前 言
二十世纪九十年代初出现的物理环境分析软件大都在UNIX工作站上运行，其中以Radiance较为著名。近十年来随着微型计算机硬件和操作系统的进步，人们开始注意到对于一般的设计人员来说使用这些大型科学计算软件不太方便，有时会发生困难。因此国际上不少大学的研究人员开始解决这个矛盾，使得当前流行的CAD平台能和这些优秀分析软件连接。使得在微型计算机上也能较好地实现建筑物理环境的模拟。其中以美国的柏克利大学和卡耐基梅隆大学的研究较为突出。并取得显著的效果，已经实现了从AutoCAD软件和声、光、热、气流等计算软件的接口。开始受到设计界的重视。此时我国的建筑和土木工程软件开发人员正在埋头开发结构计算程序和建筑施工图的程序，对建筑物理环境的辅助分析投入和关注甚少。建筑物理环境的研究人员对课题研究投入多，对实用技术的研发上做得很少。随着我国经济的发展，建筑设计标准的提高，居住环境愈来愈受到人们的重视，建筑物理环境辅助分析和设计软件的开发开始受到重视。为了适应我国经济的发展，2000年起建设部修编了大量的设计规范，这是非常重要的工作。然而对于某些与环境设计相关的法规条文，我们几乎拿不出与其较好配合的实用的环境分析计算软件。这种状况迫切需要予以改变。研制相关的软件成为工程软件开发人员新的热点，必须使用当前最新的科学计算方法和软件技术，从根本上推动设计技术的进步。建筑日照是建筑物理环境的一个十分重要的组成部份。远在二十世纪四十年代，建筑设计人员就广泛地使用作图法来计算日照。这些方法有日影图、棒影图和影子迭合图，以及使用日规仪对建筑模型进行日影测试。这些方法一直沿用到今日。上世纪80年代末，国外已经开始采用计算机对日影、遮阳以及辐射热进行辅助分析。但是由于国内建筑科学应用软件开发的滞后，直到目前许多设计单位还在使用耗时耗工的棒影图和日影图的手工作图方法。特别在《城市居住区规划设计规范 GB 50180-93》推出日
照间距系数表后，很多的设计人员就摔掉常规的图解方法，干脆完全依*
日照间距系数来布置建筑物。 清华建筑日照软件使用手册
我国国土辽阔，南北跨越纬度数大。规范规定的的设计标准-日照间 距系数是按照大寒日指标确定的，属于推荐指标。实际的日照时间限定是 作为强制性法规执行的。我国北方的多数城市，如北京来说，城市规划管 理部门2002年前执行的地方法规采用以冬至日有效日照时数为标准。由于 两者分别采用空间和时间两种不同的尺度，它们之间存在着不协调的情 况。在我国的高纬度地区，现有间距系数指标和日照赔偿界限之间的矛盾 更为突出。 对于当前居住小区复杂的建筑布置环境，实际的建筑布置常常不符合 90年代制表测算时的建筑形式，因此简单地按间距系数布置建筑常常造成 失误，造成方案不能通过审批，给业主和设计单位带来时间和人力的损 失。在居住区规划和日照民事纠纷责任认定中，为了维护法律的公正，必 须精确地计算窗口实际的日照时间。 我国过去开发的CAAD软件大多不能计算日影遮蔽时间，有的软件只 是简单地用计算机模仿过去的手工图解方法或者采用瞬时阴影迭合算法的计算精度和速度达不到要求。国外的一些建筑软件虽有生成建筑物指定时刻瞬时日影和日照动画的功能，却不能统计有效日照时间，不能符合我国 城市居住区规划设计规范条件要求。 当前迫切需要能快速精确进行日照计算和分析的软件。清华大学建筑
学院CAAD教研室王 诂自1996年起经过多年的努力终于在1999年正式推出 建筑日照软件V1.0版。该软件使用AutoCAD的ObjectARX 技术开发，可以 在挂*在AutoCAD软件上运行。它向用户提供多种日照分析手段。其中包括“天空图法”、“日照圆锥面法”、“日照等时线”、“返回光线法”、“逆日影法”及“极限容积”1 [注]六种方法。这些方法中的许多技术实现是清华原创，国内从未见报道。这些方法可以对单栋建筑或建筑
群体作全面的日照分析，能够处理复杂的建筑形式和布局，能预测规划地段的极限容积形体和容积率。程序中采用了计算机图形学中的解析计算方[注]其中“逆日影法”是编者1997 年提出，见《CAADRIA1997 论文集》，“极限容积”算法是编者在2004 年提出。 法、动态搜索方法和遗传算法，并对计算过程进行了加速处理，较好地提
高了日照分析的速度和精度。它取代了过去的传统作图方法，成为国内最先进的日照分析软件，使我国的建筑日照辅助分析技术为之一新。该程序完全按照我国规范要求编制。考虑了今后规范的发展和各地区地方法规的特殊要求。用户可以在AutoCAD 中建模或直接采用其它建筑软件的建筑设计图纸文件进行计算，计算结果可以以图纸形式、数字文件或数据库形式输出。程序界面简明，操作方便，具有极强的实用性。是设计、规划管理部门单位不可缺少的日照分析工具。推出至今国内已有35个主要城市300余家用户。其中除了规划和设计部门，还包括国内一些建筑院校和著名的房地产公司。
本次推出的程序是2.0版，该版本在2004年3月通过中国建筑物理研究所的技术测试，同年6月通过建设部认证，与会专家一致认为本软件处国内领先地位。
本软件可以用于以下几种场合：
1、小区规划设计中，检查相临建筑物的日影遮挡情况：本软件提供的日照圆锥可以在任何以AutoCAD 作为支撑的建筑软件中使用，用户可以从日照圆锥与建筑物的组合实体中及时了解相临建筑物的日影遮挡情况。求得测点的日照时间序列表；读出日照圆锥与建筑物的相贯线上关键点的对应的标高；从而确定建筑形体的修改方案。
2、旧城改造新老建筑物混合日影遮蔽的分析：本软件提供的等时线计算命令，能够计算并绘出建筑物窗台标高水平测试面或外墙面的日照等值线图。用户可以选用建设前与建设后两种情况下的遮蔽建筑物集合，计算绘制的对应的日照等时线图。通过对比，就能求出关注部位日照时数的变化和有效日照时间损失数。从而作出准确判断，为日照民事诉讼的责任认定提供鉴定依据。此外使用满窗日照计算模块也可以快捷地求出建筑物窗口的日照指标。
3、多肢建筑设计中用于分析自身日影遮蔽：医院、病房、疗养院、幼儿园建筑如果采用多肢的建筑形式，建筑设计中应该考虑建筑物自身遮蔽，使用本程序提供的日照圆锥和等时线图可以用来准确地分析建筑物自身日影遮蔽的情况。
4、建筑物外墙、窗口或室内测试平面全年各节气日照时间计算：本软件可以对建筑物外墙、窗口以及室内虚拟的测试平面作全年度或任何由用户指定的节气段和时间段的日照计算，并求出各个节气的平均日照时间。这个功能可用来对居住建筑日照进行全面评估。
5、房地产公司向用户提供商品房日照指标：作为商品销售活动的规范化，房产开发商有向购买方提供商品住房建筑环境指标的责任。使用本软件进行分析，开发商可以向购买方提供住房单元主卧室窗口对应的“天空图”，必要时也可以给出室内的日照等时线图。
6、室内日照及日影分析：本软件可以计算建筑物内部任意测试面的有效日照时间。因此对于美术展览馆、陈列室、纺织车间和其它不允许阳光直接照射工作面的房间，本程序可以用来对它们的自然采光口及采光格栅的遮蔽效果进行分析。
7、受日照约束的建筑规划或设计：设计中为了避免新的建筑对已有建筑物窗口日照产生有害遮挡，必须对新建筑物体形和位置作仔细的推敲。本程序的“逆日影法”可以根据已有建筑物必需保证基本日照时间的窗口来确定新建筑允许占据的三维空间边界。此法同样也可以用于对阳光照射有要求的表面（如小区绿地、屋顶花园平台、太阳能装置、泳池等）的日照条件的计算。使用本程序提供的“返回光线”也可以便利地寻出遮挡测试点的遮蔽物。
8、遮阳的设计：本软件提供的“逆日影法”同样可以用来计算满足任何指定的节气集合和遮蔽时间段要求的任意方位布置的遮阳板形状，也可以用于活动遮阳板设计中。
9、坡地建筑和大曲率弧墙日照计算：本软件提供的坡地日照计算模块能够计算坡地建筑的有效日照，也可以计算建筑物大曲率半径曲面的有效日照。由于它不需要用户设立坐标系和绘制边界圈，一次就
可以计算和绘出所有表面日照等时线，因此对于抽槽多的点式高层建筑也比较合适。
10、极限容积计算：本软件首次提出了地块的日照染色体的概念，可以在已知地块周边原有建筑日照约束条件下，采用遗传算法由程序自动求出规划地段新建筑的极限容积形体和地块的容积率，可以用来确定具体设计地段区位的控制容积率。用户也可以从需要保证基本日照的窗口的角点引出返回光线，并将它们两两组对形成返回光
线切割器。用户可以通过对这些切割器的牵引实现对地块建筑形体的动态切割，从而获得新建筑的合理的容积形体。
11、玻璃幕墙一次反射光计算：软件提供了一次反射光照等时线和一次反射光线类，前者可以按照用户指定的节气和时间参数计算出大面积玻璃幕墙集合对周围环境的一次反射光照射区域以及滞留时间，评估光污染的程度。后者可以响应用户的牵引，实时地求出反射光落点。
12、太阳直接辐射热和天空散射热的计算：本软件还设有太阳直接辐射热和天空散射热的计算模块。它在计算有效日照的同时，可以计算出窗口或外墙面接收到的与有效日照同期的太阳辐射热和天空散射热量。为从能量角度评估给出可比数据。这个功能被加入到日照等时线和遮阳板计算过程中。除了能够求出必需的遮阳板形状外，还能给出遮阳板上各部份单元面积阻断的太阳直接辐射热和天空散射热，使得可以进一步算出单元面积遮阳的效率。为我国南方地区的遮阳设计计算提供了新的解决方法。
本软件在开发和推广过程中得到中国城市规划设计研究院规范编制组、北京市规划局展览中心和建筑技术流中心、以及中国建筑科学院建筑物理研究所、上海市城市规划局信息中心等单位的大力支持和帮助。在此向上述单位和有关人员表示感谢。 |