計(jì)算機(jī)模擬軟件Ecotect在室內(nèi)光環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉建委

摘要： 文章對(duì)Ecotect軟件的功能、優(yōu)勢和在室內(nèi)光環(huán)境中的計(jì)算機(jī)模擬方法做了簡要介紹，并對(duì)通過對(duì)實(shí)例的檢測和分析，指出光環(huán)境的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)已成為光學(xué)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)可靠而高效的工具。

關(guān)鍵詞：Ecotect軟件;自然采光;模擬設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的不斷提升，計(jì)算機(jī)模擬軟件在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已不僅僅停留在輔助繪圖階段，而在設(shè)計(jì)的方案階段對(duì)室內(nèi)物理特性進(jìn)行模擬分析已成為計(jì)算機(jī)模擬輔助設(shè)計(jì)的新領(lǐng)域。通常所說的計(jì)算機(jī)模擬軟件（CAD、3DMAX、Sketchup）一般是用來進(jìn)行建筑制圖、造型設(shè)計(jì)和建筑施工過程等，而Ecotect軟件則可以用于對(duì)建筑室內(nèi)外物理環(huán)境、建筑及城市耗能、城市景觀環(huán)境等進(jìn)行模擬檢測和分析，其結(jié)果可直接用于指導(dǎo)建筑及城市設(shè)計(jì)過程，從而幫助設(shè)計(jì)師驗(yàn)證設(shè)想，為創(chuàng)造出舒適、健康、節(jié)能的可持續(xù)人居環(huán)境提供了有力的保障。

1 計(jì)算機(jī)模擬軟件Ecotect簡介

Ecotect是由英國Square One公司開發(fā)的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)軟件，主要應(yīng)用于方案設(shè)計(jì)階段，至今仍在不斷地發(fā)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(shè)計(jì)界面，與設(shè)計(jì)師常用的輔助設(shè)計(jì)軟件SketchUp、3DMAX、AutoCAD有很好的兼容性，3DS、DXF格式的文件可以直接導(dǎo)入，而且軟件自帶了功能強(qiáng)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(jù)建筑的特定情況，輸入經(jīng)緯度、海拔高度，選擇時(shí)區(qū)，確定建筑材料的技術(shù)參數(shù)，即可在該軟件中完成對(duì)模型的太陽輻射、熱、光學(xué)、聲學(xué)、建筑投資等綜合的技術(shù)分析。

2 計(jì)算機(jī)模擬軟件Ecotect的優(yōu)勢

Ecotect與眾不同之處在于它完全可視化的物理計(jì)算過程回饋。只要輸入一簡單的模型，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)。Ecotect還可提供許多即時(shí)性分析，比如改變地面材質(zhì)，就可以比較房間里聲音的反射、混響時(shí)間、室內(nèi)照度和內(nèi)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(nèi)熱效應(yīng)、室內(nèi)光環(huán)境等的變化，甚至可以分析整棟建筑的投資。它對(duì)于設(shè)計(jì)師的方案設(shè)計(jì)理念是一個(gè)重要的提升，是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)很好的體現(xiàn)，尤其和SketchUp的配合使用充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)師作品向生態(tài)化設(shè)計(jì)方向的延伸。它的優(yōu)勢還體現(xiàn)在：計(jì)算速度快，直觀，技術(shù)性強(qiáng)，具有模擬真實(shí)條件的能力，可進(jìn)行多方案模擬比較，可根據(jù)設(shè)計(jì)的進(jìn)度隨時(shí)進(jìn)行模擬檢驗(yàn)，適時(shí)指導(dǎo)設(shè)計(jì)過程，能夠真正起到指導(dǎo)設(shè)計(jì)的作用。

3.實(shí)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(diǎn)之一。設(shè)計(jì)師通過可視化的輸出圖像，可以得到室內(nèi)光環(huán)境的平面日光照明、采光系數(shù)、剖面日光照明、太陽投影等方面的量化信息，從而使設(shè)計(jì)人員在方案初期對(duì)光環(huán)境有一個(gè)全面而直觀的了解，幫助設(shè)計(jì)人員方便、快捷地進(jìn)行多方案比較，并及時(shí)對(duì)方案做出調(diào)整，使方案的室內(nèi)光環(huán)境更加舒適、健康和符合功能要求。

下面就以某實(shí)驗(yàn)室改造為對(duì)象，通過對(duì)改造前后室內(nèi)光環(huán)境的對(duì)比分析，來說明計(jì)算機(jī)模擬軟件Ecotect在室內(nèi)光環(huán)境設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

3.1 前期設(shè)置

Ecotect中使用的是CIE全陰天分布（Overcast Sky Distribution）計(jì)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(gè)過程可以通過分析網(wǎng)格或獨(dú)立的傳感點(diǎn)來計(jì)算自然光照明度。設(shè)置網(wǎng)格位置距離地面1米;設(shè)計(jì)天空照度為5000Lux;地理位置：北緯34°，經(jīng)度117°;時(shí)間：2007年4月;窗戶干凈度：一般。

3.2 結(jié)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(shù)字化可視結(jié)果得出，改造前（圖1）平均日光照度為802.8Lux，采光系數(shù)平均值為16.06%，最低處照度為20.58Lux，采光系數(shù)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(jìn)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(gè)房間采光不均勻。窗間墻部分亮度低，與刺眼的窗口形成強(qiáng)烈對(duì)比，容易造成眩光。按照我國2001年發(fā)布的《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（附表1），學(xué)校建筑室內(nèi)天然光臨界照度值為100Lux，最小自然采光系數(shù)為2%，可見此種采光方式不能滿足視覺機(jī)能的要求，且浪費(fèi)能源。

針對(duì)舊建筑（圖1）自然采光不足的問題，在新方案中（圖2）設(shè)計(jì)師采取了三種對(duì)應(yīng)措施。首先，將原方案“回”字形外廊的主通道去掉，并入室內(nèi)空間，把室內(nèi)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(nèi)天井，天井的設(shè)計(jì)吸收中國傳統(tǒng)內(nèi)庭的優(yōu)點(diǎn);這一措施將會(huì)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(nèi)空間層次，使原有的“長方形盒子”多了一個(gè)中心，成為整個(gè)空間的共享大廳，符合現(xiàn)代人的心理需求和行為模式。第三，材料的選擇。建筑內(nèi)裝修采用淺色調(diào)，增加二次反射光線，保證室內(nèi)獲得充足的光線，并達(dá)到一定的均勻度。由模擬計(jì)算得出的分析圖可以發(fā)現(xiàn)：在采取上述三種措施后，圖2的自然采光量明顯優(yōu)于圖1。在圖2中，室內(nèi)平均日光照度值為1248.09Lux，采光系數(shù)為22.48%。窗口處照度最高，達(dá)到4653.12Lux，沿進(jìn)深方向照度下降，最深處也能達(dá)到253.47Lux。與原方案相比，新方案自然采光量較大，造價(jià)便宜，易于控制?？梢娫谛略O(shè)計(jì)方案中，自然照明達(dá)到國家指標(biāo)，且分布比較均衡，達(dá)到了減少白天的人工照明，節(jié)省照明能耗的目的，減輕了因照明設(shè)備散熱而增加的空調(diào)負(fù)荷，提高了建筑舒適度。

4 結(jié)語

在實(shí)際項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師僅憑經(jīng)驗(yàn)或感覺難以判斷整個(gè)方案的采光設(shè)計(jì)是否與實(shí)際情況相符，更難有定量的分析與表述，而利用計(jì)算機(jī)模擬軟件則可以有效的幫助設(shè)計(jì)師驗(yàn)證設(shè)想，準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)環(huán)境的質(zhì)量和舒適性。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)測、模型試驗(yàn)等方法相比，其優(yōu)點(diǎn)并不局限于計(jì)算機(jī)模型易于修改、節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用，最重要的是計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，可以更好地視覺化和做更進(jìn)一步的分析。

參考文獻(xiàn)：

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[4]Ecotect中國站