計算機模擬軟件Ecotect在室內光環境設計中的應用

劉建委

摘要： 文章對Ecotect軟件的功能、優勢和在室內光環境中的計算機模擬方法做了簡要介紹，并對通過對實例的檢測和分析，指出光環境的計算機模擬技術已成為光學設計中一項可靠而高效的工具。

關鍵詞：Ecotect軟件;自然采光;模擬設計

隨著計算機軟件技術的不斷提升，計算機模擬軟件在設計中的應用已不僅僅停留在輔助繪圖階段，而在設計的方案階段對室內物理特性進行模擬分析已成為計算機模擬輔助設計的新領域。通常所說的計算機模擬軟件（CAD、3DMAX、Sketchup）一般是用來進行建筑制圖、造型設計和建筑施工過程等，而Ecotect軟件則可以用于對建筑室內外物理環境、建筑及城市耗能、城市景觀環境等進行模擬檢測和分析，其結果可直接用于指導建筑及城市設計過程，從而幫助設計師驗證設想，為創造出舒適、健康、節能的可持續人居環境提供了有力的保障。

1 計算機模擬軟件Ecotect簡介

Ecotect是由英國Square One公司開發的生態建筑設計軟件，主要應用于方案設計階段，至今仍在不斷地發展完善，目前市場上的最高版本為5.20版。該軟件提供了友好的三維建模設計界面，與設計師常用的輔助設計軟件SketchUp、3DMAX、AutoCAD有很好的兼容性，3DS、DXF格式的文件可以直接導入，而且軟件自帶了功能強大的建模工具，可以快速建立起直觀、可視的三維模型。然后只需根據建筑的特定情況，輸入經緯度、海拔高度，選擇時區，確定建筑材料的技術參數，即可在該軟件中完成對模型的太陽輻射、熱、光學、聲學、建筑投資等綜合的技術分析。

2 計算機模擬軟件Ecotect的優勢

Ecotect與眾不同之處在于它完全可視化的物理計算過程回饋。只要輸入一簡單的模型，就可以提供數字化的可視分析圖，隨著設計的深入，分析也越來越詳細。Ecotect還可提供許多即時性分析，比如改變地面材質，就可以比較房間里聲音的反射、混響時間、室內照度和內部溫度等的變化;加一扇窗戶，立刻就可以看到它所引起的室內熱效應、室內光環境等的變化，甚至可以分析整棟建筑的投資。它對于設計師的方案設計理念是一個重要的提升，是建筑節能設計的一個很好的體現，尤其和SketchUp的配合使用充分體現設計師作品向生態化設計方向的延伸。它的優勢還體現在：計算速度快，直觀，技術性強，具有模擬真實條件的能力，可進行多方案模擬比較，可根據設計的進度隨時進行模擬檢驗，適時指導設計過程，能夠真正起到指導設計的作用。

3.實例分析

Ecotect軟件提供了一系列的分析功能，在這些分析中，自然采光分析是重點之一。設計師通過可視化的輸出圖像，可以得到室內光環境的平面日光照明、采光系數、剖面日光照明、太陽投影等方面的量化信息，從而使設計人員在方案初期對光環境有一個全面而直觀的了解，幫助設計人員方便、快捷地進行多方案比較，并及時對方案做出調整，使方案的室內光環境更加舒適、健康和符合功能要求。

下面就以某實驗室改造為對象，通過對改造前后室內光環境的對比分析，來說明計算機模擬軟件Ecotect在室內光環境設計中的應用。

3.1 前期設置

Ecotect中使用的是CIE全陰天分布（Overcast Sky Distribution）計算模型，此模擬的主要目的是檢測方案的自然采光情況，顧不考慮人工光源，整個過程可以通過分析網格或獨立的傳感點來計算自然光照明度。設置網格位置距離地面1米;設計天空照度為5000Lux;地理位置：北緯34°，經度117°;時間：2007年4月;窗戶干凈度：一般。

3.2 結果比較分析

圖1、2是改造前后的自然照明分析圖，從圖中的提供的數字化可視結果得出，改造前（圖1）平均日光照度為802.8Lux，采光系數平均值為16.06%，最低處照度為20.58Lux，采光系數為0.41%，此種采光方式在正常情況下近窗處房間亮度過高，光線沿房間進深方向下降幅度較大，部分房間得不到陽光，完全靠人工照明，整個房間采光不均勻。窗間墻部分亮度低，與刺眼的窗口形成強烈對比，容易造成眩光。按照我國2001年發布的《建筑采光設計標準》（附表1），學校建筑室內天然光臨界照度值為100Lux，最小自然采光系數為2%，可見此種采光方式不能滿足視覺機能的要求，且浪費能源。

針對舊建筑（圖1）自然采光不足的問題，在新方案中（圖2）設計師采取了三種對應措施。首先，將原方案“回”字形外廊的主通道去掉，并入室內空間，把室內主交通變成“井”字形走廊形式，“井”字形走廊的東西南北四端直接連著外立面窗戶。其次，增加室內天井，天井的設計吸收中國傳統內庭的優點;這一措施將會最大限度地吸收室外陽光和空氣。而且它連接了建筑豎向的交通流線，豐富了建筑外部形式和室內空間層次，使原有的“長方形盒子”多了一個中心，成為整個空間的共享大廳，符合現代人的心理需求和行為模式。第三，材料的選擇。建筑內裝修采用淺色調，增加二次反射光線，保證室內獲得充足的光線，并達到一定的均勻度。由模擬計算得出的分析圖可以發現：在采取上述三種措施后，圖2的自然采光量明顯優于圖1。在圖2中，室內平均日光照度值為1248.09Lux，采光系數為22.48%。窗口處照度最高，達到4653.12Lux，沿進深方向照度下降，最深處也能達到253.47Lux。與原方案相比，新方案自然采光量較大，造價便宜，易于控制。可見在新設計方案中，自然照明達到國家指標，且分布比較均衡，達到了減少白天的人工照明，節省照明能耗的目的，減輕了因照明設備散熱而增加的空調負荷，提高了建筑舒適度。

4 結語

在實際項目中，設計師僅憑經驗或感覺難以判斷整個方案的采光設計是否與實際情況相符，更難有定量的分析與表述，而利用計算機模擬軟件則可以有效的幫助設計師驗證設想，準確的評價環境的質量和舒適性。與傳統的現場實測、模型試驗等方法相比，其優點并不局限于計算機模型易于修改、節省時間和費用，最重要的是計算機模擬的結果，可以更好地視覺化和做更進一步的分析。

參考文獻：

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[4]Ecotect中國站