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1、建筑日照的计算机辅助分 析方法介绍清华大学建筑学院 CAAD教研室2002. 9. 10居住建筑的日照和采光近年来由于我国住房私有化以及国民收入的提高 ，居住的环境受到重视。建筑日照、采光是居住区 规划的一个重要内容，也是近几年来引发民事纠纷 最多的焦点。日照和采光在建筑物理上是两个不同的概念，它 们的原理和计算方法各不相同。现代计算机辅助计 算已经可以较好地胜任这两方面的工作。由于目前各学科技术发展的不一致性，建筑设计 人员还不能很好地使用这些近代计算手段。本世纪 初由于世界各国学界的努力，这种滞后的状态将开 始得以改变，它将影响现有的设计方法和设计规范 。居住建筑的日照标准在城市居住区规划
2、设计规范GB 50180-93中存在着两个标 准:有效日照时数:按照气候区规定了各类居住建筑具体的日 照指标，即以大寒日或冬至日必须满足的有效日照时间 来表示。这个条文属于强制性法规。有效日照时间已经 成为法律上的标准。在日照民事纠纷中以此进行补偿。日照间距系数:现行规范中列出了建筑物必须满足的日照 间距.它是作为设计的参照标准.日照间距系数表是90年代 初期根据当时一般的建筑形式测算的，它已经不能适用 于当前城市居住区多种多样的建筑形式。由于这两个标准分别采用了时间和空间两个不同的物理参数,因此在许多场合它 们并不统一。 就北京市来说, 间距系数是依据大寒日制订的,对于南北向排列的 建筑物它
3、为1.70。与它对应的太阳高度角为31度，远大于北京冬至日正午的太阳 高度角26.5度。居住建筑的采光建筑采光(daylight)在我国规范中直接用采光系数描述，规范 中没有关于相邻建筑物遮蔽采光的具体规定。目前国内关于 采光遮挡还没有立法，只能从建筑物的间距上加以限定。目前我院在HP工作站上使用引进的Radiance程序可以较好地 计算相临建筑物对采光的遮挡效应。这种手段难于被一般的 建筑设计人员掌握。因此目前还不能定量地处理建筑采光遮蔽民事纠纷，在处理此类纠纷时， 一定要向当事人详细告知上述原因。我们已经作了许多模拟计算，足以对北京地区现在流行的住宅单元形式中“间接 采光的起居室”以及一梯
4、多户的“抽槽”做出断论。但是无论是房地产商或设计方 大都不愿意承认和考虑这样的事实。建筑日照分析的常用手段建筑日照计算在上世纪上半叶主要采用两类方法：正日影图、棒影图、瞬时阴影图及影子信封缩尺模型分析(日规仪)上世纪80年代开使国外采用计算机辅助分析方法采用计算机绘制阴影图及日照等时线图对已建成的建筑物，为了避免收集图纸或现场测绘的困难。只要在现场 拍摄天际线照片，然后采用计算机加以分析的方法来解决。由于天体运动是按照精确规律，所以现行的解析算法可以保证日照计算结果 达到预定的精度，例如1.00E-5小时。采用这种算法的程序可以满足日照民事 纠纷中的测算要求。采用其它方法的日照软件只能达到5%
5、左右的精度，不能 用于上述测算中。建筑日照分析常见的问题日照间距系数不能用于如下场合单幢建筑物纵向长度过长的情况如六层楼长度超过50米多幢建筑物混合遮蔽的场合小区中存在着超高建筑物我国个别城市规划部门过去确定的日照间距系数过低如北纬39度日照间距系数下限取1.20。这种做法加大了 设计标准和补偿标准之间的不一致性，使得批审通过的 大量工程引发与周围邻里的日照纠纷。建筑日照分析常见的问题设计者简单地采用按图面量距离计算系数容易导致失误。这 种失误表示在如下的方面：纵向长度超过50米时，后排建筑首层不能满足日照要求 。按间距系数来设计建筑物退台直接导致缪误条形住宅和点式住宅混排时间距系数无从依据，
6、也不能 反映出日影线的摄动现象特种体形的建筑物间距系数无从依据。一、二期建筑日照资源分配的不平衡。如果不进一步采用棒影图分析或借助计算机计算，设计者往 往心中无数，甚至不知道错误已经发生。建筑日照分析的重要意义 日照间距系数只能用于建筑布置严格附合制表时测算条件 的场合，不能用于复杂的布置场合，单体建筑物的日照等 值线场不可以简单线性叠加. 居住区众多点式和条式住宅混合形成的日照等值线场存在 着日照等值线的摄动现象，这种现象是不能用间距系数来 描述的。除了使用棒影图方法外，只有采用计算机分析才 能完成. 2002年新版规范明确指出对于建筑物复杂布置的场合必须 进行测算。 .建筑日照分析的重要意
7、义 法院在日照民事诉讼的责任认定中，作为仲裁的依 据只能根据窗口实际接受的有效日照时间，间距系 数不能作为依据。 法律必须采用统一的一个标准，特别在相关同一命题的众多标准 存在不一致时。 小区方案初期阶段必须进行快速可靠的日照分析. 简单地从图纸上量取间距系数是极不可靠的方法, 它导致失误，在方案后期发现的问题将给设计单位 和甲方造成直接经济损失。 设计人员不能从自我出发，必须采取严格的科学态度。建筑日照的基本原理地球绕太阳运行图（黄道、节气）天球的概念天球上太阳的运行规律太阳的位置参数太阳的方位角太阳的高度角太阳的时角太阳的方位角和高度角由于地球绕日运行的章动和岁差 造成赤纬和时差的扰动我国
8、主要城市各节气太阳位置列表（建筑设计资料集1）用棒影图来计算窗台中点的有效日照时间（资料来源建筑热环境）清华建筑日照分析软件Windows98/Windows NT第二版 1996-2001 天空图法 日照圆锥面法 日照等时线 返回光线法 阳光通道法天空图法原理1.求出测试点的中心 投影2.求出正南方画面上 的太阳规迹3.计算并绘制出时间 的刻度（时标）天津吉利花园某测点天空图天空图法的特点和使用场合直观和明了不需要专业知识就能看懂.可以直接读出大寒日或冬至日的有效日照时间.可以在住房销售中向客户提供住宅的日照条件.可以在现场拍摄天际线照片,然后在照片上用计 算机添加太阳规迹和时标.不能处理新
9、老建筑物混合造成遮蔽的场合.日照圆锥面法日 照 圆 锥 面 原 理实际上日照圆锥投影到水平面就形成了棒影图本图来自建筑设计资料集（第二版）第1册之p-189在新老建筑物混合造成遮蔽 的场合，可以有效地判断各 自的影响程度。可以用于旧 城改造中日照民事纠纷的责 任确定中。日照圆锥实例一日 照 圆 锥 实 例 二地段上的超高建筑物将有较大的影响范围北京市国贸中心三期方案（机械工业设计院算例）日照圆锥实例二日 照 等 时 线日照等时线是居住区规划设计的日照指标的重要表示 方法，某些国家的规划管理部门已将它列项目报审的 入必需内容，利用计算机绘制该类图纸已经势在必行 。建筑日照等值线分析的重要意义 水
10、平面日照等时线图可以清楚地表示出小区建 筑物与绿地道路的日照情况 垂直面日照等时线图可以准确地确定被遮建筑 物立面上各个部位的有效日照时数，设计者可 以进一步确定被遮方日照受损的程度 作为居住区规划报审日照条件的技术资料日照等时线图的特点 可以计算任意方位的测试平面 可以输出等值线图或伪彩色图 可以有选择地输出需要的等值线 可以使用其它CAAD软件的图形文件森淼花园水平面日照等时线图（天津市规划局算例）日照等时线参数输入界面撤去多余的等值线将造 成线条的残缺和读图的 困难跨越建筑物内外的方格 中存在多余和不准确的 等值线动态的搜索算法可以提 供较为准确的等值线图传统的线性插值算法不 能准确的描
11、述非线性的 二维日照数值场，它画 出的等值线图有较大的 畸变建筑立面日照伪彩色图在精确表示日照数据场合不实用日照等值线实例北京国贸北边住宅楼受国贸二期建筑物日照之影响日照等值线实例北京国贸北边住宅楼受国贸三期建筑物日照之影响日照等值线实例呼和浩特市内蒙古高等法院宿舍楼受国航培训中心大楼日照之影响逆日影法原理共轭太阳共轭时段逆日影少3分钟影 子边界圈逆日影法的用途可以决定受原有建筑物日照条件控制下 的建筑容积可以合理地规划日照组团可用于遮阳的设计和计算可用于太阳能装置、泳池及绿地设计逆日影法应用（阳光通道）逆日影法应用（多层遮阳板原理）长方体上方不同高度的水平遮阳板逆日影法应用（垂直与水平遮阳板
12、）门连窗的垂直和水平遮阳板示例使用方法和注意事项建筑三维模型建立不管是自建模型或调用其它软件模型也好，都必须 保证原始数据的精确性。特别是在计算日照民事纠案 例时应要求委托方提供正确可靠的总平面等图纸，并 由司法部门认可。采用米制系统的线性单位精度和角度单精度位设置 为保留小数点后4位 模型的WCS坐标系的Y轴必须指向正北方 建筑三维模型建立可以采用不带宽度的PolyLine(闭合或不闭合均可) 、circle、arc、3Dface、Pface、RuleSurf、TabSurf、 RevSurf等三维面命令和DrawSolid下的实体命令 来建模 建立三维面、多义线网格面等曲面时要准确设置系
13、统变量 SURFTAB1 与 SURFTAB2 的数值，使得有 足够的精度的分度值。建筑三维模型建立用户在用带厚度的 PLINE 线来绘制楼房时，注意该 线不能有端点重叠，也不能自身绞绕。程序在计算中 能自动对闭合的PLINE 线加上顶面和底面。PLINE 线必须逆时针方向回路，可以用PEDIT命令来 检查顶点回路的方向。如果方向错误，最简单的解决 方法是按正确方向将错误的PLINE 线重新勾一遍，再 将错误的线删除。建筑三维模型建立建模时不要采用大地测绘坐标系。如果已经采用了 大地测绘坐标系，可以将需要计算的部分单独作为块 写出，将块的插入点作为坐标系的原点。特别注意不要把大地测绘坐标系单位
14、搞错，如果采 用毫米作单位，而建筑物恰采用米为单位，这将导致 计算错误。建筑三维模型建立 本软件要求对3DSOLID实体施加EXPLODE命 令，并且采用除了“W”窗口选择方式之外的方式 来选择它们。一般情况下不建议用户用3DSOLID 建模。不要将模型建得过于复杂，模型的面数量太多 将增加计算时间和边界连接的复杂性。所以对于 复杂的建筑物应该进行一些简化.日照参数选择用户必须按照规范规定的气候分区来选择节气 。计算的有效时间段必须符合当地城市规划管理 部门的规定。对于日照的连续性要求各地规定不同；北京市 为连续时间不足0.5小时的时段不予考虑，上海 市规定连续时间不足1.0小时的时段不予考虑
15、.如 果弄错这些将导致相异的结果。日照参数选择由于建筑布局的复杂性，大寒日的2.0h日照条 件不一定比冬至日1.0h宽容，只有通过计算来确 定。纬度直接影响大寒和冬至日的日影长度比例， 为此我们对比上海市、北京市、长春市上述两个 节气同一建筑的日影线，得出在我国北方城市的 日照计算中应该注意纬度的影响。测试平面的选择作为小区日照计算的第一步是计算水平面 日照等值线图，通过水平面等时线图来找 出有效日照时间不足的部位。对这些不足的部位进一步计算立面的日照 等时线，最后作出结论。水平测试平面的选择水平面采用被遮蔽的建筑物的首层窗台标高。垂直测试平面的选择垂直面采用外墙面。必须建立以外墙面为xoy平
16、 面的用户坐标系，z轴指向建筑物外部。垂直测试平面的选择如果建筑物自身有遮蔽，必须将自身选作遮蔽 集时，则垂直测试面应离开外墙面1毫米。网格计算步长的选择计算步长可以小于实际绘制的网格边长，我们 推荐如下的参数：水平面采用计算步长2.50米网格边长5.00米垂直面采用计算步长0.50米网格边长1.00米AutoCAD图纸空间的应用计算绘出的等值线位于如下的图层：Contou 等值线Grid 格栅Indicate 数值标注对于不同的计算面在每次计算后，要修改上述 图层的名称，例如加上数字后缀以示区别成图时使用图纸空间的浮动视区，此时可在各 视区冻结不要显示的等值线、网格和数字天空图注意事项在总平面图中选测点时采用坐标过滤器先输入测点的水平位置再手动键入测点的Z坐标画面要放在南边足够远的地方可以toolspropety菜单命令弹出的对话框中修改 pointe
