CN111695175A - 一种基于日照罩面分析的街区高度阶梯控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于日照罩面分析的街区高度阶梯控制方法，该方法以相邻街区日照权利保障为目标对街区内部高度进行梯度化控制，首先从城市现状测绘资料中提取出相应的街区数据资料，根据相邻街区边线形成日照控制基准多边形，以多变形各拐点沿对应时间段起始点太阳轨迹点做射线，连接各射线形成日照控制斜柱体，再与由街区生成的垂直体量交错形成街区日照罩面模型，得到罩面模型的最大高度控制值，然后进一步根据街区高度控制梯度需求进行修正，转化得到最终的街区高度梯度控制空间分布结果。本发明基于日照运行规律的理性分析，形成街区内部高度控制分布，计算方法简便，有利于城市设计初期对街区内部建筑高度进行判断。

Description

一种基于日照罩面分析的街区高度阶梯控制方法

技术领域

本发明属于城市设计领域，具体涉及一种基于日照罩面分析的街区高度梯度控制方法。

背景技术

中观尺度的街区形态控制在城市环境中具有衔接宏观城市结构和微观建筑单体的作用，作为城市形态研究的重要单元，其内部高度控制是城市设计的重要内容。在城镇化快速进程中，街区高度控制不仅受到城市整体格局、景观视觉体验、土地经济价值的影响，日照约束是影响街区高度的重要因素，关乎城市环境和人民生活的健康安全。

日照标准来自《城市居住区规划设计规范》，主要控制目标是保障住宅、幼儿园、学校等少数类型建筑的基本日照需求，如部分城市要求老年人住宅建筑底层窗台满足冬至日2小时日照时数，因此目前日照相关高度控制主要基于对街区内部建筑的日照保障，缺少对相邻街区之间及城市公共空间日照保障的相关规定。

从日照角度对于街区高度控制现有方法主要有以下几种：

1.日照间距系数反推法

根据街区尺度和建筑间距，结合日照间距系数进行对建筑高度进行推算，得出该街区可能建筑高度。该方法在目前实际操作中应用最广，一般用于多层或小高层住宅建筑，街区高度受到内部建筑间距影响，街区内部高度一般只是根据设计形成简单的一到两个数值，街区建筑天际轮廓线较为单调。

2.日照时间模拟法

根据具体街区平面布局方案，通过计算机软件如天正、众智日照分析，模拟日照时间分布，通过多轮调试，可以在保障相关建筑日照需求基础上，获得针对该平面布局的最大高度。该方法计算精确，但街区高度受建筑平面布局的影响，且需要通过不断试错的方式才能获得。

3.建筑投影法

通过建筑投影面积与街道面积的比值限定城市重要道路周边建筑的体量，在建筑面宽给定的前提下，可以反推出相应的建筑高度，该方法可以控制街区中紧邻街道部分建筑的高度，对于街区内部，远离街道部分则不适用。

4.基于智能算法高度推算

基于遗传算法、多智能体、神经网络深度学习的方式，设定相关的运算标准，通过迭代运算或大量样本学习，逐渐趋近最优高度分布组合的结果，该方法可以在保障日照要求的同时，获得较多的形态可能，但对使用者的专业技能要求较高，需要一定的程序语言基础，在实际应用中推广度受到一定的制约。

在实际操作中，各种方法并非完全独立，可以根据研究需要选择多种方法相结合的模式。对于从日照角度的街区高度控制，传统方法的主要目标是为了满足街区内部建筑的基本日照需求，对相邻街区及城市公共空间的日照环境关注较少。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于日照罩面分析的街区高度梯度控制方法，本发明基于日照运行规律的理性分析，形成街区内部高度控制分布，计算方法简便，有利于城市设计初期对街区内部建筑高度进行判断，以保障相邻用地和城市公共空间的日照。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于日照罩面分析的街区高度梯度控制方法，包括以下步骤：

步骤1、获取基础资料：基础数据包括城市街区边界线矢量文件，街区周边道路红线矢量文件，相邻街区边线矢量文件和城市所在纬度信息，其中矢量文件采用DWG格式。

步骤2、以进行高度控制街区为中心，拾取周边街区与本街区相邻的边界，以各边线延长线相交绘制闭合多边形矢量文件，形成以边线和角点数据结合的日照罩面建构基底。

步骤3、太阳水平角和高度角计算：通过步骤1中获得的地理纬度信息，根据下述公式计算选定时间高度角和水平角（以冬至日两小时日照标准要求，则计算11点及13点时对应的太阳高度角和水平角）。并以步骤2中日照罩面基底多边形角点，根据计算出的两个时间点的太阳高度角和水平角分别做射线。

t=15°（ti-12）,(公式1)，

sin h= sin φ sin δ+cos φ cosδ cos t（公式2），

公式中，太阳赤纬以δ表示（范围在 +23 °26′与-23 °26′之间），所在城市地理纬度用φ表示（太阳赤纬与地理纬度都是北纬为正，南纬为负），水平角以t表示，ti为计算时间，以正午12点为0度开始算，每一小时为15度，13点和11点时角分别为15度和-15度。

步骤4、日照罩面初次布尔交集运算：连接基底焦点同一时间点各射线，生成对应时间点的日照罩面，将两个罩面进行初次布尔运算，获得的交集体量为初始罩面体，在此罩面内进行建设可以保障周边用地冬至日2小时日照需求。

步骤5、二次交错：以街区边界线为底，生成垂直体量，与步骤4中形成的初始罩面进行二次布尔运算，所获得的交集体量为针对该街区的日照罩面体，获得街区最大高度值Hmax。

步骤6、依据梯度数n高度细分计算，以各梯级高度做水平面与日照罩面体相交，所形成的平面与街区投影面即为街区中该高度控制值所对应的平面范围，生成街区高度梯度三维控制图，作为设计人员方案前期设计依据。

Hj=（n-j）/n Hmax（公式3）

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种基于日照罩面分析的街区高度梯度控制方法，基于日照运行规律的理性分析，形成街区内部高度控制分布，计算方法简便，有利于城市设计初期对街区内部建筑高度进行判断，以保障相邻用地和城市公共空间的日照。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程示意图；

图2为日照罩面分析基底建构图；

图3为根据控制时间段起始时间太阳轨迹点做的射线图；

图4为根据两组日照罩面体布尔运算获得初始日照罩面体图；

图5为街区日照罩面图；

图6为根据需要梯度数对街区高度进行梯度控制图。

具体实施方式

下面结合附图以南京河西新区街区为具体案例，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明以相邻街区日照权利保障为目标对街区内部高度进行梯度化控制，首先从城市现状测绘资料中提取出相应的街区数据资料，根据相邻街区边线形成日照控制基准多边形，以多变形各角点沿对应时间点的太阳轨迹点做射线，连接各射线形成日照控制斜柱体，再与由街区生成的垂直体量交错形成街区日照罩面模型，得到罩面模型的最大高度控制值，然后进一步根据街区高度控制梯度需求进行修正，转化得到最终的街区高度梯度控制空间分布结果。

如图1所示，本发明的流程如下：

1、步骤1：从测绘文件及国土资源部门公布的资料中采集基础数据。1.1包括分析城市街区边界线矢量文件，1.2街区周边道路红线矢量文件，1.3地块所在城市纬度，本例中街区位于南京纬度为北纬32°。

2、步骤2：以步骤1中获得的街区及周边街区边界数据为基础，拾取周边街区与本街区相邻的边界，以各边线延长线相交绘制闭合多边形矢量文件，形成以边线和角点数据结合的日照罩面建构基底，如图2所示。

3、步骤3：以步骤2中获得的日照罩面基底交点为起点，根据对应时间段初始时间点和终止时间点分别做太阳高度角和水平角做射线。太阳水平角和高度角计算方法分别为公式1和公式2。包括3.1初始时间点射线组，本例中初始时间按冬至日11点计算。3.2终止时间点射线组，本例中终止时间点按冬至日下午1点计算。两者高度角为32.68，如图3所示。

t=15°（12-ti）,(公式1)，

sin h= sin φ sin δ+cos φ cosδ cos t（公式2）

公式中，δ表示太阳赤纬（范围在 +23 °26′与-23 °26′之间），φ表示所在城市地理纬度（太阳赤纬与地理纬度都是北纬为正，南纬为负），h表示高度角，t表示水平角，ti为计算时间， 以正午12点为0度开始算，每一小时为15度。

4、步骤4：将步骤3中所获取的起始时间点和终止点两组射线分别连面，生成对应时间点的日照罩面体，对两组罩面体做初次布尔运算，获得初始罩面体，如图4所示。

5、步骤5：以街区内建筑红线为底，生成垂直体量，与步骤4中形成的初始罩面进行二次布尔运算，所获得的交集体量为针对该街区的日照罩面体，以罩面体最高点做地面垂线，获得街区最大高度值Hmax，如图5所示。

6、步骤6：依据梯度数n，对街区控制高度细分计算，计算方法见公式3，以各梯级高度做水平面与日照罩面体相交，所形成的平面与街区投影面即为街区中该高度控制值所对应的平面范围，生成街区高度梯度三维控制图，作为设计人员方案前期设计依据，如图6所示。

Hj=（n-j）/nHmax（公式3）。

Claims (2)

1.一种基于日照罩面分析的街区高度梯度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、获取基础资料：基础数据包括城市街区边界线矢量文件，街区周边道路红线矢量文件，相邻街区边线矢量文件和城市所在纬度信息；

步骤2、以进行高度控制街区为中心，拾取周边街区与本街区相邻的边界，以各边线延长线相交绘制闭合多边形矢量文件，形成以边线和角点数据结合的日照罩面建构基底；

步骤3、太阳水平角和高度角计算：通过步骤1中获得的地理纬度信息，根据下述公式计算选定时间高度角和水平角；并以步骤2中日照罩面基底多边形角点，根据计算出的两个时间点的太阳高度角和水平角分别做射线；

t=15°（ti-12）,(公式1)，

sin h= sin φ sin δ+cos φ cosδ cos t（公式2），

公式中，太阳赤纬以δ表示，范围在 +23 °26′与-23 °26′之间，所在城市地理纬度用φ表示，水平角以t表示，ti为计算时间， 以正午12点为0度开始算，每一小时为15度，13点和11点时角分别为15度和-15度；

步骤4、日照罩面初次布尔交集运算：连接基底焦点同一时间点各射线，生成对应时间点的日照罩面，将两个罩面进行初次布尔运算，获得的交集体量为初始罩面体，在此罩面内进行建设来保障周边用地冬至日2小时日照需求；

步骤5、二次交错：以街区边界线为底，生成垂直体量，与步骤4中形成的初始罩面进行二次布尔运算，所获得的交集体量为针对该街区的日照罩面体，获得街区最大高度值Hmax；

步骤6、依据梯度数n高度细分计算，以各梯级高度做水平面与日照罩面体相交，所形成的平面与街区投影面即为街区中该高度控制值所对应的平面范围，生成街区高度梯度三维控制图，作为设计人员方案前期设计依据；

Hj=（n-j）/n Hmax（公式3）。

2.根据权利要求1所述的一种基于日照罩面分析的街区高度梯度控制方法，其特征在于：步骤1所述矢量文件采用DWG格式。

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