM对建筑物进行数字化建模，并根据太阳辐射最佳倾角得出光伏板的最佳倾角；输入光伏板的最佳倾角、排列方式和光伏板尺寸，对建筑物屋顶的光伏组件进行数字化建模；模拟一天中固定时间段的光照阴影，根据固定时间的光照阴影图片，确定光伏板的最佳布置距离。本公开通过BIM对屋顶光伏组件进行三维模型可视化模拟以及阴影模拟，使得屋顶光伏项目的设计及光伏板布置等更加直观、准确，避免了光伏板布置不合理的浪费和时间的延误。

Description

一种基于BIM的屋顶光伏布置方法
技术领域
本公开涉及建筑光伏仿真领域，尤其涉及一种基于BIM的屋顶光伏布置方法。
背景技术
太阳能电池依赖于日光照射而发电，当投射到电池板上的日光被遮挡时，方阵功率输出特性将受到严重影响，在电池板上的一个小小阴影也能够使其性能降低，因此，在光伏系统设计和安装过程中仔细地确定阳光通路和避开阴影，对保证方阵的额定功率和降低光伏系统发电成本极为重要。
目前大多数设计软件按照公式计算出光伏组件之间的距离，是理论值。在实际工程应用中还需进行额外的修正，大大降低了施工效率。
建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，对建筑信息进行集成，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑及运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。
随着计算机图形技术及信息技术的快速发展，建筑信息模型(BIM)技术已经成为目前指导项目设计、施工的热门技术。BIM三维设计模式可更好的展现设计师的意图，通过三维可视化应用，使得项目的设计审查更准确、便捷、直观，避免了重复建模人力资源的浪费和时间的延误。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于BIM的屋顶光伏布置方法，通过BIM对屋顶光伏组件进行三维模型可视化模拟以及阴影模拟，使得屋顶光伏项目的设计及光伏板布置等更加直观、准确，避免了光伏板布置不合理的浪费和时间的延误。
为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：
一种基于BIM的屋顶光伏布置方法，包括：
输入经纬度信息，模拟项目建造地点的太阳辐射轨迹，得出太阳辐射最佳倾角；
利用BIM对建筑物进行数字化建模，并根据太阳辐射最佳倾角得出光伏板的最佳倾角；
输入光伏板的最佳倾角、排列方式和光伏板尺寸，对建筑物屋顶的光伏组件进行数字化建模；
模拟一天中固定时间段的光照阴影，根据固定时间的光照阴影图片，确定光伏板的最佳布置距离。
进一步的，所述方法还包括根据项目建造地点的太阳辐射轨迹分析不同高度造成的阴影长度，根据阴影长度确定太阳辐射最佳倾角。
进一步的，所述方法还包括根据固定时间的光照阴影图片，分析光伏板的遮挡距离，确定光伏板的最佳布置高度。
进一步的，所述光伏板的最佳布置距离为固定时间段内光伏板前后左右均互不遮挡。
进一步的，所述方法还包括模拟真实光照，确定固定时间段内的真实光照范围，通过可视化三维模拟分析出光伏板布置的范围。
进一步的，所述方法还包括将光伏组件按最佳布置距离和最佳布置高度重新进行数字化建模，并进行真实光照模拟，用于辅助二维制图。
进一步的，所述方法还包括基于BIM自动对工程量进行统计，用于后续的成本估算、工程量预算及工程量决算。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1)本公开以BIM建筑信息化三维模型为主导，将二维的图纸以三维实体的形式展示，应用于设计、施工的全过程，起到了主导设计、精确施工的作用，准确表达了图纸深度，提高了二维设计制图效率，从而高效的测算出屋顶阴影的合理布置距离，分析建筑阴影自遮挡情况，指导建筑遮阳策略，分析复合屋顶最佳角度，指导光伏设备定位。
2)本公开基于BIM建筑信息化模型统计现场工程量，更加直观、快捷，统计数据可后期用于采购，避免了以往因工程量预估错误而带来的不必要损失，达到了控制造价的目的。
3)本公开的光伏组件布置合理化，能有效避免阴影对其发电的影响，达到光伏发电的最优化。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本公开屋顶光伏三维模型效果图；
图2为某项目厂房冬至日上午9点光影测算图；
图3为某项目上午9:45时的光照分析动画截图；
图4为某项目屋顶光伏布置完成后所制作的漫游动画截图；
图5为章丘一期厂房光伏组件部分明细表截图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
正如背景技术所介绍的，发明人认为现有技术中存在屋顶光伏组件之间的距离多采用软件计算，为理论值，在实际应用中还需现场调整，导致施工效率慢的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于BIM的屋顶光伏布置方法，通过BIM对屋顶光伏组件进行三维模型可视化模拟以及阴影模拟，使得屋顶光伏项目的设计及光伏板布置等更加直观、准确，避免了光伏板布置不合理的浪费和时间的延误。
一种基于BIM的屋顶光伏布置方法，包括：
输入经纬度信息，模拟项目建造地点的太阳辐射轨迹，得出太阳辐射最佳倾角；
利用BIM对建筑物进行数字化建模，并根据太阳辐射最佳倾角得出光伏板的最佳倾角；
输入光伏板的最佳倾角、排列方式和光伏板尺寸，对建筑物屋顶的光伏组件进行数字化建模；
模拟一天中固定时间段的光照阴影，根据固定时间的光照阴影图片，确定光伏板的最佳布置距离。
所述方法还包括根据项目建造地点的太阳辐射轨迹分析不同高度造成的阴影长度，根据阴影长度确定太阳辐射最佳倾角。
所述方法还包括根据固定时间的光照阴影图片，分析光伏板的遮挡距离，确定光伏板的最佳布置高度。
所述光伏板的最佳布置距离为固定时间段内光伏板前后左右均互不遮挡。
所述方法还包括模拟真实光照，确定固定时间段内的真实光照范围，通过可视化三维模拟分析出光伏板布置的范围。
所述方法还包括将光伏组件按最佳布置距离和最佳布置高度重新进行数字化建模，并进行真实光照模拟，用于辅助二维制图。
所述方法还包括基于BIM自动对工程量进行统计，用于后续的成本估算、工程量预算及工程量决算。
具体的，某一实施例中，基于BIM的屋顶光伏布置方法具体包括：
1)借助BIM的Revit软件，建立三维模型；
根据项目的地点不同，在Revit软件里输入当地的经纬度，模拟当地的太阳辐射轨迹，分析不同高度造成的阴影长度。
建立光伏组件模型需要提前根据软件计算出项目当地太阳辐射最佳倾角，根据太阳辐射最佳倾角得出光伏板的最佳倾角，在软件里输入光伏板的最佳倾角，光伏板的排列方式及尺寸，模拟真实的场地进行光伏组件的排列。如图1所示。
2)真实光影测算；
通过新三维模型的建立，可直接生成可模拟一天中上午9点至下午15点的光照阴影，导出固定时间的光照阴影图片，方便各专业确定最佳光伏板布置距离。如图2为某项目厂房冬至日上午9点光伏板布置图，通过该图可分析光伏板遮挡距离，确定最佳的光伏板布置高度，确定最大合理光伏板布置方式。
光伏组件设计后的验收标准是冬至日正9:00与正15:00光伏组件无遮挡，因此一般进行上午9点至下午15点光照模拟进行光伏组件最佳距离设计。
以往设计时都是各专业设计人员拿着各自的图纸进行沟通，相比而言，设计中存在的问题察觉比较滞后，后期再修改图纸费时费力，如今可依靠BIM三维软件从直观的三维建筑信息化模型中浏览并形成数据信息，查找设计缺陷，这些信息为各专业二维设计制图提供设计依据，优化设计方案，设计效率会更高。
3)三维光照模拟动画演示；
可通过三维模型模拟真实光照，确定冬至日上午9点到下午15:00的真实光照范围，通过三维建筑信息化模型的建立可以直接导出AVI视频文件，通过可视化三维模拟让各专业可以很直观的观察一天中真实光照产生的阴影，分析出光伏板布置的范围，有效的验证二维设计的正确性，辅助二维制图。如图3为本项目上午9:45时的光照分析动画截图。
4)三维漫游动画；
通过Revit所建的三维模型可以导入Navisworks生成漫游动画，Navisworks支持制作移动、旋转、缩放、颜色变化的场景动画，来实现诸如模拟人在三维模型中参观、空中航拍的场景，如图4为本项目屋顶光伏布置完成后所制作的漫游动画截图，通过动画可以看出光伏板的布置场景，方便设计者和业主观看光伏板布置的三维效果图。
5)工程量统计；
BIM建筑信息化模型可以为设计过程中各种工程量进行统计，达到控制造价的目的。三维信息化模型中能自动统计工程量，如光伏板组件数量、建筑门窗明细表等都可统计，并用于成本估算、工程量预算及工程量决算。如图5为章丘一期厂房光伏组件部分明细表截图，通过BIM技术的应用，三维模型可以自动生成数据信息，包括三维模型中的各种组件，如项目中有光伏板、压块、夹具等组件类型，都可汇总，方便对现场工程量进行统计，更加直观、快捷，统计数据可后期用于采购，避免了以往因工程量预估错误而带来的不必要损失。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种基于BIM的屋顶光伏布置方法，其特征在于，包括：
输入经纬度信息，模拟项目建造地点的太阳辐射轨迹分析不同高度造成的阴影长度，根据阴影长度得出太阳辐射最佳倾角；
利用BIM对建筑物进行数字化建模，并根据太阳辐射最佳倾角得出光伏板的最佳倾角；
输入光伏板的最佳倾角、排列方式和光伏板尺寸，对建筑物屋顶的光伏组件进行数字化建模；
模拟一天中固定时间段的光照阴影，根据固定时间的光照阴影图片，分析光伏板的遮挡距离，确定光伏板的最佳布置高度；
根据固定时间的光照阴影图片，确定光伏板的最佳布置距离；所述光伏板的最佳布置距离为固定时间段内光伏板前后左右均互不遮挡；
以BIM建筑信息化三维模型为主导，分析阴影自遮挡情况，指导光伏设备定位；
将光伏组件按最佳布置距离和最佳布置高度重新进行数字化建模，并进行真实光照模拟，确定固定时间段内的真实光照范围，通过可视化三维模拟分析出光伏板布置的范围，同时辅助二维制图。
2.如权利要求1所述的一种基于BIM的屋顶光伏布置方法，其特征在于，所述方法还包括基于BIM自动对工程量进行统计，用于后续的成本估算、工程量预算及工程量决算。
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基于BIM技术的绿色建筑中太阳能利用仿真分析;陈大鹏等;《科技通报》;20180131(第01期);131-135 *
基于BIM的光伏建筑集成化设计与分析平台;何侃等;《建筑节能》;20160125(第01期);34-40 *
基于建筑信息模型的光伏设备自动优化铺设研究;桂宁等;《浙江理工大学学报(自然科学版)》;20160510(第03期);80-85 *
山地光伏电站组件阴影遮挡原因及改善措施分析;景建龙 等;太阳能;73-77 *
建筑组团方式对高密高层居住建筑立面太阳能热利用影响分析;李峥嵘;李星;李鹏;;建筑节能(第03期);36-39 *

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CN109815544A (zh) 2019-05-28

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