李　軒，　孫鳳明，　周昌昊

(1.河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200000)

工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快和森林的大面積消失，致使大氣環(huán)境惡化，最典型的表現(xiàn)是近年來(lái)在京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角等地區(qū)的霧霾天氣[1-2].霧霾天氣下空氣中大量氣溶膠粒子會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)光和道路燈光被散射或吸收而無(wú)法到達(dá)地面[3-4]，使周邊環(huán)境昏暗，能見(jiàn)度下降，嚴(yán)重影響車輛和行人的出行安全，甚至導(dǎo)致車禍的發(fā)生，造成生命危險(xiǎn)和巨大的經(jīng)濟(jì)損失[5].而大多數(shù)城市在路燈設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有考慮霧霾對(duì)道路照明的影響.

本文利用數(shù)字照度計(jì)(JTG01)，在邯鄲市交通流量較大的人民路路段進(jìn)行照度測(cè)試，把無(wú)霧霾時(shí)的道路照明情況與霧霾時(shí)的道路照明情況進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)進(jìn)行道路照明光環(huán)境模擬，根據(jù)分析及模擬結(jié)果對(duì)夜間霧霾時(shí)的道路照明情況做出分析和研究，并針對(duì)所產(chǎn)生的問(wèn)題提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)以后道路照明設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用.

1　實(shí)驗(yàn)方法

1.1　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

據(jù)《照明測(cè)量方法》GB/T5700-2008的規(guī)定，采用中心布點(diǎn)法對(duì)邯鄲市人民路具有代表性的路段進(jìn)行布點(diǎn)，測(cè)試位置定在人民路龍湖公園南門路段，路燈采用對(duì)稱布燈的方式，測(cè)量時(shí)取1/2路段進(jìn)行測(cè)試[6].將兩燈桿之間縱向劃分為10等分，每條車道橫向劃分為2等份，形成一組網(wǎng)格.每一個(gè)網(wǎng)格的中心點(diǎn)路面為測(cè)試點(diǎn)，照度計(jì)的接收器放在測(cè)試點(diǎn)并貼在地面上進(jìn)行測(cè)量，共80個(gè)測(cè)試點(diǎn).布點(diǎn)位置如圖1所示.

選定無(wú)霾、輕度霾和重度霾(霧霾的輕重程度根據(jù)當(dāng)天的空氣質(zhì)量指數(shù)來(lái)判斷)[7]三種天氣情況下的夜間進(jìn)行測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)試3天，將這3組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析得出結(jié)論.

1.2　調(diào)查問(wèn)卷

設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，隨機(jī)選擇100個(gè)人進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，了解人們對(duì)于霧霾天氣下夜間外出時(shí)視覺(jué)的主觀感受，并進(jìn)行匯總分析，得出結(jié)論.

2　測(cè)試結(jié)果

測(cè)試在2017年1月到2017年2月霧霾頻發(fā)期進(jìn)行，天氣狀況為無(wú)霾、輕度霾、重度霾，測(cè)試時(shí)間為晚上8：00-9：00，記錄測(cè)試數(shù)據(jù).測(cè)試期間邯鄲市AQI指數(shù)如圖2所示.

2.1　無(wú)霧霾天氣下道路照明現(xiàn)狀

據(jù)空氣質(zhì)量表(圖2)，選擇無(wú)霧霾天氣(2017-01-20夜間)，空氣質(zhì)量為優(yōu)或良，AQI指數(shù)75.用照度計(jì)對(duì)選定路段道路照明情況進(jìn)行測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)如表1所示.

根據(jù)GB/T5700-2008的規(guī)定，中心布點(diǎn)法的平均照度按下式計(jì)算：

(1)

式中：Eav為平均照度，Ei為在第i個(gè)測(cè)點(diǎn)上的照度，M為縱向測(cè)點(diǎn)數(shù),N為橫向測(cè)點(diǎn)數(shù).中心布點(diǎn)法的照度均勻度U1和U2的計(jì)算為：

U1=Emin/Emax，U2=Emin/Eav，

(2)

式中：U1為照度均勻度(極差)，Emin為最小照度，Emax為最大照度，U2為照度均勻度(均差).

表1　無(wú)霾天氣下道路照度數(shù)據(jù)表

在無(wú)霾天氣下根據(jù)式(1)計(jì)算可得其平均照度為38.0 lx.其中Emax=108.6 lx,Emin=5.9 lx.其照度均勻度依據(jù)式(2)計(jì)算可得U1=0.054,U2=0.155.

2.2　輕度霧霾天氣下道路照明現(xiàn)狀

根據(jù)空氣質(zhì)量表(圖2)，選擇空氣質(zhì)量為輕度污染(2017-01-22夜間)， AQI指數(shù)為132.用照度計(jì)對(duì)選定路段道路照明情況進(jìn)行測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如表2所示.

表2　輕度霾天氣下道路照度數(shù)據(jù)表

在輕度霧霾天氣下根據(jù)式(1)計(jì)算可得其平均照度為26.0 lx.其中Emax=82.5 lx，Emin=4.8 lx.根據(jù)式(2)可得其照度均勻度為U1=0.058,U2=0.185.

2.3　重度霧霾的天氣下道路照明現(xiàn)狀

據(jù)空氣質(zhì)量表(圖2)，選擇空氣質(zhì)量為重度污染(2017-02-04夜間)，AQI指數(shù)為248，用照度計(jì)對(duì)選定路段道路照明情況進(jìn)行測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如表3所示.

表3　重度霾天氣下道路照度數(shù)據(jù)表

在重度霧霾天氣下，根據(jù)式(1)計(jì)算可得其平均照度為14.5 lx.其中Emax=47.5 lx，Emin=3.9 lx.據(jù)式(2)可得其照度均勻度為U1=0.082,U2=0.269.

3　結(jié)果分析

3.1　測(cè)試道路照度分析

根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ 45-2015中的規(guī)定，對(duì)于城市快速路、主干路，路面平均照度需要達(dá)到20 lx，照度均勻度U2最小值為0.4[8].由表1、表2和表3可知，在無(wú)霧霾、輕度霧霾天氣下，夜間測(cè)試路段道路照明的平均照度38.0 lx和26.0 lx達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)平均照度20.0 lx的要求，且高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；重度霧霾的天氣下平均照度14.5 lx遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；三種天氣條件下照度均勻度U2為0.155、0.185和0.269，均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，照度均勻度較差.

(1) 霧霾對(duì)照度的影響

通過(guò)以上分析，在無(wú)霾、輕度霾及重度霾三種不同天氣狀況下，其路面平均照度、最大照度和最小照度如圖3所示.AQI指數(shù)與道路照度相關(guān)性如圖4所示.由圖3可以看出，霧霾天氣下測(cè)試路段各測(cè)點(diǎn)照度都有所下降，且在重度霧霾天氣下，最大照度下降了約 56.3%，最小照度下降了約33.9%，而平均照度下降了約61.8%.研究表明，地面空氣濕度增大導(dǎo)致大氣中吸濕性粒子膨脹，使得大氣氣溶膠的光學(xué)厚度增加，引起測(cè)點(diǎn)照度下降[9].因此霧霾對(duì)道路照明有很大的影響.由圖4可以發(fā)現(xiàn)，空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI指數(shù))越大，照度越小，AQI指數(shù)與道路照度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.

(2) 霧霾對(duì)照度均勻度的影響

在無(wú)霾、輕度霾和重度霾三種不同天氣狀況下，其照度均勻度如圖5所示. AQI指數(shù)與照度均勻度的相關(guān)性如圖6所示.由圖5可知，測(cè)試路段在霧霾天氣下道路照度均勻度有所提升，重度霧霾天氣下照度均勻度提升得尤為明顯.從數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，無(wú)霾天氣下，最小照度與最大照度值和平均照度與最小照度值相差較大，其照度均勻度(均差)較小，從而導(dǎo)致路面照度均勻度較差.而在霧霾天氣下，大量的霧霾顆粒致使燈光被散射或吸收，對(duì)路面照度產(chǎn)生了較大的影響.霧霾天氣對(duì)最大照度區(qū)域的路面照度影響較大，對(duì)最小照度區(qū)域影響相對(duì)較小，霧霾顆粒的存在使得各測(cè)點(diǎn)的照度差值縮小，照度均勻度較無(wú)霾天氣高.由圖6可知，隨著AQI指數(shù)的增加，U1和U2也隨之增加，AQI指數(shù)與照度均勻度呈正相關(guān)關(guān)系.

3.2　調(diào)查問(wèn)卷分析

根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷的答題情況進(jìn)行匯總分析，以受訪者的視覺(jué)主觀感受作比例圖，結(jié)果如圖7和圖8所示.

霧霾天氣下空氣中大量的霧霾顆粒使空氣混濁，尤其是重度霧霾時(shí)，路面照度下降，周邊環(huán)境昏暗,最低能見(jiàn)度甚至不足百米[10]，嚴(yán)重影響出行安全.由圖7可知，霧霾天氣下，79%的受訪者感覺(jué)路面清晰度低.絕大多數(shù)的機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藷o(wú)法看清道路情況，行人和非機(jī)動(dòng)車在過(guò)馬路時(shí)有可能無(wú)法發(fā)現(xiàn)行駛中的汽車而發(fā)生意外.但是，霧霾在使照度下降的同時(shí)提升了照度均勻度，路面上過(guò)亮區(qū)域不再產(chǎn)生刺眼的眩光.從圖8可以看出，80%的受訪者認(rèn)為眩光的影響程度減弱，機(jī)動(dòng)車駕駛員駕車時(shí)的舒適程度有所提高.

4　道路照明系統(tǒng)優(yōu)化建議

人民路測(cè)試路段兩路燈之間的中部區(qū)域照度嚴(yán)重不足，可考慮兩路燈之間加一功率較小的路燈.通過(guò)軟件DIALux進(jìn)行道路照明模擬，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后道路上各點(diǎn)照度有了很大的提高，從表4可知優(yōu)化后平均照度、中間照度、照度均勻度也有了很大提高，且優(yōu)化后達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).考慮到節(jié)能，可以對(duì)中間所增加的路燈采用智能控制系統(tǒng)，在照度達(dá)標(biāo)及無(wú)霾的時(shí)候不必開(kāi)啟，在路面照度不足或中重度霾時(shí)開(kāi)啟.這樣既可以節(jié)約資源，又可在照度不足或霧霾天氣時(shí)提高兩路燈之間中部區(qū)域的照度，以提高路面清晰程度.

表4　道路照明模擬優(yōu)化前后照度對(duì)比

5　結(jié)　論

本文通過(guò)實(shí)地測(cè)試，對(duì)不同程度霧霾天氣下夜間道路的照明情況進(jìn)行了測(cè)量，并對(duì)人們的視覺(jué)主觀感受進(jìn)行了調(diào)查，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總分析及調(diào)查問(wèn)卷的匯總分析.結(jié)果表明：(1) 霧霾降低了路面照度，但提高了路面照度均勻度，減小了眩光程度.(2) AQI指數(shù)與路面照度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與照度均勻度呈正相關(guān)關(guān)系.(3) 霧霾天氣下，最大能見(jiàn)度會(huì)大幅度減小，路面清晰度下降.(4) 在霧霾影響較重的地區(qū)進(jìn)行道路路燈設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮選用透霧透霾能力較強(qiáng)的燈具.

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