一种可求导的建筑日照分析方法技术

本发明专利技术公开一种可求导的建筑日照分析方法，属于建筑设计领域；一种可求导的建筑日照分析方法基于建立天文坐标系和建筑坐标系求解太阳轨迹形成的圆锥与建筑模型中线段的交点，再针对任一个观察点，对建筑模型所有线段进行求交之后，判断每个交点是否为有效时间点，并标记为入射点或出射点，最终形成日照时段，从而判断该观察点是否满足日照规范；日照时段对建筑位置的导数，具体为任一个观察点的日照时段对其遮挡建筑三维体量中任一边的x,y,z位置的偏微分，表明了建筑朝哪个方位移动可以最有效地增加日照时长，为设计师在住宅小区规划设计过程中提供明确的改进方式。区规划设计过程中提供明确的改进方式。区规划设计过程中提供明确的改进方式。

【技术实现步骤摘要】
一种可求导的建筑日照分析方法


[0001]本专利技术属于建筑设计领域，具体涉及一种可求导的建筑日照分析方法。

技术介绍

[0002]随着城乡土地资源优化利用策略与住宅建筑业不断发展，国家与城市对住宅的建筑日照规范不断细化；譬如《江苏省城市规划管理技术规定》(2011年版)对高层住宅的日照有如下规定：“8.6日照计算时间的统计方法可以分段累计，累计时间不超过2段，每个有效时间段不应低于30分钟”；
[0003]大量CAD建筑制图软件、智能规划软件(如小库AI)都需要对住宅进行日照计算。现有日照计算软件大多采用对时间进行细分的方式来计算日照时长，是一种较为不精确的计算方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可求导的建筑日照分析方法，可直接求解精确的日照时间。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种可求导的建筑日照分析方法，包括以下步骤：
[0007]S1：设定地理与天文参数；
[0008]S2：建立天文坐标系；
[0009]S3：建立建筑坐标系；
[0010]S4：任一线段与太阳光锥求交点；
[0011]S5：判断交点是否有效；
[0012]S6：判断交点是入射点还是出射点；
[0013]S7：对任一观察点计算日照时段；
[0014]S8：计算遮挡建筑位置对观察点日照时段的导数；
[0015]其中S1中设定的参数有：城市的纬度φ、观测日期的赤纬δ、观测日期当天某一时刻的太阳角度θ、小时数H、早晨起始时间对应的角度θ
m
以及下午终止时间对应角度θ
e
，其中H与θ之间转换公式为：
[0016]进一步地，所述天文坐标系以原点O为观察点，x轴指向西方，y轴指向太阳圆形轨迹的中心；天文坐标系为右手坐标系。
[0017]进一步地，所述建筑坐标系以原点为观察点，x*轴指向西方且与天文坐标系的x轴重合，z*轴指向天顶；建筑坐标系与天文坐标系相差了旋转角度
‑
δ(绕x轴)；建筑坐标系为右手坐标系。
[0018]进一步地，在天文坐标系中的任一点p，其在建筑坐标系下的坐标为p
*
，满足p
*
＝Mp，其中
[0019][0020]进一步地，求所述交点的步骤为：
[0021]1)在天文坐标系下的线段(两个端点分别为p、q)和太阳与观察点连线形成的圆锥相交于点v(其中v1、v2、v3分别表示v的x、y、z分量)，满足：
[0022]v＝p+s(q
‑
p),s∈[0,1][0023][0024]2)通过求解内部参数s来求解交点v。
[0025]进一步地，通过所述参数s求解交点v的步骤为：
[0026]a、定义向量
[0027][0028]b、定义向量u＝Δ
°
p，向量w＝Δ
°
(q
‑
p)，其中符号
°
表示哈达玛积；
[0029]c、求解一元二次方程
[0030]||u||2s2+2(u
·
w)s+||w||2＝0
[0031]得到s的值，其中符号
·
表示点乘，解的个数为0
‑
2个，符合s∈[0,1]，v2>0，的解为有效解。
[0032]进一步地，所述交点有效性的判断方法为：
[0033]判断交点v对应的时间点是否在日照法规的早晚统计范围内，根据公式求太阳圆锥R，然后求需满足
[0034]其中，由可得到θ的值，再由太阳角度θ求对应的小时数H。
[0035]进一步地，判断所述交点是入射点还是出射点的具体步骤为：
[0036]1)对建筑平面轮廓的多边形顶点进行逆时针编号；
[0037]2)对于垂直边pg的交点出入判断，假设其在平面上对应顶点与观察点构成的向量为v，其下一条边的法向量为n；如果n
·
v<0则交点为入射点，如果n
·
v>0则交点为出射点；
[0038]3)对于水平边pg的交点出入判断，计算
[0039][0040]其中符号
×
表示叉乘；如果(q
‑
p)
·
(v
×
v')>0则交点为入射点,否则为出射点。
[0041]进一步地，计算遮挡建筑位置对观察点日照时段的导数的步骤为：
[0042]1)计算向量n：
[0043][0044]2)计算向量z：
[0045][0046]3)统一计算三个导数：
[0047][0048]求得的导数表示相关的边(属于遮挡建筑)朝哪个方位移动能最有效的扩大日照时间。
[0049]本专利技术的有益效果：该日照分析方法无需对时间段进行细分，直接求解精确的日照时间，该方法不仅可以得出日照时长，而且可以输出日照时间段、任一观察点的日照时段对建筑位置的导数，在住宅小区规划中可以有效地提示设计师如何调整建筑布局使日照时长增加。
附图说明
[0050]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0051]图1是本专利技术的天文坐标系示意图；
[0052]图2是本专利技术的建筑坐标系示意图；
[0053]图3是本专利技术的建筑平面轮廓多边形与观察点关系示意图；
[0054]图4表示观察点的遮挡时间段，箭头表示导数方向(对应S8)。
具体实施方式
[0055]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0056]一种可求导的建筑日照分析方法包括以下步骤：
[0057](1)设定地理与天文参数；
[0058]1)设定城市的纬度φ(弧度表示)；设定观测日期(根据所在城市相关的法规)的赤纬δ(弧度表示)。
[0059]2)观测日期当天某一时刻的太阳角度记为θ(弧度表示)，小时数H与θ之间转换公式为：
[0060][0061]3)相关法规通常规定了有效的早晚统计时间范围(如早上8点到下午4点)、θ
m
表示早晨起始时间对应的角度，θ
e
表示下午终止时间对应角度。
[0062](2)建立天文坐标系；
[0063]如图1所示，原点O为观察点，x轴指向西方，y轴指向太阳圆形轨迹的中心，太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可求导的建筑日照分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设定地理与天文参数；S2：建立天文坐标系；S3：建立建筑坐标系；S4：任一线段与太阳光锥求交点；S5：判断交点是否有效；S6：判断交点是入射点还是出射点；S7：对任一观察点计算日照时段；S8：计算遮挡建筑三维体量中任一边的位置对观察点日照时段的导数；其中S1中设定的参数有：城市的纬度φ、观测日期的赤纬δ、观测日期当天某一时刻的太阳角度θ、小时数H、早晨起始时间对应的角度θ
m
以及下午终止时间对应角度θ
e
，其中H与θ之间转换公式为：2.根据权利要求1所述的一种可求导的建筑日照分析方法，其特征在于，所述天文坐标系以原点O为观察点，x轴指向西方，y轴指向太阳圆形轨迹的中心，太阳与观察点连线的轨迹形成了一个半径为R的圆锥；天文坐标系为右手坐标系。3.根据权利要求2所述的一种可求导的建筑日照分析方法，其特征在于，所述建筑坐标系以原点为观察点，x*轴指向西方且与天文坐标系的x轴重合，z*轴指向天顶；建筑坐标系与天文坐标系相差了旋转角度
‑
δ(绕x轴)；建筑坐标系为右手坐标系。4.根据权利要求3所述的一种可求导的建筑日照分析方法，其特征在于，在天文坐标系中的任一点p，其在建筑坐标系下的坐标为p
*
，满足p
*
＝Mp，其中5.根据权利要求1所述的一种可求导的建筑日照分析方法，其特征在于，求所述交点的步骤为：1)在天文坐标系下的线段(两个端点分别为p、q)和太阳圆锥相交于点v(其中v1、v2、v3分别表示v的x、y、z分量)，满足：v＝p+s(q
‑
p),s∈[0,1]2)通过求解内部参数s来求解交点v。6.根据权利要求5所述的一种可求导的建筑日照分析方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：华好，唐芃，李飚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：