基于BIM技术的三维日照计算软件

第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集上海·2011基于BIM技术术的的三维日照照照计算软软件王会一姜立熊志坚赵艳辉（中国建筑科学学学研究院PKPPMMCAAD工程部,北京10000013）【摘要】本文文探讨讨了BIM技术在三三维维日照分分析软软件SUNLLIIGHT的应用情情况况，如直直接导导入3ds等通用数数据据模型实实现无无缝数据据衔接接，用户户直接接进行三三维参参数化建建模进进行分析析计算算，分析析全过过程中的的模型型数据统统计和和数据检检查，后后期日照照模拟拟三维仿仿真和和动画生生成，日日照模型型可以以直接导导出为为DWG和3DS等多种数数据据格式等等。【关键词】计算算算机应用用；日日照分析析建模模；BIM；3D仿真1前言目前，随着国内内内经济的的飞速速发展，人人们们对居住住环境境的要求求不断断提高，建建筑筑物设计计有关关日照要求求的的国家规规范和和各个地地方规规范也已已经出出台，国国内日日照分析析软件件近年来来在建建筑日照照分析析中迅速速得到到了广泛泛的应应用。这这些国国内开发发的日日照软件件共同同的特点点是符符合贴切切国家家规范和和各个个地方规规范要要求，有有的软软件通过过和某某些地方方规划划主管部部门进进行合作作的方方式开发发，通通过了建建设部部或者相相关权权威单位位的验验证。针针对国国内广大大建筑筑设计人人员，简简单易用用，提提供了专专业的的建模工工具，可可实现快快速的的建模过过程，提提供了较较为丰丰富的日日照辅辅助分析析工具具，部分分软件件进一步步提供供了较为为先进进的智能能体量量容积辅辅助计计算分析析工具具。BIM代表建筑筑筑信息模模型（BuillddinggIInfoormmatiionnMoodeelinng），BIM技术是继CAD（计算机机辅辅助设计计）技技术后出出现的的建设领领域的的又一重重要的的计算机机应用用技术。完完全全建立在在国产产自主版版权三三维图形形平台台PKPMM33D基础上的PKPM三维日照照软软件SUNLLIIGHT直接应用用了了多种BIM技术，如如可可以导入DWG，3DS等通用数数据据格式在在不同同软件之之间实实现无缝缝数据据衔接，用用户户直接进进行参参数化三三维建建模来进进行分分析计算算，分分析计算算全过过程具有有模型型数据统统计和和模型检检查功功能，用用户可可以三维维浏览览仿真日日照情情况并生生成动动画文件件和日日照分析析模型型可以导导出为为DWG和3DS等数据格格式式等。本本文探探讨了BIM技术在三三维维日照软软件中中的具体体应用用情况。2日照前处理中中中的三维建建模模2.1日照分分分析模型型但是随着国内建建建筑形式式的日日新月异异的多多样化发发展，各各种异型型、外外观立面面复杂杂的建筑筑物越越来越多多，即即使是普普通的的居住建建筑物物，设计计师也也越来越越注意意建筑物物的整整体造型型和外外观的设设计，日日照专业业建模模工具建建造各各种复杂杂形体体的建筑筑物越越来越力力不从从心了。国内以Autooodessk公司的AutooCCAD软件作为为支支撑平台台二次次开发出出的建建筑日照照软件件，基于于的AutooCCAD早期版本本平平台对于于三维维建模、三三维维观察浏浏览和和后期效效果表表现方面面目前前不尽人人意。SUNLIGHHHT日照分析析软软件基于于完全全自主知知识产产权的纯纯中文文PKPMM33D三维图形形平平台,其平台本本身身就具有有较强强的三维维的建建模能力力，除除了可以以导入入dwg和3ds模型文件件等等常见的的模型型文件以以外，平平台提供供了一一系列的的三维维建模、编编辑辑和观察察工具具，使用用平台台本身就就可以以完成许许多的的复杂三三维建建模功能能，此此外，软软件本本身还提提供了了多个实实用的的参数化化建模模工具来来建立立专业复复杂的的三维建建筑对对象，如如复杂杂多坡屋屋顶的的参数化化生成成。SUNLLIIGHT借助平台台通通用建模模工具具和软件件专业业建模工工具，对对日照复复杂专专业模型型对象象的生成成提供供了一套套实用用可行的的解决决方案。 在目前的日照照照分析计算算中中，复杂杂的三三维日照照分析析模型越越来越越常见，建建模模和分析析时间间也越来来越长长，日照照分析析复杂模模型除除了自身身生成成外的来来源就就是直接接导入入的复杂杂三维维建筑模模型，最最为典型型常见见的就是是别墅墅分析模模型，如如图2所示，用用户户在SKETTCCHUP和3ds软件中建建造造的复杂杂三维维模型可可以转转换为3ds文件格式式直直接导入入到SUNLLIIGHT日照分析析软软件中，这这种种导入模模型的的特点是是造型型非常复复杂，面面片数动动辄达达到数十十万级级别，图2中三角面面达达到206，058个。图SEQ图_9-\*ARABIC1复杂的33DSS分析模型型三三角面206，058个除了导入的三维维维模型外外，日日照分析析建筑筑物建模模中，简简单的拉拉伸体体建设物物对象象已经无无法满满足一些些地区区对建筑筑物对对象的精精细建建模要求求，尤尤其在一一些较较大城市市的日日照分析析计算算中，对对分析析模型的的要求求越来越越严格格，甚至至要求求按照建建筑物物的实际际外观观进行建建模，这这些建筑筑物都都是通过过大量量的拉伸伸体对对象和放放样对对象组合合而成成的，以以图3塔楼为例例，是是由693个三维对对象象组成的的，包包含的面面片数数量达到9，457个，即使使是是熟练的的设计计人员建建造同同类复杂杂度的的一栋塔塔楼也也可能至至少需需要一天天的时时间才能能完成成，这种种建筑筑物对象象面片片数往往往是简简单拉伸伸体的的数十倍倍以上上，这种种建筑筑物从建建模到到完成分分析计计算，往往往要要花费设设计人人员大量量的建建模和计计算时时间。图SEQ图_9-\*ARABIC2日照分分析用塔塔楼和和别墅模模型在日照分析前处处处理的建建模中中，某些些大型型城市如如上海海、天津津等地地还要考考虑一一些立交交桥等等其它三三维建建筑构造造物对对建筑物物分析析对象的的遮挡挡影响。图SEQ图_9-\*ARABIC3日照分分析用立立交桥桥模型 以图4所示的的立交桥桥对象象为例，是是使使用PKPMM33D平台拉伸伸和和放样等等三位位建模工工具完完成的，PKPMMSUNNLIIGHT软件基于于的的自主知知识产产权的PKPMM33D纯中文三三维维图形平平台本本身具有有很强强的三维维造型型功能，可可以以完成各各种复复杂的三三维建建筑造型型。2.2屋顶等建建建筑构件件参数数化建模模屋顶是除建筑物物物、窗日日照建建模外最最重要要也最复复杂的的一项内内容。随随着国内内经济济快速发发展，民民用建筑筑造型型尤其是是屋顶顶造型变变得十十分丰富富复杂杂，由传传统的的平屋顶顶女儿儿墙到现现在各各种坡屋屋顶、棱棱台屋顶顶、棱棱锥屋顶顶和异异型屋顶顶，屋屋顶是日日照遮遮挡分析析中必必须要考考虑和和参与遮遮挡建建模的对对象。SUNLIGHHHT日照分析析软软件针对对屋顶顶建模的的解决决方案是是提供供了国内内日照照同类软软件中中最为丰丰富的的屋顶参参数化化生成工工具和和后期编编辑工工具。使使用屋屋顶参数数化建建模工具具可以以帮助用用户快快速创建建常见见单坡、双双坡坡、多坡坡等基基本类型型，并并提供了了插入入老虎窗窗的参参数化工工具，软软件还提提供了了对棱台台屋顶顶、攒尖尖屋顶顶和拱形形屋顶顶多种常常见屋屋顶类型型的参参数化快快速建建模。实际应用中，用用用户可以以借助助这些屋屋顶参参数化工工具快快速生成成各种种屋顶基基本造造型然后后进行行任意组组合生生成更为为复杂杂的屋顶顶造型型，后期期使用用的屋顶顶编辑辑工具对对屋顶顶进行剖剖切、开开洞等后后期编编辑，也也可以以使用拉拉伸、放放样等平平台三三维造型型和编编辑工具具生成成屋顶辅辅助构构件。图SEQ图_9-\*ARABIC4参数数化生成复杂杂杂多坡屋顶顶图SEQ图_9-\*ARABIC5屋顶顶后期编辑合合并、剖切切切和圈内内删除除 结合屋顶顶参数数化生成成工具和和丰富富的屋顶顶后期期通用编编辑工工具，可可以快快速创建建各种种丰富复复杂的的实际屋屋顶造造型（见见图6）。图SEQ图_9-\*ARABIC6各种种造型屋顶综综综合生成实实例例2.3场地建模模模和分析析在大连、重庆和和和香港等等山地地城市日日照分分析中，坡坡地地不仅仅仅作为为遮挡对对象，坡坡地本身身也作作为日照照分析析对象进进行分分析。SUNLLIIGHT软件提供供了了一整套套专业业坡地建建模工工具用于于生成成曲面地地形，可可以将带带有高高程值信信息的的点（地地形点点）或线线（等等高线）生生成成三维曲曲面地地形。使使用坡坡地建模模功能能，可以以读取取外部图图形数数据文件件（如如DWG文件）或或绘绘制等高高线后后进行数数据处处理可以以生成成各种复复杂的的三维曲曲面地地形，帮帮助用用户建造造符合合实际地地貌情情况的场场地用用于帮助助解决决山地城城市日日照分析析坡地地建模难难题。建建立的山山地模模型可以以作为为遮挡物物参与与日照分分析。此此外SUNLLIIGHT软件还提提供供坡地等等时线线分析命命令，专专门用于于对任任何复杂杂地形形、坡面面自身身进行多多点和和等时线线分析析等多种种分析析，目前前属国国内独创创。图SEQ图_9-\*ARABIC7场地建模模生成成的原始始地形如图8所示，建建筑物物群建立立在TIN三角形网网格格地形上上，不不能直接接使用用平面等等时线线进行分分析，可可以使用用坡地地等时线线直接接完成对对坡地地的多点点分析析和等时时线计计算。图SEQ图_9-\*ARABIC8坡地分析析实例例3.日照分析中中的的数据统计计计日照三维分析模模模型往往往包含含大量几几何和和专业数数据信信息，如如图9某个居住住小小区分析析，往往往包含含数十十栋建筑筑物和和数千个个分析析窗对象象，用用户要保保证这这些模型型几何何数据如如建筑筑物高度度、底底标高、窗窗尺尺寸、窗窗位置置正确，同同时时还要检检查日日照专业业信息息，如每每栋建建筑物的的所含含户数，户户含含居室数数设置置是否正正确，窗窗所属建建筑物物正确和和窗编编号是否否重复复等，如如果手手工进行行检查查这个工工作量量是相当当巨大大的。图SEQ图_9-\*ARABIC9日照分分析小区区模型型日照分析模型中中中包含大大量的的日照专专业模模型对象象，如如图形上上的建建筑物，窗窗数数量和隐隐藏在在窗专业业对象象之上的的分户户信息等等，每每个三维维对象象都包含含有建建筑物归归属信信息，即即属于于哪个建建筑物物等。以以图10窗为例，包包包含有窗窗位号号、层号号、分分户号、所所属属户居室室数、所所属建筑筑物名名称等专专业信信息。图SEQ图_9-\*ARABIC10日照照窗窗模型软件提供了多种种种专业数数据统统计工具具，可可以直接接快速速提取构构件模模型上的的专业业数据信信息，便便于用户户进行行数据统统计和和前期模模型检检查。如如图模模型统计计功能能，可以以统计计整个工工程上上建筑物物、窗窗、户和和三维维对象信信息，并并检查未未命名名的建筑筑物和和未指定定所属属关系的的窗数数量等。借助这些工具，用用户可以及时时检查模型和和构件信息，避避免分析后才才发现模型有有错而重复分分析的情况。图SEQ图_9-\*ARABIC11日照照模模型统计日照分析过程中中中，也含含有多多项的数数据统统计分析析，如如对比分分析建建设前后后窗日日照情况况，分分析完成成后可可以按窗窗和按按户对不不满足足窗和恶恶化窗窗分别进进行统统计并输输出统统计表格格，图图形上会会高亮亮显示不不满足足窗和恶恶化窗窗口。图SEQ图_9-\*ARABIC12建设设前前后窗日照照照统计图13是对窗分分析后后对窗和和户的分分析结结果进行行统计计，统计计出窗窗和户的的满足足情况，并并列列出详细细的满满足和不不满足足比例信信息。图SEQ图_9-\*ARABIC13窗和和户户日照情况况况统计4.日照三维浏浏览览和动画仿仿仿真基于PKPM33DD图形平台台的的三维日日照软软件具有有很强强的三维维可视视性，借借助三三维日照照模型型和三维维平台台的实时时观察察浏览功功能，用用户可以以直观观的观察察某个个位置或或者整整个小区区的全全天日照照变化化情况，便便于于直观展展示日日照情况况。窗日照圆锥是取取取分析窗窗口的的下沿中中心点点为观测测点形形成的日日照光光线圆锥锥面，用用于分析析窗户户的遮挡挡情况况，在三三维显显示下用用户可可以直接接观察察到哪些些时段段哪些建建筑物物造成遮遮挡，图图中红色色显示示部分为为遮挡挡时段。图SEQ图_9-\*ARABIC14窗日日照照圆锥全天动画动态地地地模拟出出太阳阳光照在在全年年任意指指定分分析日，在在当当天日出出到日日落时间间段内内,各建筑筑物物的日照照随着着太阳方方位角角和高度度角不不断变化化的情情况下,各建筑物物之间遮遮挡情情况，可可清楚楚的观察察地面面和建筑筑物表表面上的的阴影影变化过过程。增增加了日日照遮遮挡信息息的直直观性和和真实实感,使得用用户户获得对对日照照问题的的现实实感触,也有利于于设设计阶段段用户户之间的的交流流。使用OpenGGLL方式快速速模模拟全天天日照照情况，区区别别于使用用渲染染方式生生成的的全天动动画，该该方式生生成动动画速度度很快快，可以以输出出为全天天动画画影片，某某一一时刻日日照阴阴影可以以保存存为图片片，此此外还可可以生生成效果果精美美的渲染染图片片。在对对话框框界面下下（如如图15所示），可可可以使用用播放放和进度度条按按钮控制制动画画播放过过程。图SEQ图_9-\*ARABIC15窗日日照照动画日照实时阴影显显显示功能能，便便于观察察指定定地点时时间不不同日照照时刻刻日照阴阴影情情况，也也可以以对计算算结果果进行校校核，可可以拖动动模型型到任意意位置置来观察察某个个位置如如某个个窗的日日照阴阴影情况况。图SEQ图_9-\*ARABIC16日照照瞬瞬时阴影4.日照三维模模型型导出除了图形直接打打打印，生生成PDF文件，渲渲染染图片和和动画画文件外外，三三维日照照模型型可以直直接导导出为DWG和3DS等通用数数据据格式，如如可可以AutooCCAD完成后期期施施工图绘绘制，导导入3dMAAXX,完成更高高品品质的动动画和和渲染，导导入入AutooddeskkEECOTTECCTaanaalyssiss进行建筑筑物物能耗、可可视视度、室室内光光环境分分析等等，无缝缝完成成后期接接力分分析。参考文献[1]建筑设设设计资料料集。北北京：中中国建建筑工业业出版版社[2]三维日日日照分析析软件件SUNNLLIGHHT用户手册中国建筑筑科科学研究究院PKPMMCAD工程部[3]姜立...建筑日照照分分析原理理与计计算方法法的研研究.土木建筑筑工工程信息息技术术2000992voolumme11nuumbber22第二期.63--669[4]王会一一一.日照分析析软软件技术术的新新特点[J]工程图学学学学报.200009.66.1--7[5]王会一一一.三维日照照分分析系统统仿真真与虚拟拟现实实表现[J]第二届工工程程建设计计算机机应用创创新论论坛.200009.99.1005--1111BIMteccchnooloogyappplyyiin33DBuiilddinggSSunlligghtAnnalyysiisssofftwaaree（Chinaacaddeemyoffbuuilldinngresseaarchh(CCABRR),,Beeijjingg110000133）Abstraccct：ThisspapperrdiisccusssBBIM