Solar ToolboxSolar Envelope Tools (SET) Version 0.0.2 (31.01.2022)

Solar Toolbox是一套针对Grasshopper工具集，旨在考虑阳光和太阳能作为建筑和城市规划过程中形态生成的因素。第一个可用的面板包括Solar Envelope Tools，一组用于生成太阳能封套的组件。未来将提供额外的面板，包括但不限于用于建筑体量、建筑群和开窗设计的工具，以及各种实用工具。

Solar Toolbox草蜢插件由Abel Sepulveda Luque和Francesco De Luca在塔林理工大学(TalTech)土木与建筑系实现。Solar Envelope Tools根据知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享4.0国际许可证进行许可。http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/

Solar Envelope Tools

Solar Envelope Tools (SET)是一个规划工具，用于确定新建筑的最大尺寸和高度，以保证相邻建筑立面所需的直接日照。SET基于Ralph Knowles介绍的方法生成太阳能封套，详见：Knowles, R.L. (1981). Sun Rhythm Form. MIT Press, Cambridge (MA), USA.

SET的核心功能是根据直接日照条例的要求，选择现有建筑窗户接收的阳光小时数和质量，以生成太阳能封套。阳光小时的选择允许设计师和规划者选择不同的太阳能封套形状、体量和性能，所有这些都满足直接日照条例的要求。

SET是使用在以下研究项目中开发的方法和工作流程实现的：

- De Luca, F. and Voll, H. (2017). 用于可变目标和上下文感知太阳能封套生成的计算方法。在：M. Turrin等(编辑)，《第8届建筑与城市设计模拟研讨会论文集》，SimAUD 2017，加拿大多伦多，2017年5月22-24日，第335-342页。https://www.doi.org/10.22360/simaud.2017.simaud.037

- De Luca, F. and Dogan, T. (2019). 基于太阳能条例的城市规划的新型太阳能封套方法。建筑模拟：国际期刊，12(5)，第817-834页。https://doi.org/10.1007/s12273‐019‐0561‐1

SET视频教程：

SET视频教程#1 - 如何使用Grasshopper插件Solar Envelope Tools (SET)？链接：https://youtu.be/z9R6KQBfuzk

SET视频教程#2 - 太阳能接入条例对太阳能封套生成的影响链接：https://youtu.be/dwMQza3XOZM

SET视频教程#3 - 如何生成反向太阳能封套(RSEs)？链接：https://youtu.be/cBwhpKf4J68

Solar Envelope Tools版本0.0.2包括9个组件：

• 位置数据读取器
• 分析周期
• 太阳矢量选择器
• 太阳路径生成器
• 设计核心生成器
• 数据树选择器
• 太阳能封套生成器
• 反向太阳能封套生成器
• 反向太阳能封套选择器

位置数据读取器

该组件读取一个天气文件(.epw格式)，并提供有关位置的相关信息，如纬度(Latitude)、经度(Longitude)、UTC和全年每小时的直接正常太阳辐射(AnnualNSR)。

分析周期

该组件生成太阳矢量及其相关的直接正常太阳辐射、太阳高度角和太阳方位角，用于白天小时(阳光小时)和单个和多个分析周期的时间步长(时间步长)。

该组件计算给定位置(Latitudeitude, Longitudegitude, UTC)、由开始和结束定义的分析周期(StartMonth, StartDay, StartHour, EndMonth, EndDay, EndHour)和时间步长(TimeStep)的太阳矢量(SunVectors)。月份、日期和时间输入必须定义为列表。如果是单个分析周期，列表中只使用一个项目。如果是多个分析周期，则使用不同的列表项。

- 单个分析周期的示例(从5月22日00:00到8月22日24:00)：

StartMonth=[5] | StartDay=[22] | StartHour=[0]

EndMonth=[8] | EndDay=[22] | EndHour=[24]

- 两个分析周期的示例，每个周期超过一天(从6月1日10:15到6月5日19:30和从9月20日10:15到9月27日19:30)：

StartMonth=[6 9] | StartDay=[1 20] | StartHour=[10:15 10:15]

EndMonth=[6 9] | EndDay=[5 27] | EndHour=[19:30 19:30]

- 三个分析周期的示例，每个周期一天(3月13日、7月1日、10月10日)：

StartMonth=[3 7 10] | StartDay=[13 1 10] | StartHour=[0 0 0]

EndMonth=[3 7 10] | EndDay=[13 1 10] | EndHour=[24 24 24]

确切的时间可以不包括分钟指示，例如22。对于带分钟的时间输入，使用小时和分钟之间的冒号的六十进制方法，例如22:15。

太阳矢量选择器

该组件允许设计师生成太阳能封套，考虑上下文、最小太阳高度角和最小死角(窗户表面和阳光方向之间的角度)。组件的核心功能允许将其用于不同的直接日照条例，例如要求固定开始和结束时间的条例、要求小时数的条例以及要求分析周期或期间内实际直接日照小时数百分比的条例。

该组件允许使用不同的控制几何形状(CntrlGeo)围绕选定的太阳光束通过，以及在条例允许设计师从多个阳光小时和时间步长中选择的情况下使用十二种排序方法。

工具提示：根据窗户的数量和位置、城市环境的密度、周围地块建筑的高度和距离、地块的大小和形状、地块和窗户的相互位置以及特定的直接日照条例，十二种方法可以生成非常相似或非常不同的结果。

太阳路径生成器

该组件生成位置的年度太阳路径的3D表示，包括每个月21日的日间太阳路径曲线和所有日间小时的合像曲线。

该组件还生成代表以下内容的线几何形状：https://www.ladybug.tools/分析周期期间的所有太阳位置/光束(小时和时间步长)(输出AllSunRays)；分析周期期间从选定的窗户或窗户组可见的所有太阳位置/光束(小时和时间步长)(输出VisSunRaysW)；用于生成太阳能封套的分析周期期间选定的太阳位置/光束(小时和时间步长)(输出SelSunRaysW)。

该组件允许将分析周期期间的所有太阳位置/光束(小时和时间步长)与用于生成太阳能封套的窗户的可见太阳位置/光束进行视觉比较，并根据所需数量和阳光质量选择选定的太阳位置/光束。

Solar Envelope Tools 插件仍处于开发阶段，请“按现状”使用。太阳包络计算稳定且可靠。尽管已进行多项测试，但工具可能仍存在缺陷（例如，日路径组件中的岁差视觉化问题）。我们非常欢迎收到您的评论和建议。这个初始版本及随后的一些版本是用Python编写的。未来，Solar Toolbox 将采用C#重写，以提升运行速度和稳定性。

设计核心生成器

此组件计算在可建设地块（Plot）内指定尺寸（DesignCores）的可行设计核心，这些核心不会被太阳光束（通过MinAltitude、DeadAngle 和 Context 筛选；并由VectorsSel 排序并由VectorsSum 选定）照射到的每个窗户。此外，此组件还输出实现太阳能接入要求（由VisSunVect、VectorsSum 和 VectorsSel 定义）所必需的太阳向量（SelSunVectxCorein）和相关太阳光束（SelSunRaysxCorein）（每个可行的DesignCore）。

数据树选择器

此组件选择（SelDataTree）与特定DesignCore ID 相关的DataTree（DataTree）（来自Core Gen 组件的SelSunVectxCorein 或SelSunRaysxCorein）的第一个分支。

太阳包络生成器

此组件使用经过筛选、排序和选择的太阳向量，生成太阳包络，确定新建筑不得超过太阳包络的地块，以及必须保证所需直射太阳能量小时数的窗户。（太阳包络点的几何确定方法基于Ladybug Tools 太阳包络组件的方法：访问网站）

要安装Solar Envelope Tools 插件，请下载zip 文件，解压9个.ghuser 文件，通过右键点击文件选择属性并取消勾选“阻止”选项来解除文件阻止，然后将它们复制到Grasshopper 草蜢插件的用户对象文件夹中，通常位于C:Users“用户名”AppDataRoamingGrasshopperUserObjects。

逆向太阳包络生成器

此组件利用经过筛选、排序和选定的太阳向量，生成逆向太阳包络（RSE），即新建筑的实现区域不能超出太阳包络的限制，同时确定窗户的位置和楼层高度，这些窗户必须保证一定数量的直射阳光照射时间。逆向太阳包络单元的几何确定方法基于Francesco De Luca 等人提出的方法。

逆向太阳包络选择器

此组件从理论街区的网格单元中选择逆向太阳包络（RSE），其阻塞指数（OI）低于设计阈值（maxOI）。