陳志雄

中冶京誠工程技術(shù)有限公司 北京 100176

1 緒論

1.1 研究背景和意義

隨著前山鎮(zhèn)的城市發(fā)展和交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，對道路照明設(shè)計的需求越來越迫切。良好的道路照明設(shè)計不僅可以提高夜間行車的安全性，還可以增加市區(qū)的亮度和美觀度，提升市民的生活質(zhì)量。因此，進行基于DIALux軟件的市政道路照明設(shè)計研究具有重要的實踐意義和應(yīng)用價值。

1.2 國內(nèi)外道路照明設(shè)計研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外已經(jīng)進行了大量道路照明設(shè)計的研究工作。國外一些發(fā)達國家和地區(qū)，如美國、德國等，已經(jīng)建立了完善的道路照明設(shè)計標準和規(guī)范，并積累了豐富的經(jīng)驗。國內(nèi)也有一些城市進行了道路照明設(shè)計的研究和實踐，但仍存在一些問題，如設(shè)計標準的不健全、技術(shù)應(yīng)用的不成熟等。

1.3 研究目的和內(nèi)容

本研究的目的是基于DIALux軟件對前山鎮(zhèn)的市政道路照明進行設(shè)計研究，以提升道路的亮度和安全性。具體研究內(nèi)容包括：了解前山鎮(zhèn)的道路狀況和交通特點，調(diào)查道路照明的需求和問題；介紹DIALux軟件的功能和使用方法，應(yīng)用該軟件進行道路照明設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計方案，提出具體的照明設(shè)備和燈具布局；并進行實地測試和評估，驗證設(shè)計方案的有效性和可行性。

2 前山鎮(zhèn)市政道路狀況分析

2.1 前山鎮(zhèn)道路概況

前山鎮(zhèn)是一個城市化程度不高的地區(qū)，擁有一定規(guī)模的市政道路網(wǎng)絡(luò)。道路網(wǎng)絡(luò)主要是支路，連接著各個居民區(qū)、商業(yè)區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場外業(yè)調(diào)查報告，目前人民路的路燈布置比較合理，兩側(cè)商戶較多，也是連接前山鎮(zhèn)政府的主要道路，因此選用人民路作為本次的研究對象。

2.2 道路環(huán)境特點和交通流量情況

前山鎮(zhèn)的道路環(huán)境特點主要有以下幾個方面：

道路寬度不一：道路的寬度因道路等級、功能和用途而有所差異，有些道路寬度較寬，而有些道路較窄。

行人和非機動車較多：前山鎮(zhèn)的行人和非機動車輛較多，尤其是在商業(yè)區(qū)和居民區(qū)，存在交通混亂、隱患較多的問題。

道路用途多樣：道路覆蓋著不同的用途，包括居民區(qū)和商業(yè)區(qū)的支路，以及行人步道和自行車道等。

根據(jù)市政部門的數(shù)據(jù)，前山鎮(zhèn)的交通流量較大，尤其是商業(yè)區(qū)周邊的道路上。早晚高峰時段，交通流量較高，車輛密度較大。同時，道路上的行人和非機動車也比較多，增加了交通安全方面的壓力。

2.3 道路照明設(shè)施現(xiàn)狀和問題分析

前山鎮(zhèn)的道路照明設(shè)施主要是路燈，用于提供夜間照明和改善道路能見度。然而，目前市政道路的照明設(shè)施存在一些問題：

照明不均勻：不同道路段的照明情況差異較大，有些地方照明較強，而有些地方則較暗，存在照明不均勻的問題。

照明強度不足：部分道路的照明強度較低，無法滿足夜間道路行駛的要求，影響了駕駛員和行人的安全。

燈具老化和損壞：由于一些照明設(shè)施的老化和損壞，部分路燈無法正常工作，需要維修或更換。

2.4 測量計算路面平均照度和照度均勻度

本次選用的光照度計的技術(shù)參數(shù)：

執(zhí)行標準：GB/T39388-2020；照度范圍：0-200000 Lux；測量精度：±4%+10；重復(fù)測試性：±2%；溫度范圍：-10℃-50℃。

在照度測量中，本次采用九點法來測量，用于評估照明設(shè)施的光照強度。九點法的操作步驟如下：在需要測量的區(qū)域中，選擇九個測量點，這些點應(yīng)該代表整個區(qū)域的光照情況。使用照度計，依次在這九個點上進行測量。確保每次測量都使用相同的高度和方向，以確保測量結(jié)果的可比性。

根據(jù)上面測量方法及下面計算公式，算出現(xiàn)場路燈實際平均照度和照度均勻度。平均照度計算公式：

Eav=∑Ei/M·N；

Eav:平均照度，單位為勒克斯（lx）；

Ei:在第i個測點上的照度，單位為勒克斯；

M:縱向測點數(shù)；

N:橫向測點數(shù)。

照度均勻度計算公式：

U=Emin/Eav；

Emin：最小照度。

表1 路燈照度測量數(shù)據(jù)表（表格來源：作者自繪）

3 基于DIALux軟件的照明設(shè)計方法

3.1 DIALux軟件介紹及對比

DIALux是一款專門設(shè)計用于室內(nèi)和室外照明設(shè)計的軟件，與其他軟件相比擁有以下優(yōu)勢：

照明設(shè)計專業(yè)性：DIALux是一款專門設(shè)計用于照明設(shè)計的軟件，擁有豐富的燈具庫和光學(xué)數(shù)據(jù)，能夠提供專業(yè)的照明設(shè)計方案。

免費使用：DIALux是一款免費的軟件，用戶可以免費下載并使用，無需支付訂閱費用。

用戶友好性：DIALux擁有直觀的界面和易于使用的工具，使得用戶可以快速上手并進行專業(yè)的照明設(shè)計。

實時渲染：DIALux可以提供實時渲染效果，讓用戶能夠立即看到設(shè)計效果，并進行即時調(diào)整和優(yōu)化。

相比之下，其他照明設(shè)計軟件可能需要付費購買或訂閱，功能不如DIALux專業(yè)，界面可能不夠友好，渲染效果可能不夠?qū)崟r等。因此，DIALux在照明設(shè)計領(lǐng)域有著明顯的優(yōu)勢。

3.2 照明設(shè)計流程和步驟

步驟1：建立項目文件并設(shè)置基本信息。

步驟2：繪制道路幾何圖形并確定道路尺寸。

步驟3：選擇合適的燈具并設(shè)置燈具參數(shù)。

步驟4：進行光線模擬和分析。

步驟5：優(yōu)化設(shè)計方案。

步驟6：生成報告和結(jié)果。

3.3 照明設(shè)計參數(shù)的設(shè)置和選擇原則

在進行照明設(shè)計時，需考慮以下參數(shù)和選擇原則：

光照要求：根據(jù)道路類型和用途確定所需的光照要求，包括均勻度、照度和顏色溫等。

燈具功率和效率：根據(jù)道路尺寸和照明要求，選擇合適的燈具功率和效率。高效能的燈具可以提供更好的能源利用效率。

燈具布局：根據(jù)道路幾何圖形和照明要求，合理安排燈具的布局。通常需要保證照明均勻度和光線的合適投射角度。

光源顏色：根據(jù)道路使用情況和環(huán)境要求，選擇合適的光源顏色溫度，如暖白色或自然白色。

環(huán)境影響：考慮周圍環(huán)境的影響，如附近建筑物、樹木和行人等。合理考慮環(huán)境特點，減少影響照明效果的因素。

4 基于DIALux軟件的市政道路照明設(shè)計

4.1 設(shè)計概況

本文以廣東省湛江市徐聞縣前山鎮(zhèn)的人民路為例，人民路為鎮(zhèn)區(qū)道路改造瀝青路面，起點位于幸福路與后坑大道交叉處轉(zhuǎn)盤，終點位于前山舊圩村X254縣道，呈東西走向，全長1156.29m，道路等級為城鎮(zhèn)支路，設(shè)計時速20km/h。

4.2 設(shè)計原則

通過 DIALux 模擬確定標準直線段的照明效果，技術(shù)參數(shù)達到國內(nèi)規(guī)范標準要求，再應(yīng)用到整條道路。人民路道路標準寬度為22m=4.0m(現(xiàn)狀人行道)+ 0.25m(路緣帶)+2.5m(停車位)+4.25m(機動車道) +4.25m(機動車道)+2.5m(停車位)+ 0.25m(路緣帶)+4.0m(現(xiàn)狀人行道)。根據(jù)CJJ45-2015《城市道路照明設(shè)計標準》[1]，人民道路照明標準直線段設(shè)計相關(guān)參數(shù)為：

表2 人行道及非機動車道照明標準值（表格來源：城市道路照明設(shè)計標準CJJ45-2015）

表3 機動車道交通道路照明標準值（表格來源：城市道路照明設(shè)計標準CJJ45-2015）

根據(jù)照明標準的規(guī)范，我們可以通過使用DIALux軟件中包含的歐洲標準EN 13201[2]來進行分析，以確定LED路燈在行車道和人行道上符合特定照明標準要求的CE等級。在這個過程中，選擇CE等級進行設(shè)計是相當重要的，因為CE等級被明確定義為適用于行車道和人行道的照明需求。

4.3 DIALux軟件道路建模

本次道路照明計算使用的是DIALux4.13版本軟件，選擇手動建模方式建立道路模型，然后輸入相關(guān)道路參數(shù)。通過手動建模方式進行道路照明計算，能夠更靈活地調(diào)整參數(shù)，確保設(shè)計方案更符合實際需求。DIALux軟件內(nèi)置的歐洲標準EN 13201進行分析，可以確定人民路（支路）機動車道照明標準要求為CE4等級，人民路（支路）人行道照明標準要求為CE5等級。

圖1 人民路DIALux道路二維模型圖（圖片來源：作者利用DIALux軟件制作）

4.4 設(shè)定路燈布置形式及燈具參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場外業(yè)調(diào)查報告，人民路路燈布置方式為雙側(cè)對稱布置，燈桿高度為8m，燈桿布置間距在18-50m左右，布置間距無明顯規(guī)律。結(jié)合現(xiàn)狀道路以及規(guī)范標準，在標準路段道路兩側(cè)對稱布置8m單臂桿路燈，機動車道采用LED 80W半截光型燈具，燈桿間距為25m；燈具的懸臂長度1.2m、燈具的仰角為5°,燈桿距路緣石0.7m。

4.5 DIALux軟件路燈建模

在道路模型的基礎(chǔ)上導(dǎo)入廠家提供的燈具文件（IES、CIB、ULD、LDT）,本次導(dǎo)入的是LED80W(路燈專用配光),色溫5000K,顯色性Ra≥70，根據(jù)路燈布置形式及燈具參數(shù)，在導(dǎo)入的燈具文件輸入?yún)?shù)，生成人民路DIALux路燈模型圖。

圖2 人民路DIALux二維路燈模型布置圖（圖片來源：作者利用DIALux軟件制作）

4.6 DIALux模擬計算

根據(jù)原先設(shè)定的路燈布置形式及燈具參數(shù)，在人民路兩側(cè)對稱布置8m單臂桿路燈，機動車道采用LED 80W半截光型燈具，燈桿間距為25m；燈具的懸臂長度1.2m、燈具的仰角為5°,燈桿距路緣石0.7m。利用DIALux生成人民路路燈3D效果圖、3D偽色圖，并導(dǎo)出測光結(jié)果，詳見下圖表。

圖3 人民路80W路燈3D效果圖（圖片來源：作者利用DIALux軟件制作）

圖4 人民路80W路燈3D偽色圖（圖片來源：作者利用DIALux軟件制作）

表4 人民路機動車道測光結(jié)果（表格來源：作者根據(jù)DIALux軟件繪制）

表5 人民路人行道測光結(jié)果（表格來源：作者根據(jù)DIALux軟件繪制）

4.7 DIALux模擬計算結(jié)果分析

根據(jù)DIALux生成的測光結(jié)果顯示，采用80W的路燈時，在人行道上的平均照度約為10.83 lx，機動車道上的平均照度約為19.96 lx。人行道最小照度均勻度為0.49，機動車道的最小照度均勻度為0.62。這些結(jié)果表明設(shè)計滿足了城市支路照明標準。

4.8 DIALux報表輸出

DIALux報表輸出涵蓋了多個方面的關(guān)鍵信息，包括項目概述、光源信息、照明布局、照度分布圖、均勻度分析等。項目概述部分提供了基本的項目信息，幫助用戶快速了解項目背景和相關(guān)設(shè)計者信息。光源信息部分列出了使用的光源的類型、數(shù)量和光學(xué)參數(shù)，為設(shè)計者提供在設(shè)計中使用的光源相關(guān)信息。

5 照明設(shè)計效果評價與優(yōu)化

5.1 設(shè)計值與標準值對比

DIALux生成的照明設(shè)計值與相應(yīng)的照明標準值進行對比分析，可以清晰地評估人民路的機動車道和人行道的照度、均勻度等指標是否符合規(guī)范要求。測量結(jié)果顯示這些指標均達到規(guī)范要求，證明了利用DIALux生成的設(shè)計方案是可靠的，而且在實際應(yīng)用中表現(xiàn)良好。這一結(jié)論為道路照明系統(tǒng)的設(shè)計和實際應(yīng)用提供了有力的支持，同時也為未來類似的照明項目提供了寶貴的經(jīng)驗和參考[3]。

5.2 設(shè)計方案的優(yōu)化和改進措施

針對本次設(shè)計方案存在以下不足及需要優(yōu)化：

燈具選型優(yōu)化：通過對不同類型的道路和交通流量情況進行更詳細的分析，選擇更適合的燈具類型和規(guī)格。例如，道路交叉口需要更高亮度的燈具來確保良好的照度和均勻性。

光線模擬和實地測試：進行更精確的光線模擬和實地測試，驗證設(shè)計方案在實際使用情況下的效果，確保滿足安全和舒適的照明需求。

注意考慮周圍環(huán)境因素，如建筑物、樹木等對照明效果的影響，并相應(yīng)調(diào)整設(shè)計方案。

環(huán)保性和能效改進：進一步優(yōu)化設(shè)計，減少光污染，避免光線向周圍環(huán)境過度散射。

安全性改進：根據(jù)實地測試結(jié)果和事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對設(shè)計方案進行調(diào)整，確保照明能夠提高行車和行人的可見性，降低交通事故風(fēng)險。強化對于燈光方向性和眩光的控制，采用適當?shù)恼诠獯胧?，減少對駕駛者和行人的視覺干擾。

6 總結(jié)與展望

6.1 研究工作總結(jié)

在本研究中，我對照明設(shè)計進行了系統(tǒng)的研究和分析。通過調(diào)查研究、實地勘察和數(shù)據(jù)分析，明確了照明設(shè)計的目標、原則和方法。在設(shè)計過程中，我也考慮了環(huán)境要求、安全性和能耗等方面的因素，并提出了相應(yīng)的設(shè)計方案和優(yōu)化措施。通過對比分析和經(jīng)濟效益評估，為照明設(shè)計的實施提供了建議和支持。通過本研究，我對照明設(shè)計有了更深入的理解，并提出了可行的解決方案。

6.2 存在問題和不足

在研究過程中，我也面臨了一些問題和不足之處。首先，我的研究范圍有限，主要集中在照明設(shè)計的基本原則和方法，還有一些相關(guān)內(nèi)容未能涉及。其次，由于實踐條件的限制，我無法進行大規(guī)模的實際應(yīng)用和驗證，只能通過調(diào)查和模擬分析來評估照明設(shè)計的效果。

6.3 研究展望和進一步研究方向

針對存在的問題和不足，我提出以下進一步研究方向和展望：

擴大研究范圍：進一步研究照明設(shè)計與建筑結(jié)構(gòu)、景觀設(shè)計等方面的關(guān)聯(lián)，提高研究的全面性和系統(tǒng)性。

實地驗證與應(yīng)用：通過實地實驗和案例應(yīng)用，驗證和評估研究結(jié)論的有效性和適用性。