论日照分析详细建模的重要性

0 引言

随着城镇化建设的不断推进，人们对建筑设计的要求越来越高，特别是对建筑的节能和环保有了新要求。将日照分析在建筑设计过程中的应用，可有效提高建筑采光率，降低建筑照明和空调等系统能耗；同时，还能通过对建筑间距的控制，来提高土地利用率。

1 日照分析与详细建模的必然联系

2014 年1 月，中华人民共和国住房和城乡建设部颁发《建筑日照计算参数标准》（GB/T 50947—2014）（以下简称《日照标准》），并于当年8 月1 日正式实施，标志着我国日照分析进入一个新阶段。标准中特别对日照分析建模提出了要求。

建模在整个日照分析过程中至关重要，但随着建筑风格和形式趋于多样化、个性化，一些建筑外形结构也日趋复杂，给日照分析建模工作带来困难。采用相似或相近的模型来代替造型复杂的建筑结构，虽可简化建模过程，提高工作效率，但是不合理的简化经常会使日照分析结果出错，因此，需要建模者对日照分析的原理有深刻理解，合理简化、详细建模。本文从地形、窗户、建筑宽度和高度三个方面出发，结合日照分析过程中实际遇到的特殊情况、临界情况展开讨论。

2 日照分析中详细建模的重要性

2.1 地形建模的重要性

在《日照标准》中，要求“构成遮挡的地形、建筑附属物应建模”。在实际操作过程中，特别是地势变化大的山地丘陵地区，建模过程中特别要注意：如果不建地形模型，建筑下部可能会漏光，从而在实际遮挡建筑物计算过程中出错。这种情况只有在前后楼高差特别大的情况下会出现，如新旧两个小区高差巨大，或者是山地建筑前后楼地坪高差巨大。

通过日照分析软件，在不建地形的情况下，直接建模分析（图1）。a点（A 楼的一层窗台点）阳光为直线照射，且可从B 楼下部通过，则软件认为A 楼的a 点被阳光照射，而b 点（A 楼的二层窗台点）则因为B 楼的遮挡而无法被阳光照射。在这种情况下，有可能造成a 点满足日照要求，而b 点不满足；而软件在分析过程中，通常会先分析a 点，且在a 点满足日照要求后，一般不会再去计算b 点，从而得出错误结论。但如果在建模过程中，对地形也进行详细建模，就不会出现这种情况。

2.2 窗户详细建模的重要性

目前，一些地区对日照分析报告要求不是很严格，特别是对满窗计算要求不严格。通常情况下，沿线日照分析满足日照要求后就可以不再详细做满窗日照分析，这在特殊情况下，有可能存在沿线日照分析满足日照要求，而满窗日照分析不满足日照要求的情况。

如图2 所示，A 楼为计算日照时间楼，B 楼和C 楼为遮挡楼（B 楼和C 楼均为高层建筑）。阳光通过B 楼和C 楼两楼中间的空隙照射到A 楼，其照射横向宽度小于日照分析建模窗户宽度，则可能出现A 楼南侧累计沿线分析满足日照要求，而满窗计算时不满足日照要求的情况。这种情况在实际日照分析中较为常见，因此满窗日照分析不可忽略，特别是在沿线分析结果为临界值的情况下，更要进行详细分析。

窗户建模的详细程度对飘窗的日照要求有着重要影响。如图3 中的A、B 两种飘窗形式，B 窗在建模和计算过程中都经常被简化而直接按照A 窗进行建模计算，产生错误结果。例如，实际设计为B 窗，当按照A 窗建模，且日照分析的计算基准线也按照A 窗计算时，得到的计算结果为刚刚满足日照要求；但按照B 窗建模计算，则常常无法满足日照要求。

2.3 建筑宽度和高度对详细建模的重要性

在日照分析过程中，建模人员经常简单地按照楼基座大小进行建模，以CAD 总平图上的楼体外轮廓直接拉升建模，导致在一些特殊情况下，会出现日照计算结果不准确的情况。

（1）图4 中，A 楼如果按照楼基座外轮廓建模，建模宽度为a，而按照实际合理简化，建模宽度应为b；B 楼如果按照楼基座外轮廓建模，建模宽度为c，而按照实际合理简化，建模宽度应为d。因此，按照简单的CAD 总平图楼体外轮廓进行建模，会造成日照分析结果的不准确，在临界状态下会有“满足日照要求”和“不满足日照要求”的不同结果。

图1 地形对建筑物日照的影响

（2）建筑的阳台、檐口、女儿墙、屋顶装饰造型及屋顶上水箱等设施，也应该建模计算。从图5 中，能明显看出楼顶水箱建模对A 楼a 点的日照影响。

我国现阶段建筑设计还是以平面图纸为主。由于日照建模的工作量占比大，在实际建模时，为了节省工作量，往往会对建筑模型进行较大的简化，待生成面数较少的建筑物外轮廓拉伸对象后[1]，再进行分析；而屋顶、电梯房、楼顶水箱和阳台等的建模则被忽略；其他建筑装饰用的构建等，除非体量特别大的，一般也都不会建模。这些都会造成日照计算结果的不准确，因此，必须对日照分析进行详细建模。

3 日照分析详细建模方法的展望

3.1 BIM 技术的应用

随着科学技术的发展，BIM（建筑信息模型）技术开始广泛应用于建筑行业之中。与传统CAD 二维建模相比，BIM 技术能够实现三维甚至多维建模，使平面模型转化为立体模型，从而使建筑设计更加直观；同时，应用BIM 技术，还能够通过建筑信息模型进行模拟[2]。在建筑物的日照分析工作中，可通过BIM 技术进行详细建模，将上述与日照分析相关影响因素所涉及的所有数据输入到建筑信息模型之中，并通过BIM 软件对建筑物的日照进行模拟，从而能够深入了解和分析影响建筑物日照的因素，并依此对建筑日照方面的设计进行科学调整，以尽量规避这些影响因素。由此可见，BIM 技术在日照分析及建筑设计方面具有一定的可行性，是详细建模的重要技术手段，通过应用BIM 技术，能够弥补传统CAD 二维建模的弊端，使建模更加科学、合理、省时、实用[3]。

图2 窗户设计对建筑物日照的影响

图3 飘窗详细建模的重要性

图4 建模宽度对日照的影响

图5 建筑物顶部水箱对日照的影响

3.2 各项高新技术

近年来，科学技术飞速发展，各项高新技术逐步实现融合。如当前比较热门的VR 可视技术、GPU 技术，均可在BIM 技术的基础上，使BIM三维模型的功能进一步提升，并实现真正的可视化模拟；而通过GPU 技术的应用，能够实现三维建筑模型日照阴影的分析，使建筑日照分析更加全面、系统，并使建筑设计更具科学性，是建筑日照设计的一个发展趋向[4]。

4 结语

综上所述，在建筑设计的过程中，日照分析是极为重要的一项内容，但日照分析需要采取科学有效的方法来实现，传统CAD 二维建模已经无法满足当前日照分析的需求。随着科技的发展，BIM 三维建模将会取代传统CAD 二维建模，这便需要相关设计单位在建筑设计的过程中不断更新设计技术和方法，从而保证建模的详细程度，保证日照分析的全面性；同时，加强设计技术的创新，充分发挥详细建模在日照分析中的作用，最终促进建筑设计的有效性，以满足人们的需求。