architect-calculator

建筑设计计算器

一套包含七个命令行 Python 计算器的工具，用于快速完成建筑设计计算。每个计算器都通过命令行参数接收参数、验证输入，并生成易读输出或结构化 JSON 输出。

所有脚本均位于 scripts/ 目录中，可通过以下命令运行：

python scripts/<calculator_name>.py [arguments]

为任意命令添加 --json，即可生成结构化 JSON 输出，适用于传递给其他工具或自动化工作流。

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1. 面积计算器（area_calculator.py）

根据场地面积和容积率（FAR）计算开发密度指标，包括总建筑面积、净可用面积、住宅单元数量、估算人口和停车位需求。

参数

参数	标志	默认值	单位	说明
场地面积	--site-area	必填	m2	场地／地块总面积
容积率	--far	必填	ratio	允许容积率／地块容积率
净面积与总面积比	--ntg-ratio	0.80	ratio	净可用面积占总建筑面积的比例（0.0-1.0）
平均单元面积	--avg-unit-size	85	m2	住宅单元的平均面积
每单元居住人数	--persons-per-unit	2.5	persons	平均家庭人数
停车位配比	--parking-ratio	1.0	spaces	每个住宅单元对应的停车位数量

示例

python scripts/area_calculator.py --site-area 5000 --far 2.5 --ntg-ratio 0.82

示例输出

=== Area & Density Calculator ===
Site Area:            5,000.00 m2
Floor Area Ratio:     2.50
---------------------------------------
Gross Floor Area:     12,500.00 m2
Net-to-Gross Ratio:   0.82
Net Gross Area:       10,250.00 m2
---------------------------------------
Average Unit Size:    85.00 m2
Estimated Units:      120
Persons per Unit:     2.50
Estimated Population: 300
---------------------------------------
Parking Ratio:        1.00 spaces/unit
Parking Spaces:       120

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2. U 值计算器（uvalue_calculator.py）

通过累加各层的热阻和表面热阻，计算多层墙体、屋顶或地板构造的热传递系数（U 值）。

参数

参数	标志	默认值	单位	说明
构造层	--layers	必填	JSON 字符串	构造层对象数组
内表面热阻	--rsi-internal	0.13	m2K/W	内表面热阻
外表面热阻	--rsi-external	0.04	m2K/W	外表面热阻

每个构造层对象：{"name": "...", "thickness_mm": N, "conductivity": N}

示例

python scripts/uvalue_calculator.py --layers '[
  {"name": "Brick", "thickness_mm": 102, "conductivity": 0.77},
  {"name": "Cavity air gap", "thickness_mm": 50, "conductivity": 0.18},
  {"name": "Mineral wool", "thickness_mm": 100, "conductivity": 0.035},
  {"name": "Concrete block", "thickness_mm": 140, "conductivity": 1.13},
  {"name": "Plaster", "thickness_mm": 13, "conductivity": 0.16}
]'

示例输出

=== U-Value Calculator ===
Layer                Thickness(mm)  Conductivity(W/mK)  R-value(m2K/W)
---------------------------------------------------------------------------
Rsi (internal)       --             --                   0.1300
Brick                102            0.770                0.1325
Cavity air gap       50             0.180                0.2778
Mineral wool         100            0.035                2.8571
Concrete block       140            1.130                0.1239
Plaster              13             0.160                0.0813
Rse (external)       --             --                   0.0400
---------------------------------------------------------------------------
Total R-value:       3.6425 m2K/W
U-value:             0.2745 W/m2K

Passive House target (wall):   0.15 W/m2K  -- DOES NOT MEET
Typical code target (wall):    0.30 W/m2K  -- MEETS TARGET

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3. 日照计算器（daylight_calculator.py）

使用 BRE 简化公式估算侧窗采光房间的平均采光系数。

参数

参数	标志	默认值	单位
房间宽度	--room-width	必填	m
房间深度	--room-depth	必填	m
房间高度	--room-height	必填	m
窗户宽度	--window-width	必填	m
窗户高度	--window-height	必填	m
窗台高度	--window-sill-height	必填	m
玻璃透光率	--glazing-transmittance	0.65	ratio
平均反射率	--average-reflectance	0.50	ratio

示例

python scripts/daylight_calculator.py \
  --room-width 4.0 --room-depth 6.0 --room-height 3.0 \
  --window-width 2.5 --window-height 1.8 --window-sill-height 0.9

示例输出

=== Daylight Factor Calculator ===
Room:     4.00m W x 6.00m D x 3.00m H
Window:   2.50m W x 1.80m H (sill at 0.90m)
---------------------------------------
Window Area:             4.50 m2
Total Room Surface Area: 96.00 m2
Window-to-Floor Ratio:   18.75%
Glazing Transmittance:   0.65
Average Reflectance:     0.50
Visible Sky Angle:       60.1 deg
---------------------------------------
Average Daylight Factor: 2.34%

Assessment: ADEQUATE (target >= 2.0% for habitable rooms)

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4. 疏散计算器（egress_calculator.py）

根据 IBC 计算人员荷载、所需出口数量、最小出口宽度以及疏散距离是否符合要求。

参数

参数	标志	默认值	描述
楼面面积	--floor-area	必填	净楼面面积，单位为 m2
使用类型	--occupancy-type	必填	IBC 使用类型（A-1 至 U）
是否安装喷淋系统	--sprinklered	False	标志：建筑是否安装喷淋系统
楼层数	--num-stories	1	楼层数量

示例

python scripts/egress_calculator.py --floor-area 800 --occupancy-type B --sprinklered --num-stories 4

示例输出

=== Egress Calculator ===
Floor Area:        800.00 m2
Occupancy Type:    B (Business)
Sprinklered:       Yes
Number of Stories: 4
---------------------------------------
Occupant Load Factor:   9.3 m2/person
Occupant Load:          86 persons
---------------------------------------
Required Exits:         2
Min Exit Width (total): 1,376 mm
Width per Exit:         688 mm
Min Door Width:         813 mm (32 inches)
---------------------------------------
Max Travel Distance:    91.0 m (300 ft) [sprinklered]
Max Common Path:        23.0 m (75 ft)
Max Dead End:           15.0 m (50 ft)

COMPLIANCE: Review travel distances on plans.

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5. 结构荷载计算器（structural_load_calculator.py）

计算初步结构尺寸设计所需的从属面积重力荷载。

参数

参数	标志	默认值	单位	描述
从属面积	--tributary-area	必填	m2	柱的从属面积
楼层数	--num-floors	必填	整数	支撑的楼层数
恒载	--dead-load	4.5	kN/m2	每层恒载
活载	--live-load	自动	kN/m2	活载（根据使用类型自动计算）
使用类型	--occupancy-type	office	字符串	用于自动选择活载

示例

python scripts/structural_load_calculator.py --tributary-area 36 --num-floors 8 --occupancy-type office

示例输出

=== Structural Load Calculator ===
Tributary Area:    36.00 m2
Number of Floors:  8
---------------------------------------
Dead Load:         4.50 kN/m2 per floor
Live Load:         2.50 kN/m2 per floor (office)
Total per Floor:   7.00 kN/m2
---------------------------------------
Load per Floor:    252.00 kN
Total Column Load: 2,016.00 kN (8 floors)
Factored Load:     2,822.40 kN (1.2D + 1.6L)
---------------------------------------
Preliminary Column: ~400x400 mm RC (fc'=35 MPa)

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6. 能源计算器（energy_calculator.py）

使用度日法估算年度供暖和制冷能耗需求。

参数

参数	标志	默认值	单位	描述
楼面面积	--floor-area	必填	m2	空调楼面面积
围护结构面积	--envelope-area	必填	m2	围护结构总面积
平均 U 值	--average-u-value	必填	W/m2K	面积加权平均 U 值
采暖度日数	--heating-degree-days	必填	Kd	年采暖度日数（基准温度 18C）
制冷度日数	--cooling-degree-days	必填	Kd	年制冷度日数（基准温度 24C）
通风率	--ventilation-rate	0.5	ACH	每小时换气次数
内部得热	--internal-gains	5.0	W/m2	内部热增益

示例

python scripts/energy_calculator.py \
  --floor-area 500 --envelope-area 800 --average-u-value 0.35 \
  --heating-degree-days 3000 --cooling-degree-days 500

示例输出

=== Energy Calculator ===
Floor Area:           500.00 m2
Envelope Area:        800.00 m2
Average U-value:      0.35 W/m2K
---------------------------------------
Heating Degree Days:  3,000 Kd
Cooling Degree Days:  500 Kd
Ventilation Rate:     0.50 ACH
Internal Gains:       5.00 W/m2
---------------------------------------
Transmission Loss:    6,720.00 kWh/yr
Ventilation Loss:     4,050.00 kWh/yr
Internal Gains:       -2,190.00 kWh/yr
Heating Demand:       8,580.00 kWh/yr
---------------------------------------
Cooling Demand:       2,356.00 kWh/yr
---------------------------------------
Total Demand:         10,936.00 kWh/yr
EUI:                  21.87 kWh/m2/yr

Passive House target: 15 kWh/m2/yr -- DOES NOT MEET

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7. 成本计算器（cost_calculator.py）

根据建筑类型、质量等级和地理区域估算建造成本。

参数

参数	标志	默认值	描述
GFA	--gfa	必填	总楼面面积，单位为 m2
建筑类型	--building-type	必填	residential/office/retail/hospital/school/hotel
质量等级	--quality	standard	basic/standard/premium
区域	--region	north-america	north-america/europe/middle-east/asia/australia
包含外部工程	--include-external	False	标志：包含场地工程

示例

python scripts/cost_calculator.py --gfa 5000 --building-type office --quality premium --region europe

示例输出

=== Construction Cost Calculator ===
Gross Floor Area:   5,000.00 m2
Building Type:      Office
Quality Level:      Premium
Region:             Europe
---------------------------------------
Base Cost Rate:     2,800.00 USD/m2
Construction Cost:  14,000,000 USD
---------------------------------------
Professional Fees (12%):  1,680,000 USD
Contingency (7.5%):       1,050,000 USD
External Works:           --
---------------------------------------
Total Development Cost:   16,730,000 USD
Cost per m2 (total):      3,346.00 USD/m2

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方法参考

每个计算器的详细公式和方法记录在 references/calculator-reference.md 中。

错误处理

所有计算器都会验证输入并提供清晰的错误消息：

• 缺少必填参数时会显示用法帮助
• 超出范围的值会被拒绝，并显示说明性消息
• 无效的使用类型会列出可接受的值
• 格式错误的 JSON 输入会显示预期格式

集成

JSON 输出（--json 标志）可用于与以下工具和系统集成：

• 流水线中的其他脚本
• 电子表格工具（解析 JSON）
• Web 仪表板
• 自动化报告系统
• BIM 参数注入