汪亞江，李 娜，王 琛，張明宇

(天津大學(xué)，天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

引言

隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，LED廣告屏得到了普遍的應(yīng)用，隨之產(chǎn)生了其對周邊居住區(qū)居民光侵?jǐn)_的問題。LED廣告屏光侵?jǐn)_問題研究較為復(fù)雜，主要涉及亮度、瞬時變化、光色等多重因素的影響，根據(jù)為京津地區(qū)17處LED廣告屏的現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，居民最介意“LED廣告屏太亮了”“太晃眼了”對其的影響(約占30%)。因此，本文對LED屏的亮度侵?jǐn)_進(jìn)行模擬。

我們通過模擬軟件GWLE2015計(jì)算出居住建筑窗口的照度，通過窗口照度值是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來判斷是否對居住區(qū)產(chǎn)生光侵?jǐn)_，衡量是否超標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)取值于《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T 163—2008)，因?yàn)楸疚难芯康姆秶饕巧套』旌蠀^(qū)的LED廣告屏，該區(qū)域?qū)儆贓4區(qū)，綜合實(shí)際情況取值為25 lx。

1 模擬軟件、模擬方法及模型

1)模擬評價原則及模擬軟件。本文采用的模擬軟件GWLE2015是上海天喬科技有限公司基于建模軟件AutoCAD上研發(fā)的國內(nèi)關(guān)于幕墻光環(huán)境分析的軟件，并二次開發(fā)了LED屏亮度侵?jǐn)_模擬插件。其可以計(jì)算出受LED廣告屏侵?jǐn)_窗口的平均照度。

2)模擬方法。采用的GWLE2015模擬軟件使用步驟如下：①SU建造建筑模型。還原LED屏周邊環(huán)境和建筑以及受侵?jǐn)_的居住建筑。②在建筑模型上插入受侵?jǐn)_的窗口。③創(chuàng)建LED廣告屏?？梢宰孕性O(shè)定LED廣告屏的亮度，尺寸等自身參數(shù)，調(diào)整距地面高度，與建筑的相對位置(包括角度和距離)等安裝位置參數(shù)。④計(jì)算窗口照度。通過選擇建筑窗口、LED顯示屏、遮擋物等相關(guān)現(xiàn)狀，軟件就能分析得出對應(yīng)的建筑窗口照度。

3)典型模擬模型。通過改變LED廣告屏與居住區(qū)建筑窗口的水平夾角、垂直夾角、水平直線距離就能包括相對位置的所有情況，因此將典型居住建筑窗口模型簡化為單一窗口模型，通過設(shè)置LED屏本身參數(shù)，調(diào)整LED屏確定相對位置關(guān)系，便可以構(gòu)成典型模擬模型，具體模型構(gòu)建和流程如圖1所示。

圖1 典型模擬模型Fig.1 Typical simulation model

2 LED廣告屏光侵?jǐn)_多因素模擬

居住建筑窗口照度會隨著LED廣告屏面積、亮度、與居住建筑水平夾角、與居住建筑垂直夾角以及距受侵?jǐn)_建筑水平直線距離五個參數(shù)的變化而變化。通過模擬研究這些變量對窗口照度的共同影響趨勢，得出單一變量與窗口照度之間的關(guān)系。

2.1 模擬參數(shù)數(shù)值選取

單一因素模擬中將居住建筑的窗口尺寸定為1.5 m×1.5 m，五個變量具體取值根據(jù)前期調(diào)研分級如下。

1)LED廣告屏亮度取值。將LED屏亮度值在調(diào)研閾值之間按照等比數(shù)列進(jìn)行分級，亮度劃分為65 cd/m2，195 cd/m2，585 cd/m2，1 755 cd/m2，5 265 cd/m2。

2)LED廣告屏面積取值。LED屏面積在數(shù)值上呈等比變化，邊長則呈等差變化。因此本次模擬LED屏面積分為48 m2,192 m2,432 m2,768 m2,1 200 m2五個等級，設(shè)定參數(shù)寬高比為4∶3，則寬高分別為8 m×6 m，16 m×12 m，24 m×18 m，32 m×24 m，40 m×30 m。

3)LED廣告屏距受侵?jǐn)_建筑水平直線距離取值。水平直線距離取41 m，106 m，171 m，236 m，301 m這五個距離，滿足等差變化。

4)居住建筑窗口與LED屏水平夾角取值。為滿足夾角的等差變化和具體參數(shù)選擇范圍，水平夾角取值為0°，30°，60°這三個角度。

5)居住建筑窗口與LED屏垂直夾角取值。垂直夾角取值為0°，30°，60°這三個角度。

2.2 數(shù)據(jù)初步分析

通過模擬結(jié)果(表1)可知，模擬結(jié)果共1 125個，最大值為3 020.594 5 lx，最小值僅為0.001 1 lx。利用SPSS軟件可知，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為221.378。說明數(shù)據(jù)較為分散，照度數(shù)據(jù)主要集中于100 lx以內(nèi)，約占91.38%。

表1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Data statistical results

2.3 相關(guān)性分析

利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，探討單一模擬參數(shù)與居住建筑窗口照度之間的關(guān)系，用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，對模型進(jìn)行皮爾森相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)，如果P值0.01

表2 各變量與窗口照度相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of variable and window illumination

**——在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

3 窗口照度與單一影響因素規(guī)律模擬及分析

3.1 LED屏亮度與窗口照度的關(guān)系

通過控制水平直線距離、LED廣告面積、水平夾角和垂直夾角，分析LED屏亮度與窗口照度的關(guān)系。

1)模擬參數(shù)值選取?？刂谱兞康哪M參數(shù)取值根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)選擇(表3)，LED屏水平直線距離、LED屏面積取值為其調(diào)研數(shù)據(jù)平均值，水平夾角和垂直夾角均取值均為0°。模擬自變量亮度參數(shù)數(shù)值按照等比數(shù)列分為以下21個等級：65，80.972 51，100.87，125.656 8，156.534 6，195，242.917 5，302.609 9，376.970 5，469.603 8，585，728.752 6，907.829 7，1 130.912，1 408.811，1 755，2 186.258，2 723.489，3 392.735，4 226.434，526 5(單位為cd/m2)。

表3 模擬參數(shù)表Table 3 Simulation parumeter

2)模擬結(jié)果及分析。模擬結(jié)果如圖2所示，窗口照度值隨著LED屏亮度值增加而增加，且趨勢相近，呈現(xiàn)顯著的相關(guān)性。

圖2 模擬結(jié)果Fig.2 Simulation result

為明確LED屏亮度與窗口照度的關(guān)系，對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如圖3所示，決定系數(shù)R2值為1，模型擬合效果良好。因此得出，LED屏亮度跟受侵?jǐn)_窗口照度為線性關(guān)系，擬合方程為y=0.013 8x+4×10-5。

圖3 LED廣告屏亮度與窗口照度關(guān)系圖Fig.3 LED advertising screen brightness and window illuminance diagram

3.2 LED廣告屏面積與窗口照度的關(guān)系

通過控制LED廣告亮度、水平夾角、垂直夾角和水平直線距離，可以分析LED屏面積與窗口照度的相互關(guān)系。

1)模擬參數(shù)值選取。控制變量的模擬參數(shù)取值根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)選擇(表4)，LED屏水平直線距離、LED屏亮度取值均為其調(diào)研數(shù)據(jù)平均值，垂直夾角和水平夾角取值均為0°。LED廣告屏面積參數(shù)數(shù)值按等比數(shù)列分為21個等級，取值分別為：48，69.12，94.08，122.88，155.52，192，232.32，276.48，324.48，376.32，432，491.52，554.88，622.08，693.12，768，846.72，929.28，1 015.68，1 105.92，1 200(單位為m2)。

表4 模擬參數(shù)表Table 4 Simulation parameter

2)模擬結(jié)果及分析。模擬結(jié)果如圖4所示，窗口照度值隨著面積值增加而增加。

圖4 模擬結(jié)果Fig.4 Simulation result

對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知(圖5)，因此可以確定LED屏面積與窗口照度為線性關(guān)系，決定系數(shù)值為1，擬合曲線：y=0.036x+0.118 9。

圖5 LED廣告屏面積與窗口照度關(guān)系圖Fig.5 LED odvertising screen area and window illuonination diagram

3.3 LED廣告屏距窗口的水平直線距離與窗口照度的關(guān)系

通過控制LED屏亮度、面積、垂直夾角和水平夾角，分析水平直線距離與窗口照度的對應(yīng)關(guān)系。

1)模擬參數(shù)值選取?？刂谱兞康哪M參數(shù)取值根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)選擇(表5)，LED屏亮度、面積取值為其調(diào)研數(shù)據(jù)平均值，LED屏距居民窗口的水平和垂直夾角均取值均為0°。LED屏距受侵?jǐn)_窗口的水平直線距離參數(shù)數(shù)值按等差數(shù)列可以分為以下21個等級41，54，67，80，93，106，129，132，145，158，171，184，197，210，223，236，249，262，275，288，301(單位為m)。

表5 模擬參數(shù)表Table 5 Simulation parameters

2)模擬結(jié)果及分析。模擬結(jié)果如圖6所示， LED廣告屏到居民窗口的水平直線距離越遠(yuǎn)，窗口照度值也就越低。

圖6 模擬結(jié)果Fig.6 Simulation result

對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，如圖7，LED屏到居民窗口的水平直線距離與受侵?jǐn)_窗口照度為指數(shù)函數(shù)關(guān)系，利用SPSS軟件擬合可以得到擬合曲線：y=109.85e-0.014x。

圖7 LED廣告屏距窗口的水平直線距離與窗口照度關(guān)系圖Fig.7 LED advertising screen from the window of the horizontal line distance and window illumination diagram

3.4 LED廣告屏與窗口的水平夾角與窗口照度的關(guān)系

通過控制LED屏亮度、面積、LED屏與居住建筑窗口間的水平直線距離和垂直夾角，分析水平夾角與窗口照度的關(guān)系。

1)模擬參數(shù)值選取。LED屏亮度、LED屏面積、LED屏距居民窗口的水平直線距離均取值為調(diào)研數(shù)據(jù)平均值，垂直夾角均取值均為0°(表6)。LED屏距窗口的水平夾角參數(shù)數(shù)值按等差數(shù)列可以分為以下21個等級：0°，3°，6°，9°，12°，15°，18°，21°，24°，27°，30°，33°，36°，39°，42°，45°，48°，51°，54°，57°，60°。

表6 模擬參數(shù)表Table 6 Simulation parameter

2)模擬結(jié)果及分析。通過圖8可知，窗口照度值隨著水平角度的增加而逐漸降低，水平角度為0°時，窗口照度到達(dá)最大值，數(shù)值為10.943 6 lx。

圖8 模擬結(jié)果Fig.8 Simulation result

經(jīng)過分析，得知LED屏與受侵?jǐn)_建筑窗口間的水平夾角與受侵?jǐn)_窗口照度之間的關(guān)系為二元一次方程，如圖9所示。曲線的擬合度較高，R2值為0.999 9，擬合方程為：y=-0.001 4x2-0.006 6x+10.977(R2=0.999 9)。

圖9 LED廣告屏與居民窗口水平夾角與窗口照度關(guān)系圖Fig.9 LED advertising screen and residents window horizontal angle and window illumination diagram

3.5 LED廣告屏與窗口的垂直夾角與窗口照度的關(guān)系

通過控制LED屏亮度、面積、LED屏與受侵?jǐn)_建筑窗口間的水平直線距離和水平夾角，分析垂直夾角與窗口照度的對應(yīng)關(guān)系。

1)模擬參數(shù)值選取。LED屏亮度、LED屏面積、LED屏距居民窗口的水平直線距離均取值為調(diào)研數(shù)據(jù)平均值，水平夾角均取值均為0°(見表7)。LED屏距窗口的垂直夾角參數(shù)數(shù)值按等差數(shù)列可以分為以下21個等級：0°，3°，6°，9°，12°，15°，18°，21°，24°，27°，30°，33°，36°，39°，42°，45°，48°，51°，54°，57°，60°。

表7 模擬參數(shù)表Table 7 Simulation parameter

2)模擬結(jié)果及分析。通過圖10可知，垂直角度為0°時，窗口照度到達(dá)最大值。通過數(shù)據(jù)可知受侵?jǐn)_窗口照度值隨著垂直角度的增加而逐漸降低。

圖10 模擬結(jié)果Fig.10 Simulation result

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)可知，LED屏與居住建筑窗口間的垂直夾角和窗口照度呈現(xiàn)三元一次方程的關(guān)系，如圖11所示，擬合系數(shù)值為0.999 9，程度較高，方程為y=8×10-5x3-0.007 8x2+0.001 5x+10.963。

圖11 LED廣告屏與居民窗口垂直夾角與窗口照度關(guān)系圖Fig.11 LED advertising screen and residential windows vertical angle and window illumination diagram

4 總結(jié)

1)我們通過模擬軟件GWLE2015計(jì)算出居住建筑窗口的照度，通過窗口照度值是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來判斷是否對居住區(qū)產(chǎn)生光侵?jǐn)_，衡量是否超標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)取值于《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T 163—2008)，因?yàn)楸疚难芯康姆秶饕巧套』旌蠀^(qū)的LED廣告屏，該區(qū)域?qū)儆贓4區(qū)，綜合實(shí)際情況取值為25 lx。

2)對每個單一模擬參數(shù)與受侵?jǐn)_建筑窗口照度進(jìn)行相關(guān)性分析可知，LED屏亮度與居住建筑窗口照度顯著正相關(guān)，P=0.286；LED屏面積和窗口照度顯著相關(guān)，P值為0.180，表明兩者呈正相關(guān)； LED屏與受侵?jǐn)_建筑窗口間的垂直夾角和水平直線距離與窗口照度值均成呈負(fù)相關(guān)，P值分別為-0.270和-0.160；而水平夾角和受侵?jǐn)_窗口照度之間并沒有顯著的相關(guān)性。

3)構(gòu)建控制變量的模擬模型，最終可知：

①LED屏亮度與受侵?jǐn)_窗口照度為線性關(guān)系，擬合方程：y=0.013 8x+4×10-5(R2=1)。

②LED屏面積參數(shù)與受侵?jǐn)_窗口照度的為線性關(guān)系，擬合曲線：y=0.036x+0.118 9(R2=1)。

③LED屏到受侵?jǐn)_居民窗口的水平直線距離與受侵?jǐn)_居民窗口照度為指數(shù)函數(shù)關(guān)系，擬合曲線：y=2 551.7e-0.013x(R2=0.944 5)。

④LED屏與受侵?jǐn)_居住建筑窗口間的水平夾角與受侵?jǐn)_窗口照度之間的關(guān)系為二元一次方程。擬合曲線：y=-0.001 4x2-0.006 6x+10.977(R2=0.999 9)。

⑤LED屏與受侵?jǐn)_居住建筑窗口間的垂直夾角和受侵?jǐn)_窗口照度呈三元一次方程的關(guān)系，擬合曲線：y=8×10-5x3-0.007 8x2+0.001 5x+10.963(R2=0.999 9)。

[1] BRONS JA， BULLOUGH JD， REA MS. Outdoor site-lighting performance: A comprehensive and quantitative framework assessing light pollution. Lighting Research Technology，2008,40(3):201.

[2] HA N,KIM J T. A Field Investigations on Trespass of Residential Building by Street Lighting. Journal of the KIEAE，2010，10(2): 71-78.

[3] ZHAO Youzen. The study of outdoor lighting disturbances. Taiwan: Success University, 2009.

[4] MA Jian, YAO Xin, LIU Gang, et al. urban residential area light environment status quo investigation. Lighting Engineering Journal, 2009,20(4): 9-13.

[5] SU Xiaoming. comprehensive evaluation of light pollution in residential areas. TianJin: Tianjin University, 2011.

[6] YU Juan. Tianjin residential building night light intrusion evaluation study. Tianjin: Tianjin University, 2013.

[7] 李娜，張明宇，于娟，等.LED廣告屏對居住建筑形成的典型色光侵?jǐn)_數(shù)據(jù)調(diào)查研究——以天津市為例，照明工程學(xué)報(bào)，2015，26(6):45.

[8] 李娜，張明宇，于娟. Research On The Light Intrusion Caused By LED Advertising Screens In The Beijing-Tianjin Region，Lighting Quality and Energy Efficiency Conference. 2016 Lighting Quality and Energy Efficiency Conference，2016.

[9] 李娜，張明宇. 戶外LED廣告屏色光侵?jǐn)_問題調(diào)查研究. 土木建筑與環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016(5):148.

[10] 馬劍，姚鑫，劉剛,等.城市居住區(qū)室外光環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查研究. 照明工程學(xué)報(bào)，2009,20(4):9-13.

[11] 趙又禪. 住宅區(qū)戶外照明光侵?jǐn)_之研究. 臺南：成功大學(xué)，2009.

[12] 天津市戶外廣告屏設(shè)施設(shè)置技術(shù)規(guī)范:DB 12/313—2007.

[13] 城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范:JGJ/T163—2008.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[14] 城市戶外廣告屏設(shè)施技術(shù)規(guī)范:CJJ 149—2010.北京：建筑工業(yè)出版社，2010.

[15] 于婷婷. 夜間城市交匯區(qū)LED大型顯示屏對駕駛?cè)藛T的視覺干擾的研究. 天津：天津大學(xué)，2011.

[16] 袁有無. 城市戶外LED 顯示屏亮度與設(shè)置評價研究.重慶：重慶大學(xué)，2014.