CN115081078A - 一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法 - Google Patents

一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法，绘制方法包括影响程度划分步骤、确定分析范围步骤、热力图绘制步骤，对于敏感建筑按受影响程度划分为：可接受、轻微影响和严重影响三种，对于敏感道路受影响程度划分为：眩光影响和无眩光两种。本发明的绘制方法对于玻璃幕墙建筑设计者来说，可针对性地根据影响结论，采取建筑设计优化、外立面玻璃选型、遮阳设计等措施，实现精准防控光污染的同时，最大程度保留建筑美观性的“双赢”结果。

Description

一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法
技术领域
本发明涉及一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法。
背景技术
玻璃幕墙是一种新型墙体，因其美观时尚的特点受到建筑师和业主的亲睐，又因其质轻、安装方便、施工速度快，成为超高层建筑外围护结构的不二之选。随着建筑玻璃幕墙的增多，造型复杂的地标建筑的层出不穷，使得玻璃幕墙光反射影响问题逐渐凸显，关于光污染的投诉也逐渐增多。在20实际80年代末，欧美一些国家就开始限制在建筑外装饰中使用玻璃幕墙。国内的广州和深圳等几大城市也建立了相应的地区性法规，为控制光污染影响，对建筑玻璃的玻墙比、反射率、外遮阳设施等提出限制要求。这些限制要求确实很大程度上抑制了城市建筑光污染现象，但其“一刀切”的情况也比较明显，未根据建筑所产生的实际光污染影响情况提出针对性防控要求，导致很多建筑(特别地标建筑)因为限制要求无法呈现最好的建筑效果。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供了一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法，所述绘制方法包括以下步骤：
影响程度划分步骤：
对于敏感建筑按受影响程度划分为：可接受、轻微影响和严重影响三种，具体判定的计算方法如下：
可接受判定：
Figure BDA0003725642680000011
轻微影响判定：
Figure BDA0003725642680000012
严重影响判定：
Figure BDA0003725642680000013
对于敏感道路受影响程度划分为：眩光影响和无眩光两种，具体判定的计算方法如下：
眩光影响判定：
Figure BDA0003725642680000021
无眩光判定：
Figure BDA0003725642680000022
其中，B为反射光亮度，θ为反射光入射角；
确定分析范围步骤：
建筑玻璃反射率15％时，分析范围半径R＝6.46H；
建筑玻璃反射率14％时，分析范围半径R＝6.17H；
建筑玻璃反射率13％时，分析范围半径R＝5.85H；
建筑玻璃反射率12％时，分析范围半径R＝5.50H；
建筑玻璃反射率11％时，分析范围半径R＝5.10H；
建筑玻璃反射率10％时，分析范围半径R＝4.66H；
所述H为玻璃幕墙最大高度；
热力图绘制步骤：
对分析范围内的建筑和道路进行三维仿真建模；
导入建筑所在城市的日照数据；
根据影响程度划分和分析范围，绘制影响程度热力图。
所述热力图绘制步骤具体包括以下步骤：
对分析范围内的建筑和道路进行三维仿真建模；
导入建筑所在城市的日照数据；
将确定的分析范围按照计算步长划分网格；
计算各网格点反射光亮度B和反射光入射角θ，根据影响程度划分判定其影响程度；
绘制相同影响程度的计算点等值线图和伪彩图。
所述计算步长为10cm×10cm-90cm×90cm。
本发明具有以下有益效果
1、随着城市建设发展，环保部门接收到的光污染相关投诉越来越多，投诉者认为其所受光污染非常严重，准确地定量分析和评价光污染程度是妥善处置居民信访投诉问题的前置条件；
2、太阳光一直处于动态变化状态、建筑玻璃幕墙反射光线影响范围大、城市建筑密集等因素导致光污染影响分析数据量巨大，采用热力图直观地展示各敏感目标的受影响程度将在很大程度上方便决策者使用；
3、玻璃幕墙建筑设计者可针对性地根据影响结论，采取建筑设计优化、外立面玻璃选型、遮阳设计等措施，实现精准防控光污染的同时，最大程度保留建筑美观性的“双赢”结果。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明绘制方法的网格计算点等值线图
图2为本发明绘制方法的敏感建筑立面热力伪彩图
图3为本发明绘制方法的城市道路平面热力伪彩图
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
本发明的城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法具体如下：
1、建立影响程度划分方法
反射光亮度是判定对敏感目标光污染程度的关键因素之一。根据国际照明协会CIE对人眼不舒适眩光的评价标准(见表1)，当反射光亮度达到8000cd/m2时，人将有受到明显影响的感觉；当亮度为6000cd/m2时，人有受到影响的感觉；当亮度为4000cd/m2时，人有受到轻微影响的感觉；当亮度为2000cd/m2时，则基本没有感觉。
另一个判定对敏感目标光污染程度的关键因素为反射光入射角。根据《环境影响评价技术导则》(HJ/T2.1-2.3-93)，人眼对不同入射角的光线感觉不同，当入射角为0°时，感觉极强烈；当入射角小于15°时，感觉强烈；当入射角大于30°时，感觉微弱。
综上，敏感目标光污染程度主要受反射光亮度(以字母B表示)和反射光入射角(以字母θ表示)影响，敏感目标的受影响程度与反射光亮度B成正比，即反射光亮度B越大，受影响程度越高；与反射光入射角θ则成反比，即反射光入射角θ越小，受影响程度越高。建筑玻璃幕墙的反射光线对敏感目标产生的影响随着太阳东升西落的位置变化及太阳光强弱的变化，随时随刻都处在动态变化中，不同的敏感建筑由于其建筑朝向、所处楼层高度的差异导致即便同一时刻其受影响程度也会有所不同。因此敏感建筑受影响程度分析的工作量是海量的，亟待一个能够综合亮度及角度两个指标、尽可能简洁的评价方法来科学、便捷的开展分析工作。
本发明根据反射光亮度B和反射光入射角θ与影响程度的相关性，将这2个指标合并为1个指标B/θ，同时选取亮度B轻微感觉临界值4000cd/m2及入射角θ分别为15°和30°两个临界值，对敏感目标受影响程度进行分级定义。敏感建筑按受影响程度划分为：可接受、轻微影响和严重影响三种，对于可接受的影响无需采取措施，对于轻微影响尽量采取措施将影响程度降为可接受，严重影响则必须采取措施消除。
可接受判定：
Figure BDA0003725642680000051
轻微影响判定：
Figure BDA0003725642680000052
严重影响判定：
Figure BDA0003725642680000053
敏感道路受影响程度划分为：眩光影响和无眩光两种，对于受到眩光影响的道路，必须采取措施消除眩光。
眩光影响判定：
Figure BDA0003725642680000054
无眩光判定：
Figure BDA0003725642680000055
2、确定分析范围
分析范围选取过大将造成分析工作量巨大，分析范围过小则可能导致分析遗漏。为科学确定分析范围，确保范围外敏感目标影响程度均为可接受。本发明根据上述评价方法计算，确定市面常见室外可见光反射率(10％～15％)玻璃幕墙的分析范围如下：
建筑玻璃反射率15％时，分析范围半径R＝6.46H(玻璃幕墙最大高度)；
建筑玻璃反射率14％时，分析范围半径R＝6.17H(玻璃幕墙最大高度)；
建筑玻璃反射率13％时，分析范围半径R＝5.85H(玻璃幕墙最大高度)；
建筑玻璃反射率12％时，分析范围半径R＝5.50H(玻璃幕墙最大高度)；
建筑玻璃反射率11％时，分析范围半径R＝5.10H(玻璃幕墙最大高度)；
建筑玻璃反射率10％时，分析范围半径R＝4.66H(玻璃幕墙最大高度)。
3、热力图绘制
对分析范围内的建筑和道路进行三维仿真建模；导入建筑所在城市的日照数据，太阳光线经建筑立面反射后计算敏感目标网格点受影响程度数据，形成影响程度热力图。
影响程度计算：
3.1、计算反射光亮度B
反射光亮度取决的太阳光照度、太阳高度角和大气透明度，本发明按最不利情况(全晴气候)开展亮度计算。
亮度计算公式如下：
B＝ρE/π
Figure BDA0003725642680000061
其中，B为亮度；
E为太阳光直射法线照度；
ρ为室内可见光反射率；
h 0为太阳高度角。
3.2、计算反射光入射角θ
采用公式计算，反射光平行直线的方向向量为L＝(m,n,p),受照立面的法线向量为N＝(A,B,C),则反射光入射角θ计算公式为：
Figure BDA0003725642680000062
3.3、热力图绘制
如图1-3，受影响程度热力图直观展示敏感建筑各立面和城市道路路面受玻璃幕墙反射光的光污染程度。由于热力图的绘制涉及的计算工作量较大，为提高计算工作效率，减少计算工作量，采用快速网格算法进行计算，绘制方法如下：
将分析区域按照计算步长(50cm×50cm)划分网格；
计算各网格点反射光亮度B和反射光入射角θ，判定其影响程度；
绘制相同影响程度的计算点等值线图和伪彩图。
本发明提供一套分析建筑玻璃幕墙产生光污染程度的方法，并以热力图的形式展现其污染程度分布情况，统计受影响区域面积、人口，为建筑造型设计、外立面材料选型提供技术依据。通过选取反射光亮度B和反射光入射角θ的合并指标B/θ和影响程度分级定义来建立影响程度划分方法；依据建筑高度和玻璃反射率科学合理的确定分析范围；计算太阳光线经建筑立面反射后计算分析范围内敏感目标网格点受影响程度数据，最终绘制成敏感目标影响程度热力图。
结合建筑周边环境和敏感目标分布来准确地定量分析和评价建筑玻璃幕墙光污染影响程度，并通过光污染热力图的表现形式使得建筑玻璃幕墙产生光污染影响情况一目了然，建筑设计者可以更有针对性的实现光污染精准防控，为妥善处置居民光污染投诉问题提供技术依据。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这中叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法，其特征在于，所述绘制方法包括以下步骤：
影响程度划分步骤：
对于敏感建筑按受影响程度划分为：可接受、轻微影响和严重影响三种，具体判定的计算方法如下：
可接受判定：
Figure FDA0003725642670000011
轻微影响判定：
Figure FDA0003725642670000012
严重影响判定：
Figure FDA0003725642670000013
对于敏感道路受影响程度划分为：眩光影响和无眩光两种，具体判定的计算方法如下：
眩光影响判定：
Figure FDA0003725642670000014
无眩光判定：
Figure FDA0003725642670000015
其中，B为反射光亮度，θ为反射光入射角；
确定分析范围步骤：
建筑玻璃反射率15％时，分析范围半径R＝6.46H；
建筑玻璃反射率14％时，分析范围半径R＝6.17H；
建筑玻璃反射率13％时，分析范围半径R＝5.85H；
建筑玻璃反射率12％时，分析范围半径R＝5.50H；
建筑玻璃反射率11％时，分析范围半径R＝5.10H；
建筑玻璃反射率10％时，分析范围半径R＝4.66H；
所述H为玻璃幕墙最大高度；
热力图绘制步骤：
根据影响程度划分和分析范围，绘制影响程度热力图。
2.根据权利要求1所述的一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法，其特征在于，所述热力图绘制步骤具体包括以下步骤：
对分析范围内的建筑和道路进行三维仿真建模；
导入建筑所在城市的日照数据；
将确定的分析范围按照计算步长划分网格；
计算各网格点反射光亮度B和反射光入射角θ，根据影响程度划分判定其影响程度；
绘制相同影响程度的计算点等值线图和伪彩图。
3.根据权利要求2所述的一种城市建筑玻璃幕墙光污染热力图绘制方法，其特征在于，所述计算步长为10cm×10cm-90cm×90cm。
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