李娟潔，楊春宇，汪統(tǒng)岳，王燕尼，李官未

(重慶大學 建筑城規(guī)學院；山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點實驗室，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 建筑城規(guī)學院；山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點實驗室，重慶 400045)

調(diào)研了重慶大學校園道路的夜間照明情況，對校園道路的類型和照明現(xiàn)狀進行量化分析，發(fā)現(xiàn)校園道路照明普遍存在照度不足、均勻度較差等問題，并利用DIAlux evo照明設(shè)計軟件進行現(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)高等學術(shù)人才、進行學術(shù)研討活動的重要場所。高校的校園空間同時具備學習工作、研究交流、生活休憩等多種功能，是內(nèi)涵豐富的人文社會場所。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，也是營造典雅學府氣質(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，景觀性照明在于營造靜謐的校園氛圍，并通過對休憩小品、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。大學校園人口密度大，交通模式為人車混行，具有比較完善的功能分區(qū)，可以視為城區(qū)道路的特殊類型。

國際黑暗天空協(xié)會(International Dark-Sky Association(IDA))曾發(fā)行文件說明：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、交叉路口和停車區(qū)域滿足行走的視覺要求。2)能夠安全行走并且有安全感。3)使校園變得有吸引力，沒有眩光，沒有混亂的照明。

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

1 道路照明現(xiàn)狀的測量與評價

1.1 調(diào)研路段

測量時間為2016年12月15日20:00—23:00，測量對象為重慶大學B區(qū)內(nèi)的一條人字形主干道路。被測道路連接東門、中門、南門，夜間車流量最大。路段包括兩種道路類型：主要使用道路、次要使用道路，具有典型性(圖1)。被測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)交錯布燈。

圖1 測量路段示意圖

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

表1 IESNA道路分級

1.2 調(diào)研方法

實驗測量主要選用XYI-III全數(shù)字照度計、SYD-m60紅外測距儀，并且使用卷尺和手機相機作為輔助。晚間20∶00時分校園內(nèi)路燈已點亮近2 h,符合《照明測量方法》(GB/T 5700—2008)中對氣體放電燈類的光源照度測量規(guī)定。

被測道路根據(jù)均勻性原則分成6段，選取正常點亮且目測照度正常的兩個路燈間的一段作為每段的取樣對象。按《照明測量方法》(GB/T 5700—2008)的規(guī)定，被測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行劃分，即雙側(cè)交錯布燈的路段，測量對象為1/2路寬，橫向按照1/2車道寬劃分；單側(cè)布燈的路段，測量對象為整條路寬，橫向按照每條車道寬度劃分(圖2、圖3)。選用四角布點法進行測量，各個采樣點分別測量該點的路面水平照度和1.5 m處垂直照度。

圖2 雙側(cè)交錯布燈測量方法示意圖

圖3 單側(cè)布燈測量方法示意圖

《城區(qū)照明指南》中推薦了兩種測量指標：地面上的水平照度和距離地面1.5 m高處的半柱面照度，目的在于辨認地面上的障礙物和看清人臉并作出相應(yīng)判斷。對于地面水平照度來說，測量方法簡便且不受觀察位置的影響，只需將照度計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)定時的度數(shù)即可，將其作為校園道路照明測量指標之一。對于距離地表1.5 m高處半柱面照度來說，根據(jù)《城區(qū)照明指南》中給出的半柱面照度計算公式，CIE推薦的半柱面照度不能有效描述物體的立體感。在測量過程中，路燈不能簡化為點光源，這使半柱面照度的測量公式復(fù)雜化，相比于距離地面1.5 m的垂直照度測量，半柱面照度不具備更多優(yōu)勢，因此，文中采取距離地面1.5 m處的垂直照度作為另一個測量指標。測量時保持照度計的感光探頭距離地面1.5 m。

1.3 調(diào)研結(jié)果

根據(jù)《照明測量方法》(GB/T 5700—2008)中關(guān)于被測面平均照度和照度均勻度的計算公式，被測面平均照度(對采用四角布點法的照度測量)：

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)：

計算結(jié)果見表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號路段水平照度與垂直照度為6個路段中最高，其余5個路段的水平照度和垂直照度的測量結(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號路段和⑥號路段的照度均勻度為零，照度均勻度影響行人及時判斷地面障礙物并作出反應(yīng)的需求。

1.4 調(diào)研測量評價

③號路段位于連接重慶大學第二綜合樓與重慶大學建筑圖書館的道路上，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號路段除燈下采樣點照度值能滿足規(guī)范要求，其余采樣點的照度都較低。采樣點照度呈現(xiàn)兩邊高中間低、兩邊急中間緩的變化趨勢(圖4、圖5)，照度值與測量點和路燈距離成反比，距離路燈越遠，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暗環(huán)境做出及時的反應(yīng)。

圖4 ③號測量路段垂直照度折線圖

圖5 ③號測量路段水平照度折線圖

③號路段包含了3段臺階，僅在第2段臺階處有一盞路燈。燈光被樹冠和升高的臺階遮擋，使最后一段臺階完全處于黑暗之中，遠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號路段位于生活區(qū)與教學區(qū)交界的地方，每天晚間有密集的人流和車流通過，是校園內(nèi)的主要使用道路。根據(jù)圖6可知，④號路段照度均勻性較差，遠離路燈區(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。可依據(jù)《城市道路照明設(shè)計標準》，根據(jù)人流量的大小適當降低設(shè)計照度值。由圖7可見，⑥號路段處路燈被損壞并且沒有得到修復(fù)，對過往行人的交通需求產(chǎn)生阻礙，照明設(shè)計時應(yīng)將路燈的維護系數(shù)和維護次數(shù)納入設(shè)計的影響因素。

圖6 ④號測量路段水平照度折線圖

圖7 ④號測量路段垂直照度折線圖

《城市道路照明設(shè)計標準》(CJJ 45—2015)中將人行及非機動車道分為4類標準(表4)，根據(jù)校園內(nèi)道路人車混行的特點和校園內(nèi)道路人流量適中偏少的特征，被測路段中的②④⑤⑥可劃分為標準中第3類“流量中等的人行及非機動車道”，①③劃分為第4類“流量較低的道路”。

表4 機動車交通道路照明標準值

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

表5 測量路段②④⑤⑥與標準值對比表

表6 測量路段①③與標準值對比表

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)計的幾項指標，應(yīng)在照明設(shè)計的過程中反復(fù)使用(設(shè)計前作為參考依據(jù)，設(shè)計后作為檢驗標準)，以確保道路照明滿足使用要求。而對于校園內(nèi)的雕塑、觀景平臺等建筑小品，景觀照明作為主要的設(shè)計需求，應(yīng)改變欣賞對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)特色進行專門的照明設(shè)計。

2 運用DIAlux evo軟件對校園道路照明現(xiàn)狀進行分析與優(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到規(guī)范要求，利用DIAlux evo軟件對校園道路的照明情況進行模擬，并通過調(diào)整路燈燈桿間距、發(fā)光點高度、燈臂斜度及長度，以及光突出部分的距離等4項參數(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，燈桿間距測得為78.793 m，燈桿高度為6.1 m，雙側(cè)交錯布燈。設(shè)置發(fā)光點高度、燈臂的傾斜角度和光突出部分距離(圖8)。根據(jù)實測值建立的參數(shù)模型不能滿足標準值的要求，下文利用軟件進行優(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通過調(diào)整燈桿間距來使各項參數(shù)滿足標準值，當燈桿間距被調(diào)整為34 m時，各項參數(shù)滿足要求。方案2通過調(diào)整發(fā)光點高度來使各項參數(shù)滿足標準值，當發(fā)光點高度被調(diào)整為8.5 m時，仍有一半的參數(shù)不能滿足要求。方案3通過調(diào)整燈桿間距和發(fā)光點高度來使各項參數(shù)滿足標準值，當燈桿間距和發(fā)光點高度同時變動時，各項參數(shù)滿足要求。方案4通過調(diào)整燈桿間距、發(fā)光點高度、燈臂斜度和光突出部分來使各項參數(shù)滿足標準值，當4項指標同時發(fā)生變動時，各項參數(shù)滿足要求。

方案1通過調(diào)整燈桿間距可以使各項參數(shù)滿足要求，方案2通過調(diào)整發(fā)光點高度，最多可使一半?yún)?shù)滿足要求，此時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通過同時調(diào)整燈桿間距和發(fā)光點高度，使各項參數(shù)滿足要求，與方案1比較，各項參數(shù)滿足程度較高。比較方案1、3、4，優(yōu)化指標數(shù)量越多，路面照度和亮度均勻度越好，各項參數(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)化兩項指標時，路面照度和亮度均勻度最高，其余各項參數(shù)滿足程度好(圖9～圖14)。

圖9 道路照明配光曲線

圖10 道路照度比對表

圖11 人行道照度比對表

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

在分析建模的過程中，對于較為特殊的階梯型路段，軟件尚不能切實擬合此類道路的地形，通過平坦路面模擬階梯型路段會對分析結(jié)果產(chǎn)生一定誤差，模擬結(jié)果低于實際照度測量值?？紤]到階梯型路段在重慶地區(qū)的普遍性，在道路照明設(shè)計中應(yīng)增加對不同情形的考慮。此外，樹蔭對路面照度的影響，道路兩旁店鋪燈光對路面照度的補充，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軟件對模型進行優(yōu)化分析，有以下優(yōu)點和不足：1)軟件模擬現(xiàn)實環(huán)境，通過調(diào)節(jié)燈桿間距和發(fā)光點高度等，給出了符合標準要求的道路照明方案，為現(xiàn)實優(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，會對模擬結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

3 結(jié) 論

以重慶大學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。針對此類校園道路的照明現(xiàn)狀給出以下建議：

1)提高校園道路的照度。通過提高燈具功率，增加路燈數(shù)量，及時進行路燈的維護與更新，實現(xiàn)道路照度均勻度的改善。

2)定期修剪道旁樹木。在保證樹木枝葉不遮擋燈具光線的前提下，滿足樹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)計應(yīng)結(jié)合地形地貌的特殊性，綜合考慮各類影響因素。

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

5)對于調(diào)研過程中觀察到的另一類道路——校園內(nèi)曲徑通幽的小道，筆者認為應(yīng)保持較低照度，在滿足功能性照明的需求下，營造獨特的景觀氛圍。對于景觀小品的燈光點綴，可采用庭院燈等景觀燈具，并且綜合考慮燈具的光源類型、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。

[1] 劉世英. 淺析高校校園公共空間夜間照明——以重慶大學B區(qū)為例[J]. 燈與照明,2003，27(3)：17-22.

[2] 劉世英. 高等學校校園道路照明研究[D].重慶：重慶大學, 2005.

[3] 祝洪波. 大學校園路燈照明系統(tǒng)的設(shè)計探討[J]. 現(xiàn)代物業(yè),2011，10(3)：87-88.

[4] 城市道路照明設(shè)計標準：CJJ 45—2015[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[5] 甘文霞 .校園建筑的夜景照明設(shè)計談[J]. 新建筑,2001(2)：69-71.

[6] 照明測量方法：GB/T 5700—2008[S].北京：中國標準出版社，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 基金項目：國家自然科學基金資助項目(51478060) 作者簡介：李娟潔(1994-)，女，重慶大學建筑城規(guī)學院碩士研究生，主要從事建筑技術(shù)科學(光學方向)研究。