論日照分析詳細(xì)建模的重要性

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，人們對建筑設(shè)計(jì)的要求越來越高，特別是對建筑的節(jié)能和環(huán)保有了新要求。將日照分析在建筑設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用，可有效提高建筑采光率，降低建筑照明和空調(diào)等系統(tǒng)能耗；同時(shí)，還能通過對建筑間距的控制，來提高土地利用率。

1 日照分析與詳細(xì)建模的必然聯(lián)系

2014 年1 月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)《建筑日照計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50947—2014）（以下簡稱《日照標(biāo)準(zhǔn)》），并于當(dāng)年8 月1 日正式實(shí)施，標(biāo)志著我國日照分析進(jìn)入一個(gè)新階段。標(biāo)準(zhǔn)中特別對日照分析建模提出了要求。

建模在整個(gè)日照分析過程中至關(guān)重要，但隨著建筑風(fēng)格和形式趨于多樣化、個(gè)性化，一些建筑外形結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，給日照分析建模工作帶來困難。采用相似或相近的模型來代替造型復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，雖可簡化建模過程，提高工作效率，但是不合理的簡化經(jīng)常會(huì)使日照分析結(jié)果出錯(cuò)，因此，需要建模者對日照分析的原理有深刻理解，合理簡化、詳細(xì)建模。本文從地形、窗戶、建筑寬度和高度三個(gè)方面出發(fā)，結(jié)合日照分析過程中實(shí)際遇到的特殊情況、臨界情況展開討論。

2 日照分析中詳細(xì)建模的重要性

2.1 地形建模的重要性

在《日照標(biāo)準(zhǔn)》中，要求“構(gòu)成遮擋的地形、建筑附屬物應(yīng)建模”。在實(shí)際操作過程中，特別是地勢變化大的山地丘陵地區(qū)，建模過程中特別要注意：如果不建地形模型，建筑下部可能會(huì)漏光，從而在實(shí)際遮擋建筑物計(jì)算過程中出錯(cuò)。這種情況只有在前后樓高差特別大的情況下會(huì)出現(xiàn)，如新舊兩個(gè)小區(qū)高差巨大，或者是山地建筑前后樓地坪高差巨大。

通過日照分析軟件，在不建地形的情況下，直接建模分析（圖1）。a點(diǎn)（A 樓的一層窗臺點(diǎn)）陽光為直線照射，且可從B 樓下部通過，則軟件認(rèn)為A 樓的a 點(diǎn)被陽光照射，而b 點(diǎn)（A 樓的二層窗臺點(diǎn)）則因?yàn)锽 樓的遮擋而無法被陽光照射。在這種情況下，有可能造成a 點(diǎn)滿足日照要求，而b 點(diǎn)不滿足；而軟件在分析過程中，通常會(huì)先分析a 點(diǎn)，且在a 點(diǎn)滿足日照要求后，一般不會(huì)再去計(jì)算b 點(diǎn)，從而得出錯(cuò)誤結(jié)論。但如果在建模過程中，對地形也進(jìn)行詳細(xì)建模，就不會(huì)出現(xiàn)這種情況。

2.2 窗戶詳細(xì)建模的重要性

目前，一些地區(qū)對日照分析報(bào)告要求不是很嚴(yán)格，特別是對滿窗計(jì)算要求不嚴(yán)格。通常情況下，沿線日照分析滿足日照要求后就可以不再詳細(xì)做滿窗日照分析，這在特殊情況下，有可能存在沿線日照分析滿足日照要求，而滿窗日照分析不滿足日照要求的情況。

如圖2 所示，A 樓為計(jì)算日照時(shí)間樓，B 樓和C 樓為遮擋樓（B 樓和C 樓均為高層建筑）。陽光通過B 樓和C 樓兩樓中間的空隙照射到A 樓，其照射橫向?qū)挾刃∮谌照辗治鼋４皯魧挾龋瑒t可能出現(xiàn)A 樓南側(cè)累計(jì)沿線分析滿足日照要求，而滿窗計(jì)算時(shí)不滿足日照要求的情況。這種情況在實(shí)際日照分析中較為常見，因此滿窗日照分析不可忽略，特別是在沿線分析結(jié)果為臨界值的情況下，更要進(jìn)行詳細(xì)分析。

窗戶建模的詳細(xì)程度對飄窗的日照要求有著重要影響。如圖3 中的A、B 兩種飄窗形式，B 窗在建模和計(jì)算過程中都經(jīng)常被簡化而直接按照A 窗進(jìn)行建模計(jì)算，產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。例如，實(shí)際設(shè)計(jì)為B 窗，當(dāng)按照A 窗建模，且日照分析的計(jì)算基準(zhǔn)線也按照A 窗計(jì)算時(shí)，得到的計(jì)算結(jié)果為剛剛滿足日照要求；但按照B 窗建模計(jì)算，則常常無法滿足日照要求。

2.3 建筑寬度和高度對詳細(xì)建模的重要性

在日照分析過程中，建模人員經(jīng)常簡單地按照樓基座大小進(jìn)行建模，以CAD 總平圖上的樓體外輪廓直接拉升建模，導(dǎo)致在一些特殊情況下，會(huì)出現(xiàn)日照計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確的情況。

（1）圖4 中，A 樓如果按照樓基座外輪廓建模，建模寬度為a，而按照實(shí)際合理簡化，建模寬度應(yīng)為b；B 樓如果按照樓基座外輪廓建模，建模寬度為c，而按照實(shí)際合理簡化，建模寬度應(yīng)為d。因此，按照簡單的CAD 總平圖樓體外輪廓進(jìn)行建模，會(huì)造成日照分析結(jié)果的不準(zhǔn)確，在臨界狀態(tài)下會(huì)有“滿足日照要求”和“不滿足日照要求”的不同結(jié)果。

圖1 地形對建筑物日照的影響

（2）建筑的陽臺、檐口、女兒墻、屋頂裝飾造型及屋頂上水箱等設(shè)施，也應(yīng)該建模計(jì)算。從圖5 中，能明顯看出樓頂水箱建模對A 樓a 點(diǎn)的日照影響。

我國現(xiàn)階段建筑設(shè)計(jì)還是以平面圖紙為主。由于日照建模的工作量占比大，在實(shí)際建模時(shí)，為了節(jié)省工作量，往往會(huì)對建筑模型進(jìn)行較大的簡化，待生成面數(shù)較少的建筑物外輪廓拉伸對象后[1]，再進(jìn)行分析；而屋頂、電梯房、樓頂水箱和陽臺等的建模則被忽略；其他建筑裝飾用的構(gòu)建等，除非體量特別大的，一般也都不會(huì)建模。這些都會(huì)造成日照計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確，因此，必須對日照分析進(jìn)行詳細(xì)建模。

3 日照分析詳細(xì)建模方法的展望

3.1 BIM 技術(shù)的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，BIM（建筑信息模型）技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)之中。與傳統(tǒng)CAD 二維建模相比，BIM 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)三維甚至多維建模，使平面模型轉(zhuǎn)化為立體模型，從而使建筑設(shè)計(jì)更加直觀；同時(shí)，應(yīng)用BIM 技術(shù)，還能夠通過建筑信息模型進(jìn)行模擬[2]。在建筑物的日照分析工作中，可通過BIM 技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)建模，將上述與日照分析相關(guān)影響因素所涉及的所有數(shù)據(jù)輸入到建筑信息模型之中，并通過BIM 軟件對建筑物的日照進(jìn)行模擬，從而能夠深入了解和分析影響建筑物日照的因素，并依此對建筑日照方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，以盡量規(guī)避這些影響因素。由此可見，BIM 技術(shù)在日照分析及建筑設(shè)計(jì)方面具有一定的可行性，是詳細(xì)建模的重要技術(shù)手段，通過應(yīng)用BIM 技術(shù)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)CAD 二維建模的弊端，使建模更加科學(xué)、合理、省時(shí)、實(shí)用[3]。

圖2 窗戶設(shè)計(jì)對建筑物日照的影響

圖3 飄窗詳細(xì)建模的重要性

圖4 建模寬度對日照的影響

圖5 建筑物頂部水箱對日照的影響

3.2 各項(xiàng)高新技術(shù)

近年來，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，各項(xiàng)高新技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)融合。如當(dāng)前比較熱門的VR 可視技術(shù)、GPU 技術(shù)，均可在BIM 技術(shù)的基礎(chǔ)上，使BIM三維模型的功能進(jìn)一步提升，并實(shí)現(xiàn)真正的可視化模擬；而通過GPU 技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)三維建筑模型日照陰影的分析，使建筑日照分析更加全面、系統(tǒng)，并使建筑設(shè)計(jì)更具科學(xué)性，是建筑日照設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展趨向[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，在建筑設(shè)計(jì)的過程中，日照分析是極為重要的一項(xiàng)內(nèi)容，但日照分析需要采取科學(xué)有效的方法來實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)CAD 二維建模已經(jīng)無法滿足當(dāng)前日照分析的需求。隨著科技的發(fā)展，BIM 三維建模將會(huì)取代傳統(tǒng)CAD 二維建模，這便需要相關(guān)設(shè)計(jì)單位在建筑設(shè)計(jì)的過程中不斷更新設(shè)計(jì)技術(shù)和方法，從而保證建模的詳細(xì)程度，保證日照分析的全面性；同時(shí)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新，充分發(fā)揮詳細(xì)建模在日照分析中的作用，最終促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)的有效性，以滿足人們的需求。