关于建筑设计中棒影日照图的应用分析.doc
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关于建筑设计中棒影日照图的应用分析
摘要：
本文以棒影日照图的具体棒影数值为切入点，就其在住宅建筑设计中具体应用手段，做细致的探究分析，期望为有效改善住宅建筑冬季日照时间，提升住户居住环境与条件，提供有益的参考。
关键词：
建筑设计；棒影日照图；日照时间
《城市居住规划设计》对各气候区不同规模城市的住宅大寒日、冬至日日照时间均做出了最低限度规定，并要求老年人居住建筑冬至日日照时间不应低于2小时标准。
然而当前部分建筑因施工时建设单位对日照时间的疏忽，或是本身建筑地形、朝向、用地紧张等因素的影响，致使所建住宅建筑无法满足最低的城市住宅日照时间要求。
导致居民在冬季得不到足够的阳光照射，进而形成冰冷的住宅环境。
特别是建筑底部数层的住户，在冬季都得不到充分的日照时间，导致居住环境阴森寒冷，影响住户居住舒适度与卫生健康。
若能将棒影日照图应用到住宅建筑设计中，建设单位就能依据棒影日照图的数据，判别该建筑设计方案在冬季的日照时间，进而指导住宅建筑施工设计，确保建筑冬季日照时间的充分，以实现住户舒适、健康的居住环境要求。
一、棒影日照图的棒影数值概述
棒影日照图中棒影具体数值的运算，是先假设垂直于地面的任一棒的棒高为H，此棒在某一时刻下的棒影长度则为H′，而棒影的方位角为A′s，三者间的具体关系式为：
H′=H·coth
（1）
A′s=As+180°
（2）
再结合日照原理定义，则进一步得出：
cosa=（sinhs·sinФ-sinδ）/（coshs·cosФ）（3）
Sinhs=sinФ·sinδ+cosФ·cosδ·cosΩ（4）
四者关系式中，Ф是指地理纬度，即住宅建筑所处的具体地理纬度位置；δ是指太阳赤纬角，即太阳照射光线与地球赤道面之间所夹的圆心角数值；Ω则指时角，即是指在一天之中地球自转在某一时刻的时角；hs是指太阳高度角，即为太阳照射光线与地球地平面之间所形成的夹角；而As则是指太阳方位角，即为太阳照射光线在地球地平面上的投影线，与地平面正南线之间所形成的夹角。
二、建筑设计中棒影日照图的具体应用分析
（一）棒影日照图具体参数的确立
地理纬度Ф：
各城市的地理纬度一般有当地高斯坐标转化而成。
同一城市内的地理纬度所产生的纬度误差较小，其对棒影长度的影响也相对可忽略不计。
太阳赤纬角δ：
赤纬角的具体数值在每年的同一时间段均所有差别，其中赤纬角在大寒日的日变化值有十几秒，而在冬至日的差值变化仅有几秒。
（二）建筑设计中棒影日照图的计算绘制
在棒影日照图具体棒影数值计算中，依据本建筑住宅所处地理纬度Ф（如31°51′），赤纬角δ（如-20°17′），与时角Ω（指代某一日中的各个不同时刻）数据，就可套用公式（4）求出具体建筑的太阳高度角hs，再由公式（3）求出建筑的太阳方位角As，之后依据棒影长L与棒高（如1m）、棒影方位角之间的关系式：
公式
（1）求出各时间段的棒影长，以此为依据绘制住宅建筑某一日的棒影日照图。
表1为依据设立的地理纬度等数据求出的某一日各时刻棒影长度结果。
表1某日建筑棒影长度运算结果表
具体时刻
太阳方位角As
太阳高度角hs
棒影长L/m
12:
00
0°0′0″
37°52′0″
1.29
11:
00；13:
00
17°26′40″
35°55′17″
1.38
10:
00；14:
00
32°57′57″
30°28′10″
1.70
9:
00；15:
00
45°49′23″
22°21′44″
2.43
8:
00；16:
00
56°17′24″
12°26′30″
4.53
7:
00；17:
00
64°59′43″
1°20′2″
42.94
日出时刻；日落时刻
65°54′49″
0°0′0″
∞
而对建筑棒影日照图的绘制一般使用AutoCAD软件，在已有日照数据基础上绘制棒影日照图（如图1所示），并将其进行存储，比便在需要查阅时随时调出，并方便依据建设设计日照时间修改方案，对其棒影日照图数值、比例做相应的调整。
图1棒影日照图范例
（三）建筑设计中对棒影日照图的分析研究
（1）基础建筑资料
为了对绘制出的棒影日照图做有效分析，并研究建筑设计中的日照时间与改进方案，需要建设单位先对建筑项目的各类工程资料做准备，具体资料包含有：
①建筑项目被批准建设的设计条件；②住宅建筑用地的规划范围；③建筑所处地区的地形地貌图；④工程建筑设计图纸，以及建筑的用途、功能与经济指标等；⑤工程建筑现场附近建筑物的情况资料。
（2）建筑现场勘察
由于建筑工程所用资料图纸如城市地形图，往往若干年还会更新一次，其资料图纸就会存在时效性问题，导致建设单位所用地形图与实际现场地形情况不符，进而影响建筑设计与日照时间的判定。
因此需要建设单位在分析棒影日照图前对其施工现场与附近建筑物情况做细致、全面的勘察，掌握建筑现场的地形标高与地貌、气候水文条件、附近建筑物的层高朝向等实时数据，为其分析工作提供准确的施工现场信息。
（3）棒影日照图分析应用
①将各类基础建筑资料与现场勘测的数据信息输入计算机中。
②确立工程建筑日照计算高度（棒高）。
棒影日照图的棒高由建筑物之间的相对高度而定，对其数值确立主要分为三种情形：
一是在地势平坦的建筑现场，前后两栋建筑的可视高度差若趋近于零，则具体棒高H棒=H-H1，这其中H1是指后一栋建筑底层窗台距离户外地面的高度差。
二是建筑处于向阳坡，则具体棒高H棒=H-H1-H2，这其中H2是指前后两栋建筑的可视地面高度差。
三是若建筑处于背阳坡，则具体棒高H棒=H+H2-H1，三类情形的棒高确定如图2所示。
图2三种情形下建筑棒高的确立图
③把各栋建筑的棒影日照图互相叠加并整体旋转180°，进而形成综合棒影日照图块。
④将综合棒影日照图块叠加到建筑平面示意图上，进行逐栋建筑的分析，依据棒影日照原理与日照图数据，来判别各栋住宅建筑在大寒日、冬至日各时刻的具体日照时间。
即是说将建筑综合棒影日照图块与建筑平面图相重合，令棒影日照图块中棒长的原点与所测建筑房间的窗台中点对齐，依据之前测算出的棒高数值，找出与棒高值相等的影长线，即大寒日或冬至日在从日出到日落各时刻的棒高，均与影长线相等。
某一时刻内影长线范畴中若出现可遮挡房间的建筑或山坡情形时，就需要测量该房间在此时有无日照，相反，若遮挡建筑或山坡在影长线范畴之外，则说明房间在这一时刻有日照，以此推算出该建筑房间在大寒日或冬至日的具体日照时间。
并分析其日照时间是否符合《城市居住规划设计》，对该城市区域建筑日照时间的最低标准规定。
⑤若所判别出的住宅建筑大寒日、冬至日日照时间不符合规范对该城市建筑的最低要求，就需在建筑设计中修改各建筑间距，制定具体调整方案予以实施，以达到住宅建筑的日照时间需求。
结束语：
我国各气候地区、各规模城市应用棒影日照图法，均可测算出其区域范围建筑在不同季节、某一天中的日照时间。
由此为建设单位在建筑设计阶段判断具体建筑楼层在冬季的日照时间、是否符合住宅建筑日照要求；为修改建筑设计提供科学、准确的日照时数信息。
从而在建筑设计环节就预防不合理的建筑日照缺陷出现，有效维护建筑住户的居住健康与舒适。
参考文献：
[1]马咏真.福州市住宅建筑合理日照间距[J].莆田学院学报,2011,05:
87-92.
[2]李勇增,刘景青,张绍雄.居室有效日照的评估与应用[J].广东气象,2012,03:
50-52.
[3]杨青春.日照分析在居住区规划和建筑设计中的问题探讨[J].中华民居（下旬刊）,2014,02:
60+62.
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