李翊君

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

道路照明能為各種車輛的駕駛?cè)藛T以及行人創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境，達(dá)到保障交通安全，提高交通運輸效率，方便人民生活，降低犯罪率和美化城市環(huán)境的目的。道路照明設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到道路工程的實際使用效果，是道路工程設(shè)計的重要組成部分。

1 利用計算機仿真計算進行道路照明設(shè)計的必要性

隨著新版《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45-2006）（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）于2007年7月的正式實施，標(biāo)志我國已實現(xiàn)了道路照明標(biāo)準(zhǔn)與國際先進標(biāo)準(zhǔn)的接軌?！稑?biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定把亮度作為道路照明的主要評價系統(tǒng)，即以亮度為依據(jù)制定道路照明標(biāo)準(zhǔn)。這是由于機動車駕駛員行車作業(yè)時，眼睛直接感受到的是路面亮度而不是照度，因此以亮度為依據(jù)制定標(biāo)準(zhǔn)更為科學(xué)合理，目前國際照明委員會（CIE）和世界上多數(shù)發(fā)達(dá)國家也都是以亮度為依據(jù)制定道路照明標(biāo)準(zhǔn)。此外，《標(biāo)準(zhǔn)》的亮度評價系統(tǒng)中的評價指標(biāo)和原標(biāo)準(zhǔn)相比增加了“亮度縱向均勻度”這一評價指標(biāo)，眩光控制也由原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許采用何種配光類型的燈具改為采用“閾值增量”指標(biāo)，同時增加了“環(huán)境比”指標(biāo)，這就使得《標(biāo)準(zhǔn)》的照明評價指標(biāo)和CIE的完全相同，這些都是《標(biāo)準(zhǔn)》和國際先進標(biāo)準(zhǔn)的接軌的重要標(biāo)志。

但是我國目前道路照明設(shè)計水平相對落后，當(dāng)前道路照明設(shè)計多采用照度評價系統(tǒng)，主要原因是亮度評價系統(tǒng)計算過程非常復(fù)雜，不僅不好掌握，而且要完成亮度評價系統(tǒng)各項指標(biāo)的計算，工作量巨大。雖然《標(biāo)準(zhǔn)》也考慮到我國當(dāng)前道路照明設(shè)計的實際水平，把亮度作為道路照明評價系統(tǒng)的同時也接受照度這一評價系統(tǒng)，但是這只能說是針對我國目前道路照明設(shè)計水平相對落后的國情而采用的一種過渡辦法，《標(biāo)準(zhǔn)》條文說明中也明確指出“在有條件進行亮度計算和測量的情況下，還應(yīng)以亮度為準(zhǔn)”。換而言之，如果在道路照明設(shè)計中還繼續(xù)采用照度這相對落后的評價系統(tǒng)，并以此為依據(jù)進行道路照明設(shè)計，已無法滿足《標(biāo)準(zhǔn)》與國際先進標(biāo)準(zhǔn)接軌的步伐。要采用亮度評價系統(tǒng)，就必須面對復(fù)雜的計算過程和巨大的計算量，因此必須采用計算機仿真計算軟件來完成。

2 DIALux軟件及其適用性

DIALux是一款由德國軟件公司開發(fā)的、著名的、免費的專業(yè)照明設(shè)計軟件，可以實現(xiàn)對照明設(shè)計的仿真和計算，并擁有最為廣泛的燈具廠家支持，免費燈具庫已涵蓋了飛利浦、GE、等主要照明廠商。

對于道路照明設(shè)計，DIALux擁有簡單易用的道路建模方法，可以快速建立各種不同條件下的道路模型。快速準(zhǔn)確的遵照國際照明委員會（CIE）標(biāo)準(zhǔn)進行計算，輸出亮度、照度體系下全部照明評價指標(biāo)的計算結(jié)果及圖表，并可便捷的輸出道路3D虛擬實境圖、偽色照度或亮度效果圖等直觀的3D仿真效果。此外，DIALux還具有AutoCAD的接口，可以從AutoCAD進行數(shù)據(jù)交換，進行空間與模型的導(dǎo)入導(dǎo)出，適用于復(fù)雜道路形式或隧道等復(fù)雜場景的快速建模。

如前所述，《標(biāo)準(zhǔn)》已實現(xiàn)了與國際先進標(biāo)準(zhǔn)的接軌，如《標(biāo)準(zhǔn)》術(shù)語章節(jié)中對“路面平均亮度（照度）”的定義為：“按照國際照明委員會（簡稱CIE）有關(guān)規(guī)定在路面上預(yù)先設(shè)定的點上測得的或計算得到的各點亮度（照度）的平均值”。 由此可見《標(biāo)準(zhǔn)》中照明評價指標(biāo)和國際照明委員會（CIE）標(biāo)準(zhǔn)中評價指標(biāo)的完全等同。

在《標(biāo)準(zhǔn)》的附錄A中同樣參照CIE140-2000《Road Lighting Calculation》中的規(guī)定給出了亮度的計算方法，并引入簡化亮度系數(shù)r，通過簡化亮度系數(shù)r可以直接根據(jù)光強計算出亮度。規(guī)范中所規(guī)定的簡化亮度系數(shù)r取值表A.0.2-1和A.0.2-2也是等同采用國際照明委員會（CIE）推薦的簡化亮度系數(shù)表C1、C2。其中適用于瀝青路面的表A.0.2-1對應(yīng)C2，適用于水泥混凝土路面的表A.0.2-2對應(yīng)C1。由此進一步可見《標(biāo)準(zhǔn)》中各評價指標(biāo)的計算方法也是按照國際照明委員會（CIE）進行規(guī)定的。

DIALux的計算方法嚴(yán)格遵照國際照明委員會標(biāo)準(zhǔn)CIE 140進行，并且內(nèi)置簡化亮度系數(shù)表C1、C2，所以各評價指標(biāo)的其計算結(jié)果對與《標(biāo)準(zhǔn)》的適用性是顯而易見的。

3 DIALux內(nèi)置EN13201標(biāo)準(zhǔn)值與《標(biāo)準(zhǔn)》的比較

DIALux軟件不僅可以進行亮度體系各評價指標(biāo)的計算，還可以根據(jù)照明標(biāo)準(zhǔn)值與計算結(jié)果對比，給出設(shè)計方案是否符合照明標(biāo)準(zhǔn)值的評估報告。不過遺憾的是該軟件內(nèi)置了歐美道路照明標(biāo)準(zhǔn)值，沒有內(nèi)置《標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)值，但是歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 13201與《標(biāo)準(zhǔn)》有較好的對照性。以機動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值為例，EN 13201與《標(biāo)準(zhǔn)》的對照關(guān)系詳見表1，從對比結(jié)果來看，EN標(biāo)準(zhǔn)與CJJ標(biāo)準(zhǔn)已能夠進行較好的對應(yīng)，個別參數(shù)的不匹配可通過對最終生成的計算報告數(shù)值進行判別，因此在使用時可以近似選擇EN 13201進行近似評估。

4 DIALux快速道路照明建模過程

DIALux軟件對于道路的建模有多種方法，最為快速簡便的方法為采用街道精靈方式建模。街道精靈建模界面見圖1。通過此界面可以按照道路設(shè)計方案的建模道路組件及尺寸，同時選擇照明評價標(biāo)準(zhǔn)值，如上文所述，可以選擇與《標(biāo)準(zhǔn)》的對照性好的EN 13201標(biāo)準(zhǔn)。在此界面同時可以道路的維護系數(shù)以及很重要的簡化亮度系數(shù)表（即界面中的覆蓋層），輸入全部參數(shù)后就可以完成對道路的建模了。

道路建模完成后，在建模好的道路上用鼠標(biāo)右鍵打開下拉菜單來置入燈具模型，在置入燈具模型過程的“燈具”屬性頁可以選擇燈具、光源，并可修改光通量，功率等技術(shù)參數(shù)；在“燈桿/燈臂”屬性頁面可輸入燈桿的長度，間距，傾斜度等參數(shù)，見圖2；在“排列”屬性頁可以設(shè)置燈具的排列方式，見圖3。

“燈桿/燈臂”屬性頁面中“突出部分”為燈具的照明面中心超出路緣的距離，這樣“燈桿與燈具的距離”就始終等于“突出部分”與“燈桿和道路之間地距離”兩參數(shù)之和。對照《標(biāo)準(zhǔn)》中的術(shù)語定義，“燈桿與燈具的距離”即為燈臂長度，“突出部分”即為懸挑長度，“縱向位移”是指燈具在路緣方向上與燈桿的距離。

在“排列”屬性頁中集成了四種燈具排列方式：單側(cè)布置，雙側(cè)交錯布置，雙側(cè)對稱布置，中心對稱布置。這與《標(biāo)準(zhǔn)》中所介紹的常用燈具布置方式也是完全對應(yīng)的。

表1 機動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值EN標(biāo)準(zhǔn)與《標(biāo)準(zhǔn)》對照表

圖1 街道精靈建模主界面

圖2 燈桿/燈臂屬性頁

圖3 排列屬性頁

參數(shù)選擇輸入完畢后按下粘貼鍵，燈具排列就被置入道路模型中，整個道路照明設(shè)計的建模工作即完成，接下來可以進行相應(yīng)的仿真計算了。

5 DIALux道路照明計算結(jié)果的輸出

計算結(jié)束后，可在報表標(biāo)簽區(qū)查詢并輸出計算結(jié)果。DIALux提供的豐富的計算結(jié)果報表，對于道路照明計算一般需要輸出的結(jié)果報表有：照明器具表（含燈具和光源參數(shù)以及燈具配光曲線）、平面數(shù)據(jù)表（含道路尺寸與燈具排列參數(shù)）、測光結(jié)果表（見圖4，即亮度評價體系各參數(shù)計算結(jié)果）、偽色表現(xiàn)圖（見圖5，用偽色結(jié)合3D仿真效果輸出，既可采用亮度指標(biāo)，也可采用照度指標(biāo)，并能夠自定義顏色和階差。）、點照度值（各計算點的照度值圖表）、灰階等照度圖（見圖6）。

圖4 測光結(jié)果報表

圖5 偽色表現(xiàn)圖

圖6 灰階等照度圖

需要著重說明的是，在DIALux的計算評估結(jié)果中缺少對各評估區(qū)域照明功率密度值（LPD）的計算，而機動車道的LPD值在《標(biāo)準(zhǔn)》中的第7.1.2條中為強制性條文規(guī)定，所以設(shè)計人員在使用DIALux建模前就需進行LPD值計算，確定該照明設(shè)計方案是否LPD值符合規(guī)范要求后，再進行道路建模仿真計算。

6 結(jié)語

采用DIALux軟件進行道路照明設(shè)計及計算，可快速準(zhǔn)確的計算各項亮度評價系統(tǒng)各項參數(shù)指標(biāo)，使得設(shè)計人員可以便捷的實現(xiàn)遵照《標(biāo)準(zhǔn)》采用道路亮度評價系統(tǒng)進行道路照明設(shè)計，提高我國道路照明設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)與國際先進設(shè)計水平的接軌。