[发明专利]基于BIM的地表建筑太阳辐射估算方法

说明书

本发明提出了一种基于BIM的地表建筑太阳辐射估算方法，具体步骤包括：1）多尺度精细地表曲面模型构建与优化；2）基于BIM的城镇建筑信息空间规划与表达；3）基于BIM的城镇建筑基本天然采光评估；4）太阳辐射空间曲面模拟预测模型的构建；5）基于BIM的太阳辐射时空分布定量评估；6）基于BIM的建筑表皮响应设计策略。优点：1）提出基于高分遥感影像的数字地表模型分区、分尺度构建与优化方法；2）有效解决建成区已有建筑和规划建筑中的太阳辐射定量估算问题；3）科学指导城镇微观尺度生态环境要素的模拟与仿真；4）为城镇区域太阳辐射能的利用开发提供理论基础和技术支撑；5）拓展城镇微观尺度生态环境多学科交叉融合的理论基础和技术方法。

技术领域

本发明是一种基于BIM的地表建筑太阳辐射估算方法，属于环境监测与保护技术领域。

背景技术

在新型城镇化建设战略进程的推进下，城镇化与生态环境的时空耦合问题日益得到社会各界的重视和关注。城镇化和生态环境之间存在着极其复杂的相互作用、交互耦合和相互依赖关系。从城镇化对生态环境的胁迫作用层面出发，城镇人口集聚、城镇空间扩张、经济规模增加、社会经济急速上升等均对生态环境产生影响和压力，造成生态服务功能下降；同时，随着社会科技进步、产业结构调整、人口城镇化发展质量提升、价值观念转变、生活方式改善等第三地理本性的完善，将在一定程度上促进生态环境保护政策与措施的实施。从生态环境对城镇化的限制和约束作用层面出发，生态环境是城镇化发展的根基，其水资源、土地资源、气候资源、生物资源、能源资源、矿产资源等存在着有一定的承载能力，甚至个别资源的过度开发和利用具有不可逆性的特点，势必造成大气污染、水环境恶化、土壤质量退化、生态系统退化等环境问题。故生态环境通过反馈作用对后续城镇化发展产生限制和约束作用。

城镇是人类在改造和适应自然环境过程中所建立起的“自然-经济-社会”的复合生态系统。城镇扩张是城市格局在空间尺度上的蔓延，是人类社会经济活动最聚集、土地利用开发强度最高的空间地表区域，是城镇化过程中土地利用/覆被变化最为直观的表现形式。从宏观尺度上，城市空间不断的扩张与重构导致了诸多的生态环境问题，如生态绿地破坏、热岛效应、环境污染等，给城市规划与管理带来多重挑战。从微观尺度上，长期粗放式的土地利用造成城镇内部微环境发生了显著变化，如风、热、光、声和污染物等微环境日益恶化，严重影响了城镇人居环境的提升。因此，不同时空尺度下城镇环境质量保护与建设研究是实现城镇可持续发展的理论基础和技术保障，对于提升中国生态文明建设有着至关重要作用。

城镇环境是人类活动改变生态环境的重要体现，是城镇居民赖以生存的物质基础、城镇社会可持续发展的客观基础，是区域生态环境的重要组成部分。目前，城镇生态环境在不同的时空范围内呈现出一系列的问题，如水体污染、噪声污染、光污染、固体废弃物污染、土壤污染和基础设施缺乏等，所引起的社会问题层出不穷，在宏观尺度和微观尺度上“城市病”现象日益突出。同时，城镇建成区和大型建筑工程与设施微观环境所涉及的内容包含风环境、污染物环境、热环境、光环境、声环境等，上述这些不同的微观生态要素在区域宏观地理环境、地质环境和生态环境的基础上能够得到切实、有效的提升和改善，对于区域城镇规划、大型基础设施与工程建设、新城建设和旧城改造改建有着重要的意义。因此，从微观尺度上来定量地评估城镇生态环境要素及其生态环境效应是解决城镇化与生态环境协调发展、改善城镇适宜度和提升人居环境质量的有效途径和技术手段。

太阳辐射是地球生态系统物理过程和生物过程的能量源泉和基本动力，也是城市生态系统保护与重建所考虑的重要因素之一。在开展城镇化建设过程中，绿地景观格局与系统、建筑区规划布局、单体建筑设计和建筑表皮与细部构造等的局部设计均需要考虑与太阳辐射的相互作用，以提升对太阳辐射能的利用和开发强度。在旧城老建改造、大型基础设施与工程(如太阳能发电站、太阳能化工基地等)中也需考虑上述问题。同时，随着时间和空间的变化，太阳辐射对上述要素作用的持续时间和作用强度也会随之发生改变。另外，除考虑上述因素外，居民生理、心理和行为的健康需求也不能被忽视，这也是新时期新型城镇化建设“以人为本”理念的基本要求。因此，太阳辐射的定量模拟与估算是城镇规划与建设所需解决的重要问题之一。