[科普中国]-建筑光环境模拟

人类认识世界获取的信息中80%来自光引起的视觉，光环境对人类的精神和心理感受都会产生影响。随着社会的发展，人们对住宅的要求越高，对建筑的光环境也有更多地考虑，因此一定要通过计算机的辅助对光环境进行一定的模拟，使建筑的采光更好的适应人们的生活。将介绍应用于建筑采光模拟与设计中的相关软件，以便于能更好的用此来研究建筑采光设计。

光环境的重要性光环境由光（照度水平和分布、照明的形式）与颜色（色调、色饱和度、室内颜色分布、颜色显现）在室内建立的同房间形状有关的生理和心理环境。人们通过听觉、视觉、嗅觉、味觉和触觉认识世界，在所获得的信息中有80%来自光引起的视觉。光环境对人的精神状态和心理感受也产生积极的影响。例如对于生产、工作和学习的场所，良好的光环境能振奋精神，提高工作效率和产品质量；对于休息、娱乐的公共场所，合宜的光环境能创造舒适、优雅、活泼生动或庄重严肃的气氛。所以光环境是建筑设计中的重要方面。1

Ecotect简介Ecotect是某公司研发的辅助生态设计软件，这一软件的构想最初出现于其研发者安德鲁・马歇尔博士在西澳大利亚大学建筑与艺术学院的一篇博士论文中，Ecotect从最初到当前发生了很大变化。

Ecotect采用了标准的Windows图形用户界面（GUI），只要用户熟悉Windows操作就不难上手，另外Ecotect很多功能和操作都与我们经常使用AutoCAD相类似。对于Ecotect来说，熟练掌握操作并不难，而难点在于要明白用软件到底在做什么，做出来的结果意味着什么，好还是不好，并且怎样去根据它们优化设计方案。1

Ecotect的光环境分析Ecotect是一个全面的技术性能分析辅助设计软件，提供了一种交互式的分析方法，只要输入一个简单的模型，就可以提供数字化的可视分析图，随着设计的深入，分析也越来越详细。下面对其光环境部分几个主要功能作简要介绍。

光是建筑环境的重要组成部分，优秀的采光设计可以提高建筑的使用舒适度，减少照明和空调能耗。Ecotect可以针对各种自然采光和人工照明环境做精确地分析和评估，同时给出包括采光系数、照度和亮度在内的一系列标准控制指标参数。

对于建筑来讲，光照场景会很复杂，这是由于一年之中太阳在天空中的位置随着时间不断变化并且随时都会被云遮住，因此直接对建筑进行全年模拟是不现实的。基于以上的考虑Ecotect的基本采光分析中采用的是全阴天模型，这是最不利的采光条件，它非常适合于对建筑进行综合采光评价，在我国当前的建筑采光相关规范中也采用了类似的定义和方法。同时，Ecotect还提供了对于Radiance的支持，可以对各种复杂的光环境做进一步的分析。1

Ecotect中的日照分析作为建筑物外部最主要的气候形成条件之一，日照对于建筑和建筑设计都有着深远的影响，优秀的日照设计可以提高建筑的舒适度和卫生条件，降低采暖能耗并提供清洁能源。针对设计阶段的要求， Ecotect提供了强大的日照分析功能，其涵盖了日轨图分析、遮阳的优化设计以及太阳辐射强度分析等诸多方面的内容。下面对几个主要类型最简单介绍。

（1）可视化投影遮挡分析。主要是以各种直观的三维模型效果图来显示模型中的遮挡和投影情况，其特点是交互性高，直观并且易于理解，用户可以随时调整模型并得到实时结果反馈，通常来说此类分析一般不用进行数据计算。

（2）太阳辐射分析。根据太阳辐射数据对表面或网格进行定量辐射分析，其中还包括了由太阳辐射分析衍生出来的太阳能光电系统分析。 与Ecotect中的其他的日照分析不同的是，太阳辐射分析是一种定量的分析，而其他的日照分析是一种定量的分析，而其他的日照分析则大多是以几何作图为主的分析。

（3）采光权分析。Ecotect中的采光权分析功能主要用于评估新建建筑对于周围已有建筑的采光和日照环境所产生的影响。

在Ecotect的采光权分析中，首先通过被遮挡建筑立面做与水平面呈25度角的倾斜平面，如果新建建筑在此斜面以下，则可以满足BRE的要求，如果新建建筑超过此截面，则分别计算新建建筑项目实施前后被遮挡建筑窗户上的垂直采光系数和隐蔽天空线进行比较，如果不满足一定的要求，这就需要建筑师通过各种措施和手段对新建建筑进行修改和调整，以便将其负面影响控制在可以接受的范围内。

从上面介绍的采光权分析原理来看，我们完全可以利用垂直采光系数和隐蔽天空这两个指标对新建建筑可能产生的负面影响进行评估，然后根据评估结果有针对性地对方案进行优化。1

Ecotect中的可视度分析可视度分析是Ecotect在5.5版中增加的一个新功能。所谓可视度，通俗的说就是物体能不能被肉眼看到以及所能看到的程度，它已经成为规划设计和建筑设计的一个重要影响因素。Ecotect中的可视度分析包括了两个方面的内容，即规划可视度分析和室内视野分析。在可视度分析中，Ecotect将根据用户的设计将目标物体划分为若干个采样区，同时用分析 网格来表示需要分析的区域，因此分析网格和采样区尺寸共同决定了可视度分析的计算精度和速度，另一方面程序也可以根据不同的情况，自动给出建议采样值，供用户参考。

（1）规划可视度分析。规划可视度是指包括周围一定范围内的区域中对于指定建筑的可见程度。其影响因素包括周围环境的形态和建筑本身的几何特征。利用Ecotect的这一功能可以快速地获得目标建筑在指定范围内的可视程度，它特别适合复杂的旧城改造和重要的地标性建筑的设计，如图所示。建筑师在方案推敲过程中可以随时使用Ecotect进行可视度分析，找出遮挡较为严重的区域，并针对性的做出修改和优化。规划可视度分析的设置较为简单，只需要在感兴趣的区域铺设分析网格并指定目标即可，其计算结果有三种控制指标，即绝对可视面积、采样点可视百分率和物体可视百分率。

（2）室内视野分析。室内视野分析是指市内各点对于室内环境的可见程度。影响因素包括窗户的尺寸和位置、房间的形状布局以及建筑层高和吊顶做法等。室内视野经常被建筑师所忽略，但这一点对建筑使用者的主观舒适度影响很大。如图所示，利用Ecotect的室内视野分析功能，建筑师可以对房间进行全面的视野分析，找出可能出现问题的地方，对其进行优化处理。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学