一种建筑日照利用的辅助设计方法及系统

本发明属于建筑，具体涉及一种建筑日照利用的辅助设计方法及系统。

背景技术：

1、建筑日照是营造适度宜居、科学合理的人居环境的重要考虑要素。一方面，《城市居住区规划设计标准》(gb50180-2018)中对不同建筑热工分区的住宅有不同的日照时数要求，如处于建筑热工分区的ⅱ区，且城区常住人口不小于50万的城市住宅需满足大寒日日照时数不小于2小时，同时老年人居住建筑日照标准不应低于冬至日日照时数2小时等；另一方面，建筑日照情况也反映了建筑太阳能利用潜力的强弱。以上两者均受建筑间距的影响，合理的建筑间距可以增加日照时长，而不合理的建筑间距会导致建筑间的相互遮挡，进而影响建筑对日照的光伏、光热利用潜力。为了满足规范要求，同时最大化建筑的太阳能利用潜力，需要拓展建筑日照相关设计方法和技术。

2、为了满足建筑规范中的日照要求，建筑行业内已有较成熟的建筑日照分析工具，如天正日照、众智日照、斯维尔日照、飞时达日照等软件。但现有日照分析软件均为后置式工具，即只能在设计方案形成之后再进行模拟分析。在具体设计过程中，建筑师必须首先提出试探性的布局方案，才能对其进行日照模拟，之后再通过不断调整和反复试错，使其逐步满足日照规范的要求。由于缺乏前置引导，该过程不确定性较大，往往需要耗费很多精力，不仅容易打断设计思路，而且严重影响工作效率。因此有必要研发一种前置式的日照遮挡辅助判断方法，使建筑师可以预先知道如何使设计方案满足日照规范相关要求。

3、对比发明名称为“一种建筑太阳能获取潜力指标的计算方法”的专利(申请号：cn202211320592.6；公开号：cn115544458a)。该发明提出了一种建筑太阳能获取潜力指标——遮挡因子(vof)的计算方法，具体是将某时刻太阳高度角正切值与遮挡高度和遮挡建筑到测算建筑间距的比值作差，再将该时刻近似太阳直射辐照度作为权重赋予所述差值，最后基于待测区域的圆心角占比赋权值，得出测算建筑的遮挡因子vof值。vof值越大，意味着测算建筑太阳能获取潜力受周边建筑遮挡的影响越小，其太阳能获取潜力越大；反之，则影响越大，其太阳能获取潜力越小。该发明通过计算遮挡因子vof来表征建筑被周围建筑遮挡程度，主要针对太阳能获取潜力视角下不同建筑群布局方案的比较，其局限主要在于：(1)未涉及建筑规范，因此不能用其判断设计方案是否满足规范中的日照要求；(2)未涉及测算建筑在场地中的潜在日照遮挡临界线，因此不能用其直观判断周围建筑是否有可能对测算建筑形成日照遮挡；(3)未涉及测算建筑在场地中的潜在日照遮挡范围，因此不能用其预先判断周围建筑应如何布局才能避免对测算建筑形成日照遮挡，也就不能前置性地指导日照遮挡相关建筑形态布局优化设计；(4)未涉及具体测算点，不能用其判断周围建筑对测算建筑上某特定位置的潜在日照遮挡情况。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种建筑日照利用的辅助设计方法及系统，可以为建筑师提供前置式的设计引导，使其在方案设计之初，就可以直观地了解到，针对某特定地区，何种布局方式可以避免建筑之间的日照遮挡。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种建筑日照利用的辅助设计方法，包括以下步骤：

4、s1：获取测算建筑所在地日照标准日以及当地有效日照时间带，基于所述测算建筑所在地日照标准日以及当地有效日照时间带，获取当地日照标准日的逐小时太阳方位角和高度角数据、遮挡高度；

5、s2：确定所述测算建筑的测算点与所述测算点的扇形计算范围；

6、s3：基于所述遮挡高度和太阳高度角数据，形成日照遮挡临界辅助线；

7、s4：基于以测算点为端点的太阳方位角所在射线和所述日照遮挡临界辅助线，在扇形计算范围内，得到锥形遮挡区域，基于所述锥形遮挡区域和所述遮挡高度，判断所述测算建筑的测算点的遮挡情况。

8、优选的，所述s2中，确定所述测算建筑的测算点与所述测算点的扇形计算范围的方法为：

9、选取所述测算建筑的南立面上任意一点为测算点；

10、以所述测算点为一端点绘制逐小时的太阳方位角所在射线；

11、以所述测算点为扇形的圆心；

12、以覆盖遮挡所述测算建筑的范围为扇形的半径；

13、以日出到日落的太阳方位角所在射线形成的顺时针夹角为扇形的圆心角；

14、在水平面上绘制针对所述测算点的扇形计算范围。

15、优选的，所述s3中，基于所述遮挡高度和太阳高度角数据，形成日照遮挡临界辅助线的方法为：

16、通过所述遮挡高度和太阳高度角的正切值，得到临界间距；

17、以日出到日落每个整点时刻的临界间距长度为线段的长度；

18、以测算点为线段的一个端点，在平面图上绘制，得到n组线段；

19、将每个线段的另一个端点用样条曲线连接，得到所述遮挡高度对于测算点的日照遮挡临界辅助线。

20、优选的，将每个线段的另一个端点用样条曲线连接，得到所述遮挡高度对于测算点的日照遮挡临界辅助线的方法为：

21、用样条曲线工具从日出后1小时对应端点开始逐个连接各组内端点pi，绘制得到对应的一条拟合线ls；

22、n组线段端点pi得到n条拟合曲线；

23、一个遮挡高度对应一条拟合曲线，绘制出每一条拟合曲线，得到针对所述测算点的系列日照遮挡临界辅助线lshi。

24、优选的，所述s4中，基于以测算点为端点的太阳方位角所在射线和所述日照遮挡临界辅助线，在扇形计算范围内，得到锥形遮挡区域的方法为：

25、在扇形计算范围内特定时间范围内，以测算点为端点的太阳方位角所在射线与所述日照遮挡临界辅助线之间形成的锥形区域为遮挡区域。

26、优选的，基于所述锥形遮挡区域和所述遮挡高度，判断所述测算建筑的测算点的遮挡情况的方法为：

27、在平面图上，如果有遮挡高度为h的建筑处于遮挡区域中，则代表所述遮挡区域对测算建筑的测算点存在遮挡，反之不存在遮挡。

28、优选的，判断存在遮挡情况后，根据处于遮挡区域的遮挡建筑所对应的遮挡角度占遮挡区域总角度比值的大小，判断遮挡程度大小。

29、本发明还提供了一种建筑日照利用的辅助设计系统，包括：获取模块、计算模块、构建模块和判断模块；

30、所述获取模块用于获取测算建筑所在地日照标准日以及当地有效日照时间带，基于所述测算建筑所在地日照标准日以及当地有效日照时间带，获取当地日照标准日的逐小时太阳方位角和高度角数据、遮挡高度；

31、所述计算模块用于确定所述测算建筑的测算点与所述测算点的扇形计算范围；

32、所述构建模块用于基于所述遮挡高度和太阳高度角数据，形成日照遮挡临界辅助线；

33、所述判断模块用于基于太阳方位角数据和所述日照遮挡临界辅助线，在扇形计算范围内，得到锥形遮挡区域，基于所述锥形遮挡区域，判断所述测算建筑的测算点的遮挡情况。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

35、通过采用本发明的一种建筑日照利用的辅助设计方法及系统：(1)可以直观判断周围建筑对测算建筑上某特定位置的潜在日照遮挡情况；(2)可以与建筑规范中的日照要求进行搭接，从而直观地判断设计方案是否满足规范中的日照要求；(3)可以在方案生成之前，预先判断周围建筑对测算建筑可能形成的日照遮挡情况，从而前置性地指导考虑日照遮挡因素的建筑形态布局优化设计。相比既有的反复修改方案并反复应用日照分析软件反馈试错的设计模式，可以显著提高建筑师的工作效率。