BIM參數化信息模型在日照分析中的運用

沈維龍，孫昱晨，付臻，宣超

（南京長江都市建筑設計股份有限公司）

BIM參數化信息模型在日照分析中的運用

沈維龍，孫昱晨，付臻，宣超

（南京長江都市建筑設計股份有限公司）

以BIM技術為基礎結合南京某工程項目，系統闡述了建筑信息模型在城鎮(zhèn)規(guī)劃日照采光中的應用。采光權是建筑市場發(fā)展不可避免的問題，結合眾智日照分析軟件建立三維參數化虛擬建筑群，模擬實時日照，以此進行項目方案優(yōu)化，并進行分析總結，為今后城鎮(zhèn)建設提供一定的參考。

BIM；采光日照；戶型調整；方案優(yōu)化。

【Abstract】In this paper, a project based on BIM technology combined with nanjing, the system elaborated the building information model application in town planning sunshine lighting. Lighting right is the inevitable problems in the development of construction market, combined with the wisdom of sunshine analysis software to establish 3 d parameterized virtual buildings, simulate real-time sunshine, in order to optimize project scheme and analysis and summary provide certain reference for the urban construction in the future.

1　引言

建筑信息模型是建筑學、工程學、土木工程及機電工程的新工具。建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）一詞由Autodesk所創(chuàng)[1]。BIM系列軟件可以將傳統的線性cad圖紙轉化為可視化、參數化的三維模型，利用三維模型在項目方案規(guī)劃階段對樓宇的采光日照進行分析，優(yōu)化采光日照時長問題，從而可以對建筑的戶型、單體建筑的方位角進行不斷優(yōu)化。

利用BIM參數化信息模型進行地塊前期的規(guī)劃管理是提高土地合理利用有效性的重要舉措，也是落實國家建筑日照規(guī)范相關條文的一種具體措施[2]。社會的進步、科學技術水平的發(fā)展，使得人們對舒適性居住的要求越來越高，日照采光的維權意識和法律觀念逐漸增強，因此建筑前期日照分析是否達標，成為政府相關部門行政審批、項目是否通過的硬性指標。只有從宏觀上對籌建建筑及其周圍已建建筑進行日照準確分析，確保建筑間的有效距離符合規(guī)范要求，這樣才能有效保障業(yè)主和開發(fā)商的權益。

表1　日照時長標準

2　參數化的信息模型

現階段日照分析的精細化計算涉及建筑戶型、樓宇的地域位置、日照時間要求等多種客觀因素，綜合考慮這些因素，運用先前的人工算法是非常困難的，其結果也不精確。應運而生的BIM日照分析軟件頗多（T-SUN、飛時達、眾智等），本文選用眾智日照軟件進行研究，編程人員在大量主動與被動采光研究的基礎上，與國內多家建筑設計研究院和規(guī)劃局通力合作，經過相關參數數據不斷的修訂而研發(fā)出來的一套可以解決全國任何時刻任何地點日照問題的軟件，可對地塊進行相應的分析，從而對建筑方案進行不斷的優(yōu)化，直到滿足規(guī)范的要求，見表1。

在一些特定情況下還應滿足下列要求：老年公寓的日照時數不應該低于冬至日日照2h的標準；在原始建筑外邊添加新的設施時，不能使原先住宅的采光日照時間受到影響而降低；在舊區(qū)改建的項目中若要新建項目，新建項目的采光日照時間可應外環(huán)境酌情降低，但總的時間不能低于大寒日照1h的標準要求[3]。

BIM虛擬信息模型建立之前，需根據項目具體地點的大寒氣象參數賦予其實際的采光時長參數：選擇南京為目標城市，并且根據城市的地理位置計算出南京的經緯度信息；依據項目功能的需要設定日照分析標準時間參數及相應的計算精度（指北針的方向及圖形的單位等，見圖1）。

圖1　眾智日照參數設置

3　信息模型的構建

對于一些用其他三維建模軟件建好的模型，可以直接導進眾智日照中去進行計算，無需重復建模；否則的話，需要根據平面總建筑圖在日照軟件中進行建模，將平面圖紙轉換成三維的模型。下面為日照分析建模時的三幅參考底圖（見圖2、圖3、圖4）。

根據經驗，先選用沿線分析功能進行計算，若發(fā)現方案不能滿足日照規(guī)范的要求可以先使用眾智自帶的建筑物高度、位置進行推算及自動方案優(yōu)化調整（見圖5）。

圖2　日照建筑總圖

圖3　首層的日照計算參數圖

圖4　右側已建建筑的日照分析圖紙

圖5　眾智優(yōu)化模擬圖

4　多點分析及方案優(yōu)化

4.1多點分析

在保證了建模外輪廓線是閉合的多段線時，選擇大寒日設定每一棟樓層的建筑高度、時間參數等，然后框選整個模型進行多點分析。圖6為計算時的進度及計算過程中不斷變化的區(qū)域參數。

4.2方案戶型優(yōu)化調整

4.2.1優(yōu)化中常見術語簡介

在進行樓宇、戶型相關優(yōu)化調整前，先介紹以下幾個常見的術語。

1）日照中建筑相對高度是指遮擋建筑物女兒墻頂相對于被遮擋樓宇室內地坪或者底層窗臺面的高度。在被遮擋樓宇的地下幾層，如果是用來進行儲藏等非居住功能的用途時，可以減少日照間距[4]。

2）日照間距是為保證后排樓宇在規(guī)定的時間內可以獲得應有的日照時長，在樓宇間需要一定的距離間隔。具體的計算規(guī)則如：下定義房屋面向正南、長邊向陽，以正午時分太陽照到后排房屋最底層窗臺為依據進行間距計算（見圖7）：

根據， t a n α = （ H - h ） / D 可得日照間距D=（H-h）/tanα

圖6　日照計算進度、區(qū)域參數圖

圖7　太陽直射方位參數圖

圖8　建筑樓群中某戶型的日光照射圖

圖9　該點具體照射時長

3）板式、塔式建筑的定義：這兩種建筑一般從外在表現形式上可以加以區(qū)分。板式住宅一般在北方需要強調朝向的地區(qū)居多。從外觀看像是平立的板子，朝向好，正南正北，套內房間周正，易于布置，通風采光良好；但是建筑外形缺乏變化，出房率較低，規(guī)劃布局不靈活，一個單元可以布置的戶數較少。塔式住宅樓體外觀像寶塔的住宅，其特點是在規(guī)劃布局中靈活多變，建筑外觀變化多樣，出房率也較高；缺點是朝向較差，有個別套的朝向、通風、采光質量較差。

4.2.2優(yōu)化分析

該地段樓層排布較為錯綜復雜，要進行日照分析的樓層、戶型較多，現選取其中某一戶型進行日照逐時計算（見圖8、圖9）。

該區(qū)域附近有部分未達到日照2h的要求，需進行方案的重新優(yōu)化，常用的優(yōu)化方法如下。

1）修改剖面法解決日照時長問題。通過修改遮擋建筑的相對高度來解決被遮擋區(qū)域的光線時間不足的問題，降低遮擋樓宇的層數再進行計算或者對遮擋建筑物背面的部位進行相應的退臺處理。這樣可以通過入射角的變化來解決日照采光不足的問題。以上兩種方法對比發(fā)現：退臺的話，可以既減少建筑入射時的高度，而且還可以避免降層帶來的建筑面積損失嚴重的問題，達到盡可能多地利用城市的有限容積[5]目的。為了達到外觀美化的要求，還可以把退臺的女兒墻做成透明的玻璃幕墻或者直接做成欄桿形式的柱狀結構，便于陽光的穿射。

2）為集中的高層樓宇選擇合適的建筑框架解決問題。盡量避免選擇板式高層建筑，因為板式建筑的遮擋范圍較大，不能給后面的建筑提供需要的照射空間?？梢詫迨脚c塔式進行混搭采用，讓陽光通過凹凸處進來增加照射采光的有限時間，并且還可以增加一些轉彎窗及材質不同的幕墻進行調配運用[6]。日照方案調整分析要反復地進行、不斷地調整，日照分析是一項很煩躁、耗費精力的事，需要從業(yè)人員具備較大的耐力和一種追求完美的從業(yè)心態(tài)。

(3）改變樓宇的日照間距及總圖中建筑的布局分布，經常做日照節(jié)能分析的就會感受到：在復雜地塊，樓盤比較擁擠的地段，僅靠前面兩種方法是不能解決問題的，要根據參數化BIM虛擬模型計算的結果進行修改，一棟一棟地進行橫向與縱向移動、修改間距與高度的比例、屋頂的形式、屋頂及底層的架空層的設置、建筑具體的形式、房屋的朝向及轉向角的大小，為不同的建筑提供一個空隙，方便陽光的穿插照射。

5　結束語

BIM三維建筑信息化模型在建筑項目全生命周期前期的規(guī)劃中發(fā)揮著巨大的作用，它的協同可以使得擬建建筑的日照時長不僅達到地方規(guī)范的要求，而且不會對已建建筑構成影響。伴隨著我國城鎮(zhèn)化、海綿城市建設腳步的加快，小高層、高層及超高層的建筑不斷涌現出來。因此，時常出現日照采光糾紛問題，這就需要專業(yè)人士按照國家規(guī)范性條文，利用BIM信息化模擬技術進行設計規(guī)劃，確保擬建的與建好的建筑物之間具有良好的采光效果。數次經驗積累，建筑規(guī)劃師拿到前期方案總圖時就可以先靠經驗進行調整，然后再通過建立BIM參數化信息模型進行日照采光精確數值分析，從而提高了整個項目的工作進度。在建筑項目的申報過程中必須加強日照分析的控制，嚴格把控每個點的采光時長，避免將來建筑建好后出現不必要的采光糾紛事件。

[1]尹航.基于BIM的建筑工程設計初步管理研究[D].重慶:重慶大學,2013.

[2]孫克.建筑日照分析經驗總結[J].規(guī)劃與設計,2011(19):750-751.

[3]田永明,王鴻,卞磊.濟南市日照分析測量要點及實施[J].城市勘測,2014,10(5):105-116.

[4]吳志強,李德華.城市規(guī)劃管理（第四版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[5]徐嵩,容積率約束下居住區(qū)規(guī)劃設計研究[D].青島:青島理工大學,2011.

[6]Kei Kurakawa.A scenario-driven conceptual design information model and its formation[J].Research in Engineering Design,2004,15(2).

The Application of BIM Parameterized Model in Sunshine Analysis

SHEN Wei-long, SUN Yu-chen, FU Zhen, XUAN Chao

(Nanjing Changjiang City Building Design Co., Ltd.)

BIM; day lighting sunshine; family adjustment; scheme optimization