Моделирование затенения - важнейший инструмент при проектировании эффективных зданий. Только так можно достаточно подробно изучить положительное и отрицательное влияние падающего солнечного света на здание и тем самым дать более четкий ответ на вопросы, связанные с определением размеров. Благодаря расчету затенения на основе моделей зданий Revit, LINEAR снова предлагает своим пользователям интересную возможность выполнить более точные расчеты и одновременно стать более продуктивными.
Введение
Для того чтобы учесть все факторы при динамическом моделировании, совершенно необходимо, чтобы компоненты ограждающих конструкций помещения были учтены с их правильной ориентацией и характеристиками материалов в соответствии со стандартами. В настоящее время этот этап работы в значительной степени выполняется алгоритмами автоматического распознавания непосредственно из модели здания, так что в идеале результаты нужно только просмотреть. С другой стороны, для корректного расчета теплоотдачи от прозрачных компонентов необходимо определить стеклянные поверхности и площади затенения, чтобы оценить влияние самозатенения и внешнего затенения. В отличие от ограждающих поверхностей, затеняющие элементы не связаны напрямую с рассматриваемыми объемами помещений. Необходимо знать, в какой степени непрозрачный элемент может затенять другой прозрачный элемент, чтобы решить, включать ли его в расчет в качестве источника тени.
Определение соответствующих источников тени заранее не всегда возможно для каждого приложения. Если обобщить желательные требования к детальному расчету затенения, то помимо правильного определения пропорции каркаса, необходимо также учесть затенение, присущее раскрытиям, атриумам, внутренним дворам или смещению здания. Однако, в зависимости от проекта, возможно, стоит учесть и внешние источники тени, такие как соседние здания, рельеф местности или растительность. Для достаточно точного анализа сначала необходимо определить, какие поверхности модели имеют значение для расчета затенения. Это можно сделать либо чисто семантически, исключив определенное содержимое или материалы модели, либо геометрически, используя геометрические эвристики (например, положение, размеры).
На практике для моделирования внутреннего и управляемого затенения (например, штор или жалюзи) делаются различные упрощения. Для фиксированных или внешних затеняющих воздействий в дополнение к ручному моделированию часто используются комбинации семантической и геометрической фильтрации. Определение подходящих геометрических пороговых значений (например, радиусов поиска, минимальных площадей) должно быть основано на эмпирических значениях с использованием цели моделирования для данной структурной ситуации. Опасность заключается в том, что слишком много или слишком мало областей включаются в расчет в качестве элементов затенения. В то время как первый случай влечет за собой потери во времени выполнения расчета, второй может привести к грубой ошибке в оценке солнечного излучения. Поэтому некоторые инструменты моделирования основаны на методах, не требующих задания геометрических пороговых значений. При таком подходе лучи света проходят через модель с направления солнца, что позволяет точно определить эффекты затенения. Элементы затенения возникают автоматически в результате прерывания световых путей.
Новая функция: расчет затенения
Подход, представленный в этой статье, основан на так называемых методах трассировки лучей. Вместо того чтобы просто определять элементы затенения и передавать их для расчета, кривые затенения предварительно вычисляются непосредственно в модели здания. Преимущество такого разделения чисто геометрических компонентов процесса расчета заключается в том, что сложные геометрические вычисления могут быть ускорены на GPU и выполнены заранее. Во время параметризации динамической симуляции к этим кривым затенения можно неоднократно обращаться и использовать их напрямую. Пересчет необходим только в случае изменения архитектурной модели, а семантическая фильтрация может быть применена через настройки текущего представления.
Ключевым аспектом этого подхода является доверие. Особенно в динамических симуляциях отдельные эффекты часто могут быть качественно подтверждены только за счет наложения множества входных переменных или использования конкретных тестовых сценариев. Когда речь идет о расчетах затенения компонентов здания, мы имеем дело со сложными вычислениями, но их результаты можно легко проверить. Чтобы облегчить эту задачу, в версии 25 мы представим новое приложение "Расчет затенения" как часть решений LINEAR для Revit.
Период расчета может быть ограничен соответствующими расчетными днями согласно VDI 2078, а не охватывать весь год. При обнаружении неправдоподобностей (например, из-за неверно заданного местоположения проекта или неправильного расположения/ориентации компонентов) содержание модели может быть исправлено напрямую, а набор данных затенения для модели может быть пересчитан.
Интерфейс диагностического инструмента похож на программное обеспечение для редактирования аудио. Инструмент поиска позволяет пользователям выбирать репрезентативные окна для проверки правдоподобности после завершения расчета. Для всех рассчитанных временных точек можно проанализировать и сравнить кривые затенения в этих примерных ситуациях с визуальным представлением, интегрированным в Revit. Для этого в рабочем представлении необходимо активировать солнечный путь и отбрасывание тени.
После проверки качества рассчитанных результатов данные можно перенести в LINEAR Building. Для этого кривые затенения для всех окон сохраняются в файле с расширением EAC и используются в оконной конфигурации динамической охлаждающей нагрузки в качестве коэффициента внешнего ослабления (EAC).
Поменяв местами наборы данных EAC и пересчитав их, можно легко сравнить несколько предварительно вычисленных вариантов.
Проверка
Помимо визуального осмотра, мы также проверяем результаты с помощью независимых рекомендаций. Для этого мы используем тестовые примеры затенения, такие как TF09 из проекта SimQuality, который направлен на повышение качества и стандартизации методов моделирования. В базовых примерах рассматриваются фиксированные препятствия для излучения, такие как внешние преграды, свесы и боковые ребра, или комбинации нескольких эффектов с использованием одного окна в качестве эталона.
Эти проверочные примеры включают упрощенные геометрии зданий, где фиксированные радиационные препятствия моделируются и рассчитываются с помощью нескольких сред моделирования для эталонного дня в Потсдаме. Эти геометрии были точно смоделированы в Revit для целей проверки и рассчитаны с помощью вычислительного ядра нового рабочего процесса Shading Calculation, полностью интегрированного в модель. Во всех случаях был достигнут очень высокий уровень согласованности в отношении положения солнца, а также факторов солнечного света и затенения. В качестве примера на рисунке 5 показана согласованность коэффициентов затенения для тестового примера 9.3 (свесы и боковые ребра).
Производительность
Помимо достоверности результатов, важнейшим аспектом сложных динамических расчетов является время, необходимое для достижения желаемого результата, и требуемые аппаратные ресурсы. Ускорение графики оптимизировано в соответствии с требованиями производительности Autodesk Revit. В данном примере, в котором мы анализируем различные размеры и параметры зданий, мы используем стандартную рабочую станцию САПР, оснащенную процессором Intel Core i7-14700K (3,4 ГГц), 64 ГБ оперативной памяти и NVIDIA GeForce RTX 4060.
Меньшая модель, обозначенная как "Офис S", представляет собой типичное офисное здание общей площадью 1 820 м², с 82 наружными окнами и стеклянными фасадами на первом этаже. Здание имеет выступ на верхних этажах южного фасада и в остальном имеет прямоугольную планировку. Расчет для расчетных дней выполняется в течение нескольких секунд, а расчет для полного года занимает около одной минуты.
Средняя модель (именуемая "Школа") представляет собой здание школы с пристроенным спортивным залом. Его чистая площадь составляет 6 980 м², в нем 217 наружных окон, большой стеклянный купол и стеклянные фасады в фойе. Фасад Г-образного главного здания имеет несколько выступов. Для этой модели время выполнения находится в том же диапазоне, что и для примера "Офис S". Несмотря на значительно большую площадь, относительно короткое время выполнения можно объяснить меньшим уровнем проработки геометрической модели.
Самая крупная модель, рассматриваемая здесь (именуемая "Офис L"), представляет собой офисное здание площадью около 11 000 м², распределенное по трем крыльям, которые имеют высокую степень самозатенения на внутренних фасадах каждого крыла. Модель здания представлена в виде ссылки IFC. В месте расположения здания внешние фасады затенены окружающими зданиями, которые могут быть смоделированы с помощью твердых тел. Для целей данного эталона дополнительные окружающие геометрии были опущены, так как они вызвали бы лишь незначительные изменения во времени вычислений. Этот пример показывает, что извлечение геометрии модели требует около шести минут времени обработки, что значительно повышает требования. Это связано как с высоким уровнем геометрической детализации, так и с моделированием на основе IFC, которое требует больше вычислительных усилий по сравнению с архитектурами, созданными на основе Revit. Тем не менее, даже в такой конфигурации расчет дней проектирования остается в практичных пределах - чуть менее семи минут. При необходимости расчеты на весь год можно удобно завершить во время обеденного перерыва.
Заключение
Новый интегрированный в модель расчет затенения LINEAR обеспечивает быстрые и надежные результаты затенения для динамических методов расчета с использованием аппаратного ускорения вычислений. Руководящий принцип: "Что вы видите, то и получаете!". Это означает, что спецификация рассматриваемого содержимого модели определяется фильтром модели, который может быть установлен непосредственно в Revit - по категориям или даже на уровне элементов. Если вы хотите, чтобы какой-то элемент был включен в расчет, просто сделайте его видимым в соответствующем представлении. Для соседних конструкций, таких как здания или мосты, можно создать упрощенные концептуальные твердые тела или использовать импорт из географических информационных систем (например, через Autodesk Forma). Полученные результаты можно легко проверить на правдоподобность и, подтвердив их, легко интегрировать в динамический расчет нагрузки на охлаждение. Не пропустите эту мощную новую функцию!
Ссылки
Описание тестового случая SimQuality: Нажмите здесь, чтобы перейти к описанию тестового случая на немецком языке.