毕业设计论文.docx

毕业设计论文.docx

《毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文.docx（51页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕业设计论文

本科毕业设计（论文）任务书

题目：

建筑室内光环境虚拟仿真实验研究

院（系）：

XXX

专业班级：

自动化

学生姓名：

XXX

学号：

XXXX

指导教师（签名）：

主管院长（主任）（签名）：

时间：

2016年5月25日

一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）

建筑光环境对人的心理感受及建筑物使用都有一定影响，建筑光环境虚拟仿真技术对人在建筑环境中的光作用下通过视觉和舒适感觉所产生的反应进行仿真，研究通过适宜的技术措施，调整建筑物理环境设计，使建筑物达到特定使用效果。

1．了解建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，了解人类生活和生产过程需要什么样的建筑室内光环境；

2．熟练应用建筑环境虚拟仿真软件，对建筑光环境进行模拟仿真；

3．以某实验室为例，研究自然采光和人工照明下室内光环境的照度、照度均匀度、眩光，灯具布置、灯具类型不同对光环境的影响；

4．研究遮阳板、反光板和百叶窗等对自然采光的影响和区域人工照明控制策略。

二、毕业设计（论文）应完成的具体工作（含图纸数量）

1．研究总体方案设计；

2．针对给定建筑环境进行虚拟仿真；

3．研究改变或控制人工环境的方法；

4．撰写研究论文（报告）。

三、毕业设计（论文）进程的安排（起讫日期：

2016年3月28日至2016年6月24日）

序号

设计（论文）各阶段任务

日期

备注

1

研究总体方案设计

周

2

调查研究及报告编写

周

3

建筑环境虚拟仿真

周

4

人工微环境控制方法研究

周

5

撰写研究论文（报告），准备答辩

周

6

四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）

1．建筑物理相关文献；

2．建筑照明资料；

3．光环境仿真软件资料；

4．绿色照明相关文献。

建筑室内光环境虚拟仿真实验研究

摘要

建筑的光环境对建筑物使用和人的心理感受都有一定影响，建筑光环境的虚拟仿真技术对人在建筑环境中的光作用下通过视觉和舒适感觉所产生的反应进行理论上的模拟仿真，研究通过适宜的技术策略，调整建筑物理光环境的设计，使建筑物的使用效果达到最佳。

本论文主要研究建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，并应用建筑环境虚拟仿真软件对建筑光环境进行模拟仿真。

以工科楼附体楼某实验室为例，利用DIALux软件对实验室进行建模；运用软件中的灯具配置功能，研究实验室人工照明对光环境的影响。

其中分别为实验室配置点光源、线光源、面光源三种不同类型的人工照明方案，经过分析照度水平、单位面积平均照度水平、总功率、单位面积中的平均功率等指标得出结论：

线光源型灯具的人工照明方案最符合国家标准要求，此方案下符合照度的工作面达房间面积的93.7%。

再运用Ecotect软件对实验室进行建模，并用WeatherTool软件为方案输入实验室所在位置的气象信息。

计算出若干种不同自然采光条件下实验室光环境的情况，研究发现随着时间、季节、太阳位置的变化对实验室光环境有巨大影响。

然后在Ecotect实验室模型的基础上为实验室窗户建立百叶窗模型，并且分析其遮阳效果以及对室内光环境的影响，发现通过控制百叶的角度影响室内光环境的变化。

综合室内光环境受自然采光和人工照明的共同影响下，再进一步研究实验室智能化的人工照明控制策略，初步完成人工照明控制器的设计。

以实现建筑的绿色化、智能化以及建筑的可持续发展。

关键词：

建筑室内、光环境、虚拟仿真、光照影响、控制策略。

VirtualSimulationExperimentofBuildingIndoorLightEnvironment

Abstract

Thebuildinglightenvironmenthascertaininfluencesontheusageofbuildingsandpeople'spsychologicalfeeling.Virtualsimulationtechnologyofbuildinglightenvironmentmakesthetheoreticalsimulationofpeople’sreactionproducedbyvisualsenseandcomfortablefeelingundertheeffectoflightinthebuildingenvironment.Itaimstobringaboutthebestusingeffectofbuildingsthroughappropriatetechnologystrategyandadjustingbuildingenvironmentdesign.

Thisthesismainlystudiesthereasonsfortheformationofbuildinglightenvironment,evaluationmethodsandcontrolmeasures,andappliedtobuildingenvironmentofvirtualsimulationsoftwaretosimulatethebuildinglightenvironmentsimulation.

Takingalaboratoryinengineeringappendagebuildingasanexample,itcanmakeamodelofthelaboratorybyusingDIALuxsoftware,andusethesoftwareconfigurationfunctioninthelampstostudytheeffectoflaboratoryartificiallightinglightenvironment,amongwhicharerespectivelyforthreedifferenttypesofartificiallightingscheme:

laboratoryconfigurationpointlightsource,thelinelightsourceandthesurfacelightsource.Afteranalysingilluminationlevel,averageilluminationlevelperunitarea,totalpowerandtheaveragepowerperunitareaandmanyotherindicators,itfindsthat:

thelinelightsourcetypelampsofartificiallightingsolutionsmostconformstothenationalstandardrequirements,underwhichcasethereare93.7%oftheroomareameettheintensityofilluminationofworkingface.

AgainusingtheEcotectsoftwaretolaboratorymodelingandWeatherToolsoftwareforinputlocationofthelaboratoryofmeteorologicalinformation.Thestudyfindsthatasthechangeoftime,seasons,andthesunposition,ithasahugeimpactonlaboratorylightenvironmentaftercalculatinglightenvironmentinthelaboratoryunderseveraldifferentnaturallighting.

ThenthestudybuildupthelouvermodelforlaboratorywindowsonthebasisofEcotectlaboratorymodel,andanalyzeitsshadingeffectandinfluencesontheindoorlightenvironment,foundthatitcanaffectindoorlightenvironmentchangesbycontrollingtheshutterAngleaffect.

Inthecaseofcomprehensiveindoorlightenvironmentaffectedbythejointofthenaturallightingandartificiallighting,andfurtherforlaboratoryresearchonintelligentartificiallightingcontrolstrategy.Theartificiallightingcontrollerdesigncanbeachievedtorealizethesustainabledevelopmentofbuildinggreen,intelligentandthesustainabledevelopmentofbuilding.

KeyWords:

buildinginterior,lightenvironment,virtualsimulation,lightingeffects,thecontrolstrategy.

1绪论

1.1研究的背景与意义

随着科技水平的快速发展及人民生活水平的提高，人们对城市环境的要求也逐步从生存型向生活型转变，对建筑空间的要求则从数量向质量转变，正因如此，对城市及建筑环境提出了越来越高的要求。

当前世界科技发展趋势的核心之一是追求环境质量的改善和未来可持续的发展，在衡量一个国家或地区的现代化水平时，很重要的一点就是对保护自然环境及营造绿色人居环境方面的重视程度

。

人工光环境包括室内和室外人工光环境。

室内光环境是建筑内部由光的照射而营造的环境，它是建筑内部环境的一个组成部分。

其功能是满足物理、视觉、心理及美观等方面的需求。

随着照明技术的不断发展，以往的只关注照明设计功能或形式的方式向着更全面的方向发展，照明设计面对的建筑空间形式多样，且近年来可持续绿色照明的推广，对自然光与人工光照明结合运用的发展更加深入，在建筑室内外、城市规划、景园设计等方面对设计师提出很高的要求和挑战。

国内外开发的照明设计软件中，

使用较为广泛的有Radiance、DIALux、AGI32、Relux、LumenDesigner、Ecotect等，它们从计算方法、计算精度、适用范围方面都各有优势和特点,例如室内设计渲染用的Lightscape；专业灯光设计与评估的DIALux与AGI32；日照阴影、室内外采光系数、照度分析软件Ecotect。

数字技术的不断进步为各种新型光照、光能技术的开发提供了有利条件，与此同时我国对于建筑内空间与外部环境的光环境设计在新技术条件下快速发展，设计的精度在不断提高，设计内容与形式俞加多样化，随之产生的理论与设计方法不仅对建筑室内外光环境设计，在其它学科领域也产生了积极的影响。

我国推行光环境探索研究与实践已有20年，从人们对空间光环境认识到重视，发展到对绿色照明理念的引入，光环境无论从质量和设计方面都得到显著提高；光污染与光干扰所造成的负面影响使得人们向着可持续、人性化的照明方向努力探索，并随着技术条件的成熟更趋完善，例如DIALux、AGI32、Relux、Ecotect等辅助性设计软件，在快速精确设计方案、优化解决问题的同时使光环境的设计呈现出种特有的美感及现实意义价值。

1.2国内外研究现状

国内外对光环境的研究己取得了丰硕的成果，美国、欧洲、日本等发达国家在光环境领域投入科技力量进行深入研究，并丰富完善了一系列的理论与设计方法，在提高效率的同时强调节能设计，并且向着数字化、智能化的方向发展；

我国在光环境领域虽然起步较晚，但也已取得很大进步和发展，在国际环境影响下，理论与技术交流愈加频繁，相关国内外辅助性设计分析软件的广泛运用，而且根据我国实际情况制定了一系列相关的政策与法律法规，在室内外空间的光环境照明设计中得以运用和实施，推动了相关技术产业的发展与革新。

总之，国内外对此项技术的研究和发展正在逐步深入，各类各种功能的模拟仿真软件数不胜数。

同时这项技术对于建筑室内的照明系统以及供配电系统的设计和实际使用情况都有着重大影响：

一方面精准计算模拟出室内环境所需照度信息，依此适配所需灯具，大大节约资源和时间成本；另一方面利用室内模拟出的照明系统配置可直接结合自然采光情况进行采光方案的供配电布置，结合智能控制方案将照明能耗降到最低。

现今国内很多建筑没有将这一模拟技术的功能完全发挥出来，例如公共建筑，教育类建筑，写字楼等很多建筑的室内的照明布置和供配电布置并没有做好节能方面的智能控制。

1.2.1国内现状分析

室内光环境质量关乎人生理与心理的健康，创造良好的光环境需要理论与技术的支持，我国从上世纪70年代中期已经开始投入有关工业照明技术与标准的方面的研究工作，经过30多年的发展，取得了可观的成果。

肖辉乾、张耀根、王建华等人提出了光环境在室内照明中的评价方法-模糊数学。

1966年，胡瑞荣对教室照度水平进行了研究，发现在一定范围内学生的学习效率会随着照度水平的增加而增加，此时视觉功逐渐得到改善。

1979年，喻柏林等人发现视觉的改善在1.7～2160Lux照度范围内逐渐减小，并由此提出照明“收效递减律”。

1992年，詹庆旋教授发现家庭中看电视时的背景照度宜为50Lux，如还有其他活动时，可以综合考虑并调整照度值。

2000年，叶海提出了预测不满意百分比PD及其计算公式，通过层次分析的方法证明并用于室内办公光环境的评价中。

2001年，何方文、朱斌共同对照明设计的目的、意义及设计理论进行了阐述，补充完善了照明设计理论，成为了建筑室内照明设计理论的一个核心内容。

在同年张绍纲博士对住宅起居室内照明的色调和照明方式进行了实验研究，发现了暖色调更受喜爱，而从照明的方式与效果来看，间接照明最差，直接照明居中，混合照明最佳。

2006年，杨公侠提出了不舒适眩光的四种评价方法，证明了UGR的相关性与主观评价最高，照度与色温之间相关性不大的关系。

2007年，吴蒙友着手研究了环境心理学，光源的选择、照明设计基础理论、灯具性能和分类在灯具设计中的作用，分析了室内照明设计方法在不同建筑形式中的应用。

2008年，梁荣生认为感知的空间照度和亮度与抽象思维能力有较大的关系，但缺乏实验研究论证。

2010年，曹彬等人发现北京和上海公共建筑光满意度的平均照度峰值在1000～1200Lux之间，而同济大学的叶剑军等通过光学实验研究表明极值为947Lux

。

1.2.2国外研究现状

相比较，国外发达国家对光环境的研究较为深入。

1977年，Flynn对将视觉印象进行了总结分类并对视觉印象进行了研究。

1979年，Kanayaet发现光源的显色指数，可以通过照度水平的调节能达到相同的视觉感受。

1989年，国际照明委员会CIE的成员Fischer总结并提出了光环境的评价模型，发现人的视觉满意度近似成正态分布。

1993年，Grünberger通过研究表明在下午既定的时间段内，500Lux与2500Lux的照度相比，2500Lux的照度改善了人员的注意力集中的水平。

1995年，JAVeitchPhD和DKTillerDPhil研究了照度与亮度均匀度之间的关系，发现在照度水平相同时，亮度对比强的房间会让人感觉房间的立体感和明亮感更强。

2000年，Cajochen的研究表明警惕性反应与光照对与褪黑素的抑制程度呈正相关，即强光能减少困倦感并增强人的警惕性。

2003年，Simonneaux通过研究发现黑暗环境会刺激人体合成褪黑激素，而明亮环境则会抑制褪黑激素的产生。

2004年，Tanabe在3Lux和800Lux两种不同照度水平下照度会对人员计算任务与疲劳度产生影响。

研究结果表明，人员的疲劳程度会在3Lux的光环境下加剧，而加法计算任务并没有受到影响。

2007年，BanuManav发现低色温和高色温会让人感到程度更高的空间感、放松感和舒适感。

2008年，GenClausen通过设置最差、50%的改善、50%的受试者可选择的改善和100%的改善共四个实验环境室进行了对照度、噪音、视域及空气清洁度、操作温度的综合效果的研究。

研究分析发现50%的受试者可选择的改善的效率与100%的改善的环境下工作效率大致相同，即人的主观感觉与意向选择对工作效率有着积极的效果。

美国从上世纪60年代已经开始考虑环境设计与计算机辅助性技术的结合，到70年代开始研发出相关辅助性设计软件，是辅助性设计研究的最早国家之一，使计算机技术在建筑节能设计中得到应用。

目前在光环境设计分析领域有德国的DIALux、美国的AGI32、瑞士的Relux、Autodesk公司的Ecotect与lightscape。

国外对建筑与环境的模拟研究分析的较早，因此发展也想对完善，从上世纪70年代开始，相关能耗模拟软件在绿色建筑行业已经开始应用，Ecotect软件最初被作为概念化的形式被AndrewMarsh博士在西澳大利亚大学建筑与艺术学院的博士论文中所提出，其中论述建筑的各种指标与特性是建筑师在方案构思阶段首要考虑的因素，而不应作为装饰品在设计过程的最后被考虑。

Ecotect从上世纪90年代中期发展到现在，在应用的深度与广度方面不断拓展，自1997年第一个商业版本2.5版被推出后，后续推出了3.0版、4.0版、5.0版，发展到5.2版本时，在精炼优化了一些主要的运算法则的基础上，同时保持了全面的分析与更快的运算，全新EcotectAnalysis2011版本成为更全面更具创新的分析软件，通过3D可视化及仿真提高了现有建筑与新建筑设计的性能（图1-1）。

图1-1Ecotect软件模拟图例

由于绿色化、节能型可持续设计逐步受到重视，Ecotect所展现出的特点与优势受到设计人员的关注，应用的广度深度在不断增加，而由于软件的专业性较强，且只有专业代理商与研究机构对其推广，软件的普及率还较低。

目前国内许多院校已开展了软件的应用研究，而从真正意义上对建筑从方案构思、初步设计、详细设计的影响还较小，与我国实际情况结合的理论、规范还不够符合计算数值设置，例如软件汉化的开发及气象数据收集整理还需统筹与完善

。

1.3研究内容、目标

本次研究的内容为：

通过对模拟建筑室内光环境的模拟，分析光环境对室内采光、照明等各方面的影响。

进行此次课题的研究，首先确定了建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，再确定人类生活和生产过程需要什么样的建筑室内光环境以及国家对于不同类型建筑室内照度要求的相关标准；在熟悉好相关模拟软件的操作后，选取实验室作为研究对象，测量实验室长、宽、高、门、窗等各项参数，利用几种软件相结合的形式，建立实验室模型，为实验室选择不同灯具不同配置方案进行模拟仿真、采样，再与相关标准进行比照，选择出综合情况下最为优秀的照明方案。

本次研究的目标：

利用DIALux、Weathertool和Ecotect分析出人工照明和自然照明分别对室内光环境有着什么样的影响。

分别分析一年四季、不同时段、不同天气等状况下自然光照对室内光环境的影响。

针对对自然光照的利用设计百叶窗的布置并分析其对室内光环境的影响。

根据自然光照和人工照明对室内光环境的综合影响，进一步研究在满足光环境要求的条件下室内人工照明控制策略，探索绿色照明控制。

2研究方法与步骤

2.1研究实验的设计思路

实验的设计思路是实验的核心之一，贯穿着整个实验的步骤和进程，按照实验设计思路来进行实验步骤的安排会使实验更为缜密，提高实验的进度，增大实验研究的效率。

此次研究实验的设计思路紧紧围绕“建筑室内光环境虚拟仿真实验研究”这一研究主题来进行策划。

首先根据主题“室内光环境”查找相关信息，了解并掌握建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，并且找到人类生活和生产过程需要什么样的建筑室内光环境。

其次是查阅国内外对于室内环境模拟仿真方面的研究成果以及所使用的仿真软件。

熟悉并掌握这些仿真软件的用途和操作方法，以便于后续仿真模拟实验的操作。

再次是对实验模拟对象进行实地测量。

使用卷尺实地对西安建筑科技大学工科楼附体楼某实验室进行实地测量，量出实验室长宽高，以及影响室内光环境的窗户的具体位置和尺寸。

根据尺寸数据为实验室挑选所适宜的灯具，预计分别选出点光源、线光源、面光源三种不同光源类型的灯具进行模拟实验。

分别为三种不同光源灯具设计三种最为合理的灯具布置方案。

再根据模拟软件所计算出来的照度等参数，结合实际实验室测量参数来计算出照度水平、单位面积平均照度水平、总功率、单位面积中的平均功率等结果。

对计算的结果与国家标准要求进行比照，针对实际情况综合考虑选择最优的设计方案。

这样就完成了对实验室人工照明的布置和设计。

分析人工照明对建筑室内的影响后，为实验室模型添加模拟“窗户”，再进行自然光照对室内光环境的影响，利用ECOTECT软件对实验室在西安地区受到一年四季不同季节、不同天气、每天不同时段时所受自然光照明的影响。

考虑到实验室窗户周围受自然光照影响很大，在实验室模型的基础上为实验室窗户建立百叶窗模型，并且分析其遮阳效果以及对室内光环境的影响。

综合室内光环境受自然光照明和人工照明的共同影响的情况下，在白天期间室内受自然光照明就可以达到国家标准所要求的平均照度水平，所以为探索更为智能节能的照明方案，再进一步为实验室研究智能化的人工照明控制策略，为实验室设计绿色照明控制。

以上就是本次研究实验的设计思路，下面对具体思路和步骤进行阐述：

（1）.了解建筑光环境的形成原因、评价方法和控制手段，了解人类生活和生产过程需要什么样的建筑室内光环境；

（2）.熟练应用建筑环境虚拟仿真软件，对建筑室内环境进行模拟仿真；

（3）.根据事先测量出的实验室尺寸数据挑选灯具进行照明模拟；

（4）.从灯具库中分别选出：

点光源、线光源、面光源三种不同光源类型的灯具进行模拟实验；

（5）.分别为三种灯具设计灯具布置方案，根据：

照度水平、单位面积的平均照度水平、总功率、单位面积的平均功率对照国家标准以及等照度图来对方案进行具体分析，择其最优。

（6）.分析人工照明和自然光照对室内光环境的影响；

（7）.分析实验室在一年不同季节、不同天气、每天不同时段时所受自然光照明的影响；

（8）.建立实验室模型百叶窗模型，分析其遮阳效果以及对室内光环境的影响；

（9）.综合室内光环境受自然光照明和人工照明的影响，研究智能化的人工照明控制策略，为实验室设计绿色照明控制。

2.