日光分析：在 Revit 中计算阴影区域以实现可持续设计

规划建筑区域时，您可能希望确定建筑物的阴影是什么样子的。在某些情况下，您希望确定阴影外墙、窗户或植物。获取此信息的一个选项是使用 Revit 软件中 Insight 插件附带的日光分析工具。另一种选择是使用 Dynamo 和 Revit API 应用高级流程，以确定整个建筑物或 Revit 模型中特定对象（如墙壁、屋顶或窗户）的日光方向和阴影区域。本文为使用BIM模型设计和分析可持续建筑提供了基础。

可持续设计：为什么选择太阳能

什么是可持续设计

可持续设计的意图是“通过熟练、敏感的设计完全消除对环境的负面影响”，J.F. McLennan 表示。可持续设计的表现形式需要可再生资源，对环境的影响最小，并帮助将人们与自然环境联系起来。

减缓温室气体排放的增长速度，然后扭转这一增长速度，是应对气候变化和将全球平均气温保持在比工业化前水平高2°C以下的关键。

为了实现这一目标，Architecture 2030发布了2030挑战，要求全球建筑和建筑社区采用以下目标：

• 所有新建筑、开发和重大翻新工程的设计均应符合化石燃料、温室气体排放、能源消耗性能标准，即比该建筑类型的区域（或国家）平均水平/中位数低 70%。

• 至少，每年应翻新等量的现有建筑面积，以满足化石燃料、温室气体排放、能源消耗性能标准，即该建筑类型地区（或国家）平均值/中位数的 70%。

• 到2020年，所有新建建筑和重大改造的化石燃料减排标准应提高到：80%;2025年为90%;并在 2030 年实现碳中和（不使用化石燃料温室气体排放能源来运行）。

• 这些目标可以通过实施创新的可持续设计策略、产生现场可再生能源和/或购买（最多 20%）可再生能源来实现。

AEC 行业的可持续设计

在AEC中，我们确定的三个趋势是：a）净零能耗建筑，b）循环和零废物建筑，以及c）可持续的智慧城市和基础设施。

一个。净零能耗建筑

• 建筑性能分析
• 优化建筑系统
• 健康建筑

b.循环和零废物建筑

• 施工前：效率最大化
• 现场执行：精益安全
• 工业化建筑

c. 可持续的智慧城市和基础设施

• 达观
• 流动性
• 建筑信息模拟 + 地理信息系统

太阳能

太阳能是可再生能源的重要来源，其技术被广泛地描述为被动太阳能或主动太阳能，这取决于它们如何捕获和分配太阳能或将其转化为太阳能。

主动太阳能技术包括使用光伏系统、聚光太阳能和太阳能热水来利用能源。

被动式太阳能技术包括将建筑物朝向太阳，选择具有良好热质量或光分散特性的材料，以及设计自然循环空气的空间。

使用太阳能的好处

• 增加能源消耗
• 环保意识
• 全球气候变化
• 企业社会责任对企业建筑的影响/优势，吸引最清洁的可再生能源
• 高社会价值和财产价值增加

建筑中的太阳能

地球围绕太阳的运动会产生在白天和一年中变化的太阳路径，这是设计高性能建筑时需要了解的最关键环境因素之一。

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如果您在设计建筑物时仔细考虑了太阳的路径，则可以利用自然采光，被动供暖，光伏发电甚至自然通风等策略。但是，如果您不小心，这些相同的机会可能会对您不利，产生眩光或过热。

因此，可持续建筑设计，特别是优化太阳能，正在从全球建筑项目的必备品转变为必备品，因为越来越多的客户要求建筑师和工程师设计的建筑表现更好，并为绿色建筑目标做出贡献，例如建筑2030挑战提出的目标。

欧特克优化太阳能的解决方案

影响所有国家，到2027年，全球绿色建筑市场预计将达到6100亿美元。可持续设计及其对绿色建筑的贡献现在为许多建筑公司增加了商业价值。

为这一价值做出贡献，数据和协作现在处于推动绿色绩效的最前沿。建筑师和工程师配备了各种数据和协作工具来帮助他们实现可持续发展目标，其中之一就是Autodesk Revit。Revit 用户可以将该工具的能量分析功能与 Insight（一种用于建筑性能的插件）结合使用，以实现可持续发展目标。

相关：Revit Insight的能源分析以及Ferny Celina的Green Building Studio的能源分析

此欧特克解决方案提供：

• BIM 内建筑能耗分析工具 – 不再需要“丢弃”模型

• 快速、简单、直观的能源性能工具，可供设计师（不再只是专家）使用

• 经济高效且精度高

• 提供真正的实时反馈

• 从早期阶段到生命周期的详细设计分析

面向设计人员的功能包括：

• 整个建筑能量分析：FormIt 360 Pro和Revit模型的全动态热模拟;能源成本范围结果可指导用户并有助于做出明智的设计决策

• 早期设计分析：为基本决策提供信息，例如方向和形式、光圈尺寸和位置、包络结构和阴影设计

• 详细设计分析：详细 Revit 建筑模型的能源、照明和太阳能性能

• 实时反馈：通过因果反馈快速比较设计场景

• 比较不同设计选项的成本和性能信息

• 适用于单个建筑或整个建筑组合

使用 Revit 进行洞察日光分析

Revit 中的日光分析

日光分析中的常见术语和概念包括：

• 太阳辐射是任何追求能源效率的建筑的重要考虑因素

• 太阳日照是在给定时间内在给定表面上接收到的太阳辐射能量量

• 太阳能光伏（PV）直接从太阳光（“太阳能电池板”或“太阳能”）中发电

Revit 允许您计算每个建筑表面的入射太阳辐射，并阐明光伏发电潜力和投资回收期。分析太阳对场地的影响可以帮助设计师提高建筑物的能源效率、舒适度和财务价值。设计师可以通过结合与阳光照射相关的能量抵消来提高建筑物的效率。通过使用太阳能模型估算建筑性能，您可以将光伏系统纳入建筑计划。

使用 Revit 的智能分析可提供上下文中的太阳辐射分析结果，帮助您在整个设计过程中跟踪太阳能。该插件为特定研究类型提供自动设置，以及可自定义的选项。

下载适用于 Revit 的智能分析插件。

评估光伏潜力的工作流程

您可以在 Revit 应用程序和 Insight Web 界面中评估建筑设计的任何表面可用的太阳辐射量。您可以使用 Revit 中的日光分析工具，也可以生成智能洞察并在智能洞察模型查看器中可视化光伏潜力。

此信息有助于确定太阳辐射负荷以及通过模型任何表面上的光伏板产生能量的潜力。

确定太阳能接入的工作流程

太阳能接入是确定空间是否全天获得足够日光的好方法。也称为日光接入，许多国家和地区现在要求新建筑符合特定的太阳能接入标准，例如澳大利亚的SEPP 65。

遮阳设计

概述

遮阳装置在提高建筑物的能源效率方面可以发挥重要作用。您可以评估添加着色设备的影响，并使用 Revit 应用程序中的日光算例微调其放置。

遮阳设计有两个挑战：遮阳设备设计和计算遮阳面积。最常见的阴影形式是外部固定水平悬垂。外部系统在阻止太阳热量增加方面通常比内部系统更有效。这些用于面向太阳路径的建筑物一侧，有时包括东面和西面。然而，东面和西面往往更需要垂直的鳍，以避免低角度的阳光。

固定的外部阴影有很多变化，以减少轮廓和/或让更多的漫射光进入。

遮阳可以设计为允许太阳的光和热量在一天或一年中的某些时候进入建筑物，而在其他时间拒绝它。

自适应色调

阴影也可以通过使其可移动来调整，由乘员手动操作或自动控制。这样的系统可以更加灵敏和微调，但它们也更昂贵，并且多年来需要更多的维护和维修。用户操作系统可能需要对乘员进行培训，并且通常不能正确使用。

这个例子是一个概念验证，着眼于与影响建筑能源使用的环境变量相关的自动化设计。原始示例文件的作者是 David Scheer。

此示例允许处理水平着色设备，这是一个简单的参数化窗口系列，具有两个着色设备和主窗口窗体变量的类型参数。使用Dynamo，根据两个变量自动生成阴影深度和阴影数量，以完全垂直地遮蔽窗户：窗口高度和太阳位置。

在 Revit 2021 和 Dynamo 中观看此示例的视频。

使用发电机的力量计算阴影区域

日光分析中最大的问题之一是如何确定阴影的物理形状并计算其阴影面积。在Dynamo 的帮助下，我们可以解决这个问题。

Dynamo 是一个可视化编程环境，使设计人员能够探索参数化概念设计并自动执行任务。

在这种情况下，使用 Dynamo 的好处包括：

• 无需编码即可探索可视化编程

• 灵活满足不同需求

• 吸引由用户、贡献者和开发人员组成的活跃社区

Dynamo 工作流示例：

• 获取着色设备的几何形状

• 提取以查找其表面和表面的每个边缘

• 将输入边缘沿输入太阳方向投影到窗口上

• 通过投影后连接的输出曲线创建多边形曲线

• 通过填充由多边形曲线定义的闭合边界来创建曲面

• 将一组表面合并为一个表面（这是我们寻找的阴影）

• 将表面拉伸为具有厚度的实体

• 创建 Revit 直接形状以显示阴影的物理形状

• 计算表面积并将值设置为阴影的参数

观看演示如何计算建筑物阴影区域的视频。

观看演示如何计算窗口阴影区域的视频。

使用 Revit API 解锁全部功率

Revit 提供了丰富而强大的 .NET API，可用于自动执行重复性任务，并在模拟、概念设计、施工和建筑管理等方面扩展 Revit 的核心功能。Revit .NET API 允许您使用任何符合 .NET 的语言进行编程，包括 VB.NET、C# 和 C++/CLI。

在Revit API中，我们可以利用高端计算机的优势来计算建筑物中任何特定时间的所有窗户和幕墙的阴影区域。Revit API 中提供的算法可以对复杂、有机形状的着色设备执行阴影区域的计算，以便设计人员可以优化其建筑设计。

下面是开发 Revit 附加模块的示例工作流：

• 获取所有窗户/墙壁/幕墙

• 获取建筑物的所有遮阳装置

• 按方向过滤（N/S/W/E/NE/NW/SE/SW）

• 在春分、夏至、冬至获取太阳方向

• 在 Revit API 中使用拉伸分析器类生成阴影

• 将遮阳设备的所有阴影合并到一个窗户/墙壁上

• 显示阴影的物理形状及其面积

观看视频以详细了解 Revit 附加模块。

结论

认识到建筑物对环境的长期影响，可持续设计是许多建筑公司的当务之急。Autodesk BIM 工具（如 Revit、Insight 和 Dynamo）使可持续设计决策比以往任何时候都更容易，即使在设计的最初阶段也是如此。

Autodesk 强大的分析工具使用领先的模拟引擎进行整个建筑分析，包括能源、制冷、供暖、采光和太阳辐射。这些工具还为建筑师提供了一种与业主合作的机制，以更好地监控建筑在运营期间的性能和成本。

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Phuc Le是数字顾问，BIM顾问，BIM应用专家和Forge开发人员。他目前担任欧特克东盟的技术专家，支持AEC领域的公司和组织成功实施BIM，云协作，计算设计和创成式设计。