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建筑物日照分析測量
摘 要：隨著(zhù)城市高層建筑物的增多，為了使城市居民的“陽(yáng)光權”得到充分保障，為了建設和諧社會(huì )，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;分析;測量;模型;數據;日照
引言
日照分析是指具有相關(guān)資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)部門(mén)采用計算機分析軟件，根據國家標準對有日照要求的擬建、在建或已建的建筑模擬其在規定的日照標準日的日照情況，分析計算其相關(guān)的量化指標。簡(jiǎn)單地講，建設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》，作為規劃管理部門(mén)審核建設工程規劃設計方案的依據之一。
一、建筑物日照分析測量在規劃設計中的重要性
隨著(zhù)城市高層建筑的大量涌現和建筑物的密集化，光照日益成為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)。光照也成為了一項權利――采光權。采光權的保障在城市建筑規劃管理中也成為一項重要的參考系數。這主要是因為光照在現代社會(huì )中作用的不斷凸顯使然。光照對建筑規劃管理的意義也主要就是現代社會(huì )光照的意義。
1.1 城市建筑規劃管理
城市建筑規劃管理涉及城市各項功能是否能夠良好地發(fā)揮，影響著(zhù)城市文化品味和城市形象，關(guān)涉著(zhù)城市長(cháng)遠、健康發(fā)展，城市規劃是建設城市和管理城市的依據。這充分凸顯了城市建筑規劃管理的價(jià)值和意義。城市建筑規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(guò)有效的城市建筑規劃管理能夠使這些自然資源得到充分的利用。同時(shí)也能夠降低其他資源的損耗。城市建筑規劃管理影響著(zhù)城市的內涵和品位。一個(gè)城市的文化品位最明顯的體現在城市的建筑物上。優(yōu)越的城市建筑規劃管理能夠展示城市的文化內涵，提升城市的整體形象與品味。正確認識城市建筑規劃管理職能的內容對充分發(fā)揮規劃管理對城市經(jīng)濟社會(huì )科學(xué)和諧發(fā)展的推動(dòng)作用有重要意義，所以城市建筑規劃管理應始終為城市發(fā)展過(guò)程中關(guān)注的問(wèn)題。
1.2 光照影響健康
尤其在預防癌癥或減緩惡性腫瘤發(fā)展進(jìn)程等方面發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。特別是對小孩和老年人來(lái)說(shuō)，一天之中接受適量的光照對自身健康有著(zhù)重要作用。陽(yáng)光對孕婦胎兒的發(fā)育也很重要，但是，過(guò)量的光照也會(huì )影響人體的健康�？赡軙�(huì )引發(fā)一些比較嚴重的健康疾患。為了人體的健康和生活成本的節約，房屋建筑必須考慮光照問(wèn)題。
1.3 光照影響房?jì)r(jià)
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(guò)戶(hù)，所以，買(mǎi)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?jì)r(jià)方面就會(huì )偏高。由于各種原因而光照條件不好的房屋就在價(jià)格上低一個(gè)檔次。所以，房屋建筑設計需要考慮光照問(wèn)題。
1.4 光照影響城市交通
隨著(zhù)建筑材料的不斷豐富，玻璃大廈不斷出現。再加上汽車(chē)尾氣等容易產(chǎn)生光化學(xué)反應。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(zhù)居民的出行便捷程度，造成城市交通經(jīng)常出現擁堵甚至是癱瘓，嚴重限制了城市的長(cháng)遠發(fā)展。在道路規劃設計和房屋建筑管理方面需要對光照問(wèn)題格外重視。
1.5 光照上升為居民的采光權
采光權的劃分和保障已經(jīng)成為建筑規劃管理部門(mén)在建筑項目審批、高層房屋工程設計監督和建筑工程項目許可中的一個(gè)不能不考慮的問(wèn)題。同時(shí)，我國關(guān)于居民采光權的保障、侵權賠償，房屋設計的具體量化指標方面存在一些不太精確的規定等原因致使圍繞光照的糾紛不斷出現，這體現了當前城市建筑規劃管理工作中的問(wèn)題也反映了當前城市建筑規劃管理工作需要不斷地反省轉變工作職能。
二、日照分析的內容及數據收集
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(guò)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(shí)間。據此可知對日照影響的因素就是日照測量的內容，主要包括如下幾個(gè)方面。
現狀建筑物的平面位置：它是進(jìn)行日照分析最基礎的數據，依據平面位置才能確定建筑物形狀、間距和相互關(guān)系等參數。
建筑物總高度：它能直接反映出建筑物間是否會(huì )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地坪至屋頂的高度，包含對采光有影響的檐口、實(shí)體女兒墻、斜面屋屋脊、電梯間、水箱等附屬物。
建筑物室內外地坪高程：室內外地坪高程變化大，地形起伏大，其受日照影響也會(huì )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。當室內地坪有高差時(shí)，應分別測量其高程及分界線(xiàn)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(mǎn)足了日照要求，3層及以上也會(huì )滿(mǎn)足日照要求，這就需要1-2層的層高數據。
建筑物窗戶(hù)、陽(yáng)臺位置：日照分析對窗戶(hù)、陽(yáng)臺的采光時(shí)間作出了規定，要想得到窗戶(hù)、陽(yáng)臺的日照時(shí)間就必須測量窗臺、陽(yáng)臺位置以及寬度、高度。
三、日照分析的數據采集方法及模型建立
3.1 數據測量
施測前準備工作：首先，要根據擬布置的高層或多層建筑初步設計位置和高度，用日照分析軟件進(jìn)行模擬，初步確定日照測量范圍，此過(guò)程一般由有資質(zhì)的設計單位完成。然后，對測區已有資料進(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狀建筑物進(jìn)行編號，一般從西北角開(kāi)始，按順時(shí)針?lè )较蜻M(jìn)行。
控制測量：根據收集的高等級的控制點(diǎn)分布情況，適當進(jìn)行加密，平面可采用圖根導線(xiàn)或GNSS-RTK圖根的形式布設，高程可采用圖根水準施測，點(diǎn)位埋設要保證每幢建筑物主要拐點(diǎn)能直接觀(guān)測。圖根控制測量及精度應符合城市測量規范的要求。
建筑物平面位置測量：一般采用全站儀全野外數字測圖的方法，儀器自動(dòng)記錄三維坐標數據。對每幢房屋的凹凸部分、陽(yáng)臺和窗戶(hù)等盡可能地實(shí)測坐標，對個(gè)別不能直接實(shí)測的目標，可采用量距的方法，并在現場(chǎng)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，測前要對儀器指標差進(jìn)行檢驗和校正。為方便對屋檐、屋脊、窗臺等高處目標的測量，建議采用免棱鏡全站儀直接測量三維坐標，測點(diǎn)時(shí)須注意反射點(diǎn)的選取，以防“飛點(diǎn)”產(chǎn)生。日照分析一般只涉及1-2層室內層高，可采用手持測距儀施測，分別測量室內凈高和樓板厚度。對于屋頂為坡屋頂的樓房除要測量北檐口、女兒墻高度外，還要測量屋脊線(xiàn)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筑物也要詳盡測量。平面、高程測量精度要按照城市測量規范中日照測量的要求執行。
室內外高程測量：可將建筑物室內、室外地坪設為圖根水準轉點(diǎn)一并予以施測，其他點(diǎn)可采取水準支點(diǎn)方式測量。
內業(yè)成果整理：將野外采集數據輸入電腦，并通過(guò)繪圖軟件數字化編繪成圖，宜采用1：500基本比例尺。水準測量數據先進(jìn)行平差計算，再把點(diǎn)位高程成果注記在建筑物對應的位置上。對建筑層高、總高度、窗臺寬度、高度等測量數據可利用Excel制作統計表格，并用CAD繪制平面圖、立面圖、窗位圖。
3.2 三維建模
一般，對節能要求較高的建筑、需要利用太陽(yáng)能資源的建筑需要做日照分析。在做一個(gè)小區或一個(gè)公共建筑群區的前期規劃時(shí)，為了合理利用太陽(yáng)能資源，使建筑在冬季充分利用太陽(yáng)能及獲得更充分的日照，而在夏季盡量避免日照，這時(shí)候，日照分析就顯得特別重要。隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，數字城市的進(jìn)程逐漸加快，全國各地的數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(lái)講常用的建模技術(shù)是通過(guò)影響將城市的模型范圍進(jìn)行劃分，根據若干區域的分割和影像對城市的建模進(jìn)行一個(gè)結構和紋理的補充，最后通過(guò)制作人員的DLG屋頂矢量圖等數據進(jìn)行結構的模型建立，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據的來(lái)源和精度息息相關(guān)，并且一旦數據精度或者精細程度不能夠滿(mǎn)足要求將造成建模的不夠精確，以日照分析測量數據為基礎的三維建模與常規方式不同的是能夠更細致的表現出模型的細節構造，在普通的建筑建模工作中，通常祖業(yè)人員簡(jiǎn)單的通過(guò)目測對建筑模型進(jìn)行一個(gè)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(wèn)題需要很大程度的矯正，日照分析測量數據的三維建�？梢愿鶕T(mén)窗陽(yáng)臺進(jìn)行一個(gè)精細的建模處理，從而保障房屋細部結構精度，提高建模質(zhì)量。
方便對陽(yáng)臺進(jìn)行建模，基于影像建模時(shí)，陽(yáng)臺通常用紋理貼圖表示，使得模型顯得不真實(shí)，利用日照分析測量數據可以對陽(yáng)臺進(jìn)行建模，使模型更具有立體感，而且能確保陽(yáng)臺模型的精度，常規方式即使對陽(yáng)臺建模也是作業(yè)人員依據照片估算的大小。
減少出現層高錯誤，現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(lái)，常規手段建模大都按層數將模型平分，這樣的做法并不準確，日照分析測量數據中有精確的層高數據，利用日照分析測量數據進(jìn)行三維建�？梢员苊獬霈F層高錯誤的現象。
日照分析測量的成果形式：日照分析測量，最終的成果包括區域總平面圖，建筑物底層標準層平面圖，建筑物屋頂平面圖，建筑物數碼照片等。日照分析測量做的是平面的二維數據，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(gè)側立面圖結合起來(lái)的話(huà)，就是一個(gè)立體圖，故從直觀(guān)的角度來(lái)說(shuō)，日照分析測量成果能夠滿(mǎn)足三維建筑模型的生產(chǎn)。
三維建筑模型的定義：依據建筑物測量數據或設計資料制作的三維模型，主要表達建(構)筑物的空間位置幾何形態(tài)及外觀(guān)效果等，再通過(guò)外觀(guān)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)筑物的三維表達，與普通地形圖相比，優(yōu)勢在于更直觀(guān)，更形象。
因為太陽(yáng)入射角是一個(gè)與日期、時(shí)間、經(jīng)緯度相關(guān)的一個(gè)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(shí)間、任意地理位置的太陽(yáng)入射角度。此外嚴格來(lái)講，太陽(yáng)是一個(gè)點(diǎn)光源，即太陽(yáng)光是從一點(diǎn)發(fā)出的，但是由于地球與太陽(yáng)的距離十分遙遠，當太陽(yáng)光到達地球表面時(shí)，光線(xiàn)幾乎是平行的了。所以在模型建立中采取架設太陽(yáng)光是平行的。三維模型是由質(zhì)量數據分辨率等因素決定的，常用的數據源是二維數據加航空影像，在平面及高度測量精度兩方面，日照分析測量成果完全滿(mǎn)足三維模型生產(chǎn)所需要的幾何數據的精度要求，外業(yè)數據可以直接利用。另外，日照分析測量門(mén)窗的間距與高度都是實(shí)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(shí)際。
在三維建模過(guò)程中，通常要采用地形資料和航空影像的資料進(jìn)行詳細分析之后通過(guò)科學(xué)的數據建立基本模型，根據具體的情況再進(jìn)行文理數據的貼圖，以增加真實(shí)感和立體感，采用實(shí)景照片作為紋理的情況下要根據三維基礎模型生產(chǎn)技術(shù)標準的要求對貼圖中的一些模糊區域進(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(mén)窗層高線(xiàn)和立面等必須保持水平或者垂直，清晰度要有足夠的保證，避免模糊不清的現象。同樣在外業(yè)的數據采集中也尤為重要，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，根據日照分析測量的基本標準和技術(shù)要求，主客體的建筑外形采用攝影方式可能會(huì )出現一些條件上的限制問(wèn)題，這種情況下如果不能拍到全景模式時(shí)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，屬于內業(yè)工作的處理，從這個(gè)角度來(lái)看可以說(shuō)照片的拍攝是為了建筑的形狀和紋理更為真實(shí)，所以照片就為日照分析測量提供了一個(gè)重要的基礎，日照分析測量所攝的照片基本能夠滿(mǎn)足三維建模的要求，而且相比較于其他無(wú)實(shí)地照片的外業(yè)數據源來(lái)說(shuō)這也是一個(gè)比較大的優(yōu)勢。
四、結語(yǔ)
綜上所述，在建筑設計工作中建筑物日照分析隨著(zhù)建筑設計的不斷發(fā)展越來(lái)越重要，這就需要我們重視建筑物日照分析測量的工作，從測量數據以及建模方式不斷地進(jìn)行完善，真正的實(shí)現建筑物的良好日照效果。
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