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克拉玛依日照分析测量技术综述
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内容提示：日照分析测量是为城市建筑物提供日照分析的工程测量。介绍了日照分析测量的含义,以及日照分析测量的技术质量指标,并结合克拉玛依城乡建筑规划实际,阐述了采集日照数据的技术与方法和日照分析测量的数据处理。
随着经济的快速发展,城镇居民的收入逐年提高,人们对居住环境的要求越来越高。（参考《建筑中文网》）建设部发布了强制性国家标准GB50180?93《城市居住区规划设计规范》(2002版)(以下简称《规范》),各地城市规划与管理部门也先后出台了日照分析的地方性法规。《规范》要求住宅日照标准必须符合一定的规定。建筑物日照分析主要包括2个方面:三维空间中任一点的日照时间分析和建筑物遮挡、被遮挡日照分析[1]。
近年来,克拉玛依城市发展迅速,居民对住宅日照条件的需求使得住宅的日照问题越来越突出,由日照问题引起的纠纷也越来越多。克拉玛依市城乡规划管理局依据国家有关标准,结合实际,计划编制出台《克拉玛依市城乡规划管理技术规定》。我院根据其要求,在有关方面的配合下,进行了日照分析测量工作。本文根据克拉玛依日照分析测量的实际情况,结合现行的相关标准,在数据采集、资料收集和数据处理等方面进行了重点探讨。
日照分析测量的含义
作为城市规划部门审核建筑设计方案的依据之一,日照分析的主要目的是分析待建建筑物对于周围拟建或者已建建筑物可能产生的日照影响,为建筑设计提供科学、准确的日照分析报告。一般而言,日照分析报告需要将该地区或者待建物的日照、特定日期的日照时数和日照率等信息准确获得。日照就是物体表面被太阳光直接照射的现象,日照时数则是表示太阳照射的时数,日照率是以实际日照时数与同时间内(如年、月、日等)的最大可照时数的百分比。同一纬度的最大可照时数是相同的,但因各地云量及其遮挡太阳时间的不同,实际的日照时数就有差异。
在《规范》中有2个条文[2]:一是关于有效日照时数的强制性条文,即按照气候区规定了各类居住建筑具体的日照指标,以大寒日或冬至日必须满足的有效日照时间来表示;二是关于日照间距系数的推荐性条文,即建筑物必须满足的日照间距,可作为设计的参照标准。而日照分析所需的基础数据要满足现势性、准确性和完整性的要求。日照分析测量工作主要为日照分析提供基础数据,这些基础数据包括[3]:
1)各类建筑物的平面位置;
2)建筑高度,是指室内地坪至遮阳点的垂直距离,包括凸出屋面的水箱、电梯间等;
3)建筑物的室内外地坪的高程;
4)建筑物向阳面的窗户及阳台位置;
5)建筑层高;
6)其他数据,如檐口挑出宽度、女儿墙高和复式建筑的退台距离等。
上述这些数据在日照分析过程中,作为基础数据能够进行一般建筑环境下的日照分析。而克拉玛依城市规划管理部门要求提供有效日照时数、日照间距系数和阴影线高度等基本数据,由建筑设计专业人员利用现有的其他数据一起进行日照分析,为编制出台《克拉玛依市城乡规划管理技术规定》提供参考。
2 日照分析测量的技术质量指标
根据现有的参考文献,日照分析对日照分析测量数据的精度要求还没有相应的标准。考虑到测量误差的系统性与偶然性和产生误差的环节,过高的技术质量指标对于城市日照分析测量会带来作业周期长、增加作业成本和加大作业难度等问题,而过低又会使日照分析测量数据不能得到正确的日照分析结论。参照GB50026 4/ 2007《工程测量规范》中第5.8条关于工矿区现状图测量的要求和CJJ8 4/ 99《城市测量规范》中第6.3条对城市地籍测量界址点有关规定的要求,以及参考文献[2],对于克拉玛依的日照分析测量,认为建筑物主要拐点点位中误差、间距中误差和建筑物高度中误差取±5cm,一般拐点点位中误差和建筑物间距中误差取±7cm,高程中误差和阴影线高度中误差取±2cm,比较适宜[4,5]。
日照分析测量的外业方法
3.1 观测仪器的选择
实际上,现在能够用来进行日照分析测量的仪器与常规工程测量仪器基本一致。尽管有的城市已经运行了连续运行参考基准站系统,且完成了(似)大地水准面的精化工作,而多数城市的工程测量仍然采取GPS静态作业或者实时动态作业,也有的采用传统的全站仪配合水准仪的做法。对于作业单位而言,根据自身的实际,结合日照分析测量要求采取适当的作业方法,选择合适的测量仪器,能够满足日照分析测量的数据要求即可。根据克拉玛依日照分析对现场测量的要求,结合季节气候条件和作业人员的技术水平等因素,采用全站仪配合水准仪来进行数据采集。
3.2 观测地点的选择
通常在进行日照分析测量的过程中,对于待测建筑物的选择主要参考以下几方面的因素:
1)施测范围的经济性。日照分析测量的范围应该满足日照分析的基本需求即可,本着合理、高效的原则选定施测地点。
2)当地气候条件对日照分析测量的支持度。我国南北方地理特征差异较大,使得冬至日和大寒日的光照条件和观测条件差异很大,尤其在我国北方广大冬季燃煤取暖地区,空气中各类污染物使得日照分析测量需要对现场观测环境精心选择。
3)数据采集的方便与快捷,也是施测地点选择时应注意的。只有选择好便于观测、获取数据质量容易控制、数据量能够得到保证的观测地点,才会得到对日照分析支持度高的外业数据。
4)观测现场建筑物的代表性也是需要考虑的问题。一般而言,在建筑物密度、方向、结构和用途等方面要求基本能够代表当地日照分析环境。
在克拉玛依日照分析测量的地点选择上,考虑了上述要求,并结合规划建筑专业人员的委托内容,分别在城市中心区南北各选择2栋正面相邻,但朝向不一的住宅进行现场实测。城市北面选定的小区(称为A小区)为已有建筑和新建建筑混合区,而城市南面选定的小区(称为B小区)全部为新建建筑物。
3.3 观测日期的选择
日照标准日是在制定建筑日照标准时,为了测定与衡量日照时间,根据纬度和建筑气候分区等因素在一年中选择的某个或几个特定日期。国际上许多国家根据其国情采用不同的日照标准日[6]:前苏联北纬58°以北的北部地区以清明(4月5日)为日照标准日(清明日照3h),北纬48°~58°的中部地区以春分、秋分日(3月21日、9月23日)为标准日,北纬48°以南的南部地区采用雨水日(2月19日)为标准日;而英国伦敦采用的标准日为3月1日。根据《规范》,我国采用2个日照标准日———冬至日和大寒日作为日照标准日。
另一方面,在冬至日和大寒日的观测过程中,还需要考虑日照有效时间带的问题。日照有效时间带指的是在日照标准日全天日照的可照时间中符合有效条件的时间段[6]。日照有效时间还与建筑朝向以及太阳入射角密切相关。同样是9时至15时,在不受其他建筑遮挡的情况下,对于正南向建筑来说,日照有效时间是6h;对于正东或正西向建筑而言,由于自身遮挡,有效时间最多3h(即9时至12时或12时至15时)。实际上有的时段(如中午12时前后1h),由于太阳入射角太大,与建筑接近平行,能照射到室内的真正有效时间几乎没有,因此东、西向建筑有效时间不是3h,而是不足2h甚至更少。可见对不同朝向建筑,真正日照有效时间是不同的,随着建筑朝向角度的变化,其有效时间也在变化。
根据《规范》,克拉玛依市气候为VII气候区,属于中小城市。日照标准日选择为冬至日和大寒日2天。在实际作业中,由于冬季阴天较多的原因,选择冬至日和大寒日前后3天为日照标准日有效观测日期。对于有效时间带,《规范》要求冬至日选择为北京时间8时至16时,大寒日选择为9时至15时。实际作业过程中,由于克拉玛依市地处时区和纬度的关系,有效时间带只能统一选择为9时至15时,又因为早上气温过低导致测量仪器无法正常作业的原因,故只能在11时至14时取得有效测量数据。
3.4 日照分析测量的实施
现场实施日照分析测量之前,应该根据有关技术文件的要求,编写好项目技术设计书。技术设计书包括项目概述、项目涉及的相关自然地理特征、已有资料的分析与利用、引用文件、提供成果的主要技术指标和现场实测技术方案等方面的内容,并且必须进行技术设计书的交底工作,使作业人员对项目的进度、质量和技术各方面有一个完整的了解。作业过程中严格依照技术设计书进行工序控制和现场验证工作。
在克拉玛依日照分析测量的实施过程中,编写了项目技术设计书,并进行了设计评审与交底。在A小区和B小区使用了相同的仪器、作业方法和技术质量指标,分2组不同的作业小组,在冬至日和大寒日及其前后几天同时进行现场数据采集。具体的作业方法如下(控制测量、标志埋设与技术质量参数不作具体描述):
近年来,克拉玛依城市发展迅速,居民对住宅日照条件的需求使得住宅的日照问题越来越突出,由日照问题引起的纠纷也越来越多。克拉玛依市城乡规划管理局依据国家有关标准,结合实际,计划编制出台《克拉玛依市城乡规划管理技术规定》。我院根据其要求,在有关方面的配合下,进行了日照分析测量工作。本文根据克拉玛依日照分析测量的实际情况,结合现行的相关标准,在数据采集、资料收集和数据处理等方面进行了重点探讨。
日照分析测量的含义
作为城市规划部门审核建筑设计方案的依据之一,日照分析的主要目的是分析待建建筑物对于周围拟建或者已建建筑物可能产生的日照影响,为建筑设计提供科学、准确的日照分析报告。一般而言,日照分析报告需要将该地区或者待建物的日照、特定日期的日照时数和日照率等信息准确获得。日照就是物体表面被太阳光直接照射的现象,日照时数则是表示太阳照射的时数,日照率是以实际日照时数与同时间内(如年、月、日等)的最大可照时数的百分比。同一纬度的最大可照时数是相同的,但因各地云量及其遮挡太阳时间的不同,实际的日照时数就有差异。
在《规范》中有2个条文[2]:一是关于有效日照时数的强制性条文,即按照气候区规定了各类居住建筑具体的日照指标,以大寒日或冬至日必须满足的有效日照时间来表示;二是关于日照间距系数的推荐性条文,即建筑物必须满足的日照间距,可作为设计的参照标准。而日照分析所需的基础数据要满足现势性、准确性和完整性的要求。日照分析测量工作主要为日照分析提供基础数据,这些基础数据包括[3]:
1)各类建筑物的平面位置;
2)建筑高度,是指室内地坪至遮阳点的垂直距离,包括凸出屋面的水箱、电梯间等;
3)建筑物的室内外地坪的高程;
4)建筑物向阳面的窗户及阳台位置;
5)建筑层高;
6)其他数据,如檐口挑出宽度、女儿墙高和复式建筑的退台距离等。
上述这些数据在日照分析过程中,作为基础数据能够进行一般建筑环境下的日照分析。而克拉玛依城市规划管理部门要求提供有效日照时数、日照间距系数和阴影线高度等基本数据,由建筑设计专业人员利用现有的其他数据一起进行日照分析,为编制出台《克拉玛依市城乡规划管理技术规定》提供参考。
2 日照分析测量的技术质量指标
根据现有的参考文献,日照分析对日照分析测量数据的精度要求还没有相应的标准。考虑到测量误差的系统性与偶然性和产生误差的环节,过高的技术质量指标对于城市日照分析测量会带来作业周期长、增加作业成本和加大作业难度等问题,而过低又会使日照分析测量数据不能得到正确的日照分析结论。参照GB50026 4/ 2007《工程测量规范》中第5.8条关于工矿区现状图测量的要求和CJJ8 4/ 99《城市测量规范》中第6.3条对城市地籍测量界址点有关规定的要求,以及参考文献[2],对于克拉玛依的日照分析测量,认为建筑物主要拐点点位中误差、间距中误差和建筑物高度中误差取±5cm,一般拐点点位中误差和建筑物间距中误差取±7cm,高程中误差和阴影线高度中误差取±2cm,比较适宜[4,5]。
日照分析测量的外业方法
3.1 观测仪器的选择
实际上,现在能够用来进行日照分析测量的仪器与常规工程测量仪器基本一致。尽管有的城市已经运行了连续运行参考基准站系统,且完成了(似)大地水准面的精化工作,而多数城市的工程测量仍然采取GPS静态作业或者实时动态作业,也有的采用传统的全站仪配合水准仪的做法。对于作业单位而言,根据自身的实际,结合日照分析测量要求采取适当的作业方法,选择合适的测量仪器,能够满足日照分析测量的数据要求即可。根据克拉玛依日照分析对现场测量的要求,结合季节气候条件和作业人员的技术水平等因素,采用全站仪配合水准仪来进行数据采集。
3.2 观测地点的选择
通常在进行日照分析测量的过程中,对于待测建筑物的选择主要参考以下几方面的因素:
1)施测范围的经济性。日照分析测量的范围应该满足日照分析的基本需求即可,本着合理、高效的原则选定施测地点。
2)当地气候条件对日照分析测量的支持度。我国南北方地理特征差异较大,使得冬至日和大寒日的光照条件和观测条件差异很大,尤其在我国北方广大冬季燃煤取暖地区,空气中各类污染物使得日照分析测量需要对现场观测环境精心选择。
3)数据采集的方便与快捷,也是施测地点选择时应注意的。只有选择好便于观测、获取数据质量容易控制、数据量能够得到保证的观测地点,才会得到对日照分析支持度高的外业数据。
4)观测现场建筑物的代表性也是需要考虑的问题。一般而言,在建筑物密度、方向、结构和用途等方面要求基本能够代表当地日照分析环境。
在克拉玛依日照分析测量的地点选择上,考虑了上述要求,并结合规划建筑专业人员的委托内容,分别在城市中心区南北各选择2栋正面相邻,但朝向不一的住宅进行现场实测。城市北面选定的小区(称为A小区)为已有建筑和新建建筑混合区,而城市南面选定的小区(称为B小区)全部为新建建筑物。
3.3 观测日期的选择
日照标准日是在制定建筑日照标准时,为了测定与衡量日照时间,根据纬度和建筑气候分区等因素在一年中选择的某个或几个特定日期。国际上许多国家根据其国情采用不同的日照标准日[6]:前苏联北纬58°以北的北部地区以清明(4月5日)为日照标准日(清明日照3h),北纬48°~58°的中部地区以春分、秋分日(3月21日、9月23日)为标准日,北纬48°以南的南部地区采用雨水日(2月19日)为标准日;而英国伦敦采用的标准日为3月1日。根据《规范》,我国采用2个日照标准日———冬至日和大寒日作为日照标准日。
另一方面,在冬至日和大寒日的观测过程中,还需要考虑日照有效时间带的问题。日照有效时间带指的是在日照标准日全天日照的可照时间中符合有效条件的时间段[6]。日照有效时间还与建筑朝向以及太阳入射角密切相关。同样是9时至15时,在不受其他建筑遮挡的情况下,对于正南向建筑来说,日照有效时间是6h;对于正东或正西向建筑而言,由于自身遮挡,有效时间最多3h(即9时至12时或12时至15时)。实际上有的时段(如中午12时前后1h),由于太阳入射角太大,与建筑接近平行,能照射到室内的真正有效时间几乎没有,因此东、西向建筑有效时间不是3h,而是不足2h甚至更少。可见对不同朝向建筑,真正日照有效时间是不同的,随着建筑朝向角度的变化,其有效时间也在变化。
根据《规范》,克拉玛依市气候为VII气候区,属于中小城市。日照标准日选择为冬至日和大寒日2天。在实际作业中,由于冬季阴天较多的原因,选择冬至日和大寒日前后3天为日照标准日有效观测日期。对于有效时间带,《规范》要求冬至日选择为北京时间8时至16时,大寒日选择为9时至15时。实际作业过程中,由于克拉玛依市地处时区和纬度的关系,有效时间带只能统一选择为9时至15时,又因为早上气温过低导致测量仪器无法正常作业的原因,故只能在11时至14时取得有效测量数据。
3.4 日照分析测量的实施
现场实施日照分析测量之前,应该根据有关技术文件的要求,编写好项目技术设计书。技术设计书包括项目概述、项目涉及的相关自然地理特征、已有资料的分析与利用、引用文件、提供成果的主要技术指标和现场实测技术方案等方面的内容,并且必须进行技术设计书的交底工作,使作业人员对项目的进度、质量和技术各方面有一个完整的了解。作业过程中严格依照技术设计书进行工序控制和现场验证工作。
在克拉玛依日照分析测量的实施过程中,编写了项目技术设计书,并进行了设计评审与交底。在A小区和B小区使用了相同的仪器、作业方法和技术质量指标,分2组不同的作业小组,在冬至日和大寒日及其前后几天同时进行现场数据采集。具体的作业方法如下(控制测量、标志埋设与技术质量参数不作具体描述):
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201012/14590.htm
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