毛鶴群, 王 帆, 徐桂茹, 管麗波

(中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

當(dāng)前玻璃幕墻在我國(guó)北京、上海、廣州和深圳等大中型城市的建筑物中得到廣泛應(yīng)用，在提升市容市貌的同時(shí)，也帶來一定的光污染。玻璃幕墻帶來的光污染是指涂膜玻璃或鍍膜玻璃在遇到直射日光和天空光照射時(shí)，由于玻璃的鏡面反射(即正反射)作用而產(chǎn)生的反射眩光[1]。

光污染會(huì)引發(fā)交通事故。道路兩旁建筑物上的玻璃幕墻在陽光的照射下產(chǎn)生的反射光進(jìn)入地面高速行駛的汽車內(nèi)，會(huì)造成司機(jī)暫時(shí)性失明并產(chǎn)生視力錯(cuò)覺，同時(shí)伴有頭暈?zāi)垦?，給行人和其他車輛的安全造成嚴(yán)重威脅[2]。

為控制建筑玻璃幕墻的反射光影響，上海市于2015年12月下發(fā)《上海市環(huán)境保護(hù)局關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范開展建筑玻璃幕墻光反射影響論證工作的通知》(滬環(huán)保評(píng)2015[522]),針對(duì)反射光影響提出了一套定量化評(píng)價(jià)體系，對(duì)玻璃幕墻光反射評(píng)價(jià)和建筑幕墻優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。本文以該評(píng)價(jià)體系為基礎(chǔ)，對(duì)影響道路光反射的建筑設(shè)計(jì)因素進(jìn)行定量分析，并提出優(yōu)化建議。

1 道路光反射影響評(píng)價(jià)體系

為評(píng)價(jià)幕墻反射光對(duì)市政道路的影響程度，主要判斷市政道路上的人員是否會(huì)受到眩光的影響。眩光是人的視野范圍內(nèi)由于亮度分布或光照范圍不適宜,在空間上或時(shí)間上存在極端的亮度對(duì)比，造成視覺機(jī)能下降的強(qiáng)光。隨著視場(chǎng)亮度的提高，眩光產(chǎn)生，司機(jī)開始有不舒適的感覺，但不會(huì)影響其視覺功能；隨著視場(chǎng)亮度的進(jìn)一步提高，不舒適感逐漸增強(qiáng)并伴有視覺功能下降，這時(shí)既有不舒適眩光產(chǎn)生，又有失能眩光產(chǎn)生；隨著視場(chǎng)亮度繼續(xù)提高，視覺功能將受到嚴(yán)重影響，甚至發(fā)生暫時(shí)性失明，這時(shí)無舒適可言[3]。當(dāng)司機(jī)受到強(qiáng)光直射時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)失能眩光。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

滬環(huán)保評(píng)2015[522]給出的城市道路的光反射影響評(píng)價(jià)指標(biāo)為反射光亮度B和反射光入射角θ[4]。

1) 反射光亮度的計(jì)算式為

B=ρE/π

(1)

(2)

式(1)和式(2)中：B為反射光亮度，cd/m2；E為太陽光直射法線照度，lx；ρ為室外可見光反射率；π為圓周率；h0為太陽高度角。

2) 反射光入射角也稱“眩光角”，是指經(jīng)玻璃幕墻反射的太陽光線(簡(jiǎn)稱“反射光”)與人眼水平視線(受照立面的法線)之間的夾角。反射光入射角的確定有2種途徑，即：通過預(yù)測(cè)得到的空間透視圖直接量?。徊捎霉接?jì)算。若反射光平行直線的方向向量為L(zhǎng)=(m，n，p)，受照立面的法線向量為N=(A，B，C)，則反射光入射角θ的計(jì)算式為

(3)

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算敏感目標(biāo)處的反射光入射角(θ)和反射光亮度(B)，將城市道路的受影響程度分為“眩光影響”和“無眩光影響”，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1[4]。

表1 敏感目標(biāo)光反射影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 光反射影響因素

2.1 幕墻玻璃平面造型的影響

為提高建筑的美觀性，有時(shí)會(huì)將建筑幕墻設(shè)計(jì)成弧形(較常見的是圓弧轉(zhuǎn)角)，有些建筑用平板玻璃拼接完成，有些則用弧形玻璃拼接完成。本文以矩形建筑、平板拼接圓角的矩形建筑和弧形拼接圓角的矩形建筑為研究對(duì)象(見圖1)，分析幕墻玻璃平面造型對(duì)周邊道路的影響，結(jié)果見圖2和表2。由圖2和表2可知：矩形建筑對(duì)道路的反射光均來自于同一個(gè)方向，因此僅自西向東行駛的汽車會(huì)受到反射光的影響，反射光入射角為37°；平板拼接圓角的矩形建筑產(chǎn)生的反射光在圓角部位形成多處方向不同且間斷的反射光線，道路上自西向東行駛的汽車和自東向西行駛的汽車均會(huì)受到反射光的影響，反射光入射角的范圍分別為37°～81°和40°～69°；弧形拼接圓角的矩形建筑產(chǎn)生大片連續(xù)的反射光區(qū)域，道路上自西向東行駛的汽車和自東向西行駛的汽車均會(huì)受到反射光的影響，反射光入射角的范圍分別為32°～90°和21°～90°。

2.2 幕墻玻璃豎向傾角的影響

幕墻玻璃前傾或后倒一定的角度均會(huì)對(duì)反射結(jié)果產(chǎn)生影響。本文對(duì)前傾幕墻(幕墻1)、豎直幕墻(幕墻2)和后倒幕墻(幕墻3)對(duì)市政道路的影響進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果見圖3、圖4和表3。由圖3、圖4和表3可知：前傾幕墻的反射光影響范圍最小，后倒幕墻的反射光影響范圍最大；當(dāng)豎直幕墻產(chǎn)生的反射光對(duì)市政道路的入射角范圍為15°～30°時(shí)，前傾幕墻反射光的入射角范圍為34°～48°，后倒幕墻反射光的入射角范圍為12°～16°。根據(jù)滬環(huán)保評(píng)2015[522]號(hào)文的評(píng)價(jià)體系，后倒幕墻會(huì)對(duì)市政道路產(chǎn)生眩光影響，危及駕駛員的安全。

a) 矩形建筑

b) 平板拼接圓角的矩形建筑

c) 弧形拼接圓角的矩形建筑

a) 矩形建筑

b) 平板拼接圓角的矩形建筑

c) 弧形拼接圓角的矩形建筑

道路名稱行車方向影響時(shí)間反射光入射角θ/(°)反射光亮度/(cd/m2)影響程度市政道路1市政道路2市政道路3自東向西無無無無自西向東08:0037°1976無眩光影響自東向西08:0040°～69°1976無眩光影響自西向東08:0037°～81°1976無眩光影響自東向西08:0021°～90°1976無眩光影響自西向東08:0032°～90°1976無眩光影響

a) 幕墻1

b) 幕墻2

c) 幕墻3

a) 幕墻1

b) 幕墻2

c) 幕墻3

道路名稱行車方向影響時(shí)段影響時(shí)間/min反射光入射角θ/(°)亮度/(cd/m2)影響程度市政道路1自東向西07:00—08:006034～482367～3874無眩光影響市政道路2自東向西07:00—08:006015～302367～3874無眩光影響市政道路3自東向西07:33—07:521912～153366～3743有眩光影響07:53—08:00715～163760～3874無眩光影響

2.3 玻璃反射率的影響

建筑玻璃幕墻反射光亮度與室外可見光反射率成正比。表3中產(chǎn)生眩光影響的反射光亮度范圍為3 366～3 743 cd/m2，此時(shí)采用的是反射率為15%的玻璃。從理論上來說，若要消除該眩光的影響，可采用反射率為6%的玻璃，將反射光亮度控制在1 500 cd/m2以下。

3 優(yōu)化建議

3.1 建筑平面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由上述分析可知，建筑平面的朝向越多，反射光的影響范圍越大，采用弧形玻璃更會(huì)產(chǎn)生大面積的影響區(qū)域。因此，在設(shè)計(jì)建筑平面時(shí)應(yīng)盡量避免采用弧形設(shè)計(jì)，若無法避免，建議采用平板拼接的形式替代直接使用弧形玻璃的形式。通過該優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效減小道路上受反射光影響的區(qū)域并能使反射光入射角變大，從而降低對(duì)道路交通的影響。

3.2 建筑立面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由上述分析可知，相比豎直幕墻，前傾幕墻可縮小反射光的影響范圍并增大反射光入射角，而后倒幕墻可擴(kuò)大反射光的影響范圍并減小反射光入射角。因此，在設(shè)計(jì)建筑立面時(shí)應(yīng)盡量避免采用后倒幕墻，若無法避免，建議采用鋸齒遞推，將后倒幕墻轉(zhuǎn)化為數(shù)個(gè)豎直幕墻。在綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性的基礎(chǔ)上，建議采用前傾幕墻來降低光反射的影響。

3.3 玻璃室外可見光反射率的優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前我國(guó)規(guī)定幕墻玻璃的室外可見光反射率≤30%，上海市規(guī)定幕墻玻璃的室外可見光反射率小于等于15%[5-6]。從理論上來說，玻璃室外可見光反射率越低,光反射的影響越小。然而在實(shí)際中，玻璃室外可見光反射率受到建筑節(jié)能、采光、造價(jià)和現(xiàn)有玻璃制造技術(shù)的制約，并不能無限制地小。目前上海市普遍采用的最低幕墻玻璃可見光反射率為7%。

3.4 外遮陽設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在對(duì)敏感建筑或敏感道路產(chǎn)生影響的玻璃幕墻位置處設(shè)置外遮陽裝置，可有效遮擋太陽入射光和反射光，降低玻璃幕墻反射光對(duì)周邊環(huán)境的影響。目前外遮陽裝置有固定式和電動(dòng)活動(dòng)式2種，其中：固定式外遮陽裝置的角度不能調(diào)整；電動(dòng)活動(dòng)式外遮陽裝置的百葉轉(zhuǎn)動(dòng)角度可定時(shí)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)較為精細(xì)的調(diào)光和遮陽，為玻璃幕墻外遮陽的主流形式。圖5為玻璃幕墻電動(dòng)外遮陽裝置外景和設(shè)計(jì)示意。

a) 外景

b) 設(shè)計(jì)示意

圖5 玻璃幕墻電動(dòng)外遮陽裝置外景和設(shè)計(jì)示意

4 結(jié) 語

隨著人們對(duì)生活環(huán)境和生命財(cái)產(chǎn)安全問題越來越關(guān)注，建筑光污染問題必須得到充分重視[7]。本文通過對(duì)影響道路光反射的各因素進(jìn)行定量分析，探討了采用何種建筑設(shè)計(jì)形式能更好地降低幕墻反射光對(duì)道路的影響，并對(duì)建筑幕墻設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化建議，對(duì)改善道路行駛環(huán)境、提高車輛行駛的安全性具有積極作用。