CN113449371A - 基于bim住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法 - Google Patents

基于bim住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种将所在城市的太阳辐射强度数据采用太阳辐射传感器实地采集，且至少采集一年的太阳辐射数据，且不剔除阴雨天气的光照数据；并将所采集的数据进行处理和分析；本发明将辐射量的模拟从软件模拟中单独剔除，然后结合实测辐射量作为建筑采光设计的依据，这样得到的采光分析结论会更加准确。

Description

基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法
技术领域
本发明为BIM建筑采光分析领域。
背景技术
随着建筑信息化的发展，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）应运而生，尤其是在大数据、“互联网+”和分布式计算等技术的推动下，其应用也逐步从传统的建设项目设计、实施、运行和维护向城镇规划、环境评估、生态建筑和智慧城市等方面转变。
太阳辐射是地球生态系统物理过程和生物过程的能量源泉和基本动力，也是城市生态系统保护与重建所考虑的重要因素之一；在开展城镇化建设过程中、建筑区布局、单体建筑设计和建筑表皮与细部构造等的局部设计均需要考虑与太阳辐射的相互作用；
PKPM、DALI、Ecotect或Radiance为典型的建筑采光分析软件，利用采光分析软件模拟太阳光照，使光照和建筑物模型三维仿真化，构建一个采光模型，模拟太阳在一天之内从日出到日落的所有光照轨迹，生成日照变化模型，在模拟阳光的光照轨迹，光照时常，光照角度等都已经能实现完全的精确化；
但是这些软件在模拟任意时刻的具体辐射量时往往与建筑的真实辐射情况的吻合度并不高，因为太阳的辐射量还往往受到大气环境、天气、地形状况、气候变化、温室效应、空气污染指数等诸多因素的影响，因此在实践中也无法通过软件来模拟真实的太阳辐射量；因此申请人设计一种将辐射量的模拟从软件模拟中单独剔除，然后结合实测辐射量作为建筑采光设计的依据，这样得到的采光分析结论会更加准确。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法
技术方案：为实现上述目的，本发明的基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法：
包括如下步骤：
步骤一，将所在城市的太阳辐射强度数据采用太阳辐射传感器实地采集，且至少采集一年的太阳辐射数据，且不剔除阴雨天气的光照数据；并将所采集的数据进行处理和分析；
具体的实地采集过程如下：
在城市地图的几何中心所在的城市实际位置设置阳光辐射采样区；在阳光辐射采样区处设置太阳辐射传感器；并且通过实时调整太阳辐射传感器的姿态使白天任意时刻太阳都会垂直照射所述太阳辐射传感器，从而使太阳辐射传感器在任意时刻都得到太阳垂直辐射的单位面积、单位时间的辐射量；
将一天等分成N个时刻，无论晴天、下雨还是阴天，太阳辐射传感器都记录下各个时刻的单位面积、单位时间的太阳直射辐射量；
将一年时间中每一天同一时刻的太阳直射辐射量取平均；得到这个城市一天内各个时刻的平均辐射量。
步骤二，在所在城市收集选定区域的地形地貌、植物生长高度、周边建筑和周边道路信息；
步骤三，利用revit软件设计并绘制建筑，确定好建筑的外部风格和建筑类型，再将通过revit软件基于“步骤二”所收集到的选定区域的实地地貌和植物生长高度建立现场区域模型，使模型中的地形地貌、植物生长高度同现实比例相同；
步骤四，利用采光分析软件模拟太阳光照，使光照和建筑物模型三维仿真化，构建一个采光模型，模拟太阳在一天之内从日出到日落的所有光照轨迹，生成日照变化模型；并结合建筑设计理念，初步构建出房屋高度、朝向、楼间距和窗户尺寸；并且以阳光辐射时间为权重，制作出建筑表面阳光辐射云图，用不同颜色表示不同区域的在一天内的总阳光辐射时间，所在位置的一天内的辐射时间越长则所在位置的颜色越浅；将建筑表面的阳光辐射云图的最深色区域且有窗的区域记为阴影密集地带；将建筑表面的阳光辐射云图的最浅色区域且有窗的区域记为日照密集地带；
步骤五，在阴影密集地带和日照密集地带中以“步骤一”实地采集得到的太阳辐射强度数据为参照找出最差采光区域和最强采光区域，具体的过程如下：
利用“步骤一”得到的这个城市一天内各个时刻的平均辐射量，与阴影密集地带的光照时刻和光照时间算出阴影密集地带各个区域一天的总辐射量，然后将阴影密集地带中的总辐射量最低的区域标记为最差采光区域；然后对最差采光区域进行采光评估，若最差采光区域不符合最低采光标准，则需要对此建筑的采光进行进一步的优化，彻底消除采光盲区；
利用“步骤一”得到的这个城市一天内各个时刻的平均辐射量，与日照密集地带的光照时刻和光照时间算出日照密集地带各个区域一天的总辐射量，然后将日照密集地带中的总辐射量最高的区域标记为最强采光区域；然后对最强采光区域进行采光评估，若最强采光区域不符合最高辐射量标准，则也需要对此建筑的采光开窗尺寸进行进一步的优化，消除过度阳光辐射区域。
进一步的，所述采光分析软件为PKPM、DALI、Ecotect或Radiance。
进一步的，所述太阳辐射传感器的测量波长范围为0.3～3微米。
进一步的，所述太阳辐射传感器的灵敏度为7～14μv/w.m；内阻为350Ω；响应时间≤30秒。
进一步的，“步骤五”中日照阴影的密集地带的阳光受光面可能不是阳光垂直照射，这与“步骤一”中的垂直辐射不一致，在具体计算的过程中要用几何分析来将实际辐射面积换算成有效垂直辐射面积。
有益效果：本发明将辐射量的模拟从软件模拟中单独剔除，然后结合实测辐射量作为建筑采光设计的依据，这样得到的采光分析结论会更加准确。
附图说明
附图1附图本装置的整体流程示意图；
附图2为太阳辐射传感器采集数据示意图；
附图3为地图几何中心示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至3所示的基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法：
包括如下步骤：
步骤一，将所在城市的太阳辐射强度数据采用太阳辐射传感器实地采集，且至少采集一年的太阳辐射数据，且不剔除阴雨天气的光照数据；并将所采集的数据进行处理和分析；
具体的实地采集过程如下：
在城市地图4的几何中心所在的城市实际位置设置阳光辐射采样区1；在阳光辐射采样区1处设置太阳辐射传感器2；并且通过实时调整太阳辐射传感器2的姿态使白天任意时刻太阳1都会垂直照射所述太阳辐射传感器2，从而使太阳辐射传感器2在任意时刻都得到太阳垂直辐射的单位面积、单位时间的辐射量；
将一天等分成N个时刻，无论晴天、下雨还是阴天，太阳辐射传感器2都记录下各个时刻的单位面积、单位时间的太阳直射辐射量；
将一年时间中每一天同一时刻的太阳直射辐射量取平均；得到这个城市一天内各个时刻的平均辐射量。
步骤二，在所在城市收集选定区域的地形地貌、植物生长高度、周边建筑和周边道路信息；
步骤三，利用revit软件设计并绘制建筑，确定好建筑的外部风格和建筑类型，再将通过revit软件基于“步骤二”所收集到的选定区域的实地地貌和植物生长高度建立现场区域模型，使模型中的地形地貌、植物生长高度同现实比例相同；
步骤四，利用采光分析软件模拟太阳光照，使光照和建筑物模型三维仿真化，构建一个采光模型，模拟太阳在一天之内从日出到日落的所有光照轨迹，生成日照变化模型；并结合建筑设计理念，初步构建出房屋高度、朝向、楼间距和窗户尺寸；并且以阳光辐射时间为权重，制作出建筑表面阳光辐射云图，用不同颜色表示不同区域的在一天内的总阳光辐射时间，所在位置的一天内的辐射时间越长则所在位置的颜色越浅；将建筑表面的阳光辐射云图的最深色区域且有窗的区域记为阴影密集地带；将建筑表面的阳光辐射云图的最浅色区域且有窗的区域记为日照密集地带；
步骤五，在阴影密集地带和日照密集地带中以“步骤一”实地采集得到的太阳辐射强度数据为参照找出最差采光区域和最强采光区域，具体的过程如下：
利用“步骤一”得到的这个城市一天内各个时刻的平均辐射量，与阴影密集地带的光照时刻和光照时间算出阴影密集地带各个区域一天的总辐射量，然后将阴影密集地带中的总辐射量最低的区域标记为最差采光区域；然后对最差采光区域进行采光评估，若最差采光区域不符合最低采光标准，则需要对此建筑的采光进行进一步的优化，彻底消除采光盲区；
利用“步骤一”得到的这个城市一天内各个时刻的平均辐射量，与日照密集地带的光照时刻和光照时间算出日照密集地带各个区域一天的总辐射量，然后将日照密集地带中的总辐射量最高的区域标记为最强采光区域；然后对最强采光区域进行采光评估，若最强采光区域不符合最高辐射量标准，则也需要对此建筑的采光开窗尺寸进行进一步的优化，消除过度阳光辐射区域。
所述采光分析软件为PKPM、DALI、Ecotect或Radiance。
所述太阳辐射传感器2的测量波长范围为0.3～3微米。
所述太阳辐射传感器2的灵敏度为7～14μv/w.m；内阻为350Ω；响应时间≤30秒。
“步骤五”中日照阴影的密集地带的阳光受光面可能不是阳光垂直照射，这与“步骤一”中的垂直辐射不一致，在具体计算的过程中要用几何分析来将实际辐射面积换算成有效垂直辐射面积。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤一，将所在城市的太阳辐射强度数据采用太阳辐射传感器实地采集，且至少采集一年的太阳辐射数据，且不剔除阴雨天气的光照数据；并将所采集的数据进行处理和分析；
具体的实地采集过程如下：
在城市地图（4）的几何中心所在的城市实际位置设置阳光辐射采样区（1）；在阳光辐射采样区（1）处设置太阳辐射传感器（2）；并且通过实时调整太阳辐射传感器（2）的姿态使白天任意时刻太阳（1）都会垂直照射所述太阳辐射传感器（2），从而使太阳辐射传感器（2）在任意时刻都得到太阳垂直辐射的单位面积、单位时间的辐射量；
将一天等分成N个时刻，无论晴天、下雨还是阴天，太阳辐射传感器（2）都记录下各个时刻的单位面积、单位时间的太阳直射辐射量；
将一年时间中每一天同一时刻的太阳直射辐射量取平均；得到这个城市一天内各个时刻的平均辐射量;
步骤二，在所在城市收集选定区域的地形地貌、植物生长高度、周边建筑和周边道路信息；
步骤三，利用revit软件设计并绘制建筑，确定好建筑的外部风格和建筑类型，再将通过revit软件基于“步骤二”所收集到的选定区域的实地地貌和植物生长高度建立现场区域模型，使模型中的地形地貌、植物生长高度同现实比例相同；
步骤四，利用采光分析软件模拟太阳光照，使光照和建筑物模型三维仿真化，构建一个采光模型，模拟太阳在一天之内从日出到日落的所有光照轨迹，生成日照变化模型；并结合建筑设计理念，初步构建出房屋高度、朝向、楼间距和窗户尺寸；并且以阳光辐射时间为权重，制作出建筑表面阳光辐射云图，用不同颜色表示不同区域的在一天内的总阳光辐射时间，所在位置的一天内的辐射时间越长则所在位置的颜色越浅；将建筑表面的阳光辐射云图的最深色区域且有窗的区域记为阴影密集地带；将建筑表面的阳光辐射云图的最浅色区域且有窗的区域记为日照密集地带；
步骤五，在阴影密集地带和日照密集地带中以“步骤一”实地采集得到的太阳辐射强度数据为参照找出最差采光区域和最强采光区域，具体的过程如下：
利用“步骤一”得到的这个城市一天内各个时刻的平均辐射量，与阴影密集地带的光照时刻和光照时间算出阴影密集地带各个区域一天的总辐射量，然后将阴影密集地带中的总辐射量最低的区域标记为最差采光区域；然后对最差采光区域进行采光评估，若最差采光区域不符合最低采光标准，则需要对此建筑的采光进行进一步的优化，彻底消除采光盲区；
利用“步骤一”得到的这个城市一天内各个时刻的平均辐射量，与日照密集地带的光照时刻和光照时间算出日照密集地带各个区域一天的总辐射量，然后将日照密集地带中的总辐射量最高的区域标记为最强采光区域；然后对最强采光区域进行采光评估，若最强采光区域不符合最高辐射量标准，则也需要对此建筑的采光开窗尺寸进行进一步的优化，消除过度阳光辐射区域。
2.根据权利要求1所述的基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法，其特征在于：所述采光分析软件为PKPM、DALI、Ecotect或Radiance。
3.根据权利要求1所述的基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法，其特征在于：所述太阳辐射传感器（2）的测量波长范围为0.3～3微米。
4.根据权利要求3所述的基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法，其特征在于：所述太阳辐射传感器（2）的灵敏度为7～14μv/w.m；内阻为350Ω；响应时间≤30秒。
5.根据权利要求3所述的基于BIM住宅建筑全生命周期分析中的采光分析方法，其特征在于：“步骤五”中日照阴影的密集地带的阳光受光面可能不是阳光垂直照射，这与“步骤一”中的垂直辐射不一致，在具体计算的过程中要用几何分析来将实际辐射面积换算成有效垂直辐射面积。
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