蔣佳欣1 王 博2 王 猛3 蔡宋剛4 倪 婷1 敖儀斌1 劉 燕

(1.成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院，成都 610059；2.成都理工大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院，成都 610059；3.成都理工大學(xué) 旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，成都 610059；4.成都理工大學(xué) 材料與化學(xué)化工學(xué)院，成都 610059；5.電子科技大學(xué) 公共管理學(xué)院，成都 610054)

前言

建筑信息模型(BIM)技術(shù)的迅速發(fā)展在建筑設(shè)計階段影響很大。BIM軟件與專業(yè)建筑性能分析軟件兼容性高，可通過將BIM模型導(dǎo)入建筑性能分析軟件Ecotect，采用交互式分析方法，調(diào)整設(shè)計參數(shù)，定量計算自然采光系數(shù)，定性分析建筑室內(nèi)采光效果。目前，我國對采光分析的主要研究集中在用Revit搭建BIM模型并導(dǎo)入Ecotect，通過對材質(zhì)、光源、照明控制形成建筑節(jié)能分析模型，對不同設(shè)計方案效果預(yù)測，從而幫助評估光環(huán)境。其中，徐莉等人以三星級綠色建筑設(shè)計項目為例，簡化建筑設(shè)計施工圖紙，建立模型模擬，使用光環(huán)境分析模塊模擬計算并分析主要使用空間滿足《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的百分比，判斷是否達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)[1]。孫敬采用實地調(diào)研、儀器測試、Ecotect數(shù)值模擬、統(tǒng)計分析等方法，通過計算采光系數(shù)以及Ecotect模擬分析室內(nèi)光環(huán)境，憑借數(shù)據(jù)的對比分析來了解不同室內(nèi)材料、采光形式對室內(nèi)光環(huán)境的影響[2]。

然而，大部分的研究是通過大量時間計算采光系數(shù)，觀察采光系數(shù)的變化從而分析光環(huán)境變化趨勢，并不能高效地預(yù)測最優(yōu)采光系數(shù)[3-4]。Dabe和Dongre利用Ecotect 2011軟件的Daysim、輻亮度分析工具和溫度分布工具，利用動態(tài)模擬的方法，通過有效日光照度、日光自主性、熱舒適時間和地毯面積窗比的比較分析，對選定參數(shù)進(jìn)行評估，進(jìn)而評估住宅單元類型設(shè)計中最關(guān)鍵的居住面積，從而預(yù)測日光和熱舒適性[5]。這一研究肯定了采光水平預(yù)測的重要性。本文以成都理工大學(xué)新圖書館作為研究對象，針對建筑設(shè)計階段，考慮窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率對采光系數(shù)的影響，通過建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對圖書館室內(nèi)自然采光系數(shù)進(jìn)行預(yù)測，并給出在最優(yōu)采光系數(shù)下窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率變化范圍，對優(yōu)化設(shè)計方案有著十分重要的意義。

1 研究方法

1.1 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)將真實的、完整的建筑信息集成到參數(shù)化三維模型中，其信息完備性、協(xié)調(diào)性、可視化，能很好應(yīng)用在項目決策、設(shè)計、施工、運維的全壽命周期中，尤其在建筑設(shè)計階段，在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計和評價過程中，傳統(tǒng)的設(shè)計方法及綠色評價工作量大，計算繁瑣，過程復(fù)雜，誤差較大，很難適應(yīng)和滿足綠色建筑的大規(guī)模發(fā)展，而BIM技術(shù)的應(yīng)用正好解決了綠色建筑設(shè)計中出現(xiàn)的問題[6]。借助相應(yīng)的BIM應(yīng)用軟件，創(chuàng)建簡單的BIM模型，建筑師可根據(jù)模擬分析結(jié)果，對建筑設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并且應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行分析計算可幫助減少設(shè)計變更的影響。BIM技術(shù)的主流建模軟件Revit與有關(guān)建筑節(jié)能分析軟件兼容性高。采用Revit建立的綠建模型，可以通過IFC標(biāo)準(zhǔn)，或者gbXML標(biāo)準(zhǔn)文件導(dǎo)入到Ecotect軟件中，來對綠建能耗進(jìn)行分析； 還可以對綠建的朝向、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開窗設(shè)置(如開窗位置和窗墻比)、聲、光、熱、風(fēng)速、濕度、空氣質(zhì)量等方面進(jìn)行分析[7-8]。Revit還可通過導(dǎo)出DXF、gbXML、FBX等多種格式的文件，以交互式形式，將真實有效的BIM數(shù)據(jù)及豐富的構(gòu)建信息導(dǎo)入綠色建筑分析軟件，通過可視化模擬分析計算，可得到熱環(huán)境、光環(huán)境、聲環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、日照等分析模型，定量計算相關(guān)系數(shù)。

Autodesk Ecotect Analysis軟件是一款功能全面的可持續(xù)設(shè)計及分析工具，是能夠充分利用建筑信息模型有效提升建筑節(jié)能設(shè)計效率的模擬分析軟件，對建筑的各項性能的需求進(jìn)行了模擬和綜合考慮，其中便包括自然光和人工光的采光和日照等方面的研究分析，最后還能夠?qū)Ψ治鼋Y(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)，以此代替了以往繁瑣的測試步驟。Sher 等基于當(dāng)?shù)氐臍夂驍?shù)據(jù)，采用Ecotect分析計算了建筑的日照因子和能源需求，對建筑物有無中庭的采光環(huán)境進(jìn)行了比較，以評價建筑的整體節(jié)能效果[9]。本文利用Ecotect設(shè)計軟件，對項目閱覽區(qū)域光環(huán)境進(jìn)行了分析研究。首先將從Revit軟件導(dǎo)出的綠色建筑可擴(kuò)展標(biāo)記語言(gbXML)格式的建筑模型信息文件導(dǎo)入Ecotect 軟件，建立對閱覽區(qū)采光有影響的門和窗，再通過對項目的地理位置、氣象數(shù)據(jù)、光照方向和光照時間進(jìn)行設(shè)置，以及窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率變化的工況設(shè)置，最后完成自然采光系數(shù)的計算。

1.2 多層感知機(jī)及誤差逆?zhèn)鞑ニ惴?/h3>

多層感知機(jī)(MLP)，也叫前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，后文簡稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。模型通常由一個輸入層、一個或多個隱層和一個輸出層構(gòu)成[10]。圖1給出了一個全連接的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。其中有向線為每個實例通過網(wǎng)絡(luò)時的流動方向，對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，數(shù)據(jù)只會從輸入節(jié)點通過隱層節(jié)點流動到達(dá)輸出節(jié)點，沒有周期或循環(huán)。

圖1 全連接的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以用(1)表達(dá)式描述。式中，輸入層X=(x1，x2，……，xi，……，xm)，隱層Z=(z1，z2，……，zj，……，zn)，輸出層Y=(y1，y2，……，yk，……，yp)；wij和wjk為權(quán)重，輸入層第i個神經(jīng)元與隱層第j個神經(jīng)元之間的權(quán)重用wij表示，隱層第j個神經(jīng)元與輸出層第k個神經(jīng)元之間的權(quán)重用wjk表示，f為激勵函數(shù)，bj和bk為偏置[11]。

(1)

本文采用的激勵函數(shù)為(2)表達(dá)式。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括許多權(quán)重和偏置，故需要算法來調(diào)整這些權(quán)重，本文在該模型的基礎(chǔ)下使用誤差逆?zhèn)鞑ニ惴?BP)來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ尚盘柕恼騻鞑ズ驼`差的反向傳播兩個過程構(gòu)成。在正向傳播過程中，根據(jù)輸入向量X[12]，權(quán)重向量W和偏置向量b，計算最終輸出值以及輸出值與實際值之間的損失值，如果損失值不在給定的范圍內(nèi)則進(jìn)行反向傳播的過程，否則停止W，b的更新。在反向傳播過程中，將輸出值以某種形式通過隱層向輸入層逐層反傳，并將誤差分?jǐn)偨o各層的所有單元，從而獲得各層單元的誤差信號，此誤差信號即作為修正各單元權(quán)值的依據(jù)[13]。權(quán)值和偏置不斷調(diào)整的過程，就是網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過程，經(jīng)過信號正向傳播與誤差反向傳播，權(quán)值和偏置的調(diào)整反復(fù)進(jìn)行，終止條件可以是網(wǎng)絡(luò)收斂到最小的錯誤值，可以是一個訓(xùn)練時間標(biāo)準(zhǔn)，也可以是最大迭代次數(shù)[14]。

(2)

1.3 采光分析流程

Revit與Ecotect之間的數(shù)據(jù)交換是不完全雙向的，即Revit模型信息可以進(jìn)入Ecotect中模擬分析，但Ecotect只能謄抄數(shù)據(jù)或者通過DXF格式文件到Revit里作為參考[15]。本文借助BIM技術(shù)建立三維可視化的圖書館土建模型，并導(dǎo)出綠色建筑可擴(kuò)展標(biāo)記語言格式的建筑模型信息文件，通過Ecotect計算自然采光系數(shù)，進(jìn)行建筑室內(nèi)自然采光分析，再將得到的數(shù)據(jù)整理，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型進(jìn)行訓(xùn)練和測試，從而建立可預(yù)測最優(yōu)采光系數(shù)下變量變化范圍的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。分析流程如圖2所示。

圖2 采光分析過程

2 模型建立和環(huán)境設(shè)置

2.1 研究對象

成都理工大學(xué)新圖書館位于四川省成都市成華區(qū)二仙橋東三路1號，建筑總面積41 407.29m2，建筑總高度24.9m，為地下一層、地上五層的框架結(jié)構(gòu)。地下部分為書庫和設(shè)備機(jī)房，地上一層到五層為書庫、閱覽室、休閑區(qū)和辦公用房。項目所在地成都市是夏熱冬冷氣候區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候。項目所在方位為北緯30°67′，東經(jīng)30°46′。根據(jù)《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50033)中劃分的五類光氣候區(qū)可知，成都市屬于第V類光氣候區(qū)，室外天然光臨界照度值為4 500lux，相對應(yīng)的光氣候系數(shù)應(yīng)取1.20。

本文的主要研究對象為圖書館的閱覽區(qū)，是在所有圖書館項目中對采光要求最高的功能區(qū)域之一，因此為滿足讀者在閱覽區(qū)閱覽所需要的光照強(qiáng)度，需要有合理的材質(zhì)選擇、空間劃分以及窗墻比。根據(jù)規(guī)范《圖書館建筑設(shè)計規(guī)范》以及《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》可得到所有圖書館建筑通性，即閱覽區(qū)采光等級屬于Ⅲ級，采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值不低于3%，受到的天然光照度標(biāo)準(zhǔn)值不低于450 lux，并且在立面上的窗墻比不低于1/5。

2.2 模型建立

在Revit軟件中，新建項目后首先繪制新圖書館軸網(wǎng)標(biāo)高，接著插入鏈接CAD圖紙。按照Revit建模方法，繪制五層外墻、內(nèi)墻、各層樓板以及五層頂天窗部分。其中，繪制墻體時要注意墻體與墻體之間的連接處處理，墻體高度要附著到樓板； 處理中庭部分時，利用豎井洞口命令，按CAD平面圖中庭部分形狀剪切1-5層樓板，形成中空的中庭； 處理圖書館大廳中空部分時，利用豎井洞口命令，按CAD平面圖大廳尺寸形狀，剪切1-5層樓板。模型建立如圖3。

圖3 成都理工大學(xué)新圖書館簡化模型

2.3 模型處理

本文是通過gbXML格式進(jìn)行Revit與Ecotect間的數(shù)據(jù)交換，必須對Revit模型進(jìn)行一定的處理。由于gbXML格式的模型通過Revit中的“房間”來識別，因此在Revit中通過創(chuàng)建房間分割線來分隔“房間”。并且將“房間”的水平方向與垂直方向的空間根據(jù)實際模型的尺寸與空間來進(jìn)行調(diào)整，使其充滿整個模型，便可導(dǎo)出與Revit相同的模型，如圖4所示。

圖4 創(chuàng)建“房間”

模型處理完成后，在Revit中用“導(dǎo)出”-“gbXML”命令，左邊是三維查看器，右邊可以輸入一些建筑的基本信息以及一些設(shè)置，如圖5所示。

圖5 gbMXL模型的形狀以及導(dǎo)出

考慮到gbMXL格式的文件模型在Ecotect中無法較好地識別玻璃材質(zhì)窗戶、幕墻，因此在將gbMXL格式文件導(dǎo)入Ecotect后，根據(jù)新圖書館CAD建筑圖紙中的窗戶、幕墻形狀、位置來進(jìn)行創(chuàng)建，如圖6所示。

圖6 Ecotect中創(chuàng)建玻璃窗戶、幕墻

2.4 環(huán)境設(shè)置

模擬計算的圖書館閱覽區(qū)B區(qū)內(nèi)的各個表面和構(gòu)件的反射率或透射率根據(jù)《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、《住宅裝飾裝修工程施工規(guī)范》、《圖書館建筑規(guī)范》以及《玻璃建筑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》所要求的范圍內(nèi)設(shè)置的，閱覽區(qū)窗戶的玻璃透光率選擇0.2、0.3、0.4、0.5、0.6，墻體材料光反射率選擇0.502、0.604、0.702、0.804，窗臺的高度選擇0.900m、1.000m、1.100m、1.200m、1.300m。

成都市屬于第Ⅴ類光氣候區(qū)，室外天然光臨界照度4 000lux。Ecotect采光模擬采用了CIE全陰天模式，將冬至日12月22日上午9點作為模擬時間，所模擬分析網(wǎng)格的工作面高為每層閱覽區(qū)樓板上方0.750m處，并在分析網(wǎng)格上每1.0m設(shè)置一個計算網(wǎng)格，網(wǎng)格個數(shù)為35×9個，分別為開間35個計算點和進(jìn)深方向9個計算點，所有的計算點形成了計算網(wǎng)格。以此來分別模擬計算不同工況下圖書館閱覽區(qū)B區(qū)的自然采光系數(shù)隨著窗臺高度、玻璃透光率以及墻體材料光反射率變化的分布情況，再將分析網(wǎng)格中的所有計算網(wǎng)格的采光系數(shù)平均值作為該工況下的數(shù)值，并對這些采光系數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行對比分析。

3 工況設(shè)置及數(shù)據(jù)整理

3.1 工況設(shè)置

本文主要研究外窗玻璃材料、外窗位置、內(nèi)墻體材料對室內(nèi)光環(huán)境的影響。工況設(shè)置上面，設(shè)置變量1為窗臺高度，取高度分別為0.900m、1.000m、1.100m、1.200m、1.300m的五組變量； 設(shè)置變量2為玻璃透光率，取透光率分別為0.2、0.3、0.4、0.5、0.6的五組變量； 設(shè)置變量3為墻體材料光反射率，取光反射率分別為0.502、0.604、0.702、0.804的四組變量。以采光系數(shù)作為因變量，研究三個變量多因素對圖書館室內(nèi)閱覽區(qū)采光情況影響，故對單層而言，設(shè)置5×5×4=100組變量，分別設(shè)置這100組工況，計算不同工況條件下的采光系數(shù)。本文以新圖書館地上五層樓為研究對象，故100組工況應(yīng)分別設(shè)置分析網(wǎng)格高度為0.750m、5.250m、9.750m、14.250m、18.750m，共得到500組數(shù)據(jù)。Ecotect軟件內(nèi)計算如圖7、圖8。

圖7 工況(0.9-0.2-0.604)下第3層樓計算情況

圖8 工況(0.9-0.6-0.604)下第3層計算情況

3.2 數(shù)據(jù)整理

將所得500組采光系數(shù)整理，形成表格，為導(dǎo)入算法模型做準(zhǔn)備。挑選部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。

表1 采光系數(shù)計算的部分?jǐn)?shù)據(jù)

層數(shù)窗臺高度(m)玻璃透光率墻體材料光反射率采光系數(shù)(%)10.90.60.50212.41010.90.60.60415.28010.90.60.70218.63010.90.60.80423.150—————20.90.60.50211.56020.90.60.60414.12020.90.60.70217.10020.90.60.80421.090—————30.90.60.50211.60030.90.60.60414.15030.90.60.70217.11030.90.60.80421.080—————40.90.60.50211.71040.90.60.60414.24040.90.60.70217.20040.90.60.80421.180—————50.90.60.50212.13050.90.60.60414.94050.90.60.70218.27050.90.60.80422.820

4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的運用

4.1 數(shù)據(jù)選取與訓(xùn)練

文中基于Ecotect軟件對圖書館閱覽區(qū)B區(qū)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)計算，得出窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率三個因素在一定變化范圍內(nèi)的采光系數(shù)，每層樓有100組數(shù)據(jù)，共5層樓，總計500組。以第一層為例，用于訓(xùn)練的數(shù)據(jù)有90組，用于測試的數(shù)據(jù)有10組。文中實現(xiàn)算法的軟件為Weka。在該軟件中使用BP算法時可以直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，故原數(shù)據(jù)可以直接使用，部分訓(xùn)練數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 圖書館第一層部分訓(xùn)練數(shù)據(jù)

窗臺高度(m)玻璃透光率墻體材料光反射率采光系數(shù)(%)0.90.20.50210.5600.90.20.60413.400————1.00.30.70217.2201.00.30.80421.730————1.10.40.60414.3301.10.40.70217.680————1.10.50.70218.1601.10.50.80422.690————1.20.60.50212.3901.20.60.60415.250

在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，輸入層由窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率三個節(jié)點構(gòu)成，輸出層為一個節(jié)點，即采光系數(shù)。在訓(xùn)練過程中需要確定隱層的個數(shù)、節(jié)點數(shù)、學(xué)習(xí)率和動量，因此，需要對這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的通常標(biāo)準(zhǔn)是均方根誤差rms低于0.10或是訓(xùn)練達(dá)到一定總周期數(shù)。通過不斷的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，每層選取的隱層個數(shù)、節(jié)點數(shù)、學(xué)習(xí)率和動量如表3，訓(xùn)練次數(shù)均為10 000次。

表3 訓(xùn)練參數(shù)

層數(shù)隱層隱層節(jié)點學(xué)習(xí)率動量rms126, 40.50.10.0924228, 70.20.10.1114329, 40.50.40.10784210, 30.30.10.1239535, 4, 20.30.20.0942

第一層使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 第一層樓的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4.2 數(shù)據(jù)測試和預(yù)測

每一層有10組數(shù)據(jù)用于測試，用這些數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行檢驗，與目標(biāo)結(jié)果的誤差較小，可以認(rèn)為訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型通過測試，各層的測試結(jié)果見表4和圖10所示。

(a)第一層

(b)第二層

(c)第三層

(d)第四層

表4 第一至五層測試結(jié)果

模型建立的目的就是為了確定一個最優(yōu)的采光系數(shù)，并在最優(yōu)的采光系數(shù)下，給出窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率的范圍。首先通過對5層的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其采光系數(shù)在最大的情況下，只有窗臺高度在變化，而玻璃透光率和墻體材料光反射率是固定的，都是0.6和0.804，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測是可以將這兩個變量固定，從而變化墻體高度。于是讓墻體高度從0.900m開始遞增，增量為0.001m，增加至1.300m，共計401組數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入每層樓建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測。表5給出在每層樓在采光系數(shù)最大下的各變量的范圍。

表5 各層在最優(yōu)采光系數(shù)下窗臺高度、玻璃材質(zhì) 和墻體材料的變化范圍

層數(shù)窗臺高度(m)玻璃透光率墻體材料光反射率采光系數(shù)(%)10.982～1.0030.60.80423.19321.156～1.1720.60.80421.13431.048～1.0490.60.80421.08841.174～1.1850.60.80421.23551.119～1.1240.60.80422.869

在采光系數(shù)最大的情況下，玻璃透光率和墻體材料光反射率都是固定的，僅墻體高度有變化。預(yù)測結(jié)果顯示：在最優(yōu)采光系數(shù)下各層玻璃透光率固定為0.6，墻體材料光反射率固定為0.804，一層中，窗臺高度變化范圍為0.982～1.003m； 二層中，窗臺高度變化范圍為1.156～1.172m； 三層中，窗臺高度變化范圍為1.048～1.049m； 四層中，窗臺高度變化范圍為1.174～1.185m； 五層中，窗臺高度變化范圍為1.119～1.124m。

從預(yù)測的數(shù)據(jù)來看，預(yù)測的每一層的最優(yōu)采光系數(shù)與原始數(shù)據(jù)中的幾乎一致，說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對這種關(guān)系的預(yù)測能力比較出色。采光系數(shù)與窗臺高度、玻璃透光率以及墻體材料光反射率三者的關(guān)系是非線性的，而影響采光系數(shù)的最大因素是窗臺高度，綜合五層樓的數(shù)據(jù)，要使采光系數(shù)最優(yōu)，窗臺高度應(yīng)在0.900～1.200m之間，玻璃材質(zhì)取0.6，墻體材料取0.804。

在使用Ecotect軟件計算采光系數(shù)的時候，每組數(shù)據(jù)計算的時間大致為6-8分鐘，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型只需要少量的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練就可以有較強(qiáng)的預(yù)測能力，其預(yù)測結(jié)果與真實結(jié)果誤差極小，完全可以作為參考，并且在10s內(nèi)就可以計算出預(yù)測的401組數(shù)據(jù)的采光系數(shù)。故在圖書館的建筑設(shè)計過程中可以采取這種方式來確定窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率，從而獲得一個較優(yōu)的采光系數(shù)。

5 結(jié)論

本文借助BIM技術(shù)主流建模軟件Revit，進(jìn)行成都理工大學(xué)新圖書館模型建立，并導(dǎo)出gbXML格式文件，將gbXML格式文件導(dǎo)入可持續(xù)建筑設(shè)計及分析工具Ecotect軟件，選取窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率為變量，建立工況，利用Ecotect軟件對圖書館一至五層樓閱覽區(qū)B區(qū)進(jìn)行的采光和照明分析，得到500組自然采光系數(shù)數(shù)值，將數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測試集，對于五層樓分別建立了基于BP算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)行不斷學(xué)習(xí)訓(xùn)練，成功訓(xùn)練后的模型在訓(xùn)練集和測試集都表現(xiàn)出出色的性能，然后將模型用來進(jìn)行采光系數(shù)的預(yù)測，可以算出各層的最優(yōu)采光系數(shù)，并給出在該系數(shù)下各變量的變化范圍。

通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測，給出了各層在最優(yōu)采光系數(shù)下窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率的變化范圍。綜合五層樓的數(shù)據(jù)，要使采光系數(shù)最優(yōu)，窗臺高度應(yīng)在0.900～1.200m之間，玻璃透光率取0.6，墻體材料光反射率取0.804。

在成都理工大學(xué)新圖書館例子中，通過對建筑采光定量分析，建立基于BP算法的可預(yù)測最優(yōu)采光系數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，不僅幫助評估建筑設(shè)計是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而且可以確定可使建筑采光系數(shù)最優(yōu)的窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率工況設(shè)置。天然采光是建筑節(jié)能的重要研究方向，引進(jìn)太陽光進(jìn)行室內(nèi)照明可降低建筑照明能耗，而擁有良好自然采光的建筑不僅可以節(jié)約能源，還有利于對建筑內(nèi)部各功能區(qū)域以及人工采光布置的優(yōu)化設(shè)計和節(jié)能設(shè)計。本文可為建筑設(shè)計提供思路和方法，建立的可預(yù)測最優(yōu)采光系數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠得到較為準(zhǔn)確的采光系數(shù)預(yù)測數(shù)值，并給出在最優(yōu)采光系數(shù)下窗臺高度、玻璃透光率和墻體材料光反射率變化范圍，從而使建筑設(shè)計師在設(shè)計階段能夠進(jìn)一步提高建筑性能，優(yōu)化建筑設(shè)計方案。