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绿色性能导向下的建筑设计决策信息记录与回溯工具研发(2)

首先,在Grasshopper平台中进行参数化模型建构,并确定后期影响性能模拟的设计参量及相应设计值域,在参数化模型构建完成后可提取设计参量数据完成transDATA的数据生成模块的建构,并将数据生成模块中需要进行统计的数据接口接入到transDATA数据交互模块中;然后,运用Grasshopper内置的性能模拟引擎对不同设计参量生成的参数化模型进行模拟,完成所有方案组的模拟后,transDATA的数据交互模块可将模拟数据导入到数据库中;接下来,可根据建筑师的需求对不同性能优化目标进行多方案模拟数据的可视化比较,选出最优方案组;最后,依据transDATA的数据交互模块可将最优方案组相关设计参量信息从数据库中调取出来,完成最优方案的参数化建模。

三、 案例实践

为说明与验证transDATA工具是否能够满足绿色性能导向下的建筑设计要求及其执行效果的准确性,现以某寒地单层居住建筑作为实践案例对象,展开基于该建筑相关设计参量与建筑性能优化的实验,运用transDATA完成最优性能方案设计参量的决策。

(1)某寒地居住建筑设计条件及统计参量

该案例选取寒地某实际单层居住住宅作为绿色性能优化实验对象(图2),该建筑为单层砖混居住建筑,建筑开间10.5m,建筑进深8.5m,建筑层高为3m,开间进深比为1.23;设计要求南面为三个1.5m*1.5m的方形窗,北面为两个1m*1.5m与一个1m*1m的长窗,6个窗户窗台高度为0.7m;实验运用控制变量法对此居住建筑的南墙窗墙比、北墙窗墙比,建筑窗台高,建筑进深比作为优化参量,以全天然采光百分比DA300值[11],有效天然采光照度UDI100-2000值[12]和照度均匀度U值(室内最小自然采光照度与平均照度的比值)作为评价指标,对室内自然采光性能进行优化,以提高室内自然采光质量。

实验仿真模拟平台采用的是Grasshopper中的Honeybee室内自然采光模拟工具,实验小组1的控制变量为窗墙比,其中窗高定为1.5m,建筑面宽定为10.5m,根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26-2010)[13]与建筑高度3m的条件限制,将北墙窗墙比值域设为0.1-0.25,以0.05为模拟步长,将南窗窗墙比值域设为0.2-0.3,以0.05为模拟步长;实验小组2的控制变量为窗台高,其高度值域为0.4-1.3,以0.1为模拟步长;实验小组3的控制变量为开间进深比,其中建筑面宽10.5m为定量,其比值值域为1.1-2.0,以0.1为模拟步长;每个实验小组有10个模拟方案(图3.1-3.3),在每个实验方案模拟完成后,transDATA将对模拟结果数据进行记录;在每个实验小组方案全部完成模拟之后,transDATA将依据记录的模拟数据对10个方案的评价指标进行可视化,以方便实验者对优秀模型设计参量的提取。

(2)模拟结果分析

2.1实验小组1模拟结果分析:

实验小组1的控制变量为窗墙比,以北墙窗墙比为控制变量设置4个实验方案,以南墙窗墙比为控制变量设置6个实验方案,分别对其DA300值,UDI100-2000值以及室内采光照度进行模拟,结果如下(图4):

全天然自然采光百分比DA300模拟结果分析:DA300值与南北窗墙比呈正相关,且随着窗墙比的增大,室内DA300值的均匀度也呈上升趋势;对前四次模拟结果分析可得,在近窗约为1m以内部位的DA300值均可达到100%,而窗间墙部位却不到60%;在距离墙约为1m-3m处的DA300值为室内最理想的部位,这部分受窗墙比影响不大;在距离墙约为2m-4m处为DA300值下降较快的部位,该部分受窗墙比影响较大;当北窗窗墙比低于0.15,以及南墙窗墙比低于0.2时,室内DA300值低于60%部分超过了50%,不利于室内自然采光。

有效天然采光照度UDI100-2000模拟结果分析:UDI100-2000值与南墙窗墙比呈正相关,且随着窗墙比的增大,室内UDI100-2000值呈上升趋势,而UDI100-2000值与北墙窗墙比关系不大;与DA300值相反,靠近窗间墙0-1m部位的UDI100-2000值较靠近窗0-1m部位的UDI100-2000值更为理想;南墙近窗0-1m部位因照度过大导致UDI100-2000值不理想;北墙近窗部位UDI100-2000值适中;当南墙窗墙比低于0.15时,室内低于80%的UDI100-2000值明显增多。

室内自然采光照度模拟结果分析:室内照度值与窗墙比呈正相关,且随着窗墙比的增大,室内自然采光平均照度值也增大;近窗0-1m处的自然采光照度值受窗墙比影响较大,其理想照度范围随窗墙比增大而增大;整体室内照度均匀度不佳,且室内距离墙2m-4m部分照度值不理想。

2.2实验小组2模拟结果分析:

实验小组2的控制变量为窗台高,且南窗台与北窗台同高,设置10个方案分别对其DA300值,UDI100-2000值以及室内采光照度进行模拟,结果如下(图5):

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