毕业设计(论文)

1、毕业设计(论文)本科毕业设计（论文）任务书题 目：建筑室内光环境虚拟仿真实验研究院（系）：XXX专业班级：自动化学生姓名：XXX学 号：XXXX指导教师（签名）：主管院长（主任）（签名）：时 间：2016年 5 月 25 日 毕业设计(论文)一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）建筑光环境对人的心理感受及建筑物使用都有一定影响，建筑光环境虚拟仿真技术对人在建筑环境中的光作用下通过视觉和舒适感觉所产生的反应进行仿真，研究通过适宜的技术措施，调整建筑物理环境设计，使建筑物达到特定使用效果。1 了解建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，了解人类生活和生产过程需要什么样的建筑室内光环境；

2、2 熟练应用建筑环境虚拟仿真软件，对建筑光环境进行模拟仿真；3 以某实验室为例，研究自然采光和人工照明下室内光环境的照度、照度均匀度、眩光，灯具布置、灯具类型不同对光环境的影响；4 研究遮阳板、反光板和百叶窗等对自然采光的影响和区域人工照明控制策略。二、毕业设计（论文）应完成的具体工作（含图纸数量）1 研究总体方案设计；2 针对给定建筑环境进行虚拟仿真；3 研究改变或控制人工环境的方法；4 撰写研究论文（报告）。三、毕业设计（论文）进程的安排（起讫日期：2016年3月28日至2016年6月24日）序号设计（论文）各阶段任务日 期备 注1研究总体方案设计周2调查研究及报告编写周3建筑环境虚拟仿真

3、周4人工微环境控制方法研究周5撰写研究论文（报告），准备答辩周6四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）1 建筑物理相关文献；2 建筑照明资料；3 光环境仿真软件资料；4 绿色照明相关文献。建筑室内光环境虚拟仿真实验研究摘要建筑的光环境对建筑物使用和人的心理感受都有一定影响，建筑光环境的虚拟仿真技术对人在建筑环境中的光作用下通过视觉和舒适感觉所产生的反应进行理论上的模拟仿真，研究通过适宜的技术策略，调整建筑物理光环境的设计，使建筑物的使用效果达到最佳。本论文主要研究建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，并应用建筑环境虚拟仿真软件对建筑光环境进行模拟仿真。以工科楼附体楼某实验室为

4、例，利用DIALux软件对实验室进行建模；运用软件中的灯具配置功能，研究实验室人工照明对光环境的影响。其中分别为实验室配置点光源、线光源、面光源三种不同类型的人工照明方案，经过分析照度水平、单位面积平均照度水平、总功率、单位面积中的平均功率等指标得出结论：线光源型灯具的人工照明方案最符合国家标准要求，此方案下符合照度的工作面达房间面积的93.7%。再运用Ecotect软件对实验室进行建模，并用WeatherTool软件为方案输入实验室所在位置的气象信息。计算出若干种不同自然采光条件下实验室光环境的情况，研究发现随着时间、季节、太阳位置的变化对实验室光环境有巨大影响。然后在Ecotect实验室模

5、型的基础上为实验室窗户建立百叶窗模型，并且分析其遮阳效果以及对室内光环境的影响，发现通过控制百叶的角度影响室内光环境的变化。综合室内光环境受自然采光和人工照明的共同影响下，再进一步研究实验室智能化的人工照明控制策略，初步完成人工照明控制器的设计。以实现建筑的绿色化、智能化以及建筑的可持续发展。关键词：建筑室内、光环境、虚拟仿真、光照影响、控制策略。IV 第 页Virtual Simulation Experiment of Building Indoor Light EnvironmentAbstractThe building light environment has certain in

6、fluences on the usage of buildings and people's psychological feeling. Virtual simulation technology of building light environment makes the theoretical simulation of peoples reaction produced by visual sense and comfortable feeling under the effect of light in the building environment. It aims

7、to bring about the best using effect of buildings through appropriate technology strategy and adjusting building environment design.This thesis mainly studies the reasons for the formation of building light environment, evaluation methods and control measures, and applied to building environment of

8、virtual simulation software to simulate the building light environment simulation.Taking a laboratory in engineering appendage building as an example, it can make a model of the laboratory by using DIALux software, and use the software configuration function in the lamps to study the effect of labor

9、atory artificial lighting light environment, among which are respectively for three different types of artificial lighting scheme: laboratory configuration point light source, the line light source and the surface light source. After analysing illumination level, average illumination level per unit

10、area, total power and the average power per unit area and many other indicators, it finds that: the line light source type lamps of artificial lighting solutions most conforms to the national standard requirements, under which case there are 93.7% of the room area meet the intensity of illumination

11、of working face.Again using the Ecotect software to laboratory modeling and WeatherTool software for input location of the laboratory of meteorological information. The study finds that as the change of time, seasons, and the sun position, it has a huge impact on laboratory light environment after c

12、alculating light environment in the laboratory under several different natural lighting.Then the study build up the louver model for laboratory windows on the basis of Ecotect laboratory model, and analyze its shading effect and influences on the indoor light environment, found that it can affect in

13、door light environment changes by controlling the shutter Angle affect.In the case of comprehensive indoor light environment affected by the joint of the natural lighting and artificial lighting, and further for laboratory research on intelligent artificial lighting control strategy.The artificial l

14、ighting controller design can be achieved to realize the sustainable development of building green, intelligent and the sustainable development of building.Key Words: building interior, light environment, virtual simulation, lighting effects, the control strategy. 第 页毕业设计(论文)目录1绪论1 1.1研究的背景与意义1 1.2国

15、内外研究现状2 1.2.1国内现状分析2 1.2.2国外研究现状3 1.3研究内容、目标42 研究方法与步骤6 2.1研究实验的设计思路6 2.2基本概念和理论基础7 2.3我国现行光环境标准8 2.4论文研究所用主要软件介绍及其应用9 2.4.1主要软件介绍9 2.4.2模拟软件的应用及其仿真的必要性113实验研究对象及分析12 3.1实验室光环境背景资料12 3.2建筑概况12 3.3实验室状况实测数据12 3.4实验方案的拟定及模型的建立13 3.4.1方案的拟定13 3.4.2实验室模型建立的方法134人工照明对光环境的影响15 4.1实验研究的主要方法15 4.2实验内容、计算及分析

16、15 4.2.1方案一 点光源型灯具15 4.2.2方案二 线光源型灯具17 4.2.3方案三 面光源型灯具19 4.3综合分析215自然光照对光环境的影响23 5.1自然光照的研究方法和步骤23 5.2自然光照的研究结果24 5.3百叶窗对自然光照度的影响24 5.3.1百叶窗对自然光照的科学论证24 5.3.2百叶窗的建立与模拟仿真研究246人工光环境控制方法26 6.1人工光环境控制方法的研究26 6.1.1.研究思路26 6.1.2.方法研究26 6.1.3对比分析26 6.2人工光环境控制电路的设计思路26 6.3电路图的绘制27 6.4人工光环境控制的分析与结论277 总结29 7

17、.1总结29 7.2研究展望29致谢31参考文献32附录3452 第 页1绪论1.1研究的背景与意义随着科技水平的快速发展及人民生活水平的提高，人们对城市环境的要求也逐步从生存型向生活型转变，对建筑空间的要求则从数量向质量转变，正因如此，对城市及建筑环境提出了越来越高的要求。当前世界科技发展趋势的核心之一是追求环境质量的改善和未来可持续的发展，在衡量一个国家或地区的现代化水平时，很重要的一点就是对保护自然环境及营造绿色人居环境方面的重视程度。 人工光环境包括室内和室外人工光环境。室内光环境是建筑内部由光的照射而营造的环境，它是建筑内部环境的一个组成部分。其功能是满足物理、视觉、心理及美观等方面

18、的需求。随着照明技术的不断发展，以往的只关注照明设计功能或形式的方式向着更全面的方向发展，照明设计面对的建筑空间形式多样，且近年来可持续绿色照明的推广，对自然光与人工光照明结合运用的发展更加深入，在建筑室内外、城市规划、景园设计等方面对设计师提出很高的要求和挑战。国内外开发的照明设计软件中，使用较为广泛的有 Radiance、DIALux、AGI32、Relux、Lumen Designer、Ecotect 等，它们从计算方法、计算精度、适用范围方面都各有优势和特点,例如室内设计渲染用的Lightscape；专业灯光设计与评估的 DIALux 与 AGI32；日照阴影、室内外采光系数、照度分析

19、软件 Ecotect。 数字技术的不断进步为各种新型光照、光能技术的开发提供了有利条件，与此同时我国对于建筑内空间与外部环境的光环境设计在新技术条件下快速发展，设计的精度在不断提高，设计内容与形式俞加多样化，随之产生的理论与设计方法不仅对建筑室内外光环境设计，在其它学科领域也产生了积极的影响。我国推行光环境探索研究与实践已有20年，从人们对空间光环境认识到重视，发展到对绿色照明理念的引入，光环境无论从质量和设计方面都得到显著提高；光污染与光干扰所造成的负面影响使得人们向着可持续、人性化的照明方向努力探索，并随着技术条件的成熟更趋完善，例如 DIALux、AGI32、Relux、Ecotect

20、等辅助性设计软件，在快速精确设计方案、优化解决问题的同时使光环境的设计呈现出种特有的美感及现实意义价值。 1.2国内外研究现状国内外对光环境的研究己取得了丰硕的成果，美国、欧洲、日本等发达国家在光环境领域投入科技力量进行深入研究，并丰富完善了一系列的理论与设计方法，在提高效率的同时强调节能设计，并且向着数字化、智能化的方向发展；我国在光环境领域虽然起步较晚，但也已取得很大进步和发展，在国际环境影响下，理论与技术交流愈加频繁，相关国内外辅助性设计分析软件的广泛运用，而且根据我国实际情况制定了一系列相关的政策与法律法规，在室内外空间的光环境照明设计中得以运用和实施，推动了相关技术产业的发展与革新。

21、总之，国内外对此项技术的研究和发展正在逐步深入，各类各种功能的模拟仿真软件数不胜数。同时这项技术对于建筑室内的照明系统以及供配电系统的设计和实际使用情况都有着重大影响：一方面精准计算模拟出室内环境所需照度信息，依此适配所需灯具，大大节约资源和时间成本；另一方面利用室内模拟出的照明系统配置可直接结合自然采光情况进行采光方案的供配电布置，结合智能控制方案将照明能耗降到最低。现今国内很多建筑没有将这一模拟技术的功能完全发挥出来，例如公共建筑，教育类建筑，写字楼等很多建筑的室内的照明布置和供配电布置并没有做好节能方面的智能控制。1.2.1国内现状分析室内光环境质量关乎人生理与心理的健康，创造良好的光环

22、境需要理论与技术的支持，我国从上世纪 70 年代中期已经开始投入有关工业照明技术与标准的方面的研究工作，经过 30 多年的发展，取得了可观的成果。 肖辉乾、张耀根、王建华等人提出了光环境在室内照明中的评价方法-模糊数学。 1966 年，胡瑞荣对教室照度水平进行了研究，发现在一定范围内学生的学习效率会随着照度水平的增加而增加，此时视觉功逐渐得到改善。 1979 年，喻柏林等人发现视觉的改善在 1.72160Lux 照度范围内逐渐减小，并由此提出照明“收效递减律”。 1992 年，詹庆旋教授发现家庭中看电视时的背景照度宜为 50Lux，如还有其他活动时，可以综合考虑并调整照度值。 2000 年，叶

23、海提出了预测不满意百分比 PD 及其计算公式，通过层次分析的方法证明并用于室内办公光环境的评价中。 2001 年，何方文、朱斌共同对照明设计的目的、意义及设计理论进行了阐述，补充完善了照明设计理论，成为了建筑室内照明设计理论的一个核心内容。在同年张绍纲博士对住宅起居室内照明的色调和照明方式进行了实验研究，发现了暖色调更受喜爱，而从照明的方式与效果来看，间接照明最差，直接照明居中，混合照明最佳。 2006 年，杨公侠提出了不舒适眩光的四种评价方法，证明了 UGR 的相关性与主观评价最高，照度与色温之间相关性不大的关系。 2007 年，吴蒙友着手研究了环境心理学，光源的选择、照明设计基础理论、灯具

24、性能和分类在灯具设计中的作用，分析了室内照明设计方法在不同建筑形式中的应用。 2008 年，梁荣生认为感知的空间照度和亮度与抽象思维能力有较大的关系，但缺乏实验研究论证。 2010 年，曹彬等人发现北京和上海公共建筑光满意度的平均照度峰值在 10001200Lux 之间，而同济大学的叶剑军等通过光学实验研究表明极值为 947Lux。1.2.2国外研究现状相比较，国外发达国家对光环境的研究较为深入。1977年，Flynn 对将视觉印象进行了总结分类并对视觉印象进行了研究。1979 年，Kanayaet发现光源的显色指数，可以通过照度水平的调节能达到相同的视觉感受。 1989年，国际照明委员会CI

25、E 的成员Fischer总结并提出了光环境的评价模型，发现人的视觉满意度近似成正态分布。 1993年，Grünberger 通过研究表明在下午既定的时间段内，500Lux 与 2500Lux 的照度相比，2500Lux 的照度改善了人员的注意力集中的水平。 1995年，JAVeitchPh D和D K Tiller DPhil 研究了照度与亮度均匀度之间的关系，发现在照度水平相同时，亮度对比强的房间会让人感觉房间的立体感和明亮感更强。 2000 年，Cajochen 的研究表明警惕性反应与光照对与褪黑素的抑制程度呈正相关，即强光能减少困倦感并增强人的警惕性。 2003 年，Simon

26、neaux 通过研究发现黑暗环境会刺激人体合成褪黑激素，而明亮环境则会抑制褪黑激素的产生。 2004 年，Tanabe 在 3Lux 和 800Lux 两种不同照度水平下照度会对人员计算任务与疲劳度产生影响。研究结果表明，人员的疲劳程度会在 3Lux 的光环境下加剧，而加法计算任务并没有受到影响。 2007 年，Banu Manav 发现低色温和高色温会让人感到程度更高的空间感、放松感和舒适感。 2008 年，Gen Clausen 通过设置最差、50%的改善、50%的受试者可选择的改善和100%的改善共四个实验环境室进行了对照度、噪音、视域及空气清洁度、操作温度的综合效果的研究。研究分析发现

27、 50%的受试者可选择的改善的效率与 100%的改善的环境下工作效率大致相同，即人的主观感觉与意向选择对工作效率有着积极的效果。美国从上世纪 60 年代已经开始考虑环境设计与计算机辅助性技术的结合，到70年代开始研发出相关辅助性设计软件，是辅助性设计研究的最早国家之一，使计算机技术在建筑节能设计中得到应用。目前在光环境设计分析领域有德国的 DIALux、美国的AGI32、瑞士的Relux、Autodesk公司的Ecotect与lightscape。国外对建筑与环境的模拟研究分析的较早，因此发展也想对完善，从上世纪70年代开始，相关能耗模拟软件在绿色建筑行业已经开始应用，Ecotect 软件最初

28、被作为概念化的形式被 Andrew Marsh 博士在西澳大利亚大学建筑与艺术学院的博士论文中所提出，其中论述建筑的各种指标与特性是建筑师在方案构思阶段首要考虑的因素，而不应作为装饰品在设计过程的最后被考虑。Ecotect 从上世纪90年代中期发展到现在，在应用的深度与广度方面不断拓展，自 1997 年第一个商业版本2.5版被推出后，后续推出了3.0版、4.0版、5.0版，发展到5.2版本时，在精炼优化了一些主要的运算法则的基础上，同时保持了全面的分析与更快的运算，全新 Ecotect Analysis 2011版本成为更全面更具创新的分析软件，通过3D可视化及仿真提高了现有建筑与新建筑设计的

29、性能（图 1-1）。 图1-1 Ecotect软件模拟图例由于绿色化、节能型可持续设计逐步受到重视，Ecotect 所展现出的特点与优势受到设计人员的关注，应用的广度深度在不断增加，而由于软件的专业性较强，且只有专业代理商与研究机构对其推广，软件的普及率还较低。目前国内许多院校已开展了软件的应用研究，而从真正意义上对建筑从方案构思、初步设计、详细设计的影响还较小，与我国实际情况结合的理论、规范还不够符合计算数值设置，例如软件汉化的开发及气象数据收集整理还需统筹与完善。1.3研究内容、目标本次研究的内容为：通过对模拟建筑室内光环境的模拟，分析光环境对室内采光、照明等各方面的影响。进行此次课题的研

30、究，首先确定了建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，再确定人类生活和生产过程需要什么样的建筑室内光环境以及国家对于不同类型建筑室内照度要求的相关标准；在熟悉好相关模拟软件的操作后，选取实验室作为研究对象，测量实验室长、宽、高、门、窗等各项参数，利用几种软件相结合的形式，建立实验室模型，为实验室选择不同灯具不同配置方案进行模拟仿真、采样，再与相关标准进行比照，选择出综合情况下最为优秀的照明方案。本次研究的目标：利用DIALux、Weathertool和Ecotect分析出人工照明和自然照明分别对室内光环境有着什么样的影响。分别分析一年四季、不同时段、不同天气等状况下自然光照对室内光环境的影响

31、。针对对自然光照的利用设计百叶窗的布置并分析其对室内光环境的影响。根据自然光照和人工照明对室内光环境的综合影响，进一步研究在满足光环境要求的条件下室内人工照明控制策略，探索绿色照明控制。2 研究方法与步骤2.1研究实验的设计思路实验的设计思路是实验的核心之一，贯穿着整个实验的步骤和进程，按照实验设计思路来进行实验步骤的安排会使实验更为缜密，提高实验的进度，增大实验研究的效率。此次研究实验的设计思路紧紧围绕“建筑室内光环境虚拟仿真实验研究”这一研究主题来进行策划。首先根据主题“室内光环境”查找相关信息，了解并掌握建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，并且找到人类生活和生产过程需要什么样的建筑

32、室内光环境。其次是查阅国内外对于室内环境模拟仿真方面的研究成果以及所使用的仿真软件。熟悉并掌握这些仿真软件的用途和操作方法，以便于后续仿真模拟实验的操作。再次是对实验模拟对象进行实地测量。使用卷尺实地对西安建筑科技大学工科楼附体楼某实验室进行实地测量，量出实验室长宽高，以及影响室内光环境的窗户的具体位置和尺寸。根据尺寸数据为实验室挑选所适宜的灯具，预计分别选出点光源、线光源、面光源三种不同光源类型的灯具进行模拟实验。分别为三种不同光源灯具设计三种最为合理的灯具布置方案。再根据模拟软件所计算出来的照度等参数，结合实际实验室测量参数来计算出照度水平、单位面积平均照度水平、总功率、单位面积中的平均功

33、率等结果。对计算的结果与国家标准要求进行比照，针对实际情况综合考虑选择最优的设计方案。这样就完成了对实验室人工照明的布置和设计。分析人工照明对建筑室内的影响后，为实验室模型添加模拟“窗户”，再进行自然光照对室内光环境的影响，利用ECOTECT软件对实验室在西安地区受到一年四季不同季节、不同天气、每天不同时段时所受自然光照明的影响。考虑到实验室窗户周围受自然光照影响很大，在实验室模型的基础上为实验室窗户建立百叶窗模型，并且分析其遮阳效果以及对室内光环境的影响。综合室内光环境受自然光照明和人工照明的共同影响的情况下，在白天期间室内受自然光照明就可以达到国家标准所要求的平均照度水平，所以为探索更为智

34、能节能的照明方案，再进一步为实验室研究智能化的人工照明控制策略，为实验室设计绿色照明控制。以上就是本次研究实验的设计思路，下面对具体思路和步骤进行阐述：（1）.了解建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，了解人类生活和生产过程需要什么样的建筑室内光环境；（2）.熟练应用建筑环境虚拟仿真软件，对建筑室内环境进行模拟仿真；（3）.根据事先测量出的实验室尺寸数据挑选灯具进行照明模拟；（4）.从灯具库中分别选出：点光源、线光源、面光源三种不同光源类型的灯具进行模拟实验；（5）.分别为三种灯具设计灯具布置方案，根据：照度水平、单位面积的平均照度水平、总功率、单位面积的平均功率对照国家标准以及等照度图来

35、对方案进行具体分析，择其最优。（6）.分析人工照明和自然光照对室内光环境的影响；（7）.分析实验室在一年不同季节、不同天气、每天不同时段时所受自然光照明的影响；（8）.建立实验室模型百叶窗模型，分析其遮阳效果以及对室内光环境的影响；（9）.综合室内光环境受自然光照明和人工照明的影响，研究智能化的人工照明控制策略，为实验室设计绿色照明控制。2.2基本概念和理论基础本次研究课题的主要对象为“建筑室内光环境”，所以先针对这一对象进行探索和研究。关键所需要掌握的概念、理论信息有：建筑光环境、室外自然光、人工照明、照度、建筑光环境评价方法等，还要进一步了解的是建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，了

36、解人类生活和生产过程需要什么样的建筑室内光环境。最重要的是查阅国家现在执行的最新的关于建筑照明要求的相关标准，掌握本次研究实验所需要的教学用实验室的平均照度要求和功率、单位面积平均照度等具体要求。下一步要针对“虚拟仿真”这一部分进行研究。熟悉相关概念，掌握光环境虚拟仿真软件的发展现状以及光环境虚拟仿真技术在各个领域的应用，以及对此次研究实验要使用到的虚拟仿真软件做一个简单地介绍。下面对所必须的基本概念和基础理论做一阐释：（1）建筑光环境光是一种人眼可见的辐射波，通过人眼的视觉特性，对人体产生一定的感觉效果，从而实现获取环境信息的功能。人会依靠不同的器官从外界获得各种信息，其中约有80%来自视觉

37、感官，而光环境是人眼获得视觉信息的保障。在人们进行生产、工作和学习的建筑，保持适宜的光环境，给予建筑内各种对象适宜的光分布，不仅能在视觉和心理上感到舒适满意，而且充分发挥人的视觉功效，提高工作效率、减少视觉疲劳。（2）室外自然光室外天然光主要通过采光口影响室内光环境。采光口的功能有采光、通风、保温、隔热、隔声等，其中以采光为首要。保证室内舒适的光环境，装遮光、控光设备。遮光和控光方式有普通窗帘、(可调控)百叶窗帘、室内外反光板、遮阳蓬等，这些措施可以避免或者减少直射光照射到室内，减少眩光产生的能改善室内光照度。（3）人工照明光的利用受到时间和场合的限制或最大限度利用天然光仍无法达到舒适的光环境

38、时，则可以开启人工照明并加以调控，营造良好的室内光环境。为创造夜间建筑物内外不同场所的光照环境，补充白昼因时间、气候、地点不同造成的采光不足，以满足工作、学习和生活的需求，而采取的人为措施。人工照明除必须满足功能上的要求外，有些以艺术环境观感为主的场合，如大型门厅、休息室等，应强调艺术效果。因此，不仅在不同场所的照明（如工业建筑照明、公共建筑照明、室外照明 、道路照明、建筑夜景照明等）上要考虑功能与艺术效果，而且在灯具(光源、灯罩及附件之总称)、照明方式上也要考虑功能与艺术的统一。（4）建筑光环境的评价方法室内光环境是由天然光和人工光共同组成的，他们都可以用照度水平、照度均匀度、亮度

39、比(眩光)来评价。此外，还有天然光用采光系数、人工光用光源色温和显色性等作为其特有评价指标。采光系数：采光系数是室内某一点直接或间接接受天空所形成的照度与同一时间不受遮挡的该天空半球在室外水平面上产生的照度之比；照度水平人眼对外界环境明亮差异的知觉，取决于外界景物的亮度，而物体的亮度取决于其所处光环境的照度水平和自身的反射特性，因此在实践应用中将照度水平作为光环境优劣的主要评价指标。不同的照度水平给人眼带来的视觉效果和主观感受有所不同，照度过低易导致人眼疲劳;照度过高也会刺激人眼。对于人眼视力，存在着最佳光环境照度。所以室内光环境应根据具体需要调节照度水平。（5）建筑光环境的控制方法影响室内光

40、环境的可控因子包括:照度水平、照度均匀度、眩光；在实际控制过程中，需要通过控制相关的被控对象(建筑设施)实现对可控因子的调节，与各可控因子相关的被控对象主要包括:1、照度水平可通过控制门窗、遮阳板、百叶窗帘、人工照明实现调节；2、照度均匀度可通过控制反光板、人工局部照明实现调节；3、眩光可通过控制百叶窗帘、遮阳板实现调节。2.3我国现行光环境标准我国于2013年5月1日起施行的建筑采光设计标准(GB/T50033-2013 )是建筑天然采光设计的主要依据，也给出天然采光的评价指标标准值。采光标准综合考虑了视觉试验结果，经过对建筑采光现状进行的现场调查、采光口经济性能、我国光气候特征和国民经济发

41、展等因素的分析，将视觉工作分为I一V级，附录1给出了各类民用建筑采光等级，同时提出各级视觉工作要求的天然照度最低值为250lx, 1501x, 1001x, 501x, 251x。将室内照度值到标准最低时的室外照度值，为“临界照度”，相当于可利用天然采光的室外照度下限，若室外照度低于临界照度，需用人工照明来补充。我国规范规定室外临界照度极限值为5OOOlx。根据采光系数公式，将天然采光照度最低值换算为采光系数最低值，并将其作为采光系数标准值，见附录2，保证室内各点照度值均高于此值，亮度均匀，有利于视觉工作。我国的建筑照明设计标准(GB50034-2013)和民用建筑照明设计标准(GBJ133-

42、1990)从照明的数量和质量两个方面来规定室内人工照明的标准。由于评价照明质量最首要的因素就是室内光环境的照度水平。此次模拟仿真实验的对象为教学建筑的实验室，规定实验室参考平面、工作面高度：0.75m；平均照度要求（lx）：300；实际误差±10%，即：270-330；实验室每平米照度：300/63.75=4.70（lx/m²）；实验室功率密度限值（W/m²）：现行值：9.0 ，目标值：8.02.4论文研究所用主要软件介绍及其应用2.4.1主要软件介绍（1）.DIALux DIALux 是一款功能分析全面的光环境设计软件，软件的目标是通过高科技与自动化技术实现优良

43、的灯光照明。DIALux 在全球已有数十万的用户利用其进行灯光规划，每月平均有 23 家的灯具制造商与灯具搜索引擎服务加入到 DIALux，不断扩充着数据库，使应用服务更加全面便捷，软件的目标是通过高科技与自动化技术实现优良的灯光照明。DIALux 在全球已有数十万的用户利用其进行灯光规划，每月平均有 23 家的灯具制造商与灯具搜索引擎服务加入到 DIALux，不断扩充着数据库，使应用服务更加全面便捷。DIALux是一个灯光照明设计软件。此软件可免费获得，并适用于所有灯具厂家提供的灯具。DIALux是当今市场上最具功效的照明计算软件，它能满足目前所有照明设计及计算的要求。简化照度计算等复杂程序

44、，更加具体形象得呈现建筑物室内照明系统。软件里包含所有灯具厂家提供的灯具信息，通过软件设计室内灯光照度能够更加准确地得到照度信息，以获得改良方案。DIALux 能够对不同的灯光场景进行计算，在每种场景中又可进行灯光的不同调节，例如光通量的大小、配光曲线的形式、灯光颜色、灯光模糊值等。软件操作界面简洁，最新的总览表区增添了更全面的功能，能有效引导用户进行操作。DIALux 视图界面分为 CAD 窗口、任务管理器及检阅区、总览表区三个主要的工作区域，能使设计者更有效的规划照明配置。在每一区域中点击相关的图标或右键快捷菜单便可以编辑对象。 DIALux 对照明场景的模拟计算分为室内照明、外部照明、道

45、路照明、应急照明与日光照明场景，每种类型模式下可进行材质的选取、对象的定位、灯具的安装排列等内容，较为实用的是可以根据不同的计算精度设置计算面与计算点。（2）.EcotectEcotect是一个实现可持续建筑设计及分析的工具。Ecotect 是一种适于设计师在方案阶段使用的、简单灵活的分析软件，Ecotect可对建筑物理的光学、热工、声学等方面分析评估，以使建筑室内外环境得到改善提升。Ecotect 在空间构成、体形、外立面形式等其他各种数据尚未确定前就可利用简单体块对建筑的多种性能进行大致的预测评价，对不同样式结果充分比较，并最终确立方案的一种设计过程。在软件里可以个性化建立建筑物、房屋模型

46、。它能够根据建筑物所在地的实际情况为建筑进行建筑能耗分析，热工性能，水耗，日照分析，阴影和反射等。通过软件模拟实现自然光照对建筑的模拟照明，以此分析建筑受自然光照的影响，还可以获得室内照度水平的实时信息，利用网格分析功能快速绘制出室内受照明影响的等照度图、灰阶图等图像信息。Ecotect软件三维 建模界面友好，功能设置合理，使用方便，如在“calculation”菜单栏中涵盖了所有的计算分析命令并加以归类，与 Skechup、Auto CAD等有一定的兼容性，与 BIM 软件如 Revit Architecture、Archi CAD 基本可以做到单向的无缝链接，软件还可以存储为多种专业分析软

47、件的格式以便后续分析使用。 运用 Ecotect 能进行多方面的建筑性能分析，具体体现在： 分析区域建筑之间的阴影遮挡关系与遮阳构建的设置可随时调整，直观的太阳轨迹图可显示一年中各个时刻的太阳方位角与高度角的值，以动画的形式演示建筑阴影变化的过程，为之后精确地分析全年日照、遮挡时间，控制与防止日照不利的影响，利用日照有利的方面提供参考。 室外场地或建筑外表面可进行入射太阳辐射、吸收/透过太阳辐射、天空系数和光合有效辐射的分析，通过正确的设置气象数据资料能得出一天、一年或某一时间段的太阳辐射量，根据结果可更合理经济的架设太阳能电池板、光伏发电设备等。 室内光环境通过设置指定工作面高度和分析网格来

48、计算任何室内空间形式的室内采光系数，计算时考虑了玻璃的透射比、室内各种材料的反射系数和对太阳光线吸收率。支持人工照明的计算，可在室内任何位置设灯具，并在参数化变形器下改变灯具的高度、投射方向，对于精确的光输出模拟可以导入 IES 外部文件予以实现。 建筑热环境可以在软件中进行模拟，但模型的精度要求较高，需明确物体间的继承关系，空间区域的闭合、相邻表面材质设定、热量区域的开关都要符合要求，之后再输入相应材料的比热、密度、导热系数等热工参数值以及正确的气象数据，便可以有效的控制误差，正确地解读模拟结果。 声环境中的早期反射声与混响时间的改善与控制是声学设计的重要方面，Ecotect 根据不同的计算

49、公式、材料设定、空间形式、人员数量等因素完成声学分析，软件还可从空间任何位置引出声线来确定反射物的角度和位置，当发声体与空间形式改变时，反射声线随即更新。（3）.WeatherToolWeatherTool是一个气象模拟软件。软件中包含了大部分经常使用的逐时天气和气象参数。此软件所模拟的昼夜变化和天气变化是本次研究中的关键变量。可以从软件中获得模拟的外界太阳光照度、天气、昼夜等模拟信息，以及全年的日照、太阳辐射分布及大小等信息，可以更直观的认识建筑所在区域的气候天气情况，对某地的实时天气情况进行准确的分析，使设计实验更加真实化、人性化。2.4.2模拟软件的应用及其仿真的必要性（1） DIALu

50、x照明模拟应用在现代室内外环境照明设计中，随着光环境质量要求的不断提高，对方案设计提出了更高的要求，如何快速且科学化的完成照明设计任务将是设计师所面临的问题。DIALux 能在一个设计案中建立多个空间或场景，为它们输入不同的参数进行计算，实现了在同一项目下不同方案与场景的快速比对，大幅度地节省了时间，使方案的修改与优化的过程性、针对性更强。（2）DIALux仿真计算的必要性现代建筑光环境从设计和规划初期就扮演着重要角色，它从一些方面体现着建筑可变性与建筑智能化的特点，而空间与材质需透过良好的照明得到诠释与辨认，创造出的光环境能响应空间的运用与人的心理层面。DIALux 作为高性能的照明设计辅助

51、工具能够合理有效的规划室内与户外的灯光，以逼真可视的影像将设计结果展现出来，为使用者提供完整的照明解决方案。照明计算中的照度、均匀度、眩光值等在软件中不仅能够进确地进行计算输出，而且对可用空间的设定、建筑物的强调、气氛的营造、焦点凝聚等因素同样可被设计与模拟出来。 DIAlux 所特有的灯具在线目录能够为设计师提供最新的灯具文件，这些灯具数据在设计案中能以真实的立体模式显示，并通过参数化的输入调整灯具的位置、旋转角度、配光曲线分布形式等。为了更进一步的把控照明中的细节，缩短照明规划师的工作流程，DIALux 还提供了灯泡插件的服务，使灯泡的各种光谱细节与参数都能被精确掌控，其中还包含了灯具规划

52、的维护系数，它直接影响了电力与能效的评估，这样就为一些特殊的场景的设计提供了便利条件。另外灯具还能通过比色温度、滤色器等输出极为真实的彩色光，这些滤色器与比色温度数据都在实验室经过严格的测试，可以说只要运用得当，任何复杂形式的灯光环境都能被创造出来。3实验研究对象及分析3.1实验室光环境背景资料对于实验室的光环境来说，是一个涉及多方面内容的复杂系统，良好的光环境能创造明亮轻松的实验、学习、工作环境，保证师生的学习、工作要求，保护视力健康并提高学习、工作效率。另外，光环境还涉及到环境氛围的营造，并影响到人的心理感受和情绪反应，而这些都需要合适的亮度、均匀度、优良的光源显色性、控制照明眩光等要求。

53、 实验室是一个耗电量适中的空间，对于人工照明来说，需要选择光效较高的光源，并采取一定的控制照明手段予以调节；对于自然光来说应采取必要的措施加以充分的利用，而这成为了降低照明能耗的关键。 对实验室光环境进行分析和评价是一个综合性的问题，通过运用辅助性设计工具对建成项目或照明规划方案进行客观的光环境评价，有助于空间的合理使用并创造出舒适、节能的光环境。 3.2建筑概况研究实验所选对象为西安建筑科技大学校本部工科楼附体楼三楼306实验室。西安建筑科技大学校本部位于陕西省西安市，东经107°40109°49和北纬33°3934°45之间。实验室所在工科大楼附体楼

54、位置位于学校东部，如图2-2所示。建筑层数为4层，所属地区气候属于温带大陆性气候，春季多风少雨，雨量年际间分布不均，且多集中在 69 月份，约占全年降雨量的 65%以上。建筑物位置为学校最东，西面绿化区和网球场，南邻其他学院教学楼和停车场，北邻其他用地。工科大楼附体楼立面设计从实用性功能出发，采用浅色贴面，并配以通透玻璃窗的形式，建筑外墙以实体为主，局部以玻璃幕墙加活动玻璃窗体系填充，满足了建筑节能的要求。3.3实验室状况实测数据测量仪器：卷尺测量对象：西安建筑科技大学工科楼附体楼306实验室测量方法：直接测量测量数据：（1） 门数量：1、窗户数量：2；（2） 长：8.50m、宽：7.50m、

55、高：2.60m；（3） 实验室面积：63.75m²；（4） 窗高：1.30m、窗宽：1.60m；（5） 门高：2.10m、门宽：1.1m 。房间南北为长、东西为宽。门位于房间东侧，窗位于房间西侧，两窗间隔为：2.5m，房间内有部分拐角忽略不计。房间模拟平面图如图3-1所示图3-1 实验室模型平面图3.4实验方案的拟定及模型的建立3.4.1方案的拟定研究对象选择工科楼附属楼407实验室为例建立模型。首先先对实验室进行实地测量，测量具体结果如下，平面：长：8.50m、宽：7.50m、高：2.60m，实验室面积：63.75m²。并对影响自然照明的窗户进行测量，实际测量情况如下，窗

56、户离地面的高度为：1.3m，窗宽：1.6m，窗高：1.3m。分别利用模拟软件DIALux建立模型。3.4.2实验室模型建立的方法利用DIALux软件的绘制功能，输入实地测量的实验室参数，建立实验室基础模型。根据所选灯具在模型中进行布置即可模拟出实验室光环境受人工照明的影响。再在ECOTECT软件中建立建筑物模型，根据实验室所在地理位置在WEATHERTOOL软件中找寻西安的气象信息。输入进ECOTECT软件中，对实验室一年四季不同季节、不同天气、每天不同时段时所受自然光照明的影响进行分析。（1）在 DIALux 中建立三维平面图进行建模，为模型空间所处的位置选择合适的地理位置，并输入准确的经纬度值；（2）根据测量实际数值输入的天花、地板、墙壁的反射系数，并对某些反射率、粗糙度不同的物体单独调整；设置玻璃的透明度与反射率，这两组数值的和为 100%，且 DIALux 对反射率 Rho 的极限值设定在 90%，因此在材质的赋予时应遵循这一规则。（3）分别选取点光源、线光源、面光源三种不同光源类型的灯具，分别为灯具进行合理的灯位布