СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСТИМОГО ОБЪЕМА ЗАСТРОЙКИ С УЧЕТОМ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИНСОЛЯЦИИ ПРИ АРХИТЕКТУРНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ
METHOD OF DETERMINING PERMITTED BUILDING VOLUME BASED ON DURATION OF SUN EXPOSURE DURING ARCHITECTURAL DESIGN

Изобретение относится к автоматизированным методам архитектурного проектирования зданий, а именно к определению допустимого объема застройки при расчете инсоляции. То есть такого максимально-возможного объема пространства, располагаясь внутри которого, новое здание любой формы будет обеспечивать минимально-необходимую продолжительность инсоляции в расчетных точках существующих зданий и территорий.
Известен способ определения продолжительности инсоляции (СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01), предусматривающий определение продолжительности инсоляции на основе инсоляционного графика.
Недостатком известного способа является то, что он позволяет выявить допустимый объем застройки лишь при многократном повторении расчета, воспроизводящем возможные положения и размеры нового здания, что повышает трудоемкость расчета.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ определения продолжительности инсоляции (А.Л.Хейфец «Расчет продолжительности инсоляции средствами 3D-моделирования пакета AutoCAD)) (Вестник УГТУ-УПИ №11(41). Строительство и образование. Сборник научных трудов. Выпуск 7. Екатеринбург.2004. С.211-214), согласно которому определяют продолжительность инсоляции в следующей последовательности:
- на фасаде здания задают расчетную точку помещения;
- строят коническую поверхность (вырождающуюся в плоскость равноденствия при расчете на день равноденствия), вершиной которой является расчетная точка, а основанием - окружность как траектория суточного движения солнца по небосводу;
- определяют секторы конической поверхности, образованные лучами, попадающими в расчетную точку;
- по полученным секторам конической поверхности определяют продолжительность инсоляции в расчетной точке, при этом один градус в проекции таких секторов на плоскость равноденствия равен четырем минутам инсоляции.
Недостатком прототипа является то, что его применение позволяет выявить допустимый объем застройки (границы пространства) лишь при многократном повторении расчетного цикла, воспроизводящем возможные положения и размеры нового здания, что увеличивает трудоемкость расчета. При этом получаемый допустимый объем застройки ограничивается совокупностью объемов нового здания, предложенных проектировщиком, что оставляет незадействованным в расчете часть пространства предварительного объема, выделенного под новую застройку.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении трудоемкости процесса проектирования за счет геометрических построений, позволяющих определить границы допустимого объема застройки (границы пространства), внутри которого может размещаться новое здание, при сохранении допустимой продолжительности инсоляции в расчетных точках существующих зданий и территорий.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом способе первоначально задают предварительный объем, выделенный под новую застройку, затем определяют секторы исходной инсоляции в расчетных точках до возведения новой застройки, затем по секторам исходной инсоляции задают минимальные секторы инсоляции и соответствующие им лучевые объемы, обеспечивающие допустимую продолжительность инсоляции в таких точках, затем путем вычитания из этого объема лучевых объемов минимальных секторов инсоляции получают допустимый объем застройки как границы пространства под новое здание, при этом положение минимальных секторов инсоляции внутри исходных секторов инсоляции оптимизируют, смещая их таким образом, чтобы обеспечить наибольший допустимый объем под новое здание.
В заявляемом способе в отличие от прототипа, вместо того чтобы проверять, обеспечивает ли новое здание допустимую продолжительность инсоляции в расчетных точках, определяют допустимый объем как границы пространства, внутри которого можно разместить новое здание, не снижая инсоляцию в расчетных точках ниже допустимой, что существенно сокращает трудоемкость расчета.
Так как углы минимальных секторов инсоляции назначают минимально-необходимыми для допустимой инсоляции, а положение этих секторов рассчитывают по специальному алгоритму оптимизации, то определяемый допустимый объем является максимально-возможным объемом пространства, внутри которого может размещаться новое здание.
Один из вариантов алгоритма оптимизации состоит в следующем. В контуре застройки размещают множество базовых точек. Назначают базовую точку. Относительно нее для каждой расчетной точки существующих зданий находят положение минимального сектора, при котором базовая точка располагается в середине сектора, оставшегося после вычитания минимального сектора из исходного сектора, а область вокруг базовой точки имеет максимальную площадь. При этом минимальный сектор не выходит за границы сектора исходной инсоляции. В зависимости от положения базовой и расчетной точки, а также от сектора исходной инсоляции (единый или состоящий из нескольких секторов) формируются один или два минимальных сектора. Далее для назначенной базовой точки определяют общую часть областей, полученных для всех контрольных точек. Расчет повторяют для всех базовых точек. Базовая точка, для которой область, ограниченная минимальными секторами, максимальна, определяет оптимальное положение минимальных секторов и максимальный допустимый объем застройки. Плотность размещения базовых точек определяется требуемой точностью расчета. На чертежах представлено:
- фиг.1 - блок-схема исполнения способа;
- фиг.2 - схема трехмерной модели существующих зданий и площадка под застройку нового здания;
- фиг.3 - схема расположения базовых точек;
- фиг.4 - схематическое представление сектора исходной инсоляции для расчетной точки и минимального сектора для базовой точки;
- фиг.5 - схематическое представление деления минимального сектора на две части относительно базовой точки в соответствии с алгоритмом оптимизации;
- фиг.6 - схема пересечения призмы, полученной из сектора минимальной инсоляции, с предварительным объемом;
- фиг.7 - схема результата вычитания из предварительного объема одной призмы, полученной из сектора минимальной инсоляции;
- фиг.8 - результат вычитания из предварительного объема всех призм, полученных из секторов минимальной инсоляции;
- фиг.9 - объемно-пространственное решение нового здания.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Необходимо запроектировать здание на дворовой территории существующих жилых домов по одному из адресов в г.Челябинске. Объемно-пространственное решение нового здания должно обеспечивать минимально требуемую продолжительность инсоляции в расчетных точках существующих зданий. Расчет производят на день равноденствия (22 марта) в соответствии с СанПнН 2.2.1/2.1.1.1076-01 для широты г.Челябинска, поэтому конические лучевые поверхности, упомянутые выше, вырождаются в плоскости.
Для реализации способа выбран пакет AutoCAD с языком программирования AutoLisp. Графические материалы содержат следующие позиции: 1 - существующие здания, 2 - расчетные точки, 3 - площадка под застройку, 4 - оптимальная базовая точка, 4* - альтернативная базовая точка, 5 - область наибольшей площади под высотную часть нового здания вокруг базовой точки, ограниченная проекциями секторов минимальной инсоляции, 6 - сектор исходной инсоляции (определяющий продолжительность инсоляции до возведения нового здания), 7 - сектор минимальной инсоляции (минимально требуемая нормативная продолжительность инсоляции), 7* - сектор минимальной инсоляции для альтернативной базовой точки, 8 - предварительный объем, 9 - призма, полученная из сектора минимальной инсоляции, 10 - допустимый объем застройки, 11 - объемно-пространственное решение нового здания.
Создают трехмерную модель существующих зданий 1, а также обозначают контур площадки под застройку 3 (фиг.2). Задают расчетные точки 2 на поверхности фасадов существующих зданий 1 (фиг.2).
Внутри контура площадки под застройку 3 с некоторым шагом (в данном примере 10 м) задают множество базовых точек 4 (фиг.3) и относительно каждой из них выполняют указанные ниже действия.
Строят секторы исходной инсоляции 6 для каждой расчетной точки 2 (фиг.4) и располагают внутри них секторы минимальной инсоляции 7 (фиг.4) таким образом, чтобы сформировать вокруг базовой точки 4 площадку наибольшей площади под высотную часть нового здания 5, ограниченную ортогональными проекциями минимальных секторов инсоляции на плоскость площадки под застройку 3 (фиг.3). Секторы минимальной инсоляции смещают к краям секторов исходной инсоляции, освобождая область вокруг базовой точки. Секторы минимальной инсоляции могут быть как едиными 7, так и разбитыми на несколько 7*, обеспечивая непрерывную и прерывистую инсоляцию соответственно (фиг.4 и 5).
Определяют, вокруг какой из базовых точек 4 обеспечивается площадка наибольшей площади под высотную часть нового здания 5, ограниченная проекциями минимальных секторов инсоляции (фиг.3). Базовую точку 4 с площадкой наибольшей площади включают в дальнейший расчет, то есть расположенные в соответствии с ней секторы минимальной инсоляции 7 используют для получения допустимого объема застройки 10.
Задают предварительный объем 8, выделенный под новую застройку, в виде призмы, основанием которой является контур площадки под застройку 3, а высота равна предполагаемой высоте нового здания (в данном случае 60 м) (фиг.6).
Секторы минимальной инсоляции 7 преобразуют в призмы 9, у которых верхнее и нижнее основания идентичны сектору, от которого они образованы, при этом нижнее основание расположено от него вниз на расстоянии, равном половине высоты этажа существующего здания, а верхнее основание - на расстоянии, превышающем высоту предварительного объема под застройку, при этом ребра, соединяющие основания, являются вертикальными прямыми (фиг.6).
Полученные призмы 9 вычитают из предварительного объема 8 (фиг.7), выделенного под новую застройку, в результате чего получают окончательный допустимый объем 10 (фиг.8).
Далее на основе архитектурно-проектного решения в полученный допустимый объем вписывают объемно-пространственное решение будущего здания 11 (фиг.9).
Таким образом, определение допустимого объема застройки под новое здание по заявляемому способу вместо многократной проверки инсоляции путем перемещения и корректировки модели нового здания согласно прототипу позволяет в несколько раз сократить трудоемкость расчета продолжительности инсоляции, повысить его точность, наглядность и обоснование. Автоматизация построений по заявляемому способу (программирование на языке AutoLisp в пакете AutoCAD) приводит к дополнительному снижению трудозатрат.