城市CBD地区建筑幕墙光污染评价方法研究——以北京CBD核心区Z15地块项目为例

王 宁，荣浩磊

(北京清华同衡规划设计研究院有限公司,北京 100085)

城市CBD地区建筑幕墙光污染评价方法研究
——以北京CBD核心区Z15地块项目为例

王 宁，荣浩磊

(北京清华同衡规划设计研究院有限公司,北京 100085)

本文通过对北京CBD核心区Z15地块(中国尊)项目玻璃幕墙光污染的影响评价实践，阐述了采用计算机对建筑玻璃幕墙光污染影响状况进行模拟的方法和步骤，提出了控制玻璃幕墙光污染影响的原则，并对如何避免和减少光玻璃幕墙光污染提出了建议。

玻璃幕墙；光污染；计算机模拟

引言

玻璃幕墙技术因其突出的优势在行业内应用广泛。但是，玻璃幕墙在改变城市面貌的同时，也带来了一系列的问题。其中，玻璃幕墙在白天产生的有害反射光成为一个较突出的问题。玻璃幕墙产生的有害光反射，是指高层建筑的幕墙上采用了涂膜玻璃或镀膜玻璃，当直射日光和天空光照射到玻璃表面时由于玻璃的镜面反射而产生的反射眩光。

图1 玻璃幕墙光污染对住户的影响(a)和对汽车驾驶员的影响(b)Fig.1 Light pollution from Glass curtain wall impact households (a); the impact on drivers (b)

图2 伦敦“芬乔奇街20号”大楼产生的光污染Fig.2 The light pollution from 20th Fenchurch Street building in London

一方面，玻璃幕墙的光污染对周围建筑的使用人群会造成不利影响，影响人的生理心理健康，影响正常的工作和生活，见图1(a)；另一方面，玻璃幕墙产生的光污染，会对周围道路的汽车驾驶员产生严重的眩光，可能会因此造成交通事故，见图1(b)。更有甚者，玻璃幕墙的光污染还能导致汽车灼烧等事故发生，见图2。玻璃幕墙光污染的危害日益受到公众的关注，作为城市规划和建筑设计机构，只有掌握科学有效地评价方法，才能在规划设计阶段将光污染的影响程度降低到最小。

1 项目概况

北京市朝阳区CBD核心区Z15地块(以下均称中国尊)项目，东至金和东路，南与规划中的文艺中心地块毗邻，西至金和路，北至光华路。占地面积1.147 8公顷，集甲级写字楼、会议、商业、观光等功能于一体。项目总建筑面积共43.7万m2，地上108层，35万m2；地下6层(不含地下一层局部夹层)，8.7万m2，并与CBD核心区其它地块相连。建筑高度528 m，结构形式为核心筒、巨柱、巨型斜撑和带状桁架组成的混合结构。

图3 CBD核心区Z15地块项目效果图Fig.3 The rendering of Z15 Tower project in Beijing CBD core area

2013年初，中信集团为了评估中国尊项目建筑方案的玻璃幕墙对周围建筑可能产生的光污染影响，由北京市建筑设计研究院作为设计总负责单位，委托北京清华同衡规划设计研究院光环境研究所和中国建筑科学研究院作为本项目光污染影响评价咨询顾问服务单位。

2 评估依据

我国对于建筑玻璃幕墙光污染的影响评价标准尚未统一和规范，上海、广州等地均有各自的地方标准且判定标准不一，国家标准是GB/T 18091—2015《玻璃幕墙光热性能》(以下均称标准)，目前标准已经颁布实施。

标准规定：玻璃幕墙的有害反射光，是指对人造成视觉累积损害或干扰的玻璃幕墙反射光。判定玻璃幕墙反射光对建筑使用者构成光污染有两个必要条件：①反射光与水平面夹角在0°～45°的范围内；②玻璃幕墙反射光照射在周边建筑窗台面的连续滞留时间超过30 min。

另外，规范对玻璃幕墙的反射比也做了相关规定：①玻璃幕墙应采用可见光反射比不大于0.30的玻璃；②在城市快速路、主干道、立交桥、高架桥两侧的建筑物20m以下及一般路段10m以下的玻璃幕墙，应采用可见光反射比不大于0.16的玻璃；③在T形路口正对直线路段处设置玻璃幕墙时，产生有害反射光的幕墙部位应采用可见光反射比不大于0.16的玻璃。

3 计算机模拟分析

3.1 软件介绍

软件的主要功能是模拟玻璃幕墙有害反射光对周围环境造成的光污染，并对其影响程度进行分析。软件包含以下功能：①计算玻璃幕墙反射光在周围建筑表面的滞留时间；②描绘玻璃幕墙反射光对受影响建筑的影响区域，记录与水平面夹角；③玻璃幕墙对道路行车安全的影响评价。软件可应用于以下一些方面：对玻璃幕墙建筑设计方案审核时,评价玻璃幕墙有害反射光的影响。计算玻璃幕墙有害反射光在周围环境滞留的时间、入射角度、影响的区域，对道路安全的影响，辅助设计人员对方案进行调整。

3.2 确定受影响目标

中国尊周边建筑以办公和商业为主，东北侧有少量多层住宅和酒店式公寓。CBD区域内共计3条快速路、5条主干路和13条次干路；核心区内，周边由东三环辅路、建国路、针织路及光华路组成，内部为城市支路，路网平均间距约180 m。

根据标准要求，重点分析对象应包括住宅、学校、养老院、医院，以及主次干道。根据项目实际情况，本项目受影响的重点分析对象分为居住建筑(现状)和办公建筑(规划方案)两类，见图4。

图4 重点分析对象分布图Fig.4 The location of the analysis objects

3.3 分析步骤

本文以地块2的1#住宅为例，阐述计算机分析模拟的过程。

3.3.1 建模

建模的工作主要分两部分，一部分是目标建筑，即中国尊，见图5中国尊模型；另外一部分是受影响的环境见图6，CBD整体模型包括周边建筑、广场、道路等。建模的精细程度对计算速度影响较大，一般而言，应将玻璃幕墙(见图7玻璃层模型)和主要构造(见图8格栅层模型)的模型反映出来。比如固定式外遮阳格栅和百叶，其对光污染分析影响的结果较大。

图5 中国尊模型Fig.5 The model of Z15 Tower

图6 CBD模型Fig.6 The model of CBD

图7 玻璃层模型Fig.7 The model of glass layer of Z15 Tower

图8 格栅层模型Fig.8 The model of grating layer

3.3.2 参数设置

首先，设置幕墙玻璃的反射比，按照设计选型参数如实填写。

其次，设置每日的分析时段,见表1，分析典型日和分析时段。标准规定，玻璃幕墙反射光对周边建筑的影响分析应选择日出后至日落前太阳高度角不低于10°的时段进行。

最后，输入项目所在城市(北京)的地理信息。

3.3.3 影响范围分析

首先，概括分析目标建筑对周围环境影响的大致范围，明确哪些部位所受的光污染影响较大，以便后续工作有针对性的展开。一般而言，影响范围取：以目标建筑为圆心，目标建筑高度5倍距离为半径的范围，分析时间间隔取半小时,见图9。

表1 分析典型日和分析时段

影响范围分析后得到初步结论：冬至日，中国尊玻璃幕墙反射光影响范围集中于中国尊南向；春(秋)分日,中国尊玻璃幕墙南向的反射光范围收缩，往东西两侧扩散；夏至日,中国尊玻璃幕墙反射光影响范围集中于中国尊东西向。

图9 影响范围分析图Fig.9 Influence scope analysis

3.3.4 精确分析和结论

2号地块的1#建筑为多层住宅(见图10)，为现状建筑，通过对建筑实地调研和测绘，得到建筑准确的南立面，在此基础上对1#住宅进行详细的建模。根据影响范围分析的初步结论，选择受影响较大的具体目标进行重点分析。分析深度应精确到窗户，分析间隔为一分钟。

图10 1#楼现状照片Fig.10 The photo of 1# building

计算结果显示，2#地块1#住宅窗位反射光与水平视线的夹角虽然>45°和≤45°两种情况都存在，但反射光的连续滞留时间均小于30min，满足标准GB/T 18091—2015《玻璃幕墙光热性能》的相关要求，见表2。

表2 1#住宅5层窗户受反射光影响情况汇总表

注：①限于篇幅原因，此处仅展示第5层的影响结果 ②同一建筑的不同窗户在同一天的不同时段，反射光可以出现>45°和≤45°两种情况

4 建议

那么采取怎么的措施能减少玻璃幕墙的光污染呢？笔者认为，这是一个系统性的问题，应多部门多角色介入，建议从以下三个方面共同解决。

1)城市规划。城市规划管理部门要从宏观上对使用玻璃幕墙进行控制，要从环境、气候、功能和规划要求出发，实施总量控制和管理。建设玻璃幕墙应综合考虑，如在居住建筑和学校、医院、办公楼等公共建筑附近，不宜任意设计玻璃幕墙，要慎重考虑玻璃幕墙引起的光污染问题。

2)建筑设计。不能单纯地追求建筑形式美，无节制的设计玻璃幕墙。应该综合考虑功能、环境、美学等因素，在不对周围环境造成光污染的前提下，适当选用玻璃幕墙；另外，可结合建筑外遮阳构造，设置遮挡构件，尽量不用或少用镀膜玻璃、高反射比玻璃，以尽量减小玻璃幕墙的反射光的不利影响。

3)环境设计。假如玻璃幕墙光反射不可避免，那么在进行环境设计时，可尽量借助地形地貌、植被和周围建筑来发挥遮挡和吸收作用，减弱玻璃幕墙反射光对周围环境的不利影响。

5 结语

玻璃幕墙光污染的问题日益突出，规划部门、城市管理部门、建设单位以及建筑设计单位都应该对此引起重视。在规划设计阶段，利用相应技术方法对设计方案的光污染情况进行评估，通过调整设计方案，尽量降低不利影响；对于已经造成光污染的玻璃幕墙建筑，应采取必要的措施进行改善。以预防为主，整治为辅，各部门通力合作，方可把城市人居环境建设的更加美好。笔者希望本文能为设计行业同仁在建筑玻璃幕墙光污染评价方面提供一定参考。

[1] 玻璃幕墙光热性能：GB/T 18091—2015[S].北京：中国标准出版社，2016.

[2] 王诂,罗涛,崔恺，等.玻璃幕墙有害反射光的计算机模拟[J].照明工程学报,2004，15(2)：16.

[3] 林芳慈,张建平,赵燕华.控制玻璃幕墙的有害光反射[J].照明工程学报,1999, 10( 3 ): 70-73.

[4] 张统生,赵建民.浅谈玻璃幕墙建筑[J].中外建筑,1998,(3):12-13.

Study on Evaluation Method of Light Pollution from Building Glass Curtain Wall in CBD ——Taking Z15 Plot Project In Beijing CBD Core Area for Example

WANG Ning，RONG Haolei

(BeijingTsinghuaTonghengUrbanPlanning&DesignInstitute，Beijing100085,China)

Through the practice of the evaluation for light pollution from glass curtain wall of Z15 Tower project in Beijing CBD core area，this paper expounds the methods and steps of modeling light pollution effect from building glass curtain wall by using the computer, puts forward the principle how to control light pollution from glass curtain wall, and offers suggestions to avoid and reduce light pollution in further design.

glass curtain wall; light pollution; computer simulation

TU113.3

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.01.013