CN111597607A - 基于bim的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法，该方法包括以下步骤:确定模拟的具体时间；确定建筑的地理位置；建立准确的三维表皮模型；在Grasshopper中编写程序；通过改变时间参数，获得当地全年任意时间段的可视化模拟结果，计算相应时间的太阳聚焦倍数，自动进行大小排序，获得全年聚焦倍数最大的时间段和太阳聚焦的具体位置。通过该方法，提高了安全系数，降低了安全隐患，减少了安全事故；快速地得到了全年聚焦倍数最大的时间段和太阳聚焦的具体位置；提供了一种曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法。

Description

基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法
技术领域
本发明涉及可视化分析技术领域，具体来说，涉及基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法。
背景技术
凹面玻璃幕墙设计有一个非常严重的安全隐患，它就像一面巨大的凹面镜，可以将太阳光聚焦到一点从而引起局部的温度过高，如若照射到有可燃物的地方很容易引发火灾甚至是爆炸。伦敦的对讲机大楼和美国的拉斯维加斯Vdara酒店都因为其独特的凹面幕墙设计引起了火灾和旅客烧伤事故。
随着时代的发展，越来越多的建筑师追求建筑外形的美观和创新，这就避免不了出现了越来越多的曲面异形建筑。其中不少建筑外立面采用凹面幕墙设计，如望京SOHO、伦敦“对讲机大楼”、美国拉斯维加斯Vdara酒店等。但是凹面玻璃幕墙设计有一个非常严重的安全隐患，它可以聚焦太阳光使地面局部温度过高从而引发安全事故。但是现在很少有人会去分析建筑幕墙的太阳光聚焦这个问题。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于BIM（建筑信息模型技术）的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法，该方法包括以下步骤：
S1：确定模拟的具体时间，其中，具体时间为北半球的夏季6月15日-9月15日，南半球的夏季12月15日-3月15日；
S2：确定建筑的地理位置；
S3：依据建筑的设计图纸在Rhino软件中建立准确的三维表皮模型；
S4：在Grasshopper中编写程序，其中，Grasshopper为可视化编程语言；
所述步骤S4包括以下步骤：
S41：设定所述步骤S1、S2的时间和地理数据作为输入参数，通过Grasshopper的程序模块模拟太阳的运行轨迹；
S42：采用模拟出的太阳运行轨迹，获得照射到建筑幕墙上的光线和反射路径；
S43：采用太阳光反射到地面生成的点云，计算太阳光聚焦到地面的面积；
S44：获得聚焦倍数；
S45：通过判断参数的大小，分析项目造成的危害程度；
S46：在程序中添加排列大小的功能；
S5：通过改变时间参数，获得当地全年任意时间段的可视化模拟结果，计算相应时间的太阳聚焦倍数，自动进行大小排序，获得全年聚焦倍数最大的时间段和太阳聚焦的具体位置。
进一步的，所述步骤S2中，地理位置的参数包括经度、纬度、朝向。
进一步的，所述参数从建筑的设计图纸中获得。
进一步的，所述步骤S44中，聚焦倍数为建筑幕墙的面积和太阳光聚焦地面的面积的比值。
进一步的，所述S5中，自动进行大小排序时，依据的是不同时间段计算的聚焦倍数。
本发明的有益效果：通过该方法，提高了安全系数，降低了安全隐患，减少了安全事故；快速地得到了全年聚焦倍数最大的时间段和太阳聚焦的具体位置；提供了一种曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法的流程框图；
图2是根据本发明实施例某实际工程项目在7月22日10时聚光分析图；
图3是根据本发明实施例某实际工程项目在7月22日11时聚光分析图；
图4是根据本发明实施例某实际工程项目在7月22日12时聚光分析图；
图5是根据本发明实施例某实际工程项目在7月22日13时聚光分析图；
图6是根据本发明实施例某实际工程项目在7月22日14时聚光分析图；
图7是根据本发明实施例模拟室内受影响部位图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法，包括以下步骤：
S1：确定模拟的具体时间，其中，具体时间为北半球的夏季6月15日-9月15日，南半球的夏季12月15日-3月15日；
S2：确定建筑的地理位置；
S3：依据建筑的设计图纸在Rhino软件中建立准确的三维表皮模型；
S4：在Grasshopper中编写程序，其中，Grasshopper为可视化编程语言；
步骤S4包括以下步骤：
S41：设定所述步骤S1、S2的时间和地理数据作为输入参数，通过Grasshopper的程序模块模拟太阳的运行轨迹；
S42：采用模拟出的太阳运行轨迹，获得照射到建筑幕墙上的光线和反射路径；
S43：采用太阳光反射到地面生成的点云，计算太阳光聚焦到地面的面积；
S44：获得聚焦倍数；
S45：通过判断参数的大小，分析项目造成的危害程度；
S46：在程序中添加排列大小的功能；
S5：通过改变时间参数，获得当地全年任意时间段的可视化模拟结果，计算相应时间的太阳聚焦倍数，自动进行大小排序，获得全年聚焦倍数最大的时间段和太阳聚焦的具体位置。
在本发明的一个具体实施例中，所述步骤S2中，地理位置的参数包括经度、纬度、朝向。
在本发明的一个具体实施例中，所述参数从建筑的设计图纸中获得。
在本发明的一个具体实施例中，所述步骤S44中，聚焦倍数为建筑幕墙的面积和太阳光聚焦地面的面积的比值。
在本发明的一个具体实施例中，所述S5中，自动进行大小排序时，依据的是不同时间段计算的聚焦倍数。
在本发明的一个具体实施例中，程序编写完之后，就可以通过改变时间参数从而得到当地全年任意时间段的可视化模拟结果，并同时计算出相应时间的太阳聚焦倍数，模拟结束后程序会自动根据不同时间段计算出的聚焦倍数进行大小排序，从而很快的得到全年聚焦倍数最大的时间段和太阳聚焦的具体位置。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
本发明采用BIM技术对建筑进行可视化的实时模拟并计算出聚焦最严重的月份和时段。本发明是通过BIM软件中的Rhino和Grasshopper实现的，Rhino是一款强大的专业3D建模软件，被广泛的应用与建筑设计、工业设计等领域。Grasshopper是Rhino的可视化编程插件，可以使Rhino实现更多更复杂的参数化计算和建模工作。本发明就是通过在Grasshopper中编写的模拟程序算法，来实现在Rhino中的可视化实时模拟曲面幕墙的阳光聚焦效应，并同时计算出任何地点全年阳光聚焦最严重的时间和反射到地面的具体位置。
本发明首先需要在Rhino软件中创建出要分析建筑的外表凹曲面，还要知道该项目的具体位置和朝向（建筑所在的经度和纬度）。建立好模型之后通过在Grasshopper中编写的模拟程序算法，来实现在Rhino软件中的可视化实时模拟建筑幕墙的阳光聚焦效应，并同时计算出该建筑所在地点的全年阳光聚焦最严重的时间和反射到地面的具体位置。通过计算出的参数就可以很快的知道太阳光聚焦最严重的时间和地点。
如图2-7所示，工程实施案例为某实际工程项目塔楼：
本实施案例中建筑的四个外立面都是内凹曲面设计。所以太阳光的聚焦安全性分析是必不可少的。
具体分析过程如下：
1.首先要根据建筑的几何参数在Rhino软件中建立该项目的表皮模型；
2.确定该项目的具体位置（建筑的经纬度和朝向）；
3.选取模拟时间段，由于该工程处在北半球，所以选取6月15日—9月15日三个月时间段进行计算分析模拟；
4.通过编写好的太阳光聚焦模拟算法，输入以上所需的参数，程序会自动计算出该建筑所在位置的太阳运行轨迹和不同时间段的照射角度；通过计算出的这些参数就可以在Rhino软件中进行可视化的实时模拟曲面幕墙对太阳光的聚焦效应；
5.随着对全年不同时间段的模拟，该算法还会自动计算并找到太阳光聚焦最严重的时间和聚焦的具体位置；
6.通过计算本工程案例最严重的时间在7月22日中午13时左右，在地面的聚焦倍数为10倍，属于轻微影响，造成危害的典型凹面幕墙的聚光倍数为50倍以上，这些数据都可以通过该算法自动计算出来；
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过该方法，提高了安全系数，降低了安全隐患，减少了安全事故；快速地得到了全年聚焦倍数最大的时间段和太阳聚焦的具体位置；提供了一种曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定模拟的具体时间，其中，具体时间为北半球的夏季6月15日-9月15日，南半球的夏季12月15日-3月15日；
S2：确定建筑的地理位置；
S3：依据建筑的设计图纸在Rhino软件中建立准确的三维表皮模型；
S4：在Grasshopper中编写程序，其中，Grasshopper为可视化编程语言；
所述步骤S4包括以下步骤：
S41：设定所述步骤S1、S2的时间和地理数据作为输入参数，通过Grasshopper的程序模块模拟太阳的运行轨迹；
S42：采用模拟出的太阳运行轨迹，获得照射到建筑幕墙上的光线和反射路径；
S43：采用太阳光反射到地面生成的点云，计算太阳光聚焦到地面的面积；
S44：获得聚焦倍数；
S45：通过判断参数的大小，分析项目造成的危害程度；
S46：在程序中添加排列大小的功能；
S5：通过改变时间参数，获得当地全年任意时间段的可视化模拟结果，计算相应时间的太阳聚焦倍数，自动进行大小排序，获得全年聚焦倍数最大的时间段和太阳聚焦的具体位置。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，地理位置的参数包括经度、纬度、朝向。
3.根据权利要求2所述的基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法，其特征在于，所述参数从建筑的设计图纸中获得。
4.根据权利要求1所述的基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性5可视化分析方法，其特征在于，所述步骤S44中，聚焦倍数为建筑幕墙的面积和太阳光聚焦地面的面积的比值。
5.根据权利要求1所述的基于BIM的曲面幕墙阳光聚焦安全性可视化分析方法，其特征在于，所述S5中，自动进行大小排序时，依据的是不同时间段计算的聚焦倍数。
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