高校道路照明現(xiàn)狀分析及照明方案優(yōu)化
——以重慶大學(xué)B區(qū)道路為例

李娟潔，楊春宇，汪統(tǒng)岳，王燕尼，李官未

(重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院；山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

高校道路照明現(xiàn)狀分析及照明方案優(yōu)化
——以重慶大學(xué)B區(qū)道路為例

李娟潔，楊春宇，汪統(tǒng)岳，王燕尼，李官未

(重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院；山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

調(diào)研了重慶大學(xué)校園道路的夜間照明情況，對(duì)校園道路的類(lèi)型和照明現(xiàn)狀進(jìn)行量化分析，發(fā)現(xiàn)校園道路照明普遍存在照度不足、均勻度較差等問(wèn)題，并利用DIAlux evo照明設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行現(xiàn)狀模擬，提出了改善道路水平照度、垂直照度和照度均勻度的方案。

高校道路照明；水平照度；照度均勻度；DIAlux evo

0 引 言

高等院校是培養(yǎng)高等學(xué)術(shù)人才、進(jìn)行學(xué)術(shù)研討活動(dòng)的重要場(chǎng)所。高校的校園空間同時(shí)具備學(xué)習(xí)工作、研究交流、生活休憩等多種功能，是內(nèi)涵豐富的人文社會(huì)場(chǎng)所。高校道路的夜間照明是滿足行人夜間交通、休憩及景觀欣賞的必然需求，也是營(yíng)造典雅學(xué)府氣質(zhì)的重要手段。高校道路照明按照用途分為功能性照明和景觀性照明。功能性照明在于滿足行人的可視性需求和安全需求，景觀性照明在于營(yíng)造靜謐的校園氛圍，并通過(guò)對(duì)休憩小品、景觀綠地等元素的照明處理，體現(xiàn)校園夜景照明的獨(dú)特魅力。CIE發(fā)布的《城區(qū)照明指南》中指出，城區(qū)照明在確保人身與財(cái)產(chǎn)的安全，減少道路交通事故，改善社區(qū)形象并使之富有吸引力等方面有極其重要的作用。大學(xué)校園人口密度大，交通模式為人車(chē)混行，具有比較完善的功能分區(qū)，可以視為城區(qū)道路的特殊類(lèi)型。

國(guó)際黑暗天空協(xié)會(huì)(International Dark-Sky Association(IDA))曾發(fā)行文件說(shuō)明：由于校園在夜間被高密度使用，有效的夜間照明十分必要，并且應(yīng)滿足以下要求：1)在人行道、交叉路口和停車(chē)區(qū)域滿足行走的視覺(jué)要求。2)能夠安全行走并且有安全感。3)使校園變得有吸引力，沒(méi)有眩光，沒(méi)有混亂的照明。

根據(jù)校園道路的特性，以《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)和重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)為校園道路照明設(shè)計(jì)依據(jù)，參照重慶大學(xué)B區(qū)校園道路夜景照明現(xiàn)狀建立參數(shù)化模型，并利用照明軟件對(duì)建模結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析。

1 道路照明現(xiàn)狀的測(cè)量與評(píng)價(jià)

1.1 調(diào)研路段

測(cè)量時(shí)間為2016年12月15日20:00—23:00，測(cè)量對(duì)象為重慶大學(xué)B區(qū)內(nèi)的一條人字形主干道路。被測(cè)道路連接?xùn)|門(mén)、中門(mén)、南門(mén)，夜間車(chē)流量最大。路段包括兩種道路類(lèi)型：主要使用道路、次要使用道路，具有典型性(圖1)。被測(cè)路段燈具均使用高壓鈉燈，燈桿高度在6.5～6.7 m的范圍內(nèi)，布燈方式多為雙側(cè)交錯(cuò)布燈。

圖1 測(cè)量路段示意圖

北美照明學(xué)會(huì)(IESNA)根據(jù)路面材料的反射特性將道路分為4級(jí)(表1)，根據(jù)校園道路的普遍做法，將其劃分為R2級(jí)別道路，即混合型(兼有漫反射和鏡面反射)道路。

表1 IESNA道路分級(jí)

1.2 調(diào)研方法

實(shí)驗(yàn)測(cè)量主要選用XYI-III全數(shù)字照度計(jì)、SYD-m60紅外測(cè)距儀，并且使用卷尺和手機(jī)相機(jī)作為輔助。晚間20∶00時(shí)分校園內(nèi)路燈已點(diǎn)亮近2 h,符合《照明測(cè)量方法》(GB/T 5700—2008)中對(duì)氣體放電燈類(lèi)的光源照度測(cè)量規(guī)定。

被測(cè)道路根據(jù)均勻性原則分成6段，選取正常點(diǎn)亮且目測(cè)照度正常的兩個(gè)路燈間的一段作為每段的取樣對(duì)象。按《照明測(cè)量方法》(GB/T 5700—2008)的規(guī)定，被測(cè)路段平行路軸方向每6步劃分為1節(jié)，垂直路軸方向根據(jù)路燈的具體布置方式進(jìn)行劃分，即雙側(cè)交錯(cuò)布燈的路段，測(cè)量對(duì)象為1/2路寬，橫向按照1/2車(chē)道寬劃分；單側(cè)布燈的路段，測(cè)量對(duì)象為整條路寬，橫向按照每條車(chē)道寬度劃分(圖2、圖3)。選用四角布點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)量，各個(gè)采樣點(diǎn)分別測(cè)量該點(diǎn)的路面水平照度和1.5 m處垂直照度。

圖2 雙側(cè)交錯(cuò)布燈測(cè)量方法示意圖

圖3 單側(cè)布燈測(cè)量方法示意圖

《城區(qū)照明指南》中推薦了兩種測(cè)量指標(biāo)：地面上的水平照度和距離地面1.5 m高處的半柱面照度，目的在于辨認(rèn)地面上的障礙物和看清人臉并作出相應(yīng)判斷。對(duì)于地面水平照度來(lái)說(shuō)，測(cè)量方法簡(jiǎn)便且不受觀察位置的影響，只需將照度計(jì)的感光探頭水平放置在地表附近位置，保證探頭處光線不受遮擋，然后讀取照度穩(wěn)定時(shí)的度數(shù)即可，將其作為校園道路照明測(cè)量指標(biāo)之一。對(duì)于距離地表1.5 m高處半柱面照度來(lái)說(shuō)，根據(jù)《城區(qū)照明指南》中給出的半柱面照度計(jì)算公式，CIE推薦的半柱面照度不能有效描述物體的立體感。在測(cè)量過(guò)程中，路燈不能簡(jiǎn)化為點(diǎn)光源，這使半柱面照度的測(cè)量公式復(fù)雜化，相比于距離地面1.5 m的垂直照度測(cè)量，半柱面照度不具備更多優(yōu)勢(shì)，因此，文中采取距離地面1.5 m處的垂直照度作為另一個(gè)測(cè)量指標(biāo)。測(cè)量時(shí)保持照度計(jì)的感光探頭距離地面1.5 m。

1.3 調(diào)研結(jié)果

根據(jù)《照明測(cè)量方法》(GB/T 5700—2008)中關(guān)于被測(cè)面平均照度和照度均勻度的計(jì)算公式，被測(cè)面平均照度(對(duì)采用四角布點(diǎn)法的照度測(cè)量)：

照度均勻度(在這里使用規(guī)定表面上的最小照度和平均照度之比)：

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各路段水平照度平均值與垂直照度平均值

相較而言，①號(hào)路段水平照度與垂直照度為6個(gè)路段中最高，其余5個(gè)路段的水平照度和垂直照度的測(cè)量結(jié)果比較接近。

表3 各路段水平照度與垂直照度均勻度

由表3可知，各路段的水平照度和垂直照度的照度均勻度較差，其中③號(hào)路段和⑥號(hào)路段的照度均勻度為零，照度均勻度影響行人及時(shí)判斷地面障礙物并作出反應(yīng)的需求。

1.4 調(diào)研測(cè)量評(píng)價(jià)

③號(hào)路段位于連接重慶大學(xué)第二綜合樓與重慶大學(xué)建筑圖書(shū)館的道路上，是晚間使用頻率較高的道路，是校園內(nèi)的次要使用道路。③號(hào)路段除燈下采樣點(diǎn)照度值能滿足規(guī)范要求，其余采樣點(diǎn)的照度都較低。采樣點(diǎn)照度呈現(xiàn)兩邊高中間低、兩邊急中間緩的變化趨勢(shì)(圖4、圖5)，照度值與測(cè)量點(diǎn)和路燈距離成反比，距離路燈越遠(yuǎn)，照度值越低，照度值遞減速率越慢，照度均勻度較差。地面和垂直照度均勻度的缺乏使行人的瞳孔不能立即適應(yīng)從光亮到黑暗的光環(huán)境變化，不利于行人的行走安全和對(duì)暗環(huán)境做出及時(shí)的反應(yīng)。

圖4 ③號(hào)測(cè)量路段垂直照度折線圖

圖5 ③號(hào)測(cè)量路段水平照度折線圖

③號(hào)路段包含了3段臺(tái)階，僅在第2段臺(tái)階處有一盞路燈。燈光被樹(shù)冠和升高的臺(tái)階遮擋，使最后一段臺(tái)階完全處于黑暗之中，遠(yuǎn)離路燈的中間路段水平照度值和垂直照度值基本為零(圖4、圖5)，難以滿足道路照明的功能性需求。

④號(hào)路段位于生活區(qū)與教學(xué)區(qū)交界的地方，每天晚間有密集的人流和車(chē)流通過(guò)，是校園內(nèi)的主要使用道路。根據(jù)圖6可知，④號(hào)路段照度均勻性較差，遠(yuǎn)離路燈區(qū)域的路面照度不能滿足密集人群的使用要求。

⑥號(hào)路段位于夜間人跡較少的區(qū)域，是校園內(nèi)的次要使用道路?？梢罁?jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，根據(jù)人流量的大小適當(dāng)降低設(shè)計(jì)照度值。由圖7可見(jiàn)，⑥號(hào)路段處路燈被損壞并且沒(méi)有得到修復(fù)，對(duì)過(guò)往行人的交通需求產(chǎn)生阻礙，照明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將路燈的維護(hù)系數(shù)和維護(hù)次數(shù)納入設(shè)計(jì)的影響因素。

圖6 ④號(hào)測(cè)量路段水平照度折線圖

圖7 ④號(hào)測(cè)量路段垂直照度折線圖

《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)中將人行及非機(jī)動(dòng)車(chē)道分為4類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(表4)，根據(jù)校園內(nèi)道路人車(chē)混行的特點(diǎn)和校園內(nèi)道路人流量適中偏少的特征，被測(cè)路段中的②④⑤⑥可劃分為標(biāo)準(zhǔn)中第3類(lèi)“流量中等的人行及非機(jī)動(dòng)車(chē)道”，①③劃分為第4類(lèi)“流量較低的道路”。

表4 機(jī)動(dòng)車(chē)交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值

比較可知(表5、表6)，除①號(hào)路段以外，②③④⑤⑥路段路面平均照度值低于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值，不能滿足規(guī)范要求。除②號(hào)路段以外，其余路段的路面最小照度值均低于標(biāo)準(zhǔn)值，并且所有路段的最小垂直照度值都低于標(biāo)準(zhǔn)值。糟糕的道路光環(huán)境，導(dǎo)致通過(guò)被測(cè)道路的行人不能辨認(rèn)地面上的障礙物，不能迅速識(shí)別正在走近的觀察者，不能及時(shí)辨明來(lái)人目的以有充足時(shí)間作出正確的反應(yīng)。

表5 測(cè)量路段②④⑤⑥與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比表

表6 測(cè)量路段①③與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比表

道路的水平照度最小值、垂直照度最小值和路面平均照度，以及道路的水平照度均勻度和垂直照度均勻度作為照明設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)在照明設(shè)計(jì)的過(guò)程中反復(fù)使用(設(shè)計(jì)前作為參考依據(jù)，設(shè)計(jì)后作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))，以確保道路照明滿足使用要求。而對(duì)于校園內(nèi)的雕塑、觀景平臺(tái)等建筑小品，景觀照明作為主要的設(shè)計(jì)需求，應(yīng)改變欣賞對(duì)象處于一片黯淡的夜色中，只能看到大致輪廓的現(xiàn)狀，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特色進(jìn)行專門(mén)的照明設(shè)計(jì)。

2 運(yùn)用DIAlux evo軟件對(duì)校園道路照明現(xiàn)狀進(jìn)行分析與優(yōu)化

由于校園道路的水平照度、垂直照度以及照度均勻度未達(dá)到規(guī)范要求，利用DIAlux evo軟件對(duì)校園道路的照明情況進(jìn)行模擬，并通過(guò)調(diào)整路燈燈桿間距、發(fā)光點(diǎn)高度、燈臂斜度及長(zhǎng)度，以及光突出部分的距離等4項(xiàng)參數(shù)，提出道路照明優(yōu)化策略。

2.1 模型建立與參數(shù)設(shè)置

以①號(hào)路段為原型在軟件中建模，制圖前設(shè)定相關(guān)參數(shù)，燈具選用250 W單端直管高壓鈉燈，燈桿間距測(cè)得為78.793 m，燈桿高度為6.1 m，雙側(cè)交錯(cuò)布燈。設(shè)置發(fā)光點(diǎn)高度、燈臂的傾斜角度和光突出部分距離(圖8)。根據(jù)實(shí)測(cè)值建立的參數(shù)模型不能滿足標(biāo)準(zhǔn)值的要求，下文利用軟件進(jìn)行優(yōu)化，給出4種優(yōu)化方案。

圖8 參數(shù)設(shè)置

2.2 現(xiàn)狀模擬與結(jié)果分析

方案1通過(guò)調(diào)整燈桿間距來(lái)使各項(xiàng)參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)燈桿間距被調(diào)整為34 m時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)滿足要求。方案2通過(guò)調(diào)整發(fā)光點(diǎn)高度來(lái)使各項(xiàng)參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)發(fā)光點(diǎn)高度被調(diào)整為8.5 m時(shí)，仍有一半的參數(shù)不能滿足要求。方案3通過(guò)調(diào)整燈桿間距和發(fā)光點(diǎn)高度來(lái)使各項(xiàng)參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)燈桿間距和發(fā)光點(diǎn)高度同時(shí)變動(dòng)時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)滿足要求。方案4通過(guò)調(diào)整燈桿間距、發(fā)光點(diǎn)高度、燈臂斜度和光突出部分來(lái)使各項(xiàng)參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)4項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)滿足要求。

方案1通過(guò)調(diào)整燈桿間距可以使各項(xiàng)參數(shù)滿足要求，方案2通過(guò)調(diào)整發(fā)光點(diǎn)高度，最多可使一半?yún)?shù)滿足要求，此時(shí)人行道及道路的路面照度和亮度值不能滿足要求，路面不均勻程度也不符合要求。方案3通過(guò)同時(shí)調(diào)整燈桿間距和發(fā)光點(diǎn)高度，使各項(xiàng)參數(shù)滿足要求，與方案1比較，各項(xiàng)參數(shù)滿足程度較高。比較方案1、3、4，優(yōu)化指標(biāo)數(shù)量越多，路面照度和亮度均勻度越好，各項(xiàng)參數(shù)不僅滿足要求，而且方案具有較高的照明功率密度值；優(yōu)化兩項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，路面照度和亮度均勻度最高，其余各項(xiàng)參數(shù)滿足程度好(圖9～圖14)。

圖9 道路照明配光曲線

圖10 道路照度比對(duì)表

圖11 人行道照度比對(duì)表

圖12 方案1優(yōu)化結(jié)果

圖13 方案3優(yōu)化結(jié)果

圖14 方案4優(yōu)化結(jié)果

在分析建模的過(guò)程中，對(duì)于較為特殊的階梯型路段，軟件尚不能切實(shí)擬合此類(lèi)道路的地形，通過(guò)平坦路面模擬階梯型路段會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生一定誤差，模擬結(jié)果低于實(shí)際照度測(cè)量值?？紤]到階梯型路段在重慶地區(qū)的普遍性，在道路照明設(shè)計(jì)中應(yīng)增加對(duì)不同情形的考慮。此外，樹(shù)蔭對(duì)路面照度的影響，道路兩旁店鋪燈光對(duì)路面照度的補(bǔ)充，都需要作為模型參數(shù)的影響因素加以考慮，軟件的室外照明模擬優(yōu)化功能還有許多值得完善的地方。

利用DIAlux evo軟件對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化分析，有以下優(yōu)點(diǎn)和不足：1)軟件模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，通過(guò)調(diào)節(jié)燈桿間距和發(fā)光點(diǎn)高度等，給出了符合標(biāo)準(zhǔn)要求的道路照明方案，為現(xiàn)實(shí)優(yōu)化建立基礎(chǔ)和依據(jù)；2)軟件的模擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境有一定差別，模擬環(huán)境中的照度均勻度更好，多次調(diào)整后仍不能完全相符，會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

3 結(jié) 論

以重慶大學(xué)B區(qū)為代表的高校道路照明質(zhì)量有待提高，功能性照明亟待完善，景觀性照明尚未得到良好的規(guī)劃與發(fā)展。針對(duì)此類(lèi)校園道路的照明現(xiàn)狀給出以下建議：

1)提高校園道路的照度。通過(guò)提高燈具功率，增加路燈數(shù)量，及時(shí)進(jìn)行路燈的維護(hù)與更新，實(shí)現(xiàn)道路照度均勻度的改善。

2)定期修剪道旁樹(shù)木。在保證樹(shù)木枝葉不遮擋燈具光線的前提下，滿足樹(shù)木綠化和美觀的造型需求。

3)增加特殊地形處的路燈數(shù)量。道路的照明設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合地形地貌的特殊性，綜合考慮各類(lèi)影響因素。

4)提高路面的反射率。適當(dāng)提高路面的反射率，有助于增加路面的照度，節(jié)約能源，同時(shí)應(yīng)考慮夏季路面眩光的問(wèn)題。

5)對(duì)于調(diào)研過(guò)程中觀察到的另一類(lèi)道路——校園內(nèi)曲徑通幽的小道，筆者認(rèn)為應(yīng)保持較低照度，在滿足功能性照明的需求下，營(yíng)造獨(dú)特的景觀氛圍。對(duì)于景觀小品的燈光點(diǎn)綴，可采用庭院燈等景觀燈具，并且綜合考慮燈具的光源類(lèi)型、光色、顯色性、埋置方式和防眩光等要求，從而增加校園夜景照明的美觀性和趣味性。

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[6] 照明測(cè)量方法：GB/T 5700—2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

Analysis and Optimization on the Lighting Situation of Campus Roads： Take the Roads of Chongqing University B District as Examples

LI Juanjie, YANG Chunyu, WANG Tongyue, WANG Yanni, LI Guanwei

(College of Architecture and Urban Planning; Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area, Chongqing University, Chongqing 400045, P.R.China)

The paper have investigated the lighting situation of roads in Chongqing university, giving quantitative analysis on roads types and lighting condition, as well as lacking intensity and uniformity of roads illumination, and gives analysis and optimization on DIAlux evo illumination design software, to give an improved scheme on road horizontal illumination, vertical illumination and uniformity of illumination.

lighting situation on campus roads; horizontal illumination; uniformity of illumination, DIAlux evo

2017-03-12 基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51478060) 作者簡(jiǎn)介：李娟潔(1994-)，女，重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院碩士研究生，主要從事建筑技術(shù)科學(xué)(光學(xué)方向)研究。