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很多情况下，大家需要模拟计算建筑内部的光热条件以作为设计推进的依据；甚至有的时候，环境数据还会成为设计形态的决定性因素。传统的Ecotect、Phoenics等气象模拟软件作为独立软件，需要不断进行模型转换、导入、修改，大大降低了计算效率；专业化模拟软件的界面也不太符合大家的学习习惯。因此，今天给大家介绍一款完全基于Grasshopper平台的气象模拟插件：Ladybug。
Ladybug模拟库介绍
Ladybug 与Honeybee作为基于GH平台的气象模拟插件，与Rhino模型实现完美交互。可以实现大部分建筑模拟的需求，还具有强大的可视化调节功能，可以在Rhino中直接输出结果，甚至结合遗传算法进行设计演算。
工具库的模式也是很重要的优势，插件库可以进行各种气象计算，而不需要像传统模拟一样换一个参数就进行一次软件变更。除了光热模拟的Ladybug与Honeybee，其插件库还包括Butterfly和Dragonfly等，可以进行复杂的风模拟、能耗建模及相关计算。今天只进行光照模拟部分的讲解。
软件安装
我们直接在food4rhino平台上搜索Ladybug进入Ladybug Tools，点击下载最新版本的ladybug与honeybee即可。安装方式与其他GH插件相同。下载链接如下：https://www.food4rhino.com/app/ladybug-tools
但是需要注意的是，Ladybug Tools的相关插件都是作为中介平台的存在，。简单地说，就是通过这些插件，提取Rhino或者GH中的模型材质信息，再提交给相关的如EnergyPlus平台进行实际计算模拟，最后反馈为GH中存储的数据的过程。因此除了安装Honeybee，这次模拟我们还需要安装相关的支持平台Radiance：
https://github.com/NREL/Radiance/releases/tag/5.1.0
进行炫光模拟需要Daysim：https://daysim.ning.com/
如果要用butterfly进行风环境模拟，还需要安装CFD：https://github.com/ladybug-tools/butterfly/wiki
【不要害怕！安装好之后就可以一直使用了！这次模拟只需要安装Radiance即可】
计算资料准备
气象模拟与平时做设计最大的不同，就是我们需要结合真实的实际数据，才能进行建筑与室外环境的交互模拟计算。因此，所做设计的场地周边气象条件是我们进行模拟的基础。
气象文件的格式为.epw，下载网址如下：
http://www.ladybug.tools/epwmap/
在用ladybug载入气象文件时可以选择载入文件或者连接网址。不过小编习惯从文件载入，一般会下载常用基地的气象文件存在一起。
模型准备
除了周边气候，建筑的表皮、形体也是计算的要素之一。
小编这次基于超高层设计的计算给大家做一个介绍。超高层建筑形成一个扭转的双核心筒体系，中缝部分为玻璃通高中庭。主结构体系为立面上的纵向支撑。为了降低计算数据量，分析得知对室内光照条件影响较大的有厚度较大的主结构肋、楼板以及核心筒，因此将他们提取出来存入rhino的“实体”图层：
将表皮的玻璃存入“玻璃”图层：
除了基本模型，为了计算方便，小编还拉出了模拟界面。一边来说，模拟界面存在于模拟楼层高1m处。
光照模拟与全年光照满意度简介
光照条件模拟与全年光照满意度有显著区别。光照模拟准确的说是计算特定时间的室内光照条件，起一个典型实验的作用。例如，案例中小编模拟了五个公共空间秋季下午两点的光照条件，以大致看出公共空间的采光性能。严谨一点的话应该分季节分上下午计算：
而全年光照满意度则是抽取一年中每一个小时的气象数据进行光照模拟，运算量更大、也更准确。一般而言，设定的计算范围是建筑使用的范围。例如，针对办公建筑，只需要测试9：00-17：00范围内的光照水平即可。核心工作区域的光照满意度达到50%则可以说明具有较好的室内光照条件，光照满意度的界限一般设置在150-300lx，不过honeybee中模拟结果似乎会偏高，因此小编这次设定的界限为500lx。
【这篇文章直接讲用法，不讲具体原理。有兴趣的童鞋可以自己系统学习】
【注意图片中的数据处理，数据类型是GH计算的关键，具体学习自己学】
01 室内光照条件模拟
运算器总览：
首先，开启模拟平台：
将ladybug与honeybee中两个控制电池拉入画布中。这两个电池可以近似理解为开关，每次使用之前需要把他们打开才能进行下一步的计算。
材料处理部分：
接下来就是为我们的建筑模型赋予GH中可以识别的材质。首先，将刚才分好图层的实体与玻璃部分分别存入Grasshopper中。之后，开始进行材质设置。
电池组连接方式如下：
两个brep中即是存储的之前犀牛中准备好的实体与玻璃原件。
运算器介绍：
这一部分中设计两块主要运算器。其中之一便是材质设定运算器。上面一个表示玻璃材质，下面一个表示不透明材质。左边RGB开头的三个入口可以理解为表示了材质的透明系数/反射系数。这一运算器只是用来设定某种材质参数，并不代表具体材料。
CreateHBSrfs即为创造材质的运算器。连入刚才设定的材质属性与犀牛中导入的物件，即可形成可以被识别计算的、带有材质属性的材料。
数据导入部分：
按照以下方法连接运算器。双击将状态修改为true，在弹出的对话框中导入之前下载的epw文件，即可导入气象参数。
其次，提取计算天空。CIE运算器可以基于气象文件，提取一年中某一时间的气象数据。天空类型设定为0.
之后，设定天光计算算法。室内光环境模拟使用的运算器为Grid Based Simulation，将设定好的天空文件连入，作为计算的支撑数据。并且按图示设置计算平面与计算网格，brep中放置之前建立的测试平面，gridsize表示了计算网格的大小，distBaseSrf设定计算点距离计算平面的距离。
运算器位置如下：
注意不要忘记处理数据结构。
模拟计算部分：
将前两个部分连接好的的运算器连接至运算器Run Daylight Simulation上。这个运算器用来计算光照条件，看起来似乎很复杂，其实需要连接的参数是很少的。注意，完全连接好之前都将状态调整为“False”，否则会直接开启计算。
运算器位置如下
双击调整状态为true，经过一段时间的耐心等待，即可计算完成。此时的计算结果还是不可视的，结果转换为数据文件存储在了results里。
可视化部分：
有了以上的计算结果，我们可以将数据在犀牛中进行可视化，甚至直接进行处理。连接方式如下：
运算器位置及介绍：
Legend Parameter，一个专门进行可视化设置的工具。Low bound与High bound表示可视化数据的上限和下限，比如我想看到光照条件在300-1500lx之间的变化情况，就将之分别设置为300和1500.customColors可以自主设计导出的结果的颜色。
Recolor mesh，用来将计算出的数据文件结合legend bar的设置输出为可视化图像。Mesh部分需要连接的即为之前设置的计算网格。
02全年光照满意度模拟
掌握了室内光照条件的计算方式，全年光照满意度的计算根据运算器一步一步进行连接就好。需要注意的是，全年光照满意度因为需要调入非常多的数据，计算时间可能达到几个小时甚至更高。因此，一定要精准设置计算时间，不要将太阳落山之后的时间段也纳入计算范围；合理设置网格大小，网格越密，计算时间可以成倍增长。
因此，在确认全部运算器连接完毕之后，一定要先保存文件；连接过程中一定要将run it处运算器设置为false，准备好后在双击变成true。计算的时候大家可以出去锻炼一下身体，因为这个过程电脑会比用vray渲染还要卡。
运算器总览：
材质设定同上
设定天空。此时选取的天空运算器为annual sunlight simulation。因为是进行全年光照模拟，所以不需要在天空设置中通过CIE提取某一小时的天空，直接载入气象文件就好。
左下角的运算器RADparameters用来设置辐射参数。也就是说室内照度除了阳光直射还与物件的多次反射有关，ab值设置越高，会越精确，也会相对变亮。同样，计算时间也会延长。
下一步，进行光照的模拟计算。计算方式与室内光照条件相同。
需要注意的是，进行全年光照模拟计算时，我们需要可视化的结果并不是上一个模拟中选择的“光照条件”。因为每一个小时都会计算出一个对应的光照条件结果，直接可视化是不现实的。
因此，回到全年光照满意度计算的最初目的——我们是需要计算一年内的工作时间中，多少比例的时间，光照条件是满足特定要求的。因此，我们需要通过运算器read annual result实现数据的统计处理。连接方法如下：
左边需要连入的就是刚才计算得到的结果以及occupancy file。Occupancy file是用来设定使用时间的，就是上文所说的，9-17点工作时间内日照的满意比例就好（否则比例会非常低，因为将夜晚无光照的时间也纳入计算了）
右侧的DLA，大家将鼠标放置上去看解释也可以明白，就是计算了每个测试点大于最低光照需求的时间的百分比。最低光照需求在左边DLAlllumThreholds处设置，大家查一下不同功能的建筑对日照需求的数据就好，默认是300lx。
最后，进行可视化的方法同上：
一般而言，满足全年工作时间光照一半以上时间达标即可说明具有较好的采光效果，因此设置lowbound为50（表示百分数）
数据结果分析：
计算结果出来了，要怎么理解这些结果呢？关注纵轴就好
例如，这是案例当中全年光照满意度的计算结果。纵轴显示了满意度在50%-100%的区域，可以得知，建筑边界由于透光性较好，采光条件好。而中部核心筒处因为比较封闭所以采光较差。通高中庭部分的光照条件也是很好的。
而这张图是某一时刻的光照计算图，纵轴表示每个测试点具体的光照强度。可以根据功能需求对应分布在对应光照强度的区域。
一点小补充
这个案例里，计算结果较好的一个重要原因是因为选取的公共空间没有隔墙，并且忽略了双层表皮和细部结构对光照的影响。
一般而言，如果只需要测试一下光照强度，用室内光照条件模拟即可。如果想要对全年情况进行比较精确的计算，可以先计算单一小时的光照强度，修改设计后再投入全年的计算。
LadybugTools是很强大的模拟工具。在信息技术越来越发达的今天，建筑师也不得不与数据打交道、甚至学会结合数据做设计。
理性的思辨将会占据越来越重要的位置。也希望大家除了学软件，也慢慢培养这种数据化思维逻辑和验证精神。看好你们哦~
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编辑 | 与鹿
校对 | 与鹿
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