（环境与资源保护法学专业论文）立体光源对道路多层空间的照明研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 i 摘 要 随着社会经济的发展，立体交通不断地加入城市空间，立体交通的道路照明 使原有的城市空间在逐渐改变。如今作为城市基础设施的立体交通成为一项成熟 的城市公用事业。在照明设备上发生了质的飞跃，告别了落后的照明器材，逐渐 侧重照明系统的可靠性、便于维护等方面。 我国立体交通照明取得了巨大成就，但仍然存在一些亟待解决的问题，如光 源和灯具选择不当，灯具耐性差，配光不太合理，灯杆间距不当，耗电量相对较 大，对道路的交叉口、曲线段和匝道的照明不够重视等。现代世界能源紧缺尤其 是电力能源的紧张，造成人们要求与能源之间的矛盾加剧。为了最大化的利用能 源，给人们创造一个良好的室外道路照明环境，道路照明设计原则应是用合适的 光在合适的时间用合适的方式投向合适的地方。道路照明的主要任务是提高交通 效率和减少交通事故，其关系重大，而道路照明又是室外照明中的一大主要部分， 能源消耗也较大，所以一定要研究清楚道路照明质量和能源之间的关系。 针对道路照明的现状，本论文对道路照明从以下几个方面来研究。首先，立 体交通的道路不但立面分层，而且平面分区，对这种多层次、多区域的立体交通 现状进行了 dialux仿真分析， 提出了这种道路交通模式下道路照明存在的问题及 其解决方法，得出决定道路照明质量的主要因素。其次，在多区域和多层次的交 通空间中，仅仅提高照度和亮度水平是不够的，过于匀质的空间会让人迷失方向。 针对人们对道路照明的要求，在现有照明指标的基础上，对道路照明的亮度差计 算建立了类似于电路中的基尔霍夫定律的计算模型。提出在照明技术处理上，不 同的空间依照前期照明规划的标准外，不仅需要注意各个功能区域的亮度差，还 要强调入口和核心功能区，弱化过渡区。最后，针对多层道路空间的照明设计， 结合重庆市特殊的交通地形，从重庆市道路照明的现状出发，对具体道路结构的 照明设计提出了几点建议。 本论文针对道路照明进行了研究，特别是对多区域、多层次的立体交通空间 的照明进行了深入的分析，无论是在学术研究方面还是在工程施工方面，都有较 大的参考价值。 关键字：道路照明，立体光源，多层空间，亮度差，节能 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ii abstract with the social and economic developing, many multi- dimensional roads join in the urban space transportation.urban space is gradually changing with the multi- dimensional traffic lighting using. today, multi- dimensional traffic is a mature urban infrastructure in city. undergone a qualitative leap bid farewell to the backward lighting equipment in lighting equipment, lighting system gradually focuses on the reliability, ease of maintenance and so on. although our multi- dimensional traffic lighting has made great achievements, but there are still some problems to be solved, such as the light source and lighting poor choice, poor tolerance lamps, unreasonable lighting, pole spacing properly, power consumption is relatively large, on the road intersection, curve and ramp lighting is not enough attention etc.people have higher requirements of outdoor lighting,combined with the worlds energy, especially electricity tension, causing people to the conflict between requirements and increasing energy. in order to maximize the energy and create a good environment of outdoor lighting for people. lighting design principle is that with the appropriate light and the right way to invest in the right place at the right time. the main task of road lighting is to improve transport efficiency and reducing traffic accidents, the relations are very important, the road lighting is one of the main part of outdoor, lighting energy consumption is vary larger. so, people should find the best golden point between lighting quality and energy consumption. status for road lighting, to study road lighting following aspects in this thesis. first of all, the road is not only modern facade layer, and the plane partition, writer does dialux traffic simulation analysis for this multi- level and multi- dimensional regional status, proposing model road lighting road traffic problems and their solutions, summering up the determinants of the quality of road lighting in the quality. second, multi- dimensional and multi- level traffic space, simply raising the level of illumination and brightness are not enough, homogeneous space would be too disoriented people, for people on the road lighting requirements, lighting in the existing indicators, based on the brightness difference on the road lighting calculations established computational model similar to kerchief s circuit. proposing treatment in lighting technology, the different spatial planning in accordance with pre- lighting standards, not only need to pay attention to the brightness difference between the various functional areas, but also 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 iii stressed the entrance and the core functional areas, weakening the transition zone. finally, for multi- path space lighting design, combines special traffic topography of chongqing, lighting from chongqing city, proposing some suggestions about the current situation of the road structure on specific lighting design. this thesis studied the road lighting, especially for multi- regional and multi- level lighting in- depth analysis, both in academic research and in the construction area, has great reference value. keywords：road lighting, multi- dimensional light source, multi- space, brightness difference, energysaving 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 绪 论 1.1 背景 节约能源，保护环境，是我国长期的重大方针，也是全世界所关注的重要课 题。无论是欧洲还是美国，建筑耗能都比较大，建筑照明节能是任重而道远1。目 前，美国、英国、日本、法国、瑞典、丹麦等发达国家都相继制定了推广“ 绿色照 明” 的计划2。建筑绿色照明实施的同时，作为用电大户的室外照明也在如火如荼 的进行之中，室外照明的主战场道路照明，更是一大亮点。 1.1.1 道路照明现状 从对北京、 上海、 天津等部分城市道路照明的调查来看3， 自从改革开放以来， 中国各地的道路取得了突飞猛进的发展，城市交通逐渐便利，农村“村村通”工 程频频告捷，随之而来的道路照明也紧跟其后，也取得了前所未有的发展。但成 就喜人的背后是严重的能源浪费。国内部分道路照明情况如表 1.1 所示。 表 1.1 国内部分道路照明情况 table 1.1 the domestic part of the road lighting 城市 路名 路宽 (m) 间距 (m) 杆高 (m) 光源 灯具 emax (lx) emin (lx) eav (lx) 常州 延陵 西路 38 45 12 高压钠灯 400 x4 双排双 弧灯 203 35 105 武汉 四干路 12 34 10 高压钠灯 250 x2 平行双火 非截光 103 38 62 青岛 香港路 22 30 14 高压钠灯 400+250 平行双火 非截光 145 50 95 长沙 青石 山路 31 30 10 高压钠灯 400 非截光 单弧 62 10 43 长春 人民 大街 50 35 11.5 高压钠灯 400 x2 双排双 弧灯 87 39 63 长春 解放路 38 38 11 高压钠灯 400 双排双弧灯 97 47 67 无锡 中山 南路 26 40 12 高压钠灯 400 双排双 弧灯 82 12 59 宝鸡 红旗路 21 40 10 高压钠灯 250 x2+250 x2 双排双 弧灯 249 55 130 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 2 续表 1.1： 宝鸡 红旗路 21 40 10 高压钠灯 250 x2+250 x2 双排双 弧灯 237 43 109 宝鸡 经二路 23 35 12 高压钠灯 400 双排双 弧灯 163 47 73 北京 西环路 38 40 15 高压钠灯 400 x2 单排双 弧灯 114 27 58 北京 广内 大街 30 40 12 高压钠灯 400+250，150 无轨单 弧灯 142 30 78 从表 1.1 全国 8 个城市 11 条道路照明情况看，路面平均照度为 87lx，与 2006 新修订的城市道路照明设计标准cjj45- 2006 规定的平均照度 20/30lx相比，高 出 2.9/4.4 倍。而发达国家如美国、英国、德国、日本等国的道路照明设计标准如 表 1.2 所示。 表 1.2 国外的一些照明设计标准 table 1.2 the lighting design standards of some foreign countries 标准归属 道路类型 平均亮度(cd/m2) 平均照度(lx) 美国 高速公路 0.6 6.9 cie 高速公路 1.52 英国 高速公路 1.5 德国 高速公路 1 前苏联 高速公路 1.6 20 澳大利亚 快速路 12 1020 日本 快速路 0.51 510 从表 1.2 中看出，我国城市道路照明的平均照度相对较高。中国的道路是十分 “亮”的，而且相对一些国家或地区，亮的程度还十分的高。但是，据调查4，中 国是世界上交通事故发生最严重的国家之一。2005 年共发生交通事故 450254 起， 98738 人死亡，469911 人受伤，直接财产损失 18.8 亿元，2006 年交通事故 378781 起，89455 人死亡。除白天交通量大外，在夜晚由于路面灯光照明质量问题，引起 的事故也占到一定的比例。而夜晚照明质量比较好的地段，交通事故率明显低得 多，另外在黎明或黄昏时也易导致交通事故发生。通过研究发现，研究者得出交 通事故的发生率与道路照明的相关因素有直接关系，照明设计指标中的照度和亮 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 3 度虽然比较高，但是受到各种环境因素的影响，道路照明的可见度较低，影响驾 驶员的视线，使得驾驶员和行人“看不清”或者“看不到”障碍物，导致交通事 故率居高不下。 通过以上分析，得出我国城市道路照明节能潜力巨大，为了充分发挥道路照 明的作用，提高交通效率，减少交通事故。在城市道路照明建设中，应通过科学 规划和设计，严格执行国家和国际照明标准，正确选用照明方法和器材，加强照 明设施管理，则可挖掘以上潜力，实现既搞好城市照明建设，又节约能源的双重 要求。 1.1.2 重庆市的照明现状 2008 年重庆市首次对公共建筑进行普查5，此次调查涉及商场、酒店、医院、 学校、文化场所、主要城市道路照明六个方面，普查结果显示，重庆 95%既有建 筑不节能，大量的公共建筑空调、照明能耗逐年增加。 1.2 相关领域的研究现状 从古到今，道路照明工作者对道路照明做过许多的研究和试验，提出了很多 照明设计方法，这些方法的研究都有一个共同的目的就是让道路照明以最少的能 耗，最优的效果为人们的生活服务，可以说人们对道路照明设计方法的研究从未 间断过，所以道路照明指标也越来越多，道路照明设计的规范也在随之日益更新。 针对现在能源紧张、环境恶化的现实，国内外关于道路照明的研究人员越来 越多，涉及的面也日益广泛，总结起来主要是针对道路照明的光源、灯具、控制、 节能、视觉、艺术、光污染、照明与交通事故等等进行研究，下面分开简述一下。 在道路照明器材上，道路照明的光源选择逐渐由低色温的高压钠灯到高色温 的高压钠灯到金卤灯到最近的 led 灯的方向发展； 而灯具类型一般还是采用截光、 半截光、非截光三类，但灯具的制作器材越来越好；在路灯的控制方式上，集中 控制、就地控制、光控、时控都可以做到；节能的方式更是枚不胜举。 在道路照明视觉上，由于国际上还没有中间视觉光谱光视函数推荐值，所以 道路照明至今没有从明视觉变换到中间视觉，目前 cie 已经成立了专门的研究机 构进行中间视觉的研究6，cie 的研究方法主要有基于视亮度的异色视亮度匹配 法、基于亮度的闪烁光度测量法、基于反应时间的视觉功效法、基于光源的暗视 觉与明视觉光通量之比的研究方法。其中视觉功效法被认为是最合理的方法，视 觉功效法就是在不同的照明环境下人眼对背景中随机出现的目标的反应时间。 在照明视觉印象上，flynn将视觉印象归为清晰、宽敞明亮放松隐私愉 快、有序7，而室外照明只需要安全、有序、放松的视觉印象就可以满足要求，对 于宽敞明亮、隐私等视觉印象可以暂且不用考虑。 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 4 在道路照明的照度设计标准上，英国运输研究试验室(trl)从 2007 年 4 月开 始，进行一项有关车辆在夜间发生事故与道路照明关系的研究8，为了弄清楚道路 照明对交通事故的影响，将对所采用的照明系统相关联的数据进行分析。运输研 究试验室的研究还将分析各种不同等级道路上照明水平和发生事故的频率与严重 性的关系。项目研究的目的是要分析并确定，是否有必要提高道路目前的照明等 级，考虑采用更有效的现代照明设备取代目前的照明设备，以及在车辆设计与交 通管理方面提出新的要求。具体研究结果目前还未公布。 在光环境舒适度上的评价与分级上，研究人员重点研究了评价隐私的数量和 定量化，使评价因子更加科学化和实用化，建立了照明质量综合评价系统的分级， 使照明质量评价更加精确和实用9。评价系统现在还存在一些问题，例如 ugr 是 目前主要的眩光评价系统，但是只适合与尺寸较小的光源10。光源的亮度和背景 亮度在实际照明场景中很难实现区分。 室内外照明研究人员都在研究影响光环境舒适度的因素11 15，包括采光、亮 度、照度、照明均匀度、光源色温、显色指数、眩光等。加强研究光的心理和生 理效应，包括 uv 的生理作用和褪黑色素的关系等。 在道路照明的光污染上，苏州科技学院的陈亢利对道路交通照明产生的光污 染环境以及污染产生的原因做出了研究16，提出了树立环境道德，建设环境文化、 健全法规、严格执法、加强光环境管理、加强科学研究，发展绿色照明技术等防 止光污染的建议。 在道路照明的新指标研究上，重庆大学的陈仲林教授对道路照明阈限亮度差 的实验研究和可见度的计算进行了研究17，得出了在各种具体条件下具体的计算 公式，为以后道路照明的“ 可见度” 引入提供了一种有效方法。 在道路照明的设计上，照度计算是十分重要的一项，虽然道路照明计算有和 室内照明计算相似的计算公式18。但是，道路飞铺，桥梁飞架的今天，道路照明 发生了巨大的变化，照度不再是简单的平面照度计算，出现了立体光源对多层空 间的照明，最典型的就是立体交通立交桥。由此给道路照明照度计算带来了 一定的困难。在道路照明的照度计算上，现在国内外的照明照度的计算方法比较 多，利用最多的是利用系数法19- 20。一般都是利用计算机来计算，只要输入一些 相关参数，工作面上的照度、亮度和眩光值一般都可以计算出来。比较有名的照 明计算软件有德国的 dialux、autocad、照明光学设计软件 light tools 等。 1.3 研究的主要内容 针对当前的能源形势和国家政策，笔者通过阅读大量国内外相关文献，发现 立体交通不断地加入城市空间，立体交通的道路照明使原有的城市空间在逐渐演 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 5 变。如今作为城市基础设施的立体交通成为一项成熟的城市公用事业。在照明设 备上发生了质的飞跃，告别了落后的照明器材，逐渐侧重照明系统的可靠性、便 于维护等方面。尽管我国立体交通照明取得了巨大成就，但仍然存在一些亟待解 决的问题，如光源和灯具选择不当，灯具耐性差，配光不太合理，灯杆间距不当， 耗电量相对较大，对道路的交叉口、曲线段和匝道的照明不够重视等。观察一下 身边城市道路照明的方式，还存在许多不合理的设计和规划。道路照明规范中规 定“ 小型立交可采用常规照明，大型立交宜采用高杆照明” 21。有的道路照明则是 高杆照明和常规照明相结合的照明方式。而且道路上有天桥，中有道路，下有地 下通道的交通模式也较为常见，中间道路又有车行道，人行道，景观带等多区域 的平面布置，使得现代的城市交通和过去的交通有着甚大的差异。 针对现代交通的现状，本论文对道路照明从以下几个方面来研究。首先，现 代道路不但立面分层，而且平面分区。对现代道路交通多层次、多区域的立体交 通现状进行了 dialux仿真分析， 提出了这种道路交通模式下道路照明存在的问题 及其解决方法，研究决定道路照明质量的因素。其次，在多层次、多区域的交通 空间中，仅仅提高照度和亮度水平是不够的，过于匀质的空间会让人迷失方向。 针对人们对道路照明的要求，在现有照明指标的基础上，对道路照明的亮度差计 算建立类似于电路中基尔霍夫定律的计算模型。提出在照明技术处理上，不同的 空间依照照明规划的标准外，需要注意各个功能区域的亮度差，还要强调入口和 核心功能区，弱化过渡区。最后，针对道路多层空间的照明设计，结合重庆市特 殊的交通地形，从重庆市道路照明的现状出发，对具体道路照明的设计提出了几 点建议。 1.4 本章小结 本章节从当前的能源形势和国家政策等多方面，说明了我国道路照明节能的 必要性及其节能的巨大潜力，通过道路照明研究者的研究成果，简明扼要的介绍 了道路照明的一些研究现状，并说明了本论文将要做的主要内容，包括道路照明 的新形式，多层次、多区域的道路照明下的亮度差的计算，希望能够给新建道路 的照明设计和旧道路照明的改造提供一点技术支持。 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 6 2 多层空间的照明研究 2.1 引言 随着现代交通的日益发展，道路立体交通模式越来越多，随之道路照明形式 也是千变万化，不但照明光源的形式多种多样，灯具的设计更是美轮美奂。下面 详细介绍一下光源和道路的现代变化现状及其它们之间的关系。 2.2 道路照明的几何光源 道路照明光源总体可以分为点光源、线光源、面光源22。这分类不是唯一不 变的，同一个光源可能既是点光源也可能是面光源，这取决于光源和物体之间的 距离的变化，当观察者距点光源非常近时，点光源会表现的像面光源一样。同样 地，如果离得足够远，一个面光源也可以像点光源一样。 2.2.1 点光源 从单一点发出光线的光源即是点光源，点光源会产生明显的阴影。就应用目 的而言。当距离是光源最大尺寸的 5 到 10 倍时，此光源就可以认为是点光源。点 光源发出的光照度与距离的平方成反比关系。随着距离的增加，点光源发出的光 可以覆盖更大的面积，当至点光源的距离翻一番时，光照度将减少四分之一。 2.2.2 线光源 如果一个点光源沿着某个轴线延伸开去，就会形成一个线光源，一排荧光灯 就是一个线光源，线光源的照度和距离成反比关系，距线光源的距离翻一番，则 照度减半。 2.2.3 面光源 如果一个线光源沿着两个垂直相交的轴线延展开去，就会形成一个面光源。 对于面光源而言，在某一个给定点上的照明水平等于所有“可见”光源的数量， 可见光源的数量可以用观察点对光源的立体角来衡量。面光源的照度值不会随着 距离的增加而减少。 2.2.4 道路照明常用几何光源 现在道路照明的光源，一般都采用点光源，其中最为典型的光源为高压钠灯。 从普通观察者的立场看，光线数量越多，看得越清楚。同时，道路的功能级别决 定所需的光线数量，一些道路及其环境区域需要高的照度水平以满足使用者的视 觉需要，而另一些区域需要较低的照度水平，照度水平的变化范围相当大，光线 的需要的多少取决于视觉作业的难度。 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 7 2.3 道路照明的立体光源 由于道路出现了立体交通，立体交通的出现伴随着一种常见光源的特殊组合， 这种常见光源组合即光源在垂直方向上不在同一个高度，而水平方向的距离又比 较近，这种常见光源的组合，暂且称之为立体光源。总结起来就是出现立体光源 对道路多层空间的照明现状。虽然这种立体光源是由常见的几何光源构成的，具 有几何光源的一些特点，但它又别具新格。 常见的立体交通可以分为两种，一种是天然形成的，一种是人造的。所谓天 然的立体交通是由当地的地理形态造就的，在山城重庆，层层的道路罗列在整座 城市中间，层次十分分明。而所谓的人造的立体交通就是立交桥，在全国各地的 大中城市较为常见。不管哪种多层空间的道路交通，道路照明灯具一般采用半截 光的灯具，对于道路来说，由于有时道路的层数比较多，会造成上面的光源对下 面的道路影响严重，当单独设计时，上层、中间层和下层的道路照度均达到要求 的时候。由于单方向的影响，造成下层和中间各层的照度要求超标，这不仅造成 能源浪费，而且光污染严重。虽然都有各种灯具在对应，但是这种立体光源的出 现，现在已经造成了照度值大大超标的现实。由此，必须研究这种立体光源对这 种立体交通空间的照明，以满足人们对现代道路照明的要求。 2.4 照明方式 道路照明的布灯方式分为道路常规照明和高杆照明两大类。城市道路照明可 以采用常规照明，也可以采用高杆照明，但不同的是光在空间的分布随着灯具布 置的不同而改变。选择何种方式，主要考虑道路的眩光控制、良好的照度均匀度、 亮度均匀度和视觉诱导性。对于大型互通式道路来讲，宜优先采用高杆照明，并 应符合高质量的总体照明以及控制眩光的主要照明设计原则。 2.4.1 常规照明 常规照明(灯杆照明)是在道路照明中使用的最为普遍的照明方式。这样的布灯 方式一般采用的灯杆高度在 20m以下，在每支灯杆的顶端安装 12 个路灯灯具， 灯杆按照一定的间距有规律地连续设置在道路的一侧、两侧或者是中间分车带上。 这种照明方式有很多优点，它可以按照道路的走向安排灯杆和灯具，具有充分利 用照明器的光通量，有较高的光通利用率，并具有很好的视觉诱导性。 常规照明的灯具布置一般有五种形式，即：单侧布置、双侧交错布置、双侧 对称布置、中心对称布置和横向悬索布置，如图 2.1 所示。路面有效宽度(weff)和 路面宽度(w)与灯具悬挑长度的关系如图 2.2 所示。灯具的配光类型、布置方式与 高度、间距的关系如表 2.1 所示。 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 8 a) b) c) d) e) a)单侧布置 b)双侧交错布置 c)双侧对称布置 d)中心对称布置 e)横向悬索布置 图 2.1 常规照明灯具布置的五种基本形式 fig.2.1 the five basic forms for conventional lighting a) b) a) weffw 图 2.2 路面有效宽度(weff)和路面宽度(w)与灯具悬挑长度的关系 fig.2.1 the relationship among the pavement effective width (weff), road width (w) and the length of the cantilevered lamp 表 2.1 灯具的配光类型、布置方式与高度、间距的关系 table 2.1 the relationship among the lamp with light type,layout and height of the distance 配光类型 截光型 半截光型 非截光型 布置方式 安装高度 h/m 间距 s/m 安装高度 h/m 间距 s/m 安装高度 h/m 间距 s/m 单侧布置 hweff s3h h1.2weff s3.5h h1.4weff s4h 交错布置 h0.7weff s3h h0.8weff s3.5h h0.9weff s4h 对称布置 h0.5weff s3h h0.5weff s3.5h h0.7weff s4h 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 9 2.4.2 高杆照明 高杆照明是指将一组灯具(主要指泛光灯具)安装高度在 20m以上的灯杆上、 进行大面积照明的一种方式。高杆照明方式适合设置在立体交叉、平面交叉、广 场、停车场、货场、机场停机坪、港口等场所。高杆照明有着它独特的照明效果。 2.5 照度计算 2.5.1 点光源的照度计算 在现在的道路照明的设计中，照度是照明规范中最为精确的部分，也是灯具 完全安装后可以定量测量检验的部分，照度的计算分为以下两种情形： 计算指定平面上某点的直接照度(ed); 计算指定平面上的平均照度(eav)，eav有两部分组成，直接照度和来自其它表面 的反射形成的间接照度。 图 2.3 点光源的照度计算示意图 fig.2.3 the calculation diagram of the illumination point light source 道路照明的光源一般采用的点光源。所谓的点光源，在理论上就是一个无限 小的点，然而，在现实中的每个光源都有一定的大小，但只要测量点和光源的距 离达到光源最大尺寸的 5 倍以上，就可以认为所有的光线都来自空间中某个点， 即可以把该光源视为点光源，这样即可以简化光源的计算同时对计算结果的误差 又可以忽略不计。 在道路照明的设计中，灯具和光源之间大部分是有一个小于 15的倾斜角， 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 10 也就是灯具的光轴不是竖直的，在道路的计算空间里，不但要计算水平面上的照 度还要计算竖直平面上的照度及其对应的梯度变化。 点光源的照度计算如图 2.3 所 示。线光源和面光源的照度及其梯度计算方法类似于点光源的计算方法。 根据图 2.3，点光源的正下方 h米处平面上 a 点的照度(e0)为： 2 0 0 h i e = (2.1) 0 i 点光源的朝向 a 点的发光强度； h光源距离平面的距离高度； 计算光源正下方 a 点的照度只是一个特例，因为点光源的光线是垂直射向该 点的，一般需要求的点都不是垂直照射的，而是以一定角度入射的，也就是入射 光线和垂直光线之间有一角度，如图 2.3 中的 b 点，求 b 点的照度，点光源对 b 点的照度形成两个照度，即垂直照度 e1和水平照度 e2。假设过 b 点存在一个垂直 于 sb 的平面 w，根据距离平方反比关系定律，点光源 s 对 w 平面上的 b 点形成 的照度为： 2 c i e l = (2.2) cos 1 ee = (2.3) sin 2 ee = (2.4) /coslh= (2.5) 则： 2 22 cos cc ii e lh = (2.6) 由此可以得，点光源 s 对其下的水平照度 e1和垂直照度 e2分别为： 3 1 2 coscos c i ee h = (2.7) 2 2 2 sincossin c i ee h = (2.8) 2.5.2 点光源的照度梯度 点光源 s 正下方 a 点的照度计算公式： 2 0 0 h i e = (2.9) 可以得到： 3 0 2 =hie (2.10) 由方向上的照度计算公式： 2 22 cos cc ii e lh = (2.11) 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 11 可以得到： 32 2cos c e i h h = (2.12) 22 2cossinsin2 cc e i hi h = (2.13) 所以 e 的梯度为： 322 2cossin2 cc gradei hi h h ee =+ (2.14) 点光源 s 对其下的水平照度 e1为： 3 1 2 coscos c i ee h = (2.15) 可以得到： 33 1 2cos c e i h h = (2.16) 22 1 3cossin c e i h = (2.17) 所以 e1的梯度为： 3322 1 2cos3cossin cc gradei hi h h ee = (2.18) 点光源 s 对其下的垂直照度 e2为： 2 2 2 sincossin c i ee h = (2.19) 可以得到： 32 2 e 2cossin h c i h = (2.20) 22 2 e cos (cos2sin) c i h = (2.21) 所以 e2的梯度为： 3222 2 2cossincos (cos2sin) chc grad ei hi hee = (2.22) 从上面的照度计算和照度的梯度变化来看，点光源的照度随高度的变化较快， 随着角度的变化相对较小。所以从上可以看到，照明灯杆的高度直接决定着道路 照明的质量。由于高杆照明的灯杆较高，不但可以为场地的地面提供照明，还可 以为被照场所的空间提供照明，这对现实物体的形状，雕塑物体的立体感很有益 处，被照场所的地面和环境还能得到有效的照明，因而可使视场范围得以增大， 被照地与周围的亮度均匀度比得到了改善，可以使驾驶员的眼睛得到良好的适应， 从而达到提高可见度的作用。但是由于高秆的高度比较高，照度梯度变化较大， 所以其均匀度较好的同时在垂直方向上的损失较为严重，光污染也较为严重。所 以照度的梯度也直接决定着道路照明的质量。 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 12 相比常规照明，高杆照明灯杆数量较少。被照场地比较集中的情况下，高杆 照明可以以很少的灯杆达到较理想的效果，因此，避免了灯杆林立的现象，这样 可使被照场地显得整齐干净。在一定程度上，高杆灯的杆位选择比较灵活，因此 可以将灯杆设置在离开可能会对交通或维护有妨碍的位置，这样，可以降低撞杆 事故的发生率，对照明系统维护时也不会影响正常的交通。由于在灯具选择或者 配置方面有较大的灵活性，因此，如果调配适当，可使各种形状的被照明场所获 得较好的照明均匀性。而常规照明的形式多种多样，所以使用的场合更为广泛， 无论是采用哪种照明布置方式，都要结合实际，符合道路照明的原则，达到最好 的照明质量。 2.6 多层空间 现在立体交通模式比较常见，道路不但立面分层，而且还平面分区。特别像 重庆这样的山中城，其地形造就了重庆的道路交通较为复杂多样。从重庆市路灯 管理处得知，重庆的规划者把主城区的城市照明夜景规划确定为五个部分23。 2.6.1 立面分层 从一棵树观景台来看，可以将城区中心带城市形态分为五个明显的层次： 第一个层次为渝中区半岛天际线； 第二个层次为解放碑及陕西路沿线住宅组团； 第三个层次为沿长滨路建筑群； 第四个层次为沿长江路、长江大桥、沿江趸船及滨江公园、珊瑚公园沿线(水 际线)； 第五个层次为南坪、上新街、弹子石片区。 2.6.2 平面分区 根据渝中半岛功能分区对夜景照明的影响， 将渝中半岛划分为11个平面分区， 并在各个片区确定重点照明设计的建筑物、道路、桥梁、水体、趸船等，突出了 各平面片区的照明特色。 2.6.3 亮度分级 在夜景照明规划设计中采用了视亮度来衡量照明效果，根据各区域照明的不 同功能来确定其亮度水平，从而在整体上产生合理的明暗关系以及良好的艺术效 果，避免由于亮度一致造成单调、呆板的感觉。各功能分区的亮度、单栋重点照 明的上部、中部以及下部的视亮度大小也不相同，从而形成整体上有重点、区域 中有亮点、有主、有次的良好夜间景观。 2.6.4 用光分类 针对各个片区的功能及在整体画面中的地位来进行用光来分类，使各片区在 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 13 照明方式、光色控制、明暗分布等方面各具特色。此外通过用光进行分类，使整 体画面在协调统一的同时更加丰富。 2.7 平面上多区域空间的照明 由于道路上的平面设置不一致，存在着多种功能，其形式不尽相同。首先是 车道，车道又有许多种，行车道，超车道，应急道等。其次是人行道，再次是绿 化带等。针对这种平面上的区别，2006 年 12 月 19 日，建设部发布的城市道路 照明设计标准(cjj452006)中，道路照明评价指标增加了“环境比”一项，对 道路两侧的照明情况提出了要求。所谓的环境比就是指车行道外边 5 米宽的带状 区域内的照明平均水平照度和相邻的 5 米的车行道上的平均水平照度之比。这在 一定程度上减少了交通事故的发生概率。下面以一个道路例子说明一下。 首先看一个典型单层多区域道路空间的照明，下面看一组数据和仿真效果图。 道路概况如图 2.4 所示：道路设置从右向左如下：草皮 1(宽度：3.000m)，人 行道 1(宽度：2.000m)，道路 1(宽度：7.000m，运行路径数量：2，柏油：r3，q0： 0.070)，分隔岛 1(宽度：1.000m，高度：0.000m)，道路 2(宽度：7.000m，运行路 径数量：2，柏油：r3，q0：0.070)，人行道 2(宽度：2.000m)，草皮2(宽度：3.000m)。 图 2.4 道路模拟效果图 fig.2.4 the simulation map of road 灯具及光源示意图如 2.5 所示，经过多次设计仿真，选择结果如下：灯具： iguzzini1530_b408iroad1x200w；光通量：20000lm；色温：3000k；光强最大值： 角度 70：58cd/klm；下方角度 80：4.23cd/klm；角度 90：0.00cd/klm；排列： 双侧对称排列，灯杆距离：20.000m；在能够与下部垂直线形成规定角度的所有方 向上(照明装置安装正确)；安装高度(1)：8.000m；光点高度：7.970m，光强不超过 90；安排符合光强等级 g6；吊杆角度(3)：0.0；悬臂长度(4)：1.000m；安排 符合眩光指数等级 d.6。 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 14 图 2.5 灯具参数示意图 fig.2.5 the lighting parameters diagram 道路照明 3d 伪色效果图 2.6 所示，其评估范围列表如表 2.2表 2.5 所示。人 行道路 1 评估如下：长度：20.000m，宽度：2.000m，网格：10 x3 点，从属的街道 环境因素：人行道路 1，选择的照度等级：ce5。 表 2.2 人行道 1 评估表 table 2.2 the assessment of the sidewalk 1 eav人行道的平均照度；ue总均匀度； 人行道路 2 评估如下：长度：20.000m， 宽度：2.000m，网格：10 x3 点，从属的 街道环境因素：人行道路 2，选择的照度等 级：ce5。 表 2.3 人行道 2 评估表 table 2.3 the assessment of the sidewalk 2 图 2.6 道路照明 3d 伪色效果图 fig.2.6 the 3d pseudo- color effect map of road lighting 道路 1 评估如下：长度：20.000m，宽度：7.000m，网格：10 x6 点，从属的街 道环境因素：道路 1，柏油：r3，q0：0.070，选择的照度等级：me4a。 eav(lx) ue 计算得出的实际值 16.5 0.9 按等级设定的数值 10 0.4 已满足/未满足 eav(lx) ue 计算得出的实际值 12.8 0.9 按等级设定的数值 10 0.4 已满足/未满足 重庆大学硕士学位论文 2 多层空间的照明研究 15 表 2.4 道路 1 评估表 table 2.4 the assessment of the road 1 lav(cd/m2) u0 ul ti% sr 计算得出的实际值 1.01 0.7 0.9 0 0.8 按等级设定的数值 0.75 0.4 0.6 15 0.5 已满足/未满足 lav平均亮度；u0亮度总均与度；ul纵向均匀度；ti眩光限制； sr