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摘 要：目前在建筑方案设计的建模阶段与建筑能耗模拟阶段之间存在一个“断口”。能耗模拟平台的建模能力远不能满足建筑师的建筑造型设计要求，而且二次建模与模型格式转换过程中难免出现错误，同时需要浪费一定的工作时间。随着参数化建筑节能设计的发展，建筑能耗模拟与建筑方案设计需进行多次“设计、计算、反馈、调整”，因此，发展一套紧密的参数化建筑节能设计流程成为一项迫在眉睫的任务。本文详细介绍了一套基于Geco的参数化建筑节能设计方法，并以哈萨克斯坦阿斯塔纳国家图书馆为例，进行了参数化窗洞设计的实验及演示，并展望了未来Geco在参数化建筑节能设计中将有出色的表现。
关键词：参数化窗洞设计；热辐射量
随着计算机辅助建筑设计的发展，设计人员已经能够直观的看到甚至体验到所设计的方案“跃然屏上”，同时随着人们对舒适的室内环境以及建筑的节能设计的需求，建筑能耗模拟计算得到了极大的发展。然而建筑师在方案设计与能耗模拟的工作过程中出现了一个“断口”，即方案设计的建模平台（通常为SketchUp/Rhino/AutoCAD等）与能耗模拟平台（Ecotect/Energy Plus/SunLight等）之间的断口。能耗模拟平台的建模能力远不能满足建筑师的建筑造型设计要求，而且二次建模与模型格式转换过程中难免出现错误，同时需要浪费一定的工作时间。随着参数化建筑节能设计的发展，建筑能耗模拟与建筑方案设计需进行多次“设计、计算、反馈、调整”，这个“断口”便成了极大的阻碍。因此，发展一套紧密的参数化建筑节能设计流程成为一项迫在眉睫的任务。
这里介绍一套基于Geco的参数化建筑节能设计方法。
Geco是由奥地利因斯布鲁克的设计小组（uto）所开发的插件，用于连接犀牛平台下的Grasshopper插件和绿色建筑分析软件Ecotect，目前是非商业免费插件，并受网络非商业版权保护。Geco能够快速导出犀牛建立的复杂几何体，将其导入Ecotect进行计算，得到能耗模拟数据，并将结果反馈给Grasshopper。这套方法能极大地帮助建筑师在方案设计阶段迅速了解建筑的能耗表现，甚至可以通过循环运算能得到优化方案。
目前该插件只提供两方面模拟，一个是日照计算（Insolation Calculations），一个是采光计算（Lighting Calculations），分别对应Ecotect中的solar access analysis（EcoSolCal模块）图表 1 1和lighting analysis（EcoLightCal模块）。 图表 1 2
案例模拟
下面通过案例模拟具体展现Geco在参数化建筑节能设计中的表现。为了体现该方法的优点：克服Ecotect只能进行简单建模的缺点，满足建筑师对于复杂形体的追求，选择了BIG事务所设计的哈萨克斯坦阿斯塔纳国家图书馆为实验案例，图表 1 3模拟该方案以其表面的日均入射太阳直射辐射量（后文简称热辐射量）为参数，控制其表面的开洞面积，使得建筑室内获得较为均匀的热辐射量，从而到达节能目的。
实验步骤如下：
1.建立模型：通过Grasshopper建立模型：建立断面矩形、以点穿线放样曲面、转化为网格体。其中具体做法不做赘述。由于Ecotect的限制，必须将其转换为网格物体。使用犀牛中的“Mesh”命令转换，UV方向进行等分设置，将转化后的网格物体连接到参考网格物体上。图表 1 4
2.导出网格物体至Ecotect：连接布尔开关模块至EcoLink
模块和EcoMeshExport模块。按表格 1 1进行参数设置。
3.设置模拟参数：将上一步EcoMeshExport模块D输出端连接EcoSunPath模块E参数，连接布尔开关模块至EcoSolCal模块。EcoSolCal各参数设置见表格 1 2
4.返回模拟结果：将上一步EcoSolCal模块D输出端连接EcoObjectRequest模块E参数，当模拟完成后返回模拟结果。EcoObjectRequest模块各参数设置见表格 1 3。
5.运行并观察模拟结果：将布尔开关Export Model切换为True，将网格物体导入Ecotect。将布尔开关Run Simulation切换为True，让Ecotect按照Geco参数进行模拟。可以看到模型导入Ecotect正确且进行了模拟，Geco也返回了模拟值图表 1 5。将Mesh Color模块赋予颜色的网格Bake到犀牛模型空间，可以看到模型空间的网格面也被赋予了模拟数值的颜色。表格 1 4
6.参数化窗洞设计：通过Grasshopper设计并编写各个网格面的窗洞大小，图表 1 6左图表示网格面的热辐射量，右图白色表示为窗洞部分，黑色表示为遮挡部分。窗洞的一顶点根据其网格面的热辐射量来移动位置从而控制窗洞大小，使得入射至室内的热辐射量较为均匀。表格 1 5
7.验证遮阳效果：建立一个网格面均匀开窗的参照模型与已获得的参数化窗洞设计模型进行对比试验，在两个模型的相同高度（实验中取模型总高的一半）处设置室内参考平面，
分别计算两个模型的表面和参考平面的热辐射量，其余参数设置保持与步骤2、3、4、5一致。表格 1 6。
从上述实验结果中可以看到，经过参数化窗洞设计的模型的参考平面热辐射量颜色较为均匀，其值较为集中于1200～1800Wt/㎡，而右侧的参考模型的热辐射量颜色很不均匀，其值分散于200～1800 Wt/㎡之间。可证实经过该参数化窗洞设计的模型在实际节能项目中能有更好的表现。
在整个实验中，Geco为我们非常顺利地连接了Rhino和Ecotect，使建筑方案设计与建筑能耗模拟之间的设计、计算、反馈、调整集中在Grasshopper中完成，从而消除“断口”。因此，拓展Geco的日照计算和采光计算以及其他功能，来帮助建筑师完成参数化窗洞设计、遮阳设计甚至形体设计等，并利用Grasshopper中的hoopsnake（for循环）和galapagos（遗传算法）等模块，能进行一系列的方案优化，从而真正实现参数化建筑节能设计。
关键词：参数化窗洞设计；热辐射量
随着计算机辅助建筑设计的发展，设计人员已经能够直观的看到甚至体验到所设计的方案“跃然屏上”，同时随着人们对舒适的室内环境以及建筑的节能设计的需求，建筑能耗模拟计算得到了极大的发展。然而建筑师在方案设计与能耗模拟的工作过程中出现了一个“断口”，即方案设计的建模平台（通常为SketchUp/Rhino/AutoCAD等）与能耗模拟平台（Ecotect/Energy Plus/SunLight等）之间的断口。能耗模拟平台的建模能力远不能满足建筑师的建筑造型设计要求，而且二次建模与模型格式转换过程中难免出现错误，同时需要浪费一定的工作时间。随着参数化建筑节能设计的发展，建筑能耗模拟与建筑方案设计需进行多次“设计、计算、反馈、调整”，这个“断口”便成了极大的阻碍。因此，发展一套紧密的参数化建筑节能设计流程成为一项迫在眉睫的任务。
这里介绍一套基于Geco的参数化建筑节能设计方法。
Geco是由奥地利因斯布鲁克的设计小组（uto）所开发的插件，用于连接犀牛平台下的Grasshopper插件和绿色建筑分析软件Ecotect，目前是非商业免费插件，并受网络非商业版权保护。Geco能够快速导出犀牛建立的复杂几何体，将其导入Ecotect进行计算，得到能耗模拟数据，并将结果反馈给Grasshopper。这套方法能极大地帮助建筑师在方案设计阶段迅速了解建筑的能耗表现，甚至可以通过循环运算能得到优化方案。
目前该插件只提供两方面模拟，一个是日照计算（Insolation Calculations），一个是采光计算（Lighting Calculations），分别对应Ecotect中的solar access analysis（EcoSolCal模块）图表 1 1和lighting analysis（EcoLightCal模块）。 图表 1 2
案例模拟
下面通过案例模拟具体展现Geco在参数化建筑节能设计中的表现。为了体现该方法的优点：克服Ecotect只能进行简单建模的缺点，满足建筑师对于复杂形体的追求，选择了BIG事务所设计的哈萨克斯坦阿斯塔纳国家图书馆为实验案例，图表 1 3模拟该方案以其表面的日均入射太阳直射辐射量（后文简称热辐射量）为参数，控制其表面的开洞面积，使得建筑室内获得较为均匀的热辐射量，从而到达节能目的。
实验步骤如下：
1.建立模型：通过Grasshopper建立模型：建立断面矩形、以点穿线放样曲面、转化为网格体。其中具体做法不做赘述。由于Ecotect的限制，必须将其转换为网格物体。使用犀牛中的“Mesh”命令转换，UV方向进行等分设置，将转化后的网格物体连接到参考网格物体上。图表 1 4
2.导出网格物体至Ecotect：连接布尔开关模块至EcoLink
模块和EcoMeshExport模块。按表格 1 1进行参数设置。
3.设置模拟参数：将上一步EcoMeshExport模块D输出端连接EcoSunPath模块E参数，连接布尔开关模块至EcoSolCal模块。EcoSolCal各参数设置见表格 1 2
4.返回模拟结果：将上一步EcoSolCal模块D输出端连接EcoObjectRequest模块E参数，当模拟完成后返回模拟结果。EcoObjectRequest模块各参数设置见表格 1 3。
5.运行并观察模拟结果：将布尔开关Export Model切换为True，将网格物体导入Ecotect。将布尔开关Run Simulation切换为True，让Ecotect按照Geco参数进行模拟。可以看到模型导入Ecotect正确且进行了模拟，Geco也返回了模拟值图表 1 5。将Mesh Color模块赋予颜色的网格Bake到犀牛模型空间，可以看到模型空间的网格面也被赋予了模拟数值的颜色。表格 1 4
6.参数化窗洞设计：通过Grasshopper设计并编写各个网格面的窗洞大小，图表 1 6左图表示网格面的热辐射量，右图白色表示为窗洞部分，黑色表示为遮挡部分。窗洞的一顶点根据其网格面的热辐射量来移动位置从而控制窗洞大小，使得入射至室内的热辐射量较为均匀。表格 1 5
7.验证遮阳效果：建立一个网格面均匀开窗的参照模型与已获得的参数化窗洞设计模型进行对比试验，在两个模型的相同高度（实验中取模型总高的一半）处设置室内参考平面，
分别计算两个模型的表面和参考平面的热辐射量，其余参数设置保持与步骤2、3、4、5一致。表格 1 6。
从上述实验结果中可以看到，经过参数化窗洞设计的模型的参考平面热辐射量颜色较为均匀，其值较为集中于1200～1800Wt/㎡，而右侧的参考模型的热辐射量颜色很不均匀，其值分散于200～1800 Wt/㎡之间。可证实经过该参数化窗洞设计的模型在实际节能项目中能有更好的表现。
在整个实验中，Geco为我们非常顺利地连接了Rhino和Ecotect，使建筑方案设计与建筑能耗模拟之间的设计、计算、反馈、调整集中在Grasshopper中完成，从而消除“断口”。因此，拓展Geco的日照计算和采光计算以及其他功能，来帮助建筑师完成参数化窗洞设计、遮阳设计甚至形体设计等，并利用Grasshopper中的hoopsnake（for循环）和galapagos（遗传算法）等模块，能进行一系列的方案优化，从而真正实现参数化建筑节能设计。