[科普中國(guó)]-建筑光環(huán)境模擬

人類認(rèn)識(shí)世界獲取的信息中80%來自光引起的視覺，光環(huán)境對(duì)人類的精神和心理感受都會(huì)產(chǎn)生影響。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)住宅的要求越高，對(duì)建筑的光環(huán)境也有更多地考慮，因此一定要通過計(jì)算機(jī)的輔助對(duì)光環(huán)境進(jìn)行一定的模擬，使建筑的采光更好的適應(yīng)人們的生活。將介紹應(yīng)用于建筑采光模擬與設(shè)計(jì)中的相關(guān)軟件，以便于能更好的用此來研究建筑采光設(shè)計(jì)。

光環(huán)境的重要性光環(huán)境由光（照度水平和分布、照明的形式）與顏色（色調(diào)、色飽和度、室內(nèi)顏色分布、顏色顯現(xiàn)）在室內(nèi)建立的同房間形狀有關(guān)的生理和心理環(huán)境。人們通過聽覺、視覺、嗅覺、味覺和觸覺認(rèn)識(shí)世界，在所獲得的信息中有80%來自光引起的視覺。光環(huán)境對(duì)人的精神狀態(tài)和心理感受也產(chǎn)生積極的影響。例如對(duì)于生產(chǎn)、工作和學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，良好的光環(huán)境能振奮精神，提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量；對(duì)于休息、娛樂的公共場(chǎng)所，合宜的光環(huán)境能創(chuàng)造舒適、優(yōu)雅、活潑生動(dòng)或莊重嚴(yán)肅的氣氛。所以光環(huán)境是建筑設(shè)計(jì)中的重要方面。1

Ecotect簡(jiǎn)介Ecotect是某公司研發(fā)的輔助生態(tài)設(shè)計(jì)軟件，這一軟件的構(gòu)想最初出現(xiàn)于其研發(fā)者安德魯?馬歇爾博士在西澳大利亞大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院的一篇博士論文中，Ecotect從最初到當(dāng)前發(fā)生了很大變化。

Ecotect采用了標(biāo)準(zhǔn)的Windows圖形用戶界面（GUI），只要用戶熟悉Windows操作就不難上手，另外Ecotect很多功能和操作都與我們經(jīng)常使用AutoCAD相類似。對(duì)于Ecotect來說，熟練掌握操作并不難，而難點(diǎn)在于要明白用軟件到底在做什么，做出來的結(jié)果意味著什么，好還是不好，并且怎樣去根據(jù)它們優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。1

Ecotect的光環(huán)境分析Ecotect是一個(gè)全面的技術(shù)性能分析輔助設(shè)計(jì)軟件，提供了一種交互式的分析方法，只要輸入一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，就可以提供數(shù)字化的可視分析圖，隨著設(shè)計(jì)的深入，分析也越來越詳細(xì)。下面對(duì)其光環(huán)境部分幾個(gè)主要功能作簡(jiǎn)要介紹。

光是建筑環(huán)境的重要組成部分，優(yōu)秀的采光設(shè)計(jì)可以提高建筑的使用舒適度，減少照明和空調(diào)能耗。Ecotect可以針對(duì)各種自然采光和人工照明環(huán)境做精確地分析和評(píng)估，同時(shí)給出包括采光系數(shù)、照度和亮度在內(nèi)的一系列標(biāo)準(zhǔn)控制指標(biāo)參數(shù)。

對(duì)于建筑來講，光照?qǐng)鼍皶?huì)很復(fù)雜，這是由于一年之中太陽在天空中的位置隨著時(shí)間不斷變化并且隨時(shí)都會(huì)被云遮住，因此直接對(duì)建筑進(jìn)行全年模擬是不現(xiàn)實(shí)的?；谝陨系目紤]Ecotect的基本采光分析中采用的是全陰天模型，這是最不利的采光條件，它非常適合于對(duì)建筑進(jìn)行綜合采光評(píng)價(jià)，在我國(guó)當(dāng)前的建筑采光相關(guān)規(guī)范中也采用了類似的定義和方法。同時(shí)，Ecotect還提供了對(duì)于Radiance的支持，可以對(duì)各種復(fù)雜的光環(huán)境做進(jìn)一步的分析。1

Ecotect中的日照分析作為建筑物外部最主要的氣候形成條件之一，日照對(duì)于建筑和建筑設(shè)計(jì)都有著深遠(yuǎn)的影響，優(yōu)秀的日照設(shè)計(jì)可以提高建筑的舒適度和衛(wèi)生條件，降低采暖能耗并提供清潔能源。針對(duì)設(shè)計(jì)階段的要求， Ecotect提供了強(qiáng)大的日照分析功能，其涵蓋了日軌圖分析、遮陽的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及太陽輻射強(qiáng)度分析等諸多方面的內(nèi)容。下面對(duì)幾個(gè)主要類型最簡(jiǎn)單介紹。

（1）可視化投影遮擋分析。主要是以各種直觀的三維模型效果圖來顯示模型中的遮擋和投影情況，其特點(diǎn)是交互性高，直觀并且易于理解，用戶可以隨時(shí)調(diào)整模型并得到實(shí)時(shí)結(jié)果反饋，通常來說此類分析一般不用進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。

（2）太陽輻射分析。根據(jù)太陽輻射數(shù)據(jù)對(duì)表面或網(wǎng)格進(jìn)行定量輻射分析，其中還包括了由太陽輻射分析衍生出來的太陽能光電系統(tǒng)分析。 與Ecotect中的其他的日照分析不同的是，太陽輻射分析是一種定量的分析，而其他的日照分析是一種定量的分析，而其他的日照分析則大多是以幾何作圖為主的分析。

（3）采光權(quán)分析。Ecotect中的采光權(quán)分析功能主要用于評(píng)估新建建筑對(duì)于周圍已有建筑的采光和日照環(huán)境所產(chǎn)生的影響。

在Ecotect的采光權(quán)分析中，首先通過被遮擋建筑立面做與水平面呈25度角的傾斜平面，如果新建建筑在此斜面以下，則可以滿足BRE的要求，如果新建建筑超過此截面，則分別計(jì)算新建建筑項(xiàng)目實(shí)施前后被遮擋建筑窗戶上的垂直采光系數(shù)和隱蔽天空線進(jìn)行比較，如果不滿足一定的要求，這就需要建筑師通過各種措施和手段對(duì)新建建筑進(jìn)行修改和調(diào)整，以便將其負(fù)面影響控制在可以接受的范圍內(nèi)。

從上面介紹的采光權(quán)分析原理來看，我們完全可以利用垂直采光系數(shù)和隱蔽天空這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)新建建筑可能產(chǎn)生的負(fù)面影響進(jìn)行評(píng)估，然后根據(jù)評(píng)估結(jié)果有針對(duì)性地對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化。1

Ecotect中的可視度分析可視度分析是Ecotect在5.5版中增加的一個(gè)新功能。所謂可視度，通俗的說就是物體能不能被肉眼看到以及所能看到的程度，它已經(jīng)成為規(guī)劃設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要影響因素。Ecotect中的可視度分析包括了兩個(gè)方面的內(nèi)容，即規(guī)劃可視度分析和室內(nèi)視野分析。在可視度分析中，Ecotect將根據(jù)用戶的設(shè)計(jì)將目標(biāo)物體劃分為若干個(gè)采樣區(qū)，同時(shí)用分析 網(wǎng)格來表示需要分析的區(qū)域，因此分析網(wǎng)格和采樣區(qū)尺寸共同決定了可視度分析的計(jì)算精度和速度，另一方面程序也可以根據(jù)不同的情況，自動(dòng)給出建議采樣值，供用戶參考。

（1）規(guī)劃可視度分析。規(guī)劃可視度是指包括周圍一定范圍內(nèi)的區(qū)域中對(duì)于指定建筑的可見程度。其影響因素包括周圍環(huán)境的形態(tài)和建筑本身的幾何特征。利用Ecotect的這一功能可以快速地獲得目標(biāo)建筑在指定范圍內(nèi)的可視程度，它特別適合復(fù)雜的舊城改造和重要的地標(biāo)性建筑的設(shè)計(jì)，如圖所示。建筑師在方案推敲過程中可以隨時(shí)使用Ecotect進(jìn)行可視度分析，找出遮擋較為嚴(yán)重的區(qū)域，并針對(duì)性的做出修改和優(yōu)化。規(guī)劃可視度分析的設(shè)置較為簡(jiǎn)單，只需要在感興趣的區(qū)域鋪設(shè)分析網(wǎng)格并指定目標(biāo)即可，其計(jì)算結(jié)果有三種控制指標(biāo)，即絕對(duì)可視面積、采樣點(diǎn)可視百分率和物體可視百分率。

（2）室內(nèi)視野分析。室內(nèi)視野分析是指市內(nèi)各點(diǎn)對(duì)于室內(nèi)環(huán)境的可見程度。影響因素包括窗戶的尺寸和位置、房間的形狀布局以及建筑層高和吊頂做法等。室內(nèi)視野經(jīng)常被建筑師所忽略，但這一點(diǎn)對(duì)建筑使用者的主觀舒適度影響很大。如圖所示，利用Ecotect的室內(nèi)視野分析功能，建筑師可以對(duì)房間進(jìn)行全面的視野分析，找出可能出現(xiàn)問題的地方，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

鄭國(guó)忠 - 副教授 - 華北電力大學(xué)