[發明專利]基于BIM的地表建筑太陽輻射估算方法

有效

• 申請號: 201811031896.4
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109165458B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 楊強;鄭加柱;陳動;陳紅華;何立恒;陳健;何龍江;周權平;姜月華;張潔;蔡逸濤;劉林
• 申請（專利權）人: 南京林業大學;中國地質調查局南京地質調查中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06Q50/08
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

本發明提出了一種基于BIM的地表建筑太陽輻射估算方法，具體步驟包括：1）多尺度精細地表曲面模型構建與優化；2）基于BIM的城鎮建筑信息空間規劃與表達；3）基于BIM的城鎮建筑基本天然采光評估；4）太陽輻射空間曲面模擬預測模型的構建；5）基于BIM的太陽輻射時空分布定量評估；6）基于BIM的建筑表皮響應設計策略。優點：1）提出基于高分遙感影像的數字地表模型分區、分尺度構建與優化方法；2）有效解決建成區已有建筑和規劃建筑中的太陽輻射定量估算問題；3）科學指導城鎮微觀尺度生態環境要素的模擬與仿真；4）為城鎮區域太陽輻射能的利用開發提供理論基礎和技術支撐；5）拓展城鎮微觀尺度生態環境多學科交叉融合的理論基礎和技術方法。

技術領域

本發明是一種基于BIM的地表建筑太陽輻射估算方法，屬于環境監測與保護技術領域。

背景技術

在新型城鎮化建設戰略進程的推進下，城鎮化與生態環境的時空耦合問題日益得到社會各界的重視和關注。城鎮化和生態環境之間存在著極其復雜的相互作用、交互耦合和相互依賴關系。從城鎮化對生態環境的脅迫作用層面出發，城鎮人口集聚、城鎮空間擴張、經濟規模增加、社會經濟急速上升等均對生態環境產生影響和壓力，造成生態服務功能下降；同時，隨著社會科技進步、產業結構調整、人口城鎮化發展質量提升、價值觀念轉變、生活方式改善等第三地理本性的完善，將在一定程度上促進生態環境保護政策與措施的實施。從生態環境對城鎮化的限制和約束作用層面出發，生態環境是城鎮化發展的根基，其水資源、土地資源、氣候資源、生物資源、能源資源、礦產資源等存在著有一定的承載能力，甚至個別資源的過度開發和利用具有不可逆性的特點，勢必造成大氣污染、水環境惡化、土壤質量退化、生態系統退化等環境問題。故生態環境通過反饋作用對后續城鎮化發展產生限制和約束作用。

城鎮是人類在改造和適應自然環境過程中所建立起的“自然-經濟-社會”的復合生態系統。城鎮擴張是城市格局在空間尺度上的蔓延，是人類社會經濟活動最聚集、土地利用開發強度最高的空間地表區域，是城鎮化過程中土地利用/覆被變化最為直觀的表現形式。從宏觀尺度上，城市空間不斷的擴張與重構導致了諸多的生態環境問題，如生態綠地破壞、熱島效應、環境污染等，給城市規劃與管理帶來多重挑戰。從微觀尺度上，長期粗放式的土地利用造成城鎮內部微環境發生了顯著變化，如風、熱、光、聲和污染物等微環境日益惡化，嚴重影響了城鎮人居環境的提升。因此，不同時空尺度下城鎮環境質量保護與建設研究是實現城鎮可持續發展的理論基礎和技術保障，對于提升中國生態文明建設有著至關重要作用。

城鎮環境是人類活動改變生態環境的重要體現，是城鎮居民賴以生存的物質基礎、城鎮社會可持續發展的客觀基礎，是區域生態環境的重要組成部分。目前，城鎮生態環境在不同的時空范圍內呈現出一系列的問題，如水體污染、噪聲污染、光污染、固體廢棄物污染、土壤污染和基礎設施缺乏等，所引起的社會問題層出不窮，在宏觀尺度和微觀尺度上“城市病”現象日益突出。同時，城鎮建成區和大型建筑工程與設施微觀環境所涉及的內容包含風環境、污染物環境、熱環境、光環境、聲環境等，上述這些不同的微觀生態要素在區域宏觀地理環境、地質環境和生態環境的基礎上能夠得到切實、有效的提升和改善，對于區域城鎮規劃、大型基礎設施與工程建設、新城建設和舊城改造改建有著重要的意義。因此，從微觀尺度上來定量地評估城鎮生態環境要素及其生態環境效應是解決城鎮化與生態環境協調發展、改善城鎮適宜度和提升人居環境質量的有效途徑和技術手段。

太陽輻射是地球生態系統物理過程和生物過程的能量源泉和基本動力，也是城市生態系統保護與重建所考慮的重要因素之一。在開展城鎮化建設過程中，綠地景觀格局與系統、建筑區規劃布局、單體建筑設計和建筑表皮與細部構造等的局部設計均需要考慮與太陽輻射的相互作用，以提升對太陽輻射能的利用和開發強度。在舊城老建改造、大型基礎設施與工程(如太陽能發電站、太陽能化工基地等)中也需考慮上述問題。同時，隨著時間和空間的變化，太陽輻射對上述要素作用的持續時間和作用強度也會隨之發生改變。另外，除考慮上述因素外，居民生理、心理和行為的健康需求也不能被忽視，這也是新時期新型城鎮化建設“以人為本”理念的基本要求。因此，太陽輻射的定量模擬與估算是城鎮規劃與建設所需解決的重要問題之一。