Как рассчитать инсоляцию жилого здания в автокаде

Система автоматизированного расчета продолжительности инсоляции Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Хейфец Александр Львович

Рассмотрен новый алгоритм расчета продолжительности инсоляции и возможности автоматизированной системы, созданной на его основе и являющейся приложением к пакету AutoCAD. Приведены примеры расчета инсоляции применительно к задачам уплотнения существующей застройки и планировки. Показана возможность исследования геометрии зон инсоляции.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Хейфец Александр Львович

Анализ украинского стандарта по расчёту инсоляции ДСТУ-Н б В. 2. 2-27:2010
Рельеф как фактор инсоляции на городских территориях
Анализ влияния изменения инсоляции квартир на энергосбережение
Инсоляция жилых и общественных зданий. Перспективы развития

Безопасность светоклиматической среды зданий при строительстве и реконструкции в условиях плотной городской застройки

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Система автоматизированного расчета продолжительности инсоляции»

УДК 681.327.11 +72.01:13+658.512-52

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИНСОЛЯЦИИ

Рассмотрен новый алгоритм расчета продолжительности инсоляции и возможности автоматизированной системы, созданной на его основе и являющейся приложением к пакету АгйоСАБ. Приведены примеры расчета инсоляции применительно к задачам уплотнения существующей застройки и планировки. Показана возможность исследования геометрии зон инсоляции.

В ЮУрГУ разработана система расчета продолжительности инсоляции [1,2]. Система является приложением к пакету AutoCAD и пакетам на его основе, например, Architectural Desktop. Это компьютерная программа, написанная на языке AutoLISP.

Алгоритм расчета. Принимается [3, 4], что лучевой поток от солнца представляет собой, в общем случае, поверхность кругового конуса (рис. 1,а). Вершина конуса находится в расчетной точке А. Стрелка N указывает направление на север. Угол

где data — номер календарного дня по сквозной нумерации (для 1 января data = 1, для 22 марта data = 81, для 22 сентября data = 265 и т.д.).

Точки В vi D (восхода и заката) определяются сечением лучевого конуса плоскостью горизонта h, проведенной через расчетную точку. Верхняя

чаша конуса соответствует летнему периоду, нижняя — зимнему.

Для определения продолжительности инсоляции необходимо построть линии пересечения лучевого конуса с моделями зданий (лучевые сечения) и спроецировать их на плоскость у. В плоскости у определяются секторы инсоляции и их угловые размеры. Интервалы времени определяются из условия 15° = 1 час.

В дни равноденствия 22 марта и 22 сентября лучевой конус вырождается в плоскость у (значение

«Ручная» реализация изложенного алгоритма рассмотрена в [3-4].

При автоматизированной реализации алгоритма объекты (модели зданий) должны быть представлены как сетевые. Объекты типа Solids или объекты из других пакетов необходимо конвертировать в сетевые.

Параметры сетевых объектов программно извлекаются из базы данных рисунка. Грани разбиваются на треугольники. Формируются списки, содержащие координаты вершин каждой грани.

Рис. 1. Схема и алгоритм расчета

Лучевой конус также представляется в виде списка треугольных граней.

Рассматривается пересечение всех треугольных граней объектов со всеми треугольными сегментами конуса, то есть решение сводится к многократному повторению задачи о нахождении отрезка линии пересечения двух треугольников. Для равноденствия задача сводится к пересечению граней объектов единой плоскостью у.

Далее, от каждой грани по найденному отрезку ее лучевого сечения вычисляется угловой сектор затенения, во время которого грань закрывает поступление света в расчетную точку. После вычитания всех секторов затенения из дневного интервала светового времени остаются искомые интервалы инсоляции.

Возможности автоматизированной системы. Предусмотрено решение следующих задач:

• расчет инсоляции площадки, расположенной на «земле» или стене здания;

• расчет инсоляции в точке площадки или стены, в том числе для окна квартиры с учетом геометрии светопроема — балкона, лоджии и др.;

• создание анимации суточного движения тени;

• создание моделей зданий оптимальной формы, максимально ускоряющей расчет.

Расчеты и анимация могут быть выполнены для любого дня и в точке произвольного географического положения. Инсоляция определяется как нормированная в соответствии с действующими нормами [2].

Пример расчета. Рассмотрим возможности системы на примере задачи (рис. 2): оценить влияние, оказываемое строительством нового здания (поз. 3) на инсоляцию двух старых общежитий (поз. 1, 2).

Инсоляция площадки. В этом режиме вычисляется нормированная инсоляция в каждом узле условной сетки, нанесенной на контур площадки. Площадка может быть расположена на земле или на стене здания. В результате расчета на площадке выявляются зоны с различным уровнем инсоляции.

Точность расчета площадки задается дискретностью сетки. Расчет на рис. 3, а выполнен при дискретности 100 узлов вдоль длинной стороны площадки, на рис. 3, б, в дискретность была задана 200 узлов. В процессе расчета узлы сетки

маркируются разным цветом в зависимости от выявленного в них уровня инсоляции: дополнительно цветом отражается характер инсоляции — непрерывная или прерывистая1.

На рис. 3 приведена картина инсоляции территории вокруг исходных зданий до размещения нового здания. С северной стороны старых зданий видны небольшие зоны недопустимо низкой инсоляции. Примыкание зон к стенам зданий указывает на то, что окна этих стен инсолированы ниже допустимой нормы. Основная часть территории и стены с расположенными на них окнами имеют инсоляцию допустимого уровня.

Рис. 3. Зоны инсоляции исходных зданий: 1,1′- инсоляция в интервале 0-1,5 часа; 2, 2′ — в интервале 1,5-2 часа; 3, 3′ — в интервале 2-3 часа; 1, 2, 3 — непрерывная, 12′, 3′ — прерывистая инсоляция

Дополнительный интерес представляет исследование геометрии зон инсоляции. Так, на рис.

3, б, в приведены результаты детального расчета зон инсоляции, примыкающих к зданию 1. Результаты на рис. 3, б получены при совместном воздействии зданий 1 и 2, результаты на рис. 3, в -при отсутствии здания 2. Следует вывод, что характерные вытянутые участки в зонах инсоляции зданий 1 и 2 обусловлены их взаимным влиянием.

1 Рисунки в статье даны в черно-белом варианте ввиду ти-пографских ограничений по передаче цвета._______________________

Система автоматизированного расчета ________продолжительности инсоляции

Результат расчета, приведенный на рис. 4, показывает, что размещение нового здания приводит к существенному изменению картины инсоляции. На площадке возникла большая зона недопустимо низкой инсоляции, примыкающая к стенам старых зданий. Приложение позволяет детально исследовать эту зону (рис. 4, а).

Рис. 4. Изменение картины инсоляции, вызванное размещением нового здания: а — зоны инсоляции (обозначения см. рис. 3); б — суммарная зона инсоляции 0-2 часа; в — то же для стены

Предусмотрена возможность выявления зон инсоляции необходимой продолжительности. На рис. 4, б, в выделена зона, в которой нормированная инсоляция не превышает двух часов — это зона недопустимо низкой инсоляции для квартир. Такое

представление результатов расчета является более удобным для принятия решений.

В связи с примыканием зоны недопустимой инсоляции к стенам зданий, возникает необходимость расчета инсоляции этих стен. Для здания 2 расчет показал (рис. 4, в), что значительная часть стены находится в зоне недопустимой инсоляции. Следует вывод о недопустимом расположении нового здания.

Для восстановления допустимой инсоляции выполняют расчет площадки при смещении нового здания. Результат, приведенный на рис. 5, соответствует смещению здания на 20. 30 м в сторону юго-запада. Видно, что зона недопустимой инсоляции существенно сократилась. Возникла возможность размещения дворовой площадки.

Рис. 5. Восстановление допустимой инсоляции при смещении нового здания

Небольшая часть недопустимой зоны (показана стрелкой) все-таки примыкает к стене здания 2. Однако дополнительный расчет показал, что высота этой зоны на стене достигает лишь уровня первого этажа. Чтобы устранить и эту остаточную зону, нужно сместить новое здание еще на 3. 5 м.

Инсоляция в точке. В этом режиме приложение позволяет детально рассчитать параметры инсоляции в любой точке территории или для любого окна на стене. При расчете окна, для учета воздействия балкона или лоджии, предусмотрено автоматизированное построение их объемной модели требуемых размеров. Возможен традиционный вариант, путем задания инсоляционных ограничивающих углов.

На рис. 6 приведен результат расчета для точки А, положение которой показано на рис. 4, в. Области 1, 2, 3 — это лучевые сечения одноименных зданий. Заштрихованные секторы — секторы света, попадающие в расчетную точку. Интерпретация результата, особенно в графической форме, позволяет детально проанализировать инсоляцию каждого окна и определить влияние элементов окружающих зданий.

Расчет инсоляции в задачах планировки. Рассматриваемая компьютерная программа, позволяет решать задачу комплексной оценки инсоляционных процессов застроенной или проекти-

Широта, градусы 55 Дата: 2 2 марта. Равноденствие

Вычитание на восходе-закате, час: 1

Пропускаемые интервалы затенения, мин: 10

Мин. доп. уровень прерывистой

инсоляции, час: 1

Вычитание от стен, градусы: 8 8

Восход 6 час. Закат 18 час.

ИНТЕРВАЛЫ ИНСОЛЯЦИИ, час-мин. I . ||

Как рассчитать инсоляцию и КЕО из BIM-модели площадью 60 000 м² за 15 минут

Компания « Altec Systems » запустила онлайн-сервис по расчёту инсоляции и коэффициента естественной освещённости (КЕО). В среднем расчёт одного окна ручным способом с применением инсоляционной линейки занимает 10 минут, а сервис за это время просчитывает 3 000 светопроёмов. В статье рассказываем, в чём польза этого сервиса, для каких объектов подойдет и как происходит расчёт.

При проектировании помещений и прилегающих территорий нужно учитывать режим инсоляции — облучение зданий солнечным светом. Это один из основных гигиенических факторов, который обеспечивает обеззараживание помещений и территорий за счёт поступления ультрафиолетового излучения. Кроме того, недостаток естественного освещения ухудшает условия зрительной работы и создаёт предпосылки для развития солнечного голодания. Это снижает устойчивость организма к воздействию неблагоприятных факторов.

КЕО показывает интенсивность естественного освещения в помещениях. Инсоляция и КЕО — это показатели, которые обеспечивает безопасные условия для проживания и пребывания человека (ст. 10 Федерального закона № 384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»). Нормы и требования к ним определены в СанПиН 1.2.3685−21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».

Где используется расчёт инсоляции и КЕО

Расчёт инсоляции и КЕО нужен для разработки проектной документации, он относится к Разделу 3 «Архитектурные решения» (Постановление Правительства РФ № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию»). Объект не пройдёт строительную экспертизу без соблюдения нормативных значений этих показателей.

Проблема: ошибки и долгий процесс расчёта

До разработки сервиса было три основных способа расчёта инсоляции и КЕО:

1. Ручной расчёт с использованием инсоляционных графиков;
2. Программные комплексы;
3. Плагины для Revit, ArchiCAD.

Основные проблемы, с которыми сталкивались проектировщики при таких методах:

1. Нестабильная работа существующего ПО;
2. Отсутствие функционала по расчету KEO;
3. Неточный расчет самописных плагинов;
4. Расчёт крупных объектов затягивался до нескольких недель.

— Почему решили создать сервис именно по расчёту инсоляции?
Что подтолкнуло на эту идею?

— В первую очередь мы хотели помочь нашей материнской компании, которая проектирует жилые и общественные здания. У них часто были сложности с расчётом инсоляции и КЕО, и мы решили сделать процесс более качественным.

Существующее ПО работало нестабильно и часто вылетало, проектировщиков не устраивало такое качество работы. Для сложных объектов расчёт был очень долгий, и приходилось оставлять включённую программу на ночь. Иногда это приводило к тому, что расчёт сбивался и на утро уже ничего не было.

С каким ПО работает сервис и что можно рассчитать

Altec Insolations — web-сервис, который производит весь расчёт в браузере напрямую из BIM-моделей. Модель из Revit конвертируется в формат GLB с помощью плагина Revit.Export. GLB — это открытый международный формат, похожий на IFC.

Сейчас сервис интегрируется с Revit, но работа по интеграции сервиса с Renga уже идёт.

Для каких объектов подходит сервис

Сервис подходит для расчета инсоляции зданий и сооружений. Его можно использовать в проектах застройки, реконструкции и реновации существующих жилых и административных зданий.

Также программу можно использовать уже на этапе концепции для предварительного расчёта инсоляции на соответствие требованиям. Для этого достаточно обозначить границы помещения стеной, перекрытием и определить светопроём. Объекты окружающей застройки можно выстроить формами.

Как работает Altec Insolations

Сервис работает с BIM-моделями любого уровня проработки (LOD 200, 300 ). Расчёты инсоляции и КЕО выполняются по ГОСТ Р 57 795−2017 и СанПиН 1.2.3685−21, СП 367.1 325 800.2017.

Как работает сервис на реальном объекте

Рассматриваемый объект — многоквартирный жилой дом. Общая площадь дома составляет 60 000 м², количество этажей — 9, количество светопроёмов — 4 000 ед.

На данном примере показана работа программы для расчета инсоляции для генерации отчета, который пойдет в экспертизу. Расчёт проекта проводился на стадии «Проектная документация». Все помещения объекта соответствовали нормам инсоляции и KEO, дополнительных изменений в проект вносить не требовалось.

Расчёт такой сборки занял примерно 15 минут. Благодаря анализу на ранней стадии, удалось избежать внесения последующих правок проекта.

По результатам расчёта инсоляции и КЕО программа сгенерировала отчёт, который прошёл Государственную экспертизу Свердловской области. Сейчас объект находится на стадии строительства.

Сравнение расчёта инсоляции и КЕО жилого дома площадью 60 000 м² разными способами

Altec Insolations	Другое ПО	Ручной расчёт
Время на экспорт модели	2−3 мин.	5−6 ч.	—
Время на расчёт модели	15 мин.	6 ч.	5−7 дней
Лицензия	Приобретается один раз в год	Как правило, нужна через каждые 5 проектов	—

Преимущества сервиса

1. Прямая интеграция с Revit (в дальнейшем — с Renga).
   Не нужно повторно простраивать модель.
2. Автоматический поиск расчётных точек в реальном времени.
   Расчётные точки определяются индивидуально для каждого светопроема, учитываются особенности архитектурного решения.
3. Гибкая форма отчёта по ГОСТу.
   При формировании отчёта можно настроить данные, которые будут в нем отображены: результаты инсолирования отдельного светопроема, помещения, этажа или здания. Также можно фильтровать помещения по категории инсолирования.
4. Работа в браузере.
   Удобно работать, не нужно устанавливать программный комплекс.
5. Быстрая скорость расчёта.
   Расчет 60 000 м² занимает 15 минут.

Функции, которые ещё дорабатываются:

1. Привязка участка строительства к карте города
   Картографическая подложка и рельеф будут подгружаться автоматически с открытых геоинформационных систем (2ГИС, Google Карты, Яндекс Карты). Эта функция поможет проектировщику не выстраивать окружающую застройку — после привязки объекта сервис сам достроит 3D-модели зданий в соответствии с их реальными размерами (по типу 3D-карты в 2ГИС).

1. Аналитика будущего участка застройки.
   Эта функция будет полезна, когда есть только пятно застройки и ещё неизвестно, что построят. На основании расчёта инсоляции окружающей застройки сервис позволит понять максимальную геометрию будущего объекта — с какими параметрами можно построить объект, чтобы он не затемнял другие здания. Это поможет быстрее адаптировать проект под существующие условия.

Рассмотрим на примере такой ситуации: на этапе концепции проектировщик предложил инвестору построить 12-этажный жилой дом. Если предварительно выполнить расчёт инсоляции, то может оказаться, что допустимо дополнительно спроектировать ещё 2 или 3 этажа, и это решение будет соответствовать нормам. Такая проверка расчётом может помочь инвестору или заказчику извлечь наибольшую выгоду из проекта.

1. Моментальная синхронизация САПР. Достаточно один раз загрузить исходную модель в сервис, после чего все дальнейшие изменения в проекте будут отображаться в сервисе по запросу пользователя.
2. Инсоляция площадок. Инсоляция определённых участков территории — зон отдыха, спортивных и детских площадок.

Мнение эксперта

— Как пользователи отреагировали на сервис и насколько рынок был готов к такому решению?

Реакция пользователей была однозначной — они поддержали такую новую идеологию работы в одной модели. Сейчас на рынке нет аналогов нашему сервису, все «старые» способы расчёта не укладываются в концепцию BIM и не работают с 3D-моделями.

Во-первых, сервис помог значительно сэкономить время проектировщикам. Если сравнивать с аналогичным ПО, то расчёт выполняется примерно в 20 раз быстрее. Например, объем работы, который выполняли пять проектировщиков
за неделю, в сервисе может выполнить один человек за день.

Во-вторых, сервис можно использовать уже на стадии концепции. Здесь важно уточнить, что теперь проектировщики могут быстрее проверять изменённую модель: сервис сам подгрузит данные, а проектировщику нужно просто запустить повторный расчёт. И последнее, сервис формирует отчёт по ГОСТу — он согласован с госорганами, то есть такой отчёт полностью подходит для предоставления на экспертизу.

Цифровизация затрагивает весь комплекс строительной отрасли от проектирования до эксплуатации — всё управление жизненным циклом объекта. Мы автоматизировали только одну небольшую его часть по инсоляции, но уже даже такое изменение — это шаг в сторону будущего. В дальнейшем тенденция BIM-технологий будет только укрепляться и скоро мы сможем полностью отойти от 2D-чертежей.

Расчет инсоляции для существующего жилого дома

Расчет выполнен для существующего 9-ти этажного дома от существующей застройки. Инсоляция — облучение поверхностей солнечным светом, в данном случае многоэтажки в жилом квартале.
Расчеты выполнены на 22 марта, 22 июня и 21 декабря, произведен расчет инсоляции для площадки и стен, определен сектор инсоляции.
Исходные данные
1. Расчет выполнен для существующего жилого дома № 79а по ул. Сони Кривой г. Челябинска в связи с проектированием жилого дома (рис. 1).
2. Предоставлен фрагмент карты местности исследуемого микрорайона (рис. 2).
3. Предоставлены координаты расчетных точек А, Б, В, Г (рис 3).
4. Расчет выполнен в соответствии с требованиями СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01. Широта местности для г. Челябинска принята 55.2°. Расчет выполнен на 22 марта. Инсоляционные углы для окон приняты 8°.
5. Расчет выполнен с применением специальной компьютерной программы.

Содержание:
1. Исходные данные
2. Расчет инсоляции на 22 марта
2.1. Расчет инсоляции для площадки и стен
2.2. Таблица значений параметров инсоляции для точек
2.3. Сектора инсоляции
2.4. Влияние балкона на инсоляцию в точке
3. Расчет инсоляции на 22 июня
3.1. Расчет инсоляции для площадки и стен
4. Расчет инсоляции на 21 декабря
4.1. Расчет инсоляции для площадки и стен
4.2. Таблица значений параметров инсоляции для точек
4.3. Сектора инсоляции
4.4. Влияние балкона на инсоляцию в точке
5. Вывод

Состав: Отчет, Расчет, Программное дополнение для расчета

Софт: AutoCAD 2014

sultan_arch

И так, как и обещал, покажу свои будни архитектора. Ниже поэтапно распишу как я делаю предварительный расчет инсоляции.

1) Что мне нужно от заказчика при предварительном расчете инсоляции его объекта:

— конечно планы, все которые есть;

— разрезы или фасады, оба варианта взаимозаменяемые, главное чтобы был соблюден масштаб;

— генплан, или хотя бы схема. Если ни того ни другого нет, то хотя бы место расположения в Яндекс Картах или Google Maps. Дубль ГИС тоже подойдет, но он есть не на все города. Почему так просто, только потому что это предварительный расчет. Не предварительный расчет я делаю в СИТИС: Солярис, но там уже все намного серьёзней и получившийся результат идет на экспертизу;

— количество расчетных комнат, это если есть конкретные пожелания по расчету, дабы не платить за расчет всего дома, и если есть уверенность что по остальным комнатам все в порядке;

— максимальная информация о том, что находится вокруг расчетного объекта на момент расчета. Эту информацию заказчик может и не знать. Тогда, как правило, я еду с фотоаппаратом на место, или прошу об этом заказчика.

Этого пожалуй достаточно, для расчета из видео, информация была представлена в формате DWG (wiki). Для тех кто не в курсе, это чертежи в электронном виде для программы AutoCAD. Информация в виде планов, мной была импортирована в программу в которой и производился расчет, название ее SketchUp, довольно популярный софт, имеющий ряд преимуществ для прочих программ 3d моделирования. Для самого расчета необходима установка плагина под названием LSS Chronolux. Он бесплатен, и устанавливается непосредственно в самой программе, главное чтобы было интернет соединение.

Пожалуй из основного все, остальное все видно на видео. Сам ролик в ускоренном темпе, т.к. это довольно продолжительный процесс, поэтому, если будут возникать вопросы, то просто пишете время и вопрос который вас интересует. Постараюсь ответить в силу своей компетентности.

Видео поделено на 3 части, предупреждаю сразу видео не обрезано и не отредактировано! Записано как есть.

Знаю что видео скорее всего покажется косячным и будут возникать куча вопросов. Но для первого моего видео, пока думаю нормально.

Originally published at ARCHIBALL BLOG