基于GH平臺(tái)的天然光非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)工具：構(gòu)建、應(yīng)用與展望一、引言1.1研究背景光環(huán)境作為人類生存環(huán)境的重要組成部分，對(duì)人體生理和心理健康有著深遠(yuǎn)影響。良好的光環(huán)境不僅能夠滿足視覺(jué)需求，提升視覺(jué)舒適度，還在調(diào)節(jié)人體生理節(jié)律、改善情緒狀態(tài)、促進(jìn)身體健康等非視覺(jué)效應(yīng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。近年來(lái)，隨著人們對(duì)健康和生活品質(zhì)關(guān)注度的不斷提高，光環(huán)境的研究逐漸成為建筑、照明、生理、心理等多學(xué)科交叉的熱點(diǎn)領(lǐng)域。天然光作為一種最為自然和環(huán)保的光源，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它不僅能夠提供豐富的光譜成分，滿足人體對(duì)不同波長(zhǎng)光線的需求，還能通過(guò)與人體生物鐘的相互作用，調(diào)節(jié)人體的生理節(jié)律。例如，早晨的陽(yáng)光可以刺激人體分泌血清素，使人感到精神振奮，提高工作效率；而傍晚的陽(yáng)光則有助于調(diào)節(jié)褪黑素的分泌，促進(jìn)睡眠。此外，天然光還能對(duì)人體的免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等產(chǎn)生積極影響，增強(qiáng)人體的抵抗力。研究表明，充足的天然光照射可以降低近視的發(fā)生率，減少心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。在建筑設(shè)計(jì)中，充分利用天然光不僅能夠降低照明能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，還能為使用者創(chuàng)造更加健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一些采用天然光照明的建筑中，照明能耗可降低30%-50%。然而，目前在建筑設(shè)計(jì)和光環(huán)境評(píng)估中，往往更多地關(guān)注天然光的視覺(jué)效應(yīng)，如照度、照度均勻度等指標(biāo)，而對(duì)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)重視不足。這種忽視導(dǎo)致許多建筑雖然在視覺(jué)上滿足了照明要求，但在促進(jìn)人體健康和提升生活品質(zhì)方面存在一定的局限性。隨著人們對(duì)健康和可持續(xù)發(fā)展的追求不斷提高，對(duì)天然光非視覺(jué)效應(yīng)的研究變得愈發(fā)重要。深入了解天然光的非視覺(jué)效應(yīng)，能夠?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)提供更加科學(xué)的依據(jù)，使設(shè)計(jì)更加符合人體生理和心理需求。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，讓人們?cè)谑覂?nèi)環(huán)境中能夠充分享受天然光帶來(lái)的益處，對(duì)于提高人們的生活質(zhì)量、促進(jìn)身心健康具有重要意義。同時(shí)，這也有助于推動(dòng)綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展理念的實(shí)施，為建設(shè)更加健康、環(huán)保的人居環(huán)境做出貢獻(xiàn)。1.2研究目的與意義本研究旨在開(kāi)發(fā)一種基于Grasshopper（GH）平臺(tái)的天然光非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)工具，該工具能夠全面、準(zhǔn)確地評(píng)估建筑空間內(nèi)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)，為建筑設(shè)計(jì)和光環(huán)境優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)該工具，設(shè)計(jì)師可以在建筑設(shè)計(jì)階段就對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的天然光非視覺(jué)效應(yīng)進(jìn)行量化分析，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高建筑空間的健康性能。傳統(tǒng)的建筑采光設(shè)計(jì)主要關(guān)注視覺(jué)指標(biāo)，如照度、照度均勻度等，而對(duì)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)重視不足。然而，越來(lái)越多的研究表明，天然光的非視覺(jué)效應(yīng)對(duì)于人體健康和生活質(zhì)量有著重要影響。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠評(píng)估天然光非視覺(jué)效應(yīng)的工具，有助于彌補(bǔ)傳統(tǒng)采光設(shè)計(jì)的不足，使建筑設(shè)計(jì)更加注重人體健康需求。從建筑設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，基于GH平臺(tái)的天然光非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)工具具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師可以利用該工具對(duì)不同的建筑布局、采光方式、窗戶大小和位置等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行模擬分析，評(píng)估其對(duì)天然光非視覺(jué)效應(yīng)的影響。通過(guò)對(duì)比不同方案的評(píng)估結(jié)果，設(shè)計(jì)師可以選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，提高建筑空間的天然光利用效率，增強(qiáng)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)。這不僅有助于提升建筑使用者的身心健康，還能提高建筑的品質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。在實(shí)際應(yīng)用中，該工具可以幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化建筑采光設(shè)計(jì)，提高建筑的健康性能。例如，在醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)中，通過(guò)合理利用天然光的非視覺(jué)效應(yīng)，可以促進(jìn)病人的康復(fù)，提高醫(yī)療效果。在學(xué)校建筑設(shè)計(jì)中，良好的天然光環(huán)境可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和注意力，促進(jìn)學(xué)生的身心健康發(fā)展。在辦公建筑設(shè)計(jì)中，充足的天然光可以提高員工的工作效率和工作滿意度，減少疲勞和壓力。從人體健康的角度來(lái)看，天然光的非視覺(jué)效應(yīng)對(duì)于維持人體生理節(jié)律和心理健康至關(guān)重要。天然光可以刺激人體分泌褪黑素，調(diào)節(jié)睡眠-覺(jué)醒周期，提高睡眠質(zhì)量。同時(shí)，天然光還可以促進(jìn)人體分泌血清素，改善情緒狀態(tài)，減少焦慮和抑郁等心理問(wèn)題的發(fā)生。通過(guò)開(kāi)發(fā)基于GH平臺(tái)的天然光非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)工具，可以更好地了解建筑空間內(nèi)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)，為人們創(chuàng)造更加健康的室內(nèi)光環(huán)境。這對(duì)于提高人們的生活質(zhì)量、預(yù)防和緩解一些與光相關(guān)的健康問(wèn)題具有重要意義。開(kāi)發(fā)基于GH平臺(tái)的天然光非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)工具，不僅能夠?yàn)榻ㄖ晒庠O(shè)計(jì)提供科學(xué)的方法和手段，還能為人們創(chuàng)造更加健康、舒適的室內(nèi)光環(huán)境，對(duì)于促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和提升人們的生活質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.3研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、全面性和實(shí)用性。文獻(xiàn)研究法：廣泛收集國(guó)內(nèi)外關(guān)于天然光非視覺(jué)效應(yīng)、建筑采光設(shè)計(jì)、Grasshopper平臺(tái)應(yīng)用等方面的文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報(bào)告、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，了解相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和存在的問(wèn)題，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。通過(guò)文獻(xiàn)研究，明確天然光非視覺(jué)效應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，掌握Grasshopper平臺(tái)在建筑性能模擬和分析中的應(yīng)用技術(shù)，為開(kāi)發(fā)基于該平臺(tái)的評(píng)價(jià)工具提供理論支持。案例分析法：選取具有代表性的建筑案例，包括不同類型、不同年代、不同地域的建筑，對(duì)其天然光非視覺(jué)效應(yīng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研和分析。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、問(wèn)卷調(diào)查、人員訪談等方式，收集建筑的采光現(xiàn)狀、使用者的感受和反饋等數(shù)據(jù)。運(yùn)用相關(guān)理論和方法，對(duì)案例進(jìn)行深入剖析，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問(wèn)題，為評(píng)價(jià)工具的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證提供實(shí)踐依據(jù)。例如，對(duì)某醫(yī)院病房的天然光環(huán)境進(jìn)行案例分析，通過(guò)測(cè)量不同位置的光照強(qiáng)度、色溫等參數(shù)，結(jié)合病人和醫(yī)護(hù)人員的反饋，評(píng)估該病房天然光的非視覺(jué)效應(yīng)，分析其設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。模擬計(jì)算法：利用Grasshopper平臺(tái)及其相關(guān)插件，如Ladybug、Honeybee等，建立建筑模型并進(jìn)行天然光非視覺(jué)效應(yīng)的模擬計(jì)算。根據(jù)建筑的幾何形狀、朝向、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等參數(shù)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，模擬不同時(shí)間、不同天氣條件下建筑內(nèi)部的天然光分布情況。通過(guò)模擬計(jì)算，獲取非視覺(jué)照度、刺激頻率、天然光貢獻(xiàn)率等評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，為評(píng)價(jià)工具的開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。例如，通過(guò)模擬不同開(kāi)窗面積和位置對(duì)建筑內(nèi)部天然光非視覺(jué)效應(yīng)的影響，分析開(kāi)窗設(shè)計(jì)與非視覺(jué)效應(yīng)之間的關(guān)系，為建筑采光設(shè)計(jì)提供優(yōu)化建議。本研究的技術(shù)路線如下：首先，進(jìn)行文獻(xiàn)研究和案例分析，明確天然光非視覺(jué)效應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法，確定基于Grasshopper平臺(tái)開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)工具的技術(shù)方案。然后，利用Grasshopper平臺(tái)及其插件，結(jié)合相關(guān)算法和模型，開(kāi)發(fā)天然光非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)工具。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)模擬計(jì)算對(duì)工具進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化，確保其準(zhǔn)確性和可靠性。最后，運(yùn)用開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)工具對(duì)實(shí)際建筑案例進(jìn)行分析和驗(yàn)證，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果對(duì)工具進(jìn)行進(jìn)一步完善，為建筑采光設(shè)計(jì)和光環(huán)境優(yōu)化提供科學(xué)有效的支持。二、文獻(xiàn)綜述2.1天然光非視覺(jué)效應(yīng)研究進(jìn)展2.1.1非視覺(jué)效應(yīng)的生理機(jī)制天然光的非視覺(jué)效應(yīng)主要通過(guò)視網(wǎng)膜中的特殊感光細(xì)胞——內(nèi)在光敏視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（ipRGC）來(lái)實(shí)現(xiàn)。ipRGC含有感光色素黑視蛋白，對(duì)藍(lán)光（波長(zhǎng)約460-480nm）最為敏感。當(dāng)光線照射到視網(wǎng)膜時(shí)，ipRGC會(huì)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動(dòng)，通過(guò)視網(wǎng)膜下丘腦束（RHT）傳遞到大腦中的視交叉上核（SCN）。SCN是人體生物鐘的核心起搏器，它能夠整合光信號(hào)和其他生理信號(hào)，調(diào)節(jié)人體的晝夜節(jié)律。SCN通過(guò)神經(jīng)和激素途徑對(duì)人體的生理過(guò)程產(chǎn)生廣泛影響。它可以調(diào)節(jié)松果體分泌褪黑素，褪黑素是一種由松果體在夜間分泌的激素，具有促進(jìn)睡眠、調(diào)節(jié)生物鐘等作用。在黑暗環(huán)境中，松果體分泌褪黑素增加，使人感到困倦；而在光照條件下，特別是藍(lán)光照射時(shí)，褪黑素的分泌受到抑制，使人保持清醒。研究表明，夜間暴露在藍(lán)光下會(huì)延遲褪黑素的分泌，導(dǎo)致入睡困難和睡眠質(zhì)量下降。SCN還可以調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-腎上腺（HPA）軸的活動(dòng)，影響皮質(zhì)醇的分泌。皮質(zhì)醇是一種應(yīng)激激素，其分泌具有晝夜節(jié)律性。在早晨，皮質(zhì)醇水平升高，使人精神振奮；而在晚上，皮質(zhì)醇水平降低，有助于放松和睡眠。光照可以通過(guò)影響SCN來(lái)調(diào)節(jié)皮質(zhì)醇的分泌節(jié)律，從而影響人體的生理和心理狀態(tài)。如果長(zhǎng)期處于光照不足或光照節(jié)律紊亂的環(huán)境中，可能會(huì)導(dǎo)致皮質(zhì)醇分泌失調(diào)，引發(fā)焦慮、抑郁等心理問(wèn)題。天然光的非視覺(jué)效應(yīng)還與人體的體溫調(diào)節(jié)、免疫系統(tǒng)功能等密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，充足的天然光照射可以提高人體的體溫調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能，降低患病風(fēng)險(xiǎn)。在冬季，由于日照時(shí)間較短，人們?nèi)菀壮霈F(xiàn)季節(jié)性情感障礙（SAD），表現(xiàn)為情緒低落、疲勞、睡眠障礙等癥狀，這可能與天然光照射不足導(dǎo)致的非視覺(jué)效應(yīng)失調(diào)有關(guān)。2.1.2非視覺(jué)效應(yīng)的影響因素光照強(qiáng)度對(duì)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)有著重要影響。一般來(lái)說(shuō)，較高的光照強(qiáng)度能夠更有效地刺激ipRGC，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的非視覺(jué)效應(yīng)。研究表明，在早晨接受10000勒克斯以上的強(qiáng)光照射，可以顯著抑制褪黑素的分泌，提高警覺(jué)性和認(rèn)知能力。在辦公環(huán)境中，適當(dāng)提高光照強(qiáng)度可以提高員工的工作效率和注意力。然而，過(guò)高的光照強(qiáng)度也可能會(huì)導(dǎo)致不適和眩光，對(duì)人體產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，需要根據(jù)不同的場(chǎng)景和需求，合理控制光照強(qiáng)度。光譜分布是影響天然光非視覺(jué)效應(yīng)的另一個(gè)關(guān)鍵因素。不同波長(zhǎng)的光線對(duì)人體的生理和心理影響各不相同。藍(lán)光具有較高的能量，能夠有效地刺激ipRGC，對(duì)生物鐘和睡眠-覺(jué)醒周期的調(diào)節(jié)作用最為顯著。在早晨，適當(dāng)增加藍(lán)光的照射可以幫助人們更快地清醒過(guò)來(lái)，提高工作效率；而在晚上，減少藍(lán)光的照射，增加紅光和暖光的比例，可以促進(jìn)褪黑素的分泌，有助于睡眠。研究還發(fā)現(xiàn)，綠光和紅光也對(duì)人體的情緒和心理狀態(tài)有一定的調(diào)節(jié)作用，綠光可以使人感到放松和平靜，紅光則可以提高人的興奮度。因此，在設(shè)計(jì)光環(huán)境時(shí)，需要綜合考慮不同波長(zhǎng)光線的比例，以實(shí)現(xiàn)最佳的非視覺(jué)效應(yīng)。照射時(shí)間也是影響天然光非視覺(jué)效應(yīng)的重要因素。人體的生物鐘對(duì)光照的時(shí)間節(jié)律非常敏感，在合適的時(shí)間接受光照可以有效地調(diào)節(jié)生物鐘，維持生理節(jié)律的穩(wěn)定。早晨的陽(yáng)光照射對(duì)于調(diào)節(jié)生物鐘尤為重要，它可以幫助人們建立正常的睡眠-覺(jué)醒周期。如果早晨長(zhǎng)期處于黑暗環(huán)境中，缺乏陽(yáng)光照射，可能會(huì)導(dǎo)致生物鐘紊亂，出現(xiàn)睡眠障礙等問(wèn)題。此外，光照的持續(xù)時(shí)間也會(huì)影響非視覺(jué)效應(yīng)的強(qiáng)度，較長(zhǎng)時(shí)間的光照可以產(chǎn)生更明顯的生理和心理影響。在工作場(chǎng)所，保證員工每天有足夠的光照時(shí)間，可以提高他們的工作滿意度和身心健康。光照的動(dòng)態(tài)變化也會(huì)對(duì)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)產(chǎn)生影響。自然界中的光照強(qiáng)度和光譜分布會(huì)隨著時(shí)間和天氣的變化而動(dòng)態(tài)變化，這種動(dòng)態(tài)變化能夠更好地模擬自然環(huán)境，對(duì)人體的生理和心理產(chǎn)生積極影響。研究表明，采用動(dòng)態(tài)照明系統(tǒng)，模擬自然光的動(dòng)態(tài)變化，可以提高人們的睡眠質(zhì)量、情緒狀態(tài)和認(rèn)知能力。在辦公室中，使用動(dòng)態(tài)照明系統(tǒng)，根據(jù)不同的時(shí)間段調(diào)整光照強(qiáng)度和色溫，能夠使員工感到更加舒適和愉悅，提高工作效率。2.2非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法2.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系非視覺(jué)照度（EquivalentMelanopicLux，EML）是衡量光對(duì)人體非視覺(jué)效應(yīng)的重要指標(biāo)之一。它考慮了人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光線的非視覺(jué)敏感度，將不同光譜的光轉(zhuǎn)換為等效的視黑素照度，以反映光對(duì)人體生物鐘和生理節(jié)律的影響。研究表明，藍(lán)光對(duì)非視覺(jué)效應(yīng)的影響最為顯著，因此在計(jì)算非視覺(jué)照度時(shí)，藍(lán)光的權(quán)重相對(duì)較高。在早晨，適當(dāng)增加藍(lán)光的照射，提高非視覺(jué)照度，可以有效抑制褪黑素的分泌，使人保持清醒和警覺(jué)；而在晚上，降低非視覺(jué)照度，減少藍(lán)光的照射，有助于促進(jìn)褪黑素的分泌，提高睡眠質(zhì)量。刺激頻率（StimulusFrequency）是指在一定時(shí)間內(nèi)，光刺激對(duì)人體生物鐘的作用次數(shù)。它反映了光環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化對(duì)人體非視覺(jué)效應(yīng)的影響。適當(dāng)?shù)拇碳ゎl率可以調(diào)節(jié)人體的生物鐘，使其與自然的晝夜節(jié)律保持同步。研究發(fā)現(xiàn)，在白天，較高的刺激頻率可以提高人體的警覺(jué)性和認(rèn)知能力；而在晚上，較低的刺激頻率則有助于放松和睡眠。如果刺激頻率過(guò)高或過(guò)低，都可能導(dǎo)致生物鐘紊亂，影響人體的健康。例如，長(zhǎng)時(shí)間暴露在閃爍的光環(huán)境中，刺激頻率過(guò)高，可能會(huì)引起頭痛、疲勞等不適癥狀。天然光貢獻(xiàn)率（ContributionRatioofDaylight，CR）表示天然光在室內(nèi)總光照中的占比。較高的天然光貢獻(xiàn)率意味著室內(nèi)空間能夠更多地利用天然光，減少人工照明的使用，從而降低能源消耗，同時(shí)也能提供更接近自然的光環(huán)境，增強(qiáng)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)。在一些綠色建筑中，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，如增大窗戶面積、優(yōu)化建筑朝向等，使天然光貢獻(xiàn)率達(dá)到70%以上，為使用者創(chuàng)造了更加健康和舒適的室內(nèi)環(huán)境。研究表明，在天然光貢獻(xiàn)率高的環(huán)境中工作和學(xué)習(xí)，人們的工作效率和學(xué)習(xí)成績(jī)都有明顯提高。有效節(jié)律區(qū)域百分比（PercentageofEffectiveRhythmArea）是指室內(nèi)空間中滿足非視覺(jué)效應(yīng)要求的區(qū)域占總面積的比例。這個(gè)指標(biāo)可以幫助評(píng)估建筑空間內(nèi)不同區(qū)域的天然光非視覺(jué)效應(yīng)分布情況，為建筑設(shè)計(jì)和空間布局提供參考。在一個(gè)辦公室中，如果有效節(jié)律區(qū)域百分比較低，說(shuō)明部分區(qū)域的天然光非視覺(jué)效應(yīng)不足，可能需要通過(guò)調(diào)整采光設(shè)計(jì)或增加人工照明來(lái)改善光環(huán)境。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，提高有效節(jié)律區(qū)域百分比，可以使更多的使用者受益于天然光的非視覺(jué)效應(yīng)。2.2.2現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法生物照度閾值法是一種基于生物效應(yīng)的評(píng)價(jià)方法，它通過(guò)確定能夠引起人體非視覺(jué)生物效應(yīng)的光照閾值來(lái)評(píng)估光環(huán)境的非視覺(jué)效應(yīng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，易于理解和應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，只需測(cè)量光環(huán)境的照度，然后與生物照度閾值進(jìn)行比較，就可以判斷光環(huán)境是否滿足非視覺(jué)效應(yīng)的要求。它沒(méi)有考慮光譜分布、光照時(shí)間等因素對(duì)非視覺(jué)效應(yīng)的綜合影響，可能會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不夠準(zhǔn)確。在一些情況下，即使照度達(dá)到了閾值，但光譜分布不合理，也可能無(wú)法產(chǎn)生良好的非視覺(jué)效應(yīng)。多通道計(jì)算法考慮了人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光線的不同響應(yīng)，通過(guò)多個(gè)通道對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理和計(jì)算，從而更全面地評(píng)估光的非視覺(jué)效應(yīng)。這種方法能夠更準(zhǔn)確地反映光對(duì)人體生理和心理的影響，因?yàn)樗紤]了不同波長(zhǎng)光線對(duì)人體生物鐘、激素分泌等方面的不同作用。在評(píng)估藍(lán)光對(duì)人體睡眠的影響時(shí)，多通道計(jì)算法可以更精確地分析藍(lán)光的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間和光譜分布等因素對(duì)睡眠的影響。多通道計(jì)算法的計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，需要專業(yè)的知識(shí)和設(shè)備，這限制了它的廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作和分析，增加了使用成本和難度?；贓cotect+Matlab的CEA法是一種結(jié)合了建筑采光模擬軟件Ecotect和數(shù)學(xué)計(jì)算軟件Matlab的評(píng)價(jià)方法。Ecotect可以對(duì)建筑的采光進(jìn)行模擬分析，獲取光照強(qiáng)度、分布等數(shù)據(jù)；Matlab則用于對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析，計(jì)算非視覺(jué)效應(yīng)相關(guān)指標(biāo)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠充分利用Ecotect的強(qiáng)大模擬功能和Matlab的數(shù)據(jù)分析能力，提供較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)結(jié)果。通過(guò)Ecotect的模擬，可以直觀地看到建筑內(nèi)部不同位置的光照情況，再結(jié)合Matlab的計(jì)算，能夠得到更詳細(xì)的非視覺(jué)效應(yīng)指標(biāo)。該方法需要掌握兩種軟件的使用，對(duì)使用者的技術(shù)要求較高；而且模擬過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，效率較低。在實(shí)際應(yīng)用中，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力來(lái)學(xué)習(xí)和使用這兩種軟件，同時(shí)模擬計(jì)算也需要較長(zhǎng)的時(shí)間。2.3GH平臺(tái)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)2.3.1GH平臺(tái)概述Grasshopper（GH）是一款基于Rhino三維建模軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)插件，它以可視化編程的方式為設(shè)計(jì)師提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具。通過(guò)將各種功能模塊（即“電池”）以連線的方式組合，用戶可以直觀地構(gòu)建復(fù)雜的設(shè)計(jì)邏輯，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)和分析。這種可視化編程方式降低了編程門檻，使得設(shè)計(jì)師無(wú)需具備深厚的編程知識(shí)，就能通過(guò)簡(jiǎn)單的操作實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的設(shè)計(jì)意圖。在建筑設(shè)計(jì)中，GH平臺(tái)具有廣泛的應(yīng)用。它可以用于建筑形體的生成與優(yōu)化，通過(guò)調(diào)整參數(shù)，快速生成多種不同形態(tài)的建筑方案，為設(shè)計(jì)師提供更多的創(chuàng)意和可能性。在設(shè)計(jì)一個(gè)具有獨(dú)特曲面造型的建筑時(shí)，設(shè)計(jì)師可以利用GH平臺(tái)的參數(shù)化功能，通過(guò)調(diào)整控制點(diǎn)、曲線等參數(shù)，輕松實(shí)現(xiàn)曲面的變形和優(yōu)化，找到最符合設(shè)計(jì)需求的建筑形體。GH平臺(tái)還可以進(jìn)行建筑表皮的設(shè)計(jì)，通過(guò)編寫算法和程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑表皮的精細(xì)化設(shè)計(jì)，使其具有獨(dú)特的視覺(jué)效果和功能特性。在一些建筑中，利用GH平臺(tái)設(shè)計(jì)的建筑表皮可以根據(jù)光線、溫度等環(huán)境因素自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和遮陽(yáng)的功能。在建筑性能分析方面，GH平臺(tái)也發(fā)揮著重要作用。它可以與其他插件和軟件結(jié)合，進(jìn)行采光、通風(fēng)、能耗等性能的模擬分析。通過(guò)將建筑模型導(dǎo)入GH平臺(tái)，并結(jié)合相關(guān)插件，設(shè)計(jì)師可以模擬不同時(shí)間、不同天氣條件下建筑內(nèi)部的采光情況，評(píng)估采光效果，為建筑設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。利用GH平臺(tái)和相關(guān)插件，還可以分析建筑的通風(fēng)性能，優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計(jì)，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。通過(guò)能耗模擬分析，設(shè)計(jì)師可以了解建筑的能源消耗情況，采取相應(yīng)的節(jié)能措施，降低建筑能耗。2.3.2Ladybug和Honeybee插件Ladybug和Honeybee是GH平臺(tái)中與建筑性能分析密切相關(guān)的兩款重要插件，它們?cè)诓晒饽M和氣象數(shù)據(jù)處理等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Ladybug主要用于氣象數(shù)據(jù)的處理和可視化分析。它能夠讀取和解析各種氣象數(shù)據(jù)文件，如EPW（EnergyPlusWeather）格式的氣象數(shù)據(jù)文件，這些文件包含了豐富的氣象信息，如溫度、濕度、太陽(yáng)輻射、風(fēng)速等。通過(guò)Ladybug插件，這些復(fù)雜的氣象數(shù)據(jù)可以被直觀地展示出來(lái)，以圖表、圖像等形式呈現(xiàn)，幫助設(shè)計(jì)師更好地理解當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件。設(shè)計(jì)師可以通過(guò)Ladybug生成的太陽(yáng)輻射圖表，了解不同季節(jié)、不同時(shí)間段的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和方向，為建筑的朝向設(shè)計(jì)和遮陽(yáng)設(shè)施的布置提供依據(jù)。Ladybug還提供了一系列的分析工具，用于評(píng)估建筑場(chǎng)地的微氣候條件，如熱舒適度分析、風(fēng)環(huán)境分析等。通過(guò)這些分析，設(shè)計(jì)師可以優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)，提高建筑的環(huán)境適應(yīng)性和舒適度。Honeybee則專注于建筑采光模擬和能源分析。它基于Radiance等專業(yè)的采光模擬引擎，能夠準(zhǔn)確地模擬建筑內(nèi)部的采光情況。在進(jìn)行采光模擬時(shí)，Honeybee可以考慮建筑的幾何形狀、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材質(zhì)和透光率、窗戶的大小和位置等因素，計(jì)算出不同位置的照度、采光系數(shù)等指標(biāo)。通過(guò)這些模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)師可以評(píng)估建筑的采光效果，判斷是否滿足相關(guān)的采光標(biāo)準(zhǔn)和要求。如果發(fā)現(xiàn)采光不足的區(qū)域，可以通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，如增加窗戶面積、改變窗戶位置等，來(lái)改善采光效果。Honeybee還可以與EnergyPlus等能源分析軟件結(jié)合，進(jìn)行建筑的能源消耗模擬，分析建筑在不同運(yùn)行條件下的能耗情況，為建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)提供支持。2.3.3VB.Script編程VB.Script是一種基于VisualBasic的腳本語(yǔ)言，在GH平臺(tái)中，它為用戶提供了更靈活的編程方式，以實(shí)現(xiàn)特定的功能和算法。通過(guò)VB.Script編程，用戶可以創(chuàng)建自定義的組件，擴(kuò)展GH平臺(tái)的功能。在進(jìn)行天然光非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)價(jià)時(shí)，可能需要一些特定的計(jì)算和分析功能，而現(xiàn)有的組件無(wú)法滿足需求，此時(shí)就可以利用VB.Script編寫自定義組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)非視覺(jué)照度、刺激頻率等指標(biāo)的計(jì)算。在VB.Script編程中，用戶可以通過(guò)調(diào)用GH平臺(tái)提供的API（應(yīng)用程序編程接口），訪問(wèn)和操作GH平臺(tái)中的各種對(duì)象和數(shù)據(jù)?？梢垣@取建筑模型的幾何信息，如點(diǎn)、線、面的坐標(biāo)和屬性，以及模擬分析的結(jié)果數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的處理和分析，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法和邏輯。在計(jì)算天然光貢獻(xiàn)率時(shí)，可以通過(guò)VB.Script編程獲取建筑內(nèi)部的天然光照度數(shù)據(jù)和人工照明照度數(shù)據(jù)，然后根據(jù)公式計(jì)算出天然光貢獻(xiàn)率。VB.Script編程還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量處理和自動(dòng)化分析。在進(jìn)行大量建筑方案的天然光非視覺(jué)效應(yīng)評(píng)估時(shí)，可以編寫VB.Script腳本，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方案的自動(dòng)模擬和分析，提高工作效率。通過(guò)循環(huán)語(yǔ)句和條件判斷語(yǔ)句，腳本可以自動(dòng)讀取不同的建筑模型文件，設(shè)置模擬參數(shù)，進(jìn)行采光模擬和指標(biāo)計(jì)算，并將結(jié)果保存到指定的文件中。這樣，設(shè)計(jì)師可以一次性對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行評(píng)估，快速篩選出最優(yōu)方案。三、基于GH平臺(tái)的評(píng)價(jià)工具構(gòu)建3.1氣象數(shù)據(jù)處理模塊3.1.1非視覺(jué)轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算根據(jù)WELL標(biāo)準(zhǔn)，不同天空類型的非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)有所差異。在計(jì)算過(guò)程中，首先需要明確天空類型的分類。常見(jiàn)的天空類型包括全陰天、晴天、部分陰天等。對(duì)于每種天空類型，其光譜分布具有獨(dú)特特征，這直接影響非視覺(jué)照度的轉(zhuǎn)換系數(shù)。全陰天的天空漫射光較為均勻，其光譜能量分布相對(duì)集中在較短波長(zhǎng)區(qū)域，對(duì)非視覺(jué)效應(yīng)的影響具有特定規(guī)律。研究表明，在全陰天條件下，藍(lán)光成分相對(duì)較多，而藍(lán)光對(duì)人體非視覺(jué)效應(yīng)的刺激作用較為顯著。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論研究，全陰天的非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)可以通過(guò)特定的公式進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)全陰天的視覺(jué)照度為E_{v,c}，非視覺(jué)照度為E_{mel,c}，轉(zhuǎn)換系數(shù)為k_c，則有E_{mel,c}=k_c\timesE_{v,c}。通過(guò)對(duì)大量全陰天天氣條件下的光譜測(cè)量和分析，確定全陰天的k_c值約為[具體數(shù)值]。這一數(shù)值是基于對(duì)人眼非視覺(jué)感光細(xì)胞對(duì)不同波長(zhǎng)光線的敏感度研究，以及大量實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析得出的。晴天的天空狀況與全陰天有很大不同，太陽(yáng)直射光較強(qiáng)，光譜能量分布更為廣泛。在晴天，太陽(yáng)直射光中包含豐富的不同波長(zhǎng)光線，其非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)的計(jì)算需要考慮直射光和漫射光的綜合影響。對(duì)于直射光部分，由于其光強(qiáng)較高且光譜成分復(fù)雜，需要根據(jù)太陽(yáng)高度角、大氣透明度等因素進(jìn)行修正。對(duì)于漫射光部分，雖然其強(qiáng)度相對(duì)直射光較弱，但在非視覺(jué)效應(yīng)中也起到一定作用。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實(shí)際的氣象數(shù)據(jù)和光譜測(cè)量，計(jì)算出晴天的非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)k_s。在某一特定地區(qū)，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量和計(jì)算，晴天的k_s值在[具體數(shù)值范圍]之間，這一范圍反映了晴天條件下不同天氣狀況和地理位置對(duì)非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)的影響。部分陰天的天空狀況介于全陰天和晴天之間，其非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)的計(jì)算更為復(fù)雜。需要綜合考慮云層的厚度、分布以及太陽(yáng)的遮擋情況等因素。可以將部分陰天的天空分為不同的子類型，根據(jù)每種子類型中直射光和漫射光的比例，以及它們各自的光譜特征，分別計(jì)算非視覺(jué)照度貢獻(xiàn)，然后通過(guò)加權(quán)平均的方法得到部分陰天的非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)k_p。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，確定不同子類型的權(quán)重，從而準(zhǔn)確計(jì)算出k_p的值。例如，在某地區(qū)，當(dāng)云層厚度為[具體厚度]時(shí)，部分陰天的k_p值約為[具體數(shù)值]，這一數(shù)值是通過(guò)對(duì)該地區(qū)大量部分陰天天氣的實(shí)際觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析得到的。3.1.2天空類型確定天空凈度指數(shù)是確定天空類型的重要依據(jù)。天空凈度指數(shù)反映了天空中云層、顆粒物等對(duì)光線傳播的影響程度，其計(jì)算公式涉及多個(gè)氣象參數(shù)，如太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、大氣透明度等。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算，可以得到天空凈度指數(shù)。假設(shè)天空凈度指數(shù)為SI，其計(jì)算公式為SI=f(R_s,\tau)，其中R_s表示太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，\tau表示大氣透明度。f是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，它綜合考慮了太陽(yáng)輻射在大氣中的傳輸過(guò)程，以及云層和顆粒物對(duì)輻射的散射、吸收等作用。通過(guò)對(duì)大量氣象數(shù)據(jù)的分析和研究，確定了這一函數(shù)的具體形式和參數(shù)取值。在確定各小時(shí)的天空類型時(shí)，首先需要獲取每小時(shí)的氣象數(shù)據(jù)，包括太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、大氣透明度、云量等。利用這些數(shù)據(jù)，根據(jù)天空凈度指數(shù)的計(jì)算公式，計(jì)算出每小時(shí)的天空凈度指數(shù)值。然后，將計(jì)算得到的天空凈度指數(shù)與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。如果天空凈度指數(shù)大于某一閾值SI_{th1}，則判定為晴天；如果天空凈度指數(shù)小于另一閾值SI_{th2}，則判定為全陰天；如果天空凈度指數(shù)介于SI_{th2}和SI_{th1}之間，則判定為部分陰天。在某地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)處理中，設(shè)定SI_{th1}=0.8，SI_{th2}=0.3。當(dāng)某一小時(shí)的天空凈度指數(shù)計(jì)算值為0.9時(shí)，根據(jù)設(shè)定的閾值，判定該小時(shí)的天空類型為晴天；當(dāng)計(jì)算值為0.2時(shí)，判定為全陰天；當(dāng)計(jì)算值為0.5時(shí)，判定為部分陰天。這些閾值的設(shè)定是基于對(duì)該地區(qū)長(zhǎng)期氣象數(shù)據(jù)的分析和研究，以及對(duì)不同天空類型特征的深入理解，以確保天空類型的準(zhǔn)確判定。3.1.3組件與程序?qū)崿F(xiàn)通過(guò)VB.net編寫組件和程序來(lái)實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化和高效性。在VB.net中，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目，選擇合適的項(xiàng)目類型，如WindowsFormsApplication或ConsoleApplication，根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。如果需要實(shí)現(xiàn)可視化的操作界面，便于用戶輸入?yún)?shù)和查看結(jié)果，可選擇WindowsFormsApplication；如果主要用于后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，對(duì)界面要求不高，則可選擇ConsoleApplication。在項(xiàng)目中，利用VB.net的強(qiáng)大功能，編寫代碼實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的讀取、處理和分析。通過(guò)調(diào)用相關(guān)的庫(kù)和函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象數(shù)據(jù)文件的讀取?？梢允褂肰B.net的文件讀取類，如StreamReader，按照氣象數(shù)據(jù)文件的格式，逐行讀取文件中的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)到合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，如數(shù)組或列表。然后，根據(jù)前面所述的非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算方法和天空類型確定方法，編寫相應(yīng)的算法和邏輯。在計(jì)算非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)時(shí)，根據(jù)天空類型的不同，調(diào)用相應(yīng)的計(jì)算公式和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)算。在確定天空類型時(shí)，根據(jù)天空凈度指數(shù)的計(jì)算結(jié)果和設(shè)定的閾值，進(jìn)行判斷和分類。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，注重代碼的模塊化和可維護(hù)性。將不同的功能模塊封裝成獨(dú)立的函數(shù)或類，便于代碼的管理和修改。將非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算功能封裝成一個(gè)函數(shù)CalculateConversionCoefficient，將天空類型確定功能封裝成一個(gè)函數(shù)DetermineSkyType。在主程序中，通過(guò)調(diào)用這些函數(shù)，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的處理流程。通過(guò)合理的注釋和文檔編寫，提高代碼的可讀性，方便后續(xù)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。在每個(gè)函數(shù)和關(guān)鍵代碼段，添加詳細(xì)的注釋，說(shuō)明代碼的功能、輸入?yún)?shù)和輸出結(jié)果，以及實(shí)現(xiàn)的原理和邏輯。這樣，即使在后續(xù)的開(kāi)發(fā)中，其他開(kāi)發(fā)人員也能夠快速理解和修改代碼。3.2采光模擬計(jì)算模塊3.2.1模型建立與材質(zhì)賦予以某位于[具體城市]的辦公建筑為例，該建筑為矩形平面，長(zhǎng)50米，寬30米，共5層，每層高度為4米。建筑外立面采用玻璃幕墻和白色石材相結(jié)合的設(shè)計(jì)，窗戶面積占外立面面積的40%。在Rhino中進(jìn)行三維模型的建立，首先利用Rhino的基本繪圖工具，如矩形工具繪制建筑的底面輪廓，然后通過(guò)拉伸工具將底面輪廓拉伸至相應(yīng)的高度，形成建筑的主體結(jié)構(gòu)。利用曲線工具和曲面工具創(chuàng)建建筑的異形部分，如建筑入口處的弧形雨篷等。在創(chuàng)建過(guò)程中，精確設(shè)置各個(gè)構(gòu)件的尺寸和位置，確保模型與實(shí)際建筑一致。在Grasshopper中，也可以通過(guò)參數(shù)化的方式快速建立建筑模型。利用“Rectangle”組件創(chuàng)建矩形平面，通過(guò)調(diào)整組件的參數(shù)，如長(zhǎng)度、寬度等，控制矩形的大小。利用“Extrusion”組件將矩形平面拉伸為三維體塊，形成建筑的主體。通過(guò)“Curve”組件和“Surface”組件創(chuàng)建建筑的異形部分，利用“Boolean”組件進(jìn)行布爾運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)模型的組合和切割。通過(guò)參數(shù)化建模，可以方便地對(duì)模型進(jìn)行修改和調(diào)整，快速生成不同的設(shè)計(jì)方案。材質(zhì)賦予對(duì)于準(zhǔn)確模擬采光效果至關(guān)重要。調(diào)用Radiance的Plastic和Glass材質(zhì)來(lái)定義建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)材質(zhì)。對(duì)于玻璃幕墻部分，選擇具有高透光率的玻璃材質(zhì)，設(shè)置其透光率為0.7，反射率為0.1，吸收率為0.2，以準(zhǔn)確模擬玻璃對(duì)光線的傳輸和反射特性。對(duì)于白色石材部分，設(shè)置其反射率為0.6，吸收率為0.3，透光率為0.1，以體現(xiàn)石材的反射和吸收特性。在Rhino中，可以通過(guò)材質(zhì)編輯器對(duì)材質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，調(diào)整材質(zhì)的顏色、紋理、光澤度等參數(shù)，使模型更加逼真。在Grasshopper中，可以利用“Material”組件對(duì)材質(zhì)進(jìn)行定義和賦予，通過(guò)連接不同的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)材質(zhì)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。3.2.2模擬參數(shù)設(shè)置與計(jì)算在確定分析點(diǎn)時(shí)，考慮到辦公空間的使用功能和人員活動(dòng)區(qū)域，在每層的辦公區(qū)域均勻布置分析點(diǎn)，分析點(diǎn)距離地面高度為0.8米，以模擬人體坐姿時(shí)眼睛位置的光照情況。分析點(diǎn)之間的間距為2米，確保能夠全面覆蓋辦公區(qū)域。利用“Point”組件在Grasshopper中創(chuàng)建分析點(diǎn)，通過(guò)“Grid”組件將分析點(diǎn)按照一定的間距進(jìn)行排列，形成規(guī)則的分析點(diǎn)網(wǎng)格。視看方向?qū)τ谀M結(jié)果也有重要影響。使用“viewdirection”組件調(diào)整測(cè)量點(diǎn)的視看方向，使其垂直于窗戶平面，以獲取最佳的采光效果。在實(shí)際應(yīng)用中，也可以根據(jù)不同的需求，調(diào)整視看方向，如模擬人員在辦公區(qū)域內(nèi)不同位置的視野和采光情況。在Grasshopper中，可以通過(guò)輸入向量的方式來(lái)確定視看方向，利用“Vector”組件創(chuàng)建視看方向向量，并將其連接到“viewdirection”組件上。根據(jù)模擬目的選擇不同的模擬類型。如果需要評(píng)估全年的采光情況，選擇全年采光模擬類型；如果只關(guān)注特定時(shí)間段的采光效果，如上午9點(diǎn)到下午3點(diǎn)的采光情況，則選擇相應(yīng)的時(shí)間段模擬類型。在Honeybee中，提供了多種模擬類型供選擇，通過(guò)設(shè)置“SimulationType”參數(shù)來(lái)確定模擬類型。在選擇全年采光模擬時(shí)，設(shè)置“SimulationType”為“AnnualDaylight”，并輸入相應(yīng)的模擬參數(shù)，如模擬的開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、時(shí)間步長(zhǎng)等。在選擇時(shí)間段模擬時(shí)，設(shè)置“SimulationType”為“TimePeriodDaylight”，并指定模擬的時(shí)間段。模擬計(jì)算的流程如下：首先，將建立好的建筑模型和設(shè)置好的模擬參數(shù)導(dǎo)入到Honeybee中，利用Honeybee的采光模擬引擎，如Radiance，進(jìn)行采光模擬計(jì)算。在計(jì)算過(guò)程中，Radiance會(huì)根據(jù)建筑模型的幾何形狀、材質(zhì)屬性、分析點(diǎn)位置和視看方向等參數(shù)，以及氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)分析點(diǎn)在不同時(shí)間的光照強(qiáng)度、照度等數(shù)據(jù)。然后，將計(jì)算結(jié)果輸出到指定的文件中，以便后續(xù)分析和處理。在Grasshopper中，可以通過(guò)連接不同的組件，實(shí)現(xiàn)模擬計(jì)算流程的自動(dòng)化。將建筑模型和模擬參數(shù)連接到“HoneybeeRadiance”組件上，設(shè)置好輸出路徑和文件名，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，即可開(kāi)始模擬計(jì)算。計(jì)算完成后，可以通過(guò)“ReadFile”組件讀取模擬結(jié)果文件，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行可視化展示和分析。3.3可視化分析模塊3.3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算在本評(píng)價(jià)工具中，利用annualanalysis組件進(jìn)行非視覺(jué)照度的計(jì)算。該組件通過(guò)對(duì)采光模擬計(jì)算得到的光照數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合不同天空類型的非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算出各分析點(diǎn)的非視覺(jué)照度。在某一分析點(diǎn)，根據(jù)模擬計(jì)算得到的該點(diǎn)在不同時(shí)間的視覺(jué)照度數(shù)據(jù)，以及當(dāng)天的天空類型對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，通過(guò)annualanalysis組件的算法，得出該點(diǎn)的非視覺(jué)照度值。例如，在某晴天的上午10點(diǎn)，該分析點(diǎn)的視覺(jué)照度為800勒克斯，根據(jù)之前計(jì)算得到的晴天非視覺(jué)照度轉(zhuǎn)換系數(shù)，通過(guò)annualanalysis組件計(jì)算得出此時(shí)該點(diǎn)的非視覺(jué)照度為[具體數(shù)值]。利用extractannualdata組件提取annualanalysis組件的輸出端數(shù)據(jù)，進(jìn)行每月、每季或一年中選定時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)分析?？梢赃x擇提取某一月份的非視覺(jué)照度數(shù)據(jù)，分析該月內(nèi)不同時(shí)間段非視覺(jué)照度的變化情況。通過(guò)設(shè)置extractannualdata組件的參數(shù)，指定提取的時(shí)間范圍為某一月份，該組件將從annualanalysis組件的輸出數(shù)據(jù)中篩選出該月的數(shù)據(jù)，并以合適的格式輸出，以便進(jìn)一步分析。使用SFanalysis組件對(duì)刺激頻率數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理，計(jì)算設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)滿足指定刺激頻率級(jí)別的時(shí)間占比以及空間占比sfCEA。首先，根據(jù)刺激頻率的定義和計(jì)算方法，SFanalysis組件對(duì)采光模擬得到的光照變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的刺激頻率。然后，統(tǒng)計(jì)在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)，滿足指定刺激頻率級(jí)別的時(shí)間數(shù)量，并計(jì)算其占總時(shí)間的比例，得到時(shí)間占比。同時(shí)，對(duì)不同分析點(diǎn)的刺激頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)滿足指定刺激頻率級(jí)別的分析點(diǎn)數(shù)量，并計(jì)算其占總分析點(diǎn)數(shù)量的比例，得到空間占比sfCEA。在一個(gè)辦公空間中，設(shè)定時(shí)間范圍為一周，指定刺激頻率級(jí)別為[具體頻率范圍]，通過(guò)SFanalysis組件的計(jì)算，得出該周內(nèi)滿足該刺激頻率級(jí)別的時(shí)間占比為[具體數(shù)值]，空間占比sfCEA為[具體數(shù)值]。利用emlCEAanalysis組件求取每天的emlCEA值和總體平均值，并判斷分析范圍內(nèi)每天是否滿足CEA閾值要求。emlCEAanalysis組件根據(jù)采光模擬數(shù)據(jù)和相關(guān)算法，計(jì)算出每天的emlCEA值，即每天的有效節(jié)律區(qū)域的非視覺(jué)照度綜合指標(biāo)。然后，對(duì)所有分析日的emlCEA值進(jìn)行平均計(jì)算，得到總體平均值。通過(guò)將每天的emlCEA值與預(yù)先設(shè)定的CEA閾值進(jìn)行比較，判斷每天是否滿足CEA閾值要求。在某建筑空間的分析中，經(jīng)過(guò)emlCEAanalysis組件的計(jì)算，得出某一天的emlCEA值為[具體數(shù)值]，總體平均值為[具體數(shù)值]，與CEA閾值[具體閾值]比較后，判斷該天是否滿足CEA閾值要求。3.3.2圖示表達(dá)將非視覺(jué)照度的計(jì)算結(jié)果以彩色云圖的形式展示在建筑模型上，能夠直觀地呈現(xiàn)非視覺(jué)照度在空間上的分布情況。在彩色云圖中，不同的顏色代表不同的非視覺(jué)照度范圍，例如，紅色表示高非視覺(jué)照度區(qū)域，藍(lán)色表示低非視覺(jué)照度區(qū)域。通過(guò)這種方式，設(shè)計(jì)師可以清晰地看到建筑內(nèi)部哪些區(qū)域的非視覺(jué)照度較高，哪些區(qū)域較低，從而有針對(duì)性地進(jìn)行采光設(shè)計(jì)優(yōu)化。在一個(gè)圖書館建筑模型中，通過(guò)彩色云圖展示非視覺(jué)照度分布，發(fā)現(xiàn)靠近窗戶的閱讀區(qū)域非視覺(jué)照度較高，而遠(yuǎn)離窗戶的書架區(qū)域非視覺(jué)照度較低，這提示設(shè)計(jì)師可以通過(guò)調(diào)整書架布局或增加輔助照明等方式，提高書架區(qū)域的非視覺(jué)照度。以折線圖的形式展示每月或每季的非視覺(jué)照度變化趨勢(shì)，有助于分析非視覺(jué)照度隨時(shí)間的變化規(guī)律。在折線圖中，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，如月份或季度，縱坐標(biāo)表示非視覺(jué)照度值。通過(guò)觀察折線的走勢(shì)，可以了解到非視覺(jué)照度在不同季節(jié)或月份的變化情況。在某辦公建筑的分析中，折線圖顯示夏季的非視覺(jué)照度明顯高于冬季，這可能是由于夏季日照時(shí)間長(zhǎng)、太陽(yáng)高度角大等原因?qū)е碌摹ＴO(shè)計(jì)師可以根據(jù)這種變化趨勢(shì)，在不同季節(jié)采取不同的采光策略，如在夏季適當(dāng)增加遮陽(yáng)措施，以避免過(guò)高的非視覺(jué)照度對(duì)人體產(chǎn)生不適；在冬季則可以優(yōu)化采光設(shè)計(jì)，充分利用天然光，提高室內(nèi)的非視覺(jué)照度。對(duì)于刺激頻率的時(shí)間占比和空間占比，采用柱狀圖進(jìn)行展示。在柱狀圖中，橫坐標(biāo)表示不同的刺激頻率級(jí)別或空間區(qū)域，縱坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)的時(shí)間占比或空間占比。通過(guò)柱狀圖的高度對(duì)比，可以直觀地看出不同刺激頻率級(jí)別在時(shí)間上的分布情況，以及不同空間區(qū)域滿足刺激頻率要求的程度。在一個(gè)學(xué)校教室的分析中，柱狀圖顯示在上課時(shí)間段內(nèi)，滿足某一刺激頻率級(jí)別的時(shí)間占比較高，說(shuō)明教室的光環(huán)境在該時(shí)間段內(nèi)能夠較好地滿足學(xué)生的生理需求；而在一些角落區(qū)域，滿足刺激頻率要求的空間占比較低，這提示設(shè)計(jì)師可以對(duì)這些區(qū)域的采光進(jìn)行優(yōu)化，以提高整個(gè)教室的光環(huán)境質(zhì)量。四、評(píng)價(jià)工具應(yīng)用案例分析4.1現(xiàn)有建筑空間非視覺(jué)評(píng)估4.1.1非視覺(jué)光環(huán)境實(shí)測(cè)本研究選取了某學(xué)校的一間教室作為研究對(duì)象，該教室位于教學(xué)樓的南側(cè)，采光條件良好。在教室內(nèi)部，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置。為了全面反映教室不同位置的天然光非視覺(jué)光環(huán)境狀況，采用均勻布點(diǎn)的方式，在教室的課桌面上布置了10個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距為2米。這些測(cè)點(diǎn)覆蓋了教室的不同區(qū)域，包括靠近窗戶的區(qū)域、教室中部以及靠近后排的區(qū)域，以確保能夠獲取到不同位置的光照數(shù)據(jù)。測(cè)量?jī)x器選用了高精度的TES-1330A照度計(jì)，該照度計(jì)的測(cè)量范圍為0.01lux-20000lux，精度滿足本研究的要求。在測(cè)量過(guò)程中，嚴(yán)格按照照度計(jì)的操作規(guī)程進(jìn)行操作，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了獲取準(zhǔn)確的非視覺(jué)照度數(shù)據(jù)，在測(cè)量前對(duì)儀器進(jìn)行了校準(zhǔn)，并在測(cè)量過(guò)程中多次測(cè)量取平均值，以減小測(cè)量誤差。同時(shí)，記錄測(cè)量時(shí)間、天氣狀況等信息，以便后續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法如下：首先，對(duì)測(cè)量得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和篩選，去除明顯異常的數(shù)據(jù)。對(duì)于由于儀器故障或其他原因?qū)е碌拿黠@偏離正常范圍的數(shù)據(jù)，進(jìn)行重新測(cè)量或剔除處理。然后，對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的平均照度、最大值、最小值等統(tǒng)計(jì)量，以了解教室非視覺(jué)光環(huán)境的整體分布情況。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，如方差分析、相關(guān)性分析等，分析不同測(cè)點(diǎn)之間照度的差異以及照度與其他因素（如天氣、時(shí)間等）之間的關(guān)系。通過(guò)這些分析，能夠更深入地了解教室非視覺(jué)光環(huán)境的特點(diǎn)和影響因素。4.1.2模擬評(píng)價(jià)與實(shí)測(cè)對(duì)比利用本研究開(kāi)發(fā)的基于GH平臺(tái)的評(píng)價(jià)工具，對(duì)該教室的天然光非視覺(jué)效應(yīng)進(jìn)行模擬評(píng)價(jià)。在模擬過(guò)程中，嚴(yán)格按照教室的實(shí)際尺寸、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材質(zhì)、窗戶大小和位置等參數(shù)建立模型，并輸入當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)，確保模擬條件與實(shí)際情況相符。通過(guò)模擬計(jì)算，得到教室各測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)間的非視覺(jué)照度、刺激頻率等評(píng)價(jià)指標(biāo)的模擬值。將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證評(píng)價(jià)工具的準(zhǔn)確性和可靠性。在非視覺(jué)照度方面，對(duì)比模擬值和實(shí)測(cè)值的差異，計(jì)算兩者的相對(duì)誤差。在某一測(cè)點(diǎn)，模擬得到的非視覺(jué)照度為[具體模擬值]，實(shí)測(cè)值為[具體實(shí)測(cè)值]，相對(duì)誤差為[計(jì)算得到的相對(duì)誤差值]。通過(guò)對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)大部分測(cè)點(diǎn)的相對(duì)誤差在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的一致性。對(duì)于刺激頻率等其他評(píng)價(jià)指標(biāo)，也進(jìn)行了類似的對(duì)比分析。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，模擬結(jié)果能夠較好地反映實(shí)際光環(huán)境中刺激頻率的變化趨勢(shì)，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律相符。在不同時(shí)間段內(nèi)，模擬得到的刺激頻率的變化趨勢(shì)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中刺激頻率的變化趨勢(shì)基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了評(píng)價(jià)工具在計(jì)算刺激頻率等指標(biāo)方面的準(zhǔn)確性。通過(guò)模擬評(píng)價(jià)與實(shí)測(cè)對(duì)比，結(jié)果表明本研究開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)工具能夠較為準(zhǔn)確地評(píng)估建筑空間的天然光非視覺(jué)效應(yīng)，為建筑采光設(shè)計(jì)和光環(huán)境優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以利用該工具對(duì)不同建筑方案進(jìn)行模擬分析，預(yù)測(cè)其天然光非視覺(jué)效應(yīng)，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高建筑空間的健康性能。4.2非視覺(jué)采光設(shè)計(jì)應(yīng)用4.2.1不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)非視覺(jué)效應(yīng)的影響以不同朝向的建筑空間為例，通過(guò)模擬分析發(fā)現(xiàn)，朝向?qū)Ψ且曈X(jué)照度有顯著影響。在相同的建筑結(jié)構(gòu)和采光條件下，朝南的房間在上午時(shí)段能夠接收到較多的陽(yáng)光，非視覺(jué)照度較高；而朝北的房間由于陽(yáng)光照射時(shí)間較短，非視覺(jué)照度相對(duì)較低。在[具體時(shí)間]，朝南房間的非視覺(jué)照度平均值為[X]，而朝北房間僅為[X-ΔX]。這表明合理的朝向設(shè)計(jì)可以充分利用天然光，提高室內(nèi)的非視覺(jué)照度，從而增強(qiáng)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)。不同地域的氣象條件和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度差異明顯，這對(duì)天然光的非視覺(jué)效應(yīng)也產(chǎn)生重要影響。以[城市A]和[城市B]為例，[城市A]位于低緯度地區(qū)，太陽(yáng)高度角較大，全年日照時(shí)間較長(zhǎng)；[城市B]位于高緯度地區(qū)，太陽(yáng)高度角較小，冬季日照時(shí)間較短。通過(guò)模擬分析發(fā)現(xiàn)，在相同的建筑設(shè)計(jì)下，[城市A]的建筑空間在全年大部分時(shí)間內(nèi)的非視覺(jué)照度和刺激頻率均高于[城市B]。在夏季，[城市A]某建筑空間的平均非視覺(jué)照度為[X1]，刺激頻率為[Y1]；而[城市B]相同建筑空間的平均非視覺(jué)照度為[X2]，刺激頻率為[Y2]，且[X1]>[X2]，[Y1]>[Y2]。這說(shuō)明在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮地域因素，根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)優(yōu)化采光設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮天然光的非視覺(jué)效應(yīng)。窗地比的變化對(duì)非視覺(jué)效應(yīng)指標(biāo)也有顯著影響。隨著窗地比的增大，室內(nèi)的天然光照射面積和強(qiáng)度增加，非視覺(jué)照度和天然光貢獻(xiàn)率相應(yīng)提高。當(dāng)窗地比從0.2增加到0.4時(shí)，某辦公室空間的平均非視覺(jué)照度從[X]提升至[X+ΔX]，天然光貢獻(xiàn)率從[Z1]%提高到[Z2]%。然而，窗地比過(guò)大也可能導(dǎo)致室內(nèi)溫度過(guò)高、眩光等問(wèn)題，影響室內(nèi)環(huán)境的舒適度。因此，在設(shè)計(jì)中需要綜合考慮各種因素，合理確定窗地比，以實(shí)現(xiàn)最佳的非視覺(jué)效應(yīng)和室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。4.2.2設(shè)計(jì)優(yōu)化策略根據(jù)朝向?qū)Ψ且曈X(jué)效應(yīng)的影響，在建筑設(shè)計(jì)初期，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶?yáng)運(yùn)行軌跡和氣象條件，合理選擇建筑朝向。對(duì)于居住建筑，盡量使主要房間朝南，以保證充足的陽(yáng)光照射，提高非視覺(jué)照度。在北方地區(qū)，冬季陽(yáng)光照射角度較低，朝南的房間可以充分利用陽(yáng)光的熱量，提高室內(nèi)溫度，同時(shí)增強(qiáng)非視覺(jué)效應(yīng)；在南方地區(qū)，夏季陽(yáng)光強(qiáng)烈，可通過(guò)合理的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)，如設(shè)置遮陽(yáng)板、百葉窗等，避免陽(yáng)光直射，減少熱量進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)保證一定的非視覺(jué)照度?？紤]到地域差異，在不同地區(qū)的建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)采取針對(duì)性的采光策略。在低緯度地區(qū)，由于太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較高，可適當(dāng)減少窗戶面積，增加遮陽(yáng)設(shè)施，以避免過(guò)多的熱量進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)保證充足的天然光照射。在高緯度地區(qū)，冬季日照時(shí)間較短，可增大窗戶面積，采用高效的保溫玻璃，提高室內(nèi)的天然光利用率，增強(qiáng)非視覺(jué)效應(yīng)。在寒冷地區(qū)，可采用雙層玻璃或Low-E玻璃，減少熱量散失，同時(shí)保證良好的采光效果。在確定窗地比時(shí)，需要綜合考慮建筑功能、采光需求、節(jié)能要求和室內(nèi)環(huán)境舒適度等因素。對(duì)于辦公建筑和學(xué)校建筑，由于人員長(zhǎng)時(shí)間停留，需要充足的天然光以提高工作和學(xué)習(xí)效率，可適當(dāng)提高窗地比，但要注意控制眩光和室內(nèi)溫度。對(duì)于工業(yè)建筑，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，合理確定窗地比。在節(jié)能方面，可通過(guò)模擬分析，找到窗地比與能耗之間的平衡點(diǎn)，在滿足非視覺(jué)效應(yīng)要求的前提下，降低建筑能耗。在某辦公建筑設(shè)計(jì)中，通過(guò)模擬分析不同窗地比下的采光效果、能耗和室內(nèi)環(huán)境舒適度，最終確定窗地比為0.35，既保證了良好的天然