高校道路照明现状分析及照明方案优化——以重庆大学B区道路为例

李娟洁，杨春宇，汪统岳，王燕尼，李官未

(重庆大学 建筑城规学院；山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

高校道路照明现状分析及照明方案优化
——以重庆大学B区道路为例

李娟洁，杨春宇，汪统岳，王燕尼，李官未

(重庆大学 建筑城规学院；山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

调研了重庆大学校园道路的夜间照明情况，对校园道路的类型和照明现状进行量化分析，发现校园道路照明普遍存在照度不足、均匀度较差等问题，并利用DIAlux evo照明设计软件进行现状模拟，提出了改善道路水平照度、垂直照度和照度均匀度的方案。

高校道路照明；水平照度；照度均匀度；DIAlux evo

0 引 言

高等院校是培养高等学术人才、进行学术研讨活动的重要场所。高校的校园空间同时具备学习工作、研究交流、生活休憩等多种功能，是内涵丰富的人文社会场所。高校道路的夜间照明是满足行人夜间交通、休憩及景观欣赏的必然需求，也是营造典雅学府气质的重要手段。高校道路照明按照用途分为功能性照明和景观性照明。功能性照明在于满足行人的可视性需求和安全需求，景观性照明在于营造静谧的校园氛围，并通过对休憩小品、景观绿地等元素的照明处理，体现校园夜景照明的独特魅力。CIE发布的《城区照明指南》中指出，城区照明在确保人身与财产的安全，减少道路交通事故，改善社区形象并使之富有吸引力等方面有极其重要的作用。大学校园人口密度大，交通模式为人车混行，具有比较完善的功能分区，可以视为城区道路的特殊类型。

国际黑暗天空协会(International Dark-Sky Association(IDA))曾发行文件说明：由于校园在夜间被高密度使用，有效的夜间照明十分必要，并且应满足以下要求：1)在人行道、交叉路口和停车区域满足行走的视觉要求。2)能够安全行走并且有安全感。3)使校园变得有吸引力，没有眩光，没有混乱的照明。

根据校园道路的特性，以《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)和重庆市地方标准为校园道路照明设计依据，参照重庆大学B区校园道路夜景照明现状建立参数化模型，并利用照明软件对建模结果进行优化分析。

1 道路照明现状的测量与评价

1.1 调研路段

测量时间为2016年12月15日20:00—23:00，测量对象为重庆大学B区内的一条人字形主干道路。被测道路连接东门、中门、南门，夜间车流量最大。路段包括两种道路类型：主要使用道路、次要使用道路，具有典型性(图1)。被测路段灯具均使用高压钠灯，灯杆高度在6.5～6.7 m的范围内，布灯方式多为双侧交错布灯。

图1 测量路段示意图

北美照明学会(IESNA)根据路面材料的反射特性将道路分为4级(表1)，根据校园道路的普遍做法，将其划分为R2级别道路，即混合型(兼有漫反射和镜面反射)道路。

表1 IESNA道路分级

1.2 调研方法

实验测量主要选用XYI-III全数字照度计、SYD-m60红外测距仪，并且使用卷尺和手机相机作为辅助。晚间20∶00时分校园内路灯已点亮近2 h,符合《照明测量方法》(GB/T 5700—2008)中对气体放电灯类的光源照度测量规定。

被测道路根据均匀性原则分成6段，选取正常点亮且目测照度正常的两个路灯间的一段作为每段的取样对象。按《照明测量方法》(GB/T 5700—2008)的规定，被测路段平行路轴方向每6步划分为1节，垂直路轴方向根据路灯的具体布置方式进行划分，即双侧交错布灯的路段，测量对象为1/2路宽，横向按照1/2车道宽划分；单侧布灯的路段，测量对象为整条路宽，横向按照每条车道宽度划分(图2、图3)。选用四角布点法进行测量，各个采样点分别测量该点的路面水平照度和1.5 m处垂直照度。

图2 双侧交错布灯测量方法示意图

图3 单侧布灯测量方法示意图

《城区照明指南》中推荐了两种测量指标：地面上的水平照度和距离地面1.5 m高处的半柱面照度，目的在于辨认地面上的障碍物和看清人脸并作出相应判断。对于地面水平照度来说，测量方法简便且不受观察位置的影响，只需将照度计的感光探头水平放置在地表附近位置，保证探头处光线不受遮挡，然后读取照度稳定时的度数即可，将其作为校园道路照明测量指标之一。对于距离地表1.5 m高处半柱面照度来说，根据《城区照明指南》中给出的半柱面照度计算公式，CIE推荐的半柱面照度不能有效描述物体的立体感。在测量过程中，路灯不能简化为点光源，这使半柱面照度的测量公式复杂化，相比于距离地面1.5 m的垂直照度测量，半柱面照度不具备更多优势，因此，文中采取距离地面1.5 m处的垂直照度作为另一个测量指标。测量时保持照度计的感光探头距离地面1.5 m。

1.3 调研结果

根据《照明测量方法》(GB/T 5700—2008)中关于被测面平均照度和照度均匀度的计算公式，被测面平均照度(对采用四角布点法的照度测量)：

照度均匀度(在这里使用规定表面上的最小照度和平均照度之比)：

计算结果见表2。

表2 各路段水平照度平均值与垂直照度平均值

相较而言，①号路段水平照度与垂直照度为6个路段中最高，其余5个路段的水平照度和垂直照度的测量结果比较接近。

表3 各路段水平照度与垂直照度均匀度

由表3可知，各路段的水平照度和垂直照度的照度均匀度较差，其中③号路段和⑥号路段的照度均匀度为零，照度均匀度影响行人及时判断地面障碍物并作出反应的需求。

1.4 调研测量评价

③号路段位于连接重庆大学第二综合楼与重庆大学建筑图书馆的道路上，是晚间使用频率较高的道路，是校园内的次要使用道路。③号路段除灯下采样点照度值能满足规范要求，其余采样点的照度都较低。采样点照度呈现两边高中间低、两边急中间缓的变化趋势(图4、图5)，照度值与测量点和路灯距离成反比，距离路灯越远，照度值越低，照度值递减速率越慢，照度均匀度较差。地面和垂直照度均匀度的缺乏使行人的瞳孔不能立即适应从光亮到黑暗的光环境变化，不利于行人的行走安全和对暗环境做出及时的反应。

图4 ③号测量路段垂直照度折线图

图5 ③号测量路段水平照度折线图

③号路段包含了3段台阶，仅在第2段台阶处有一盏路灯。灯光被树冠和升高的台阶遮挡，使最后一段台阶完全处于黑暗之中，远离路灯的中间路段水平照度值和垂直照度值基本为零(图4、图5)，难以满足道路照明的功能性需求。

④号路段位于生活区与教学区交界的地方，每天晚间有密集的人流和车流通过，是校园内的主要使用道路。根据图6可知，④号路段照度均匀性较差，远离路灯区域的路面照度不能满足密集人群的使用要求。

⑥号路段位于夜间人迹较少的区域，是校园内的次要使用道路。可依据《城市道路照明设计标准》，根据人流量的大小适当降低设计照度值。由图7可见，⑥号路段处路灯被损坏并且没有得到修复，对过往行人的交通需求产生阻碍，照明设计时应将路灯的维护系数和维护次数纳入设计的影响因素。

图6 ④号测量路段水平照度折线图

图7 ④号测量路段垂直照度折线图

《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)中将人行及非机动车道分为4类标准(表4)，根据校园内道路人车混行的特点和校园内道路人流量适中偏少的特征，被测路段中的②④⑤⑥可划分为标准中第3类“流量中等的人行及非机动车道”，①③划分为第4类“流量较低的道路”。

表4 机动车交通道路照明标准值

比较可知(表5、表6)，除①号路段以外，②③④⑤⑥路段路面平均照度值低于规范标准值，不能满足规范要求。除②号路段以外，其余路段的路面最小照度值均低于标准值，并且所有路段的最小垂直照度值都低于标准值。糟糕的道路光环境，导致通过被测道路的行人不能辨认地面上的障碍物，不能迅速识别正在走近的观察者，不能及时辨明来人目的以有充足时间作出正确的反应。

表5 测量路段②④⑤⑥与标准值对比表

表6 测量路段①③与标准值对比表

道路的水平照度最小值、垂直照度最小值和路面平均照度，以及道路的水平照度均匀度和垂直照度均匀度作为照明设计的几项指标，应在照明设计的过程中反复使用(设计前作为参考依据，设计后作为检验标准)，以确保道路照明满足使用要求。而对于校园内的雕塑、观景平台等建筑小品，景观照明作为主要的设计需求，应改变欣赏对象处于一片黯淡的夜色中，只能看到大致轮廓的现状，结合其结构特色进行专门的照明设计。

2 运用DIAlux evo软件对校园道路照明现状进行分析与优化

由于校园道路的水平照度、垂直照度以及照度均匀度未达到规范要求，利用DIAlux evo软件对校园道路的照明情况进行模拟，并通过调整路灯灯杆间距、发光点高度、灯臂斜度及长度，以及光突出部分的距离等4项参数，提出道路照明优化策略。

2.1 模型建立与参数设置

以①号路段为原型在软件中建模，制图前设定相关参数，灯具选用250 W单端直管高压钠灯，灯杆间距测得为78.793 m，灯杆高度为6.1 m，双侧交错布灯。设置发光点高度、灯臂的倾斜角度和光突出部分距离(图8)。根据实测值建立的参数模型不能满足标准值的要求，下文利用软件进行优化，给出4种优化方案。

图8 参数设置

2.2 现状模拟与结果分析

方案1通过调整灯杆间距来使各项参数满足标准值，当灯杆间距被调整为34 m时，各项参数满足要求。方案2通过调整发光点高度来使各项参数满足标准值，当发光点高度被调整为8.5 m时，仍有一半的参数不能满足要求。方案3通过调整灯杆间距和发光点高度来使各项参数满足标准值，当灯杆间距和发光点高度同时变动时，各项参数满足要求。方案4通过调整灯杆间距、发光点高度、灯臂斜度和光突出部分来使各项参数满足标准值，当4项指标同时发生变动时，各项参数满足要求。

方案1通过调整灯杆间距可以使各项参数满足要求，方案2通过调整发光点高度，最多可使一半参数满足要求，此时人行道及道路的路面照度和亮度值不能满足要求，路面不均匀程度也不符合要求。方案3通过同时调整灯杆间距和发光点高度，使各项参数满足要求，与方案1比较，各项参数满足程度较高。比较方案1、3、4，优化指标数量越多，路面照度和亮度均匀度越好，各项参数不仅满足要求，而且方案具有较高的照明功率密度值；优化两项指标时，路面照度和亮度均匀度最高，其余各项参数满足程度好(图9～图14)。

图9 道路照明配光曲线

图10 道路照度比对表

图11 人行道照度比对表

图12 方案1优化结果

图13 方案3优化结果

图14 方案4优化结果

在分析建模的过程中，对于较为特殊的阶梯型路段，软件尚不能切实拟合此类道路的地形，通过平坦路面模拟阶梯型路段会对分析结果产生一定误差，模拟结果低于实际照度测量值。考虑到阶梯型路段在重庆地区的普遍性，在道路照明设计中应增加对不同情形的考虑。此外，树荫对路面照度的影响，道路两旁店铺灯光对路面照度的补充，都需要作为模型参数的影响因素加以考虑，软件的室外照明模拟优化功能还有许多值得完善的地方。

利用DIAlux evo软件对模型进行优化分析，有以下优点和不足：1)软件模拟现实环境，通过调节灯杆间距和发光点高度等，给出了符合标准要求的道路照明方案，为现实优化建立基础和依据；2)软件的模拟环境与现实环境有一定差别，模拟环境中的照度均匀度更好，多次调整后仍不能完全相符，会对模拟结果产生一定影响。

3 结 论

以重庆大学B区为代表的高校道路照明质量有待提高，功能性照明亟待完善，景观性照明尚未得到良好的规划与发展。针对此类校园道路的照明现状给出以下建议：

1)提高校园道路的照度。通过提高灯具功率，增加路灯数量，及时进行路灯的维护与更新，实现道路照度均匀度的改善。

2)定期修剪道旁树木。在保证树木枝叶不遮挡灯具光线的前提下，满足树木绿化和美观的造型需求。

3)增加特殊地形处的路灯数量。道路的照明设计应结合地形地貌的特殊性，综合考虑各类影响因素。

4)提高路面的反射率。适当提高路面的反射率，有助于增加路面的照度，节约能源，同时应考虑夏季路面眩光的问题。

5)对于调研过程中观察到的另一类道路——校园内曲径通幽的小道，笔者认为应保持较低照度，在满足功能性照明的需求下，营造独特的景观氛围。对于景观小品的灯光点缀，可采用庭院灯等景观灯具，并且综合考虑灯具的光源类型、光色、显色性、埋置方式和防眩光等要求，从而增加校园夜景照明的美观性和趣味性。

[1] 刘世英. 浅析高校校园公共空间夜间照明——以重庆大学B区为例[J]. 灯与照明,2003，27(3)：17-22.

[2] 刘世英. 高等学校校园道路照明研究[D].重庆：重庆大学, 2005.

[3] 祝洪波. 大学校园路灯照明系统的设计探讨[J]. 现代物业,2011，10(3)：87-88.

[4] 城市道路照明设计标准：CJJ 45—2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[5] 甘文霞 .校园建筑的夜景照明设计谈[J]. 新建筑,2001(2)：69-71.

[6] 照明测量方法：GB/T 5700—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

Analysis and Optimization on the Lighting Situation of Campus Roads： Take the Roads of Chongqing University B District as Examples

LI Juanjie, YANG Chunyu, WANG Tongyue, WANG Yanni, LI Guanwei

(College of Architecture and Urban Planning; Key Laboratory of New Technology for Construction of Cities in Mountain Area, Chongqing University, Chongqing 400045, P.R.China)

The paper have investigated the lighting situation of roads in Chongqing university, giving quantitative analysis on roads types and lighting condition, as well as lacking intensity and uniformity of roads illumination, and gives analysis and optimization on DIAlux evo illumination design software, to give an improved scheme on road horizontal illumination, vertical illumination and uniformity of illumination.

lighting situation on campus roads; horizontal illumination; uniformity of illumination, DIAlux evo

2017-03-12 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51478060) 作者简介：李娟洁(1994-)，女，重庆大学建筑城规学院硕士研究生，主要从事建筑技术科学(光学方向)研究。