计算机模拟软件Ecotect在室内光环境设计中的应用

刘建委

摘要： 文章对Ecotect软件的功能、优势和在室内光环境中的计算机模拟方法做了简要介绍，并对通过对实例的检测和分析，指出光环境的计算机模拟技术已成为光学设计中一项可靠而高效的工具。

关键词：Ecotect软件;自然采光;模拟设计

随着计算机软件技术的不断提升，计算机模拟软件在设计中的应用已不仅仅停留在辅助绘图阶段，而在设计的方案阶段对室内物理特性进行模拟分析已成为计算机模拟辅助设计的新领域。通常所说的计算机模拟软件（CAD、3DMAX、Sketchup）一般是用来进行建筑制图、造型设计和建筑施工过程等，而Ecotect软件则可以用于对建筑室内外物理环境、建筑及城市耗能、城市景观环境等进行模拟检测和分析，其结果可直接用于指导建筑及城市设计过程，从而帮助设计师验证设想，为创造出舒适、健康、节能的可持续人居环境提供了有力的保障。

1 计算机模拟软件Ecotect简介

Ecotect是由英国Square One公司开发的生态建筑设计软件，主要应用于方案设计阶段，至今仍在不断地发展完善，目前市场上的最高版本为5.20版。该软件提供了友好的三维建模设计界面，与设计师常用的辅助设计软件SketchUp、3DMAX、AutoCAD有很好的兼容性，3DS、DXF格式的文件可以直接导入，而且软件自带了功能强大的建模工具，可以快速建立起直观、可视的三维模型。然后只需根据建筑的特定情况，输入经纬度、海拔高度，选择时区，确定建筑材料的技术参数，即可在该软件中完成对模型的太阳辐射、热、光学、声学、建筑投资等综合的技术分析。

2 计算机模拟软件Ecotect的优势

Ecotect与众不同之处在于它完全可视化的物理计算过程回馈。只要输入一简单的模型，就可以提供数字化的可视分析图，随着设计的深入，分析也越来越详细。Ecotect还可提供许多即时性分析，比如改变地面材质，就可以比较房间里声音的反射、混响时间、室内照度和内部温度等的变化;加一扇窗户，立刻就可以看到它所引起的室内热效应、室内光环境等的变化，甚至可以分析整栋建筑的投资。它对于设计师的方案设计理念是一个重要的提升，是建筑节能设计的一个很好的体现，尤其和SketchUp的配合使用充分体现设计师作品向生态化设计方向的延伸。它的优势还体现在：计算速度快，直观，技术性强，具有模拟真实条件的能力，可进行多方案模拟比较，可根据设计的进度随时进行模拟检验，适时指导设计过程，能够真正起到指导设计的作用。

3.实例分析

Ecotect软件提供了一系列的分析功能，在这些分析中，自然采光分析是重点之一。设计师通过可视化的输出图像，可以得到室内光环境的平面日光照明、采光系数、剖面日光照明、太阳投影等方面的量化信息，从而使设计人员在方案初期对光环境有一个全面而直观的了解，帮助设计人员方便、快捷地进行多方案比较，并及时对方案做出调整，使方案的室内光环境更加舒适、健康和符合功能要求。

下面就以某实验室改造为对象，通过对改造前后室内光环境的对比分析，來说明计算机模拟软件Ecotect在室内光环境设计中的应用。

3.1 前期设置

Ecotect中使用的是CIE全阴天分布（Overcast Sky Distribution）计算模型，此模拟的主要目的是检测方案的自然采光情况，顾不考虑人工光源，整个过程可以通过分析网格或独立的传感点来计算自然光照明度。设置网格位置距离地面1米;设计天空照度为5000Lux;地理位置：北纬34°，经度117°;时间：2007年4月;窗户干净度：一般。

3.2 结果比较分析

图1、2是改造前后的自然照明分析图，从图中的提供的数字化可视结果得出，改造前（图1）平均日光照度为802.8Lux，采光系数平均值为16.06%，最低处照度为20.58Lux，采光系数为0.41%，此种采光方式在正常情况下近窗处房间亮度过高，光线沿房间进深方向下降幅度较大，部分房间得不到阳光，完全靠人工照明，整个房间采光不均匀。窗间墙部分亮度低，与刺眼的窗口形成强烈对比，容易造成眩光。按照我国2001年发布的《建筑采光设计标准》（附表1），学校建筑室内天然光临界照度值为100Lux，最小自然采光系数为2%，可见此种采光方式不能满足视觉机能的要求，且浪费能源。

针对旧建筑（图1）自然采光不足的问题，在新方案中（图2）设计师采取了三种对应措施。首先，将原方案“回”字形外廊的主通道去掉，并入室内空间，把室内主交通变成“井”字形走廊形式，“井”字形走廊的东西南北四端直接连着外立面窗户。其次，增加室内天井，天井的设计吸收中国传统内庭的优点;这一措施将会最大限度地吸收室外阳光和空气。而且它连接了建筑竖向的交通流线，丰富了建筑外部形式和室内空间层次，使原有的“长方形盒子”多了一个中心，成为整个空间的共享大厅，符合现代人的心理需求和行为模式。第三，材料的选择。建筑内装修采用浅色调，增加二次反射光线，保证室内获得充足的光线，并达到一定的均匀度。由模拟计算得出的分析图可以发现：在采取上述三种措施后，图2的自然采光量明显优于图1。在图2中，室内平均日光照度值为1248.09Lux，采光系数为22.48%。窗口处照度最高，达到4653.12Lux，沿进深方向照度下降，最深处也能达到253.47Lux。与原方案相比，新方案自然采光量较大，造价便宜，易于控制。可见在新设计方案中，自然照明达到国家指标，且分布比较均衡，达到了减少白天的人工照明，节省照明能耗的目的，减轻了因照明设备散热而增加的空调负荷，提高了建筑舒适度。

4 结语

在实际项目中，设计师仅凭经验或感觉难以判断整个方案的采光设计是否与实际情况相符，更难有定量的分析与表述，而利用计算机模拟软件则可以有效的帮助设计师验证设想，准确的评价环境的质量和舒适性。与传统的现场实测、模型试验等方法相比，其优点并不局限于计算机模型易于修改、节省时间和费用，最重要的是计算机模拟的结果，可以更好地视觉化和做更进一步的分析。

参考文献：

[1]王静波. 室内声场计算机模拟软件ODEON在声学设计中的应用. 声学技术，2003.3 236-238

[2]高辉 刘辉.计算机模拟辅助建筑与环境设计技术.中国科技论文在线http：//www.paper.edu.cn

[3]赵蓓 余庄.建筑光环境的计算机模拟设计.中国建筑学会，2007.07.

[4]Ecotect中国站