建筑物日照分析測量

凌邦富

摘 要：隨著城市高層建筑物的增多，為了使城市居民的“陽光權(quán)”得到充分保障，為了建設(shè)和諧社會，建筑物日照分析測量的工作尤為重要，本文將就建筑物日照分析測量進(jìn)行相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：建筑物;日照;分析;測量;模型;數(shù)據(jù)

0 引言

日照分析是指具有相關(guān)資質(zhì)的專業(yè)技術(shù)部門采用計算機(jī)分析軟件，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對有日照要求的擬建、在建或已建的建筑模擬其在規(guī)定的日照標(biāo)準(zhǔn)日的日照情況，分析計算其相關(guān)的量化指標(biāo)。簡單地講，建設(shè)單位為了確定擬建高層建筑對自身和對相鄰建筑可能產(chǎn)生的日照影響進(jìn)行分析，編制《日照分析報告》，作為規(guī)劃管理部門審核建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計方案的依據(jù)之一。

1 建筑物日照分析測量在規(guī)劃設(shè)計中的重要性

隨著城市高層建筑的大量涌現(xiàn)和建筑物的密集化，光照日益成為人們所關(guān)注的焦點。光照也成為了一項權(quán)利——采光權(quán)。采光權(quán)的保障在城市建筑規(guī)劃管理中也成為一項重要的參考系數(shù)。這主要是因為光照在現(xiàn)代社會中作用的不斷凸顯使然。光照對建筑規(guī)劃管理的意義也主要就是現(xiàn)代社會光照的意義。

1.1 城市建筑規(guī)劃管理

城市建筑規(guī)劃管理涉及城市各項功能是否能夠良好地發(fā)揮，影響著城市文化品味和城市形象，關(guān)涉著城市長遠(yuǎn)、健康發(fā)展，城市規(guī)劃是建設(shè)城市和管理城市的依據(jù)。這充分凸顯了城市建筑規(guī)劃管理的價值和意義。城市建筑規(guī)劃管理是有效利用自然資源的管理手段。光照、空氣等自然資源是有限的，通過有效的城市建筑規(guī)劃管理能夠使這些自然資源得到充分的利用。同時也能夠降低其他資源的損耗。城市建筑規(guī)劃管理影響著城市的內(nèi)涵和品位。一個城市的文化品位最明顯的體現(xiàn)在城市的建筑物上。優(yōu)越的城市建筑規(guī)劃管理能夠展示城市的文化內(nèi)涵，提升城市的整體形象與品味。正確認(rèn)識城市建筑規(guī)劃管理職能的內(nèi)容對充分發(fā)揮規(guī)劃管理對城市經(jīng)濟(jì)社會科學(xué)和諧發(fā)展的推動作用有重要意義，所以城市建筑規(guī)劃管理應(yīng)始終為城市發(fā)展過程中關(guān)注的問題。

1.2 光照影響健康

尤其在預(yù)防癌癥或減緩惡性腫瘤發(fā)展進(jìn)程等方面發(fā)揮著越來越大的作用。特別是對小孩和老年人來說，一天之中接受適量的光照對自身健康有著重要作用。陽光對孕婦胎兒的發(fā)育也很重要，但是，過量的光照也會影響人體的健康。可能會引發(fā)一些比較嚴(yán)重的健康疾患。為了人體的健康和生活成本的節(jié)約，房屋建筑必須考慮光照問題。

1.3 光照影響房價

由于光照對人體健康和生活成本至關(guān)重要，人們所購房屋一般很少變更過戶，所以，買房者對房屋的光照效果就格外重視。那些采光效果好的房屋在房價方面就會偏高。由于各種原因而光照條件不好的房屋就在價格上低一個檔次。所以，房屋建筑設(shè)計需要考慮光照問題。

1.4 光照影響城市交通

隨著建筑材料的不斷豐富，玻璃大廈不斷出現(xiàn)。再加上汽車尾氣等容易產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)。在城市道路交通方面，各種建筑物的遮光、反光已經(jīng)影響到道路交通安全。影響著居民的出行便捷程度，造成城市交通經(jīng)常出現(xiàn)擁堵甚至是癱瘓，嚴(yán)重限制了城市的長遠(yuǎn)發(fā)展。在道路規(guī)劃設(shè)計和房屋建筑管理方面需要對光照問題格外重視。

1.5 光照上升為居民的采光權(quán)

采光權(quán)的劃分和保障已經(jīng)成為建筑規(guī)劃管理部門在建筑項目審批、高層房屋工程設(shè)計監(jiān)督和建筑工程項目許可中的一個不能不考慮的問題。同時，我國關(guān)于居民采光權(quán)的保障、侵權(quán)賠償，房屋設(shè)計的具體量化指標(biāo)方面存在一些不太精確的規(guī)定等原因致使圍繞光照的糾紛不斷出現(xiàn)，這體現(xiàn)了當(dāng)前城市建筑規(guī)劃管理工作中的問題也反映了當(dāng)前城市建筑規(guī)劃管理工作需要不斷地反省轉(zhuǎn)變工作職能。

2 日照分析的內(nèi)容及數(shù)據(jù)收集

日照分析主要是分析擬建建筑與周邊相鄰建筑之間相互日照的影響，通過比較分析使其相互受日照影響降低到最低，從而保證各自有效的日照時間。據(jù)此可知對日照影響的因素就是日照測量的內(nèi)容，主要包括如下幾個方面。

現(xiàn)狀建筑物的平面位置：它是進(jìn)行日照分析最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，依據(jù)平面位置才能確定建筑物形狀、間距和相互關(guān)系等參數(shù)。

建筑物總高度：它能直接反映出建筑物間是否會發(fā)生采光遮擋，建筑物越高其遮擋面就越大。建筑物總高度為室內(nèi)地坪至屋頂?shù)母叨龋瑢Σ晒庥杏绊懙拈芸凇嶓w女兒墻、斜面屋屋脊、電梯間、水箱等附屬物。

建筑物室內(nèi)外地坪高程：室內(nèi)外地坪高程變化大，地形起伏大，其受日照影響也會不同。譬如依山而建的層疊式建筑物，受山坡地形的影響，其日照影響反而相對降低。當(dāng)室內(nèi)地坪有高差時，應(yīng)分別測量其高程及分界線的位置。

建筑物層高：因為日照采光的影響主要針對1-2層，基本上1-2層滿足了日照要求，3層及以上也會滿足日照要求，這就需要1-2層的層高數(shù)據(jù)。

建筑物窗戶、陽臺位置：日照分析對窗戶、陽臺的采光時間作出了規(guī)定，要想得到窗戶、陽臺的日照時間就必須測量窗臺、陽臺位置以及寬度、高度。

3 日照分析的數(shù)據(jù)采集方法及模型建立

3.1 數(shù)據(jù)測量

施測前準(zhǔn)備工作：首先，要根據(jù)擬布置的高層或多層建筑初步設(shè)計位置和高度，用日照分析軟件進(jìn)行模擬，初步確定日照測量范圍，此過程一般由有資質(zhì)的設(shè)計單位完成。然后，對測區(qū)已有資料進(jìn)行收集、分析，特別是大比例尺地形圖、控制資料、周邊已建建筑物總平面圖、平面圖、立面圖、剖面圖、竣工圖等。有大比例尺地形圖的，可于圖上對涉及的現(xiàn)狀建筑物進(jìn)行編號，一般從西北角開始，按順時針方向進(jìn)行。

控制測量：根據(jù)收集的高等級的控制點分布情況，適當(dāng)進(jìn)行加密，平面可采用圖根導(dǎo)線或GNSS-RTK圖根的形式布設(shè)，高程可采用圖根水準(zhǔn)施測，點位埋設(shè)要保證每幢建筑物主要拐點能直接觀測。圖根控制測量及精度應(yīng)符合城市測量規(guī)范的要求。

建筑物平面位置測量：一般采用全站儀全野外數(shù)字測圖的方法，儀器自動記錄三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。對每幢房屋的凹凸部分、陽臺和窗戶等盡可能地實測坐標(biāo)，對個別不能直接實測的目標(biāo)，可采用量距的方法，并在現(xiàn)場繪制好草圖。

建筑高度及層高測量：建筑高度一般采用全站儀三角高程或懸高測量法進(jìn)行，測前要對儀器指標(biāo)差進(jìn)行檢驗和校正。為方便對屋檐、屋脊、窗臺等高處目標(biāo)的測量，建議采用免棱鏡全站儀直接測量三維坐標(biāo)，測點時須注意反射點的選取，以防“飛點”產(chǎn)生。日照分析一般只涉及1-2層室內(nèi)層高，可采用手持測距儀施測，分別測量室內(nèi)凈高和樓板厚度。對于屋頂為坡屋頂?shù)臉欠砍獪y量北檐口、女兒墻高度外，還要測量屋脊線的位置和高度。另外，1-2層窗臺位置、高度、外形尺寸，屋頂挑檐等影響建筑物采光的構(gòu)筑物也要詳盡測量。平面、高程測量精度要按照城市測量規(guī)范中日照測量的要求執(zhí)行。

室內(nèi)外高程測量：可將建筑物室內(nèi)、室外地坪設(shè)為圖根水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點一并予以施測，其他點可采取水準(zhǔn)支點方式測量。

內(nèi)業(yè)成果整理：將野外采集數(shù)據(jù)輸入電腦，并通過繪圖軟件數(shù)字化編繪成圖，宜采用1：500基本比例尺。水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)先進(jìn)行平差計算，再把點位高程成果注記在建筑物對應(yīng)的位置上。對建筑層高、總高度、窗臺寬度、高度等測量數(shù)據(jù)可利用Excel制作統(tǒng)計表格，并用CAD繪制平面圖、立面圖、窗位圖。

3.2 三維建模

一般，對節(jié)能要求較高的建筑、需要利用太陽能資源的建筑需要做日照分析。在做一個小區(qū)或一個公共建筑群區(qū)的前期規(guī)劃時，為了合理利用太陽能資源，使建筑在冬季充分利用太陽能及獲得更充分的日照，而在夏季盡量避免日照，這時候，日照分析就顯得特別重要。隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字城市的進(jìn)程逐漸加快，全國各地的數(shù)字城市都得到了充分的發(fā)展，三維建模工作也有了新的進(jìn)展，通常來講常用的建模技術(shù)是通過影響將城市的模型范圍進(jìn)行劃分，根據(jù)若干區(qū)域的分割和影像對城市的建模進(jìn)行一個結(jié)構(gòu)和紋理的補(bǔ)充，最后通過制作人員的DLG屋頂矢量圖等數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的模型建立，從而最終完后三維建模的制作，這種模型的建立和制作方式與數(shù)據(jù)的來源和精度息息相關(guān)，并且一旦數(shù)據(jù)精度或者精細(xì)程度不能夠滿足要求將造成建模的不夠精確，以日照分析測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的三維建模與常規(guī)方式不同的是能夠更細(xì)致的表現(xiàn)出模型的細(xì)節(jié)構(gòu)造，在普通的建筑建模工作中，通常祖業(yè)人員簡單的通過目測對建筑模型進(jìn)行一個分塊工作，再做貼圖處理，更多的是位置的估算，所以精度得不到保障，比例問題需要很大程度的矯正，日照分析測量數(shù)據(jù)的三維建模可以根據(jù)門窗陽臺進(jìn)行一個精細(xì)的建模處理，從而保障房屋細(xì)部結(jié)構(gòu)精度，提高建模質(zhì)量。

方便對陽臺進(jìn)行建模，基于影像建模時，陽臺通常用紋理貼圖表示，使得模型顯得不真實，利用日照分析測量數(shù)據(jù)可以對陽臺進(jìn)行建模，使模型更具有立體感，而且能確保陽臺模型的精度，常規(guī)方式即使對陽臺建模也是作業(yè)人員依據(jù)照片估算的大小。

減少出現(xiàn)層高錯誤，現(xiàn)在城市的很多建筑每層層高并不是完全相同的，只從照片上看不一定能看出來，常規(guī)手段建模大都按層數(shù)將模型平分，這樣的做法并不準(zhǔn)確，日照分析測量數(shù)據(jù)中有精確的層高數(shù)據(jù)，利用日照分析測量數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模可以避免出現(xiàn)層高錯誤的現(xiàn)象。

日照分析測量的成果形式：日照分析測量，最終的成果包括區(qū)域總平面圖，建筑物底層標(biāo)準(zhǔn)層平面圖，建筑物屋頂平面圖，建筑物數(shù)碼照片等。日照分析測量做的是平面的二維數(shù)據(jù)，三維建筑模型生產(chǎn)做的是三維成果，但是把日照分析測量底層平面圖和兩個側(cè)立面圖結(jié)合起來的話，就是一個立體圖，故從直觀的角度來說，日照分析測量成果能夠滿足三維建筑模型的生產(chǎn)。

三維建筑模型的定義：依據(jù)建筑物測量數(shù)據(jù)或設(shè)計資料制作的三維模型，主要表達(dá)建（構(gòu)）筑物的空間位置幾何形態(tài)及外觀效果等，再通過外觀照片和最終成果的比對，三維建筑模型的生產(chǎn)是城市人工建（構(gòu)）筑物的三維表達(dá)，與普通地形圖相比，優(yōu)勢在于更直觀，更形象。

因為太陽入射角是一個與日期、時間、經(jīng)緯度相關(guān)的一個變量，我們只要能建立描述這些變量之間關(guān)系的模型，就能得到任意時間、任意地理位置的太陽入射角度。此外嚴(yán)格來講，太陽是一個點光源，即太陽光是從一點發(fā)出的，但是由于地球與太陽的距離十分遙遠(yuǎn)，當(dāng)太陽光到達(dá)地球表面時，光線幾乎是平行的了。所以在模型建立中采取架設(shè)太陽光是平行的。三維模型是由質(zhì)量數(shù)據(jù)分辨率等因素決定的，常用的數(shù)據(jù)源是二維數(shù)據(jù)加航空影像，在平面及高度測量精度兩方面，日照分析測量成果完全滿足三維模型生產(chǎn)所需要的幾何數(shù)據(jù)的精度要求，外業(yè)數(shù)據(jù)可以直接利用。另外，日照分析測量門窗的間距與高度都是實測的，可以利用到三維建模中，可以讓三維模型更精確，更貼近實際。

在三維建模過程中，通常要采用地形資料和航空影像的資料進(jìn)行詳細(xì)分析之后通過科學(xué)的數(shù)據(jù)建立基本模型，根據(jù)具體的情況再進(jìn)行文理數(shù)據(jù)的貼圖，以增加真實感和立體感，采用實景照片作為紋理的情況下要根據(jù)三維基礎(chǔ)模型生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求對貼圖中的一些模糊區(qū)域進(jìn)行清晰化的處理，并且一些非建筑體的部分也要進(jìn)行處理，在貼圖中要保證透視的關(guān)系一致，通常采用的方式就是貼圖的門窗層高線和立面等必須保持水平或者垂直，清晰度要有足夠的保證，避免模糊不清的現(xiàn)象。同樣在外業(yè)的數(shù)據(jù)采集中也尤為重要，日照分析的測量與建筑的測量一樣需要照片的拍攝作為輔助，根據(jù)日照分析測量的基本標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，主客體的建筑外形采用攝影方式可能會出現(xiàn)一些條件上的限制問題，這種情況下如果不能拍到全景模式時可以采用分體攝影的方式，在三維建模的工作中照片的主要服務(wù)對象是貼圖部分，屬于內(nèi)業(yè)工作的處理，從這個角度來看可以說照片的拍攝是為了建筑的形狀和紋理更為真實，所以照片就為日照分析測量提供了一個重要的基礎(chǔ)，日照分析測量所攝的照片基本能夠滿足三維建模的要求，而且相比較于其他無實地照片的外業(yè)數(shù)據(jù)源來說這也是一個比較大的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

綜上所述，在建筑設(shè)計工作中建筑物日照分析隨著建筑設(shè)計的不斷發(fā)展越來越重要，這就需要我們重視建筑物日照分析測量的工作，從測量數(shù)據(jù)以及建模方式不斷地進(jìn)行完善，真正的實現(xiàn)建筑物的良好日照效果。

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