建筑玻璃幕墙反射光对城市道路的影响

毛鹤群, 王 帆, 徐桂茹, 管丽波

(中海环境科技(上海)股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

当前玻璃幕墙在我国北京、上海、广州和深圳等大中型城市的建筑物中得到广泛应用，在提升市容市貌的同时，也带来一定的光污染。玻璃幕墙带来的光污染是指涂膜玻璃或镀膜玻璃在遇到直射日光和天空光照射时，由于玻璃的镜面反射(即正反射)作用而产生的反射眩光[1]。

光污染会引发交通事故。道路两旁建筑物上的玻璃幕墙在阳光的照射下产生的反射光进入地面高速行驶的汽车内，会造成司机暂时性失明并产生视力错觉，同时伴有头晕目眩，给行人和其他车辆的安全造成严重威胁[2]。

为控制建筑玻璃幕墙的反射光影响，上海市于2015年12月下发《上海市环境保护局关于进一步规范开展建筑玻璃幕墙光反射影响论证工作的通知》(沪环保评2015[522]),针对反射光影响提出了一套定量化评价体系，对玻璃幕墙光反射评价和建筑幕墙优化设计具有指导意义。本文以该评价体系为基础，对影响道路光反射的建筑设计因素进行定量分析，并提出优化建议。

1 道路光反射影响评价体系

为评价幕墙反射光对市政道路的影响程度，主要判断市政道路上的人员是否会受到眩光的影响。眩光是人的视野范围内由于亮度分布或光照范围不适宜,在空间上或时间上存在极端的亮度对比，造成视觉机能下降的强光。随着视场亮度的提高，眩光产生，司机开始有不舒适的感觉，但不会影响其视觉功能；随着视场亮度的进一步提高，不舒适感逐渐增强并伴有视觉功能下降，这时既有不舒适眩光产生，又有失能眩光产生；随着视场亮度继续提高，视觉功能将受到严重影响，甚至发生暂时性失明，这时无舒适可言[3]。当司机受到强光直射时，可能会出现失能眩光。

1.1 评价指标

沪环保评2015[522]给出的城市道路的光反射影响评价指标为反射光亮度B和反射光入射角θ[4]。

1) 反射光亮度的计算式为

B=ρE/π

(1)

(2)

式(1)和式(2)中：B为反射光亮度，cd/m2；E为太阳光直射法线照度，lx；ρ为室外可见光反射率；π为圆周率；h0为太阳高度角。

2) 反射光入射角也称“眩光角”，是指经玻璃幕墙反射的太阳光线(简称“反射光”)与人眼水平视线(受照立面的法线)之间的夹角。反射光入射角的确定有2种途径，即：通过预测得到的空间透视图直接量取；采用公式计算。若反射光平行直线的方向向量为L=(m，n，p)，受照立面的法线向量为N=(A，B，C)，则反射光入射角θ的计算式为

(3)

1.2 评价标准

计算敏感目标处的反射光入射角(θ)和反射光亮度(B)，将城市道路的受影响程度分为“眩光影响”和“无眩光影响”，具体评价标准见表1[4]。

表1 敏感目标光反射影响评价标准

2 光反射影响因素

2.1 幕墙玻璃平面造型的影响

为提高建筑的美观性，有时会将建筑幕墙设计成弧形(较常见的是圆弧转角)，有些建筑用平板玻璃拼接完成，有些则用弧形玻璃拼接完成。本文以矩形建筑、平板拼接圆角的矩形建筑和弧形拼接圆角的矩形建筑为研究对象(见图1)，分析幕墙玻璃平面造型对周边道路的影响，结果见图2和表2。由图2和表2可知：矩形建筑对道路的反射光均来自于同一个方向，因此仅自西向东行驶的汽车会受到反射光的影响，反射光入射角为37°；平板拼接圆角的矩形建筑产生的反射光在圆角部位形成多处方向不同且间断的反射光线，道路上自西向东行驶的汽车和自东向西行驶的汽车均会受到反射光的影响，反射光入射角的范围分别为37°～81°和40°～69°；弧形拼接圆角的矩形建筑产生大片连续的反射光区域，道路上自西向东行驶的汽车和自东向西行驶的汽车均会受到反射光的影响，反射光入射角的范围分别为32°～90°和21°～90°。

2.2 幕墙玻璃竖向倾角的影响

幕墙玻璃前倾或后倒一定的角度均会对反射结果产生影响。本文对前倾幕墙(幕墙1)、竖直幕墙(幕墙2)和后倒幕墙(幕墙3)对市政道路的影响进行对比分析,结果见图3、图4和表3。由图3、图4和表3可知：前倾幕墙的反射光影响范围最小，后倒幕墙的反射光影响范围最大；当竖直幕墙产生的反射光对市政道路的入射角范围为15°～30°时，前倾幕墙反射光的入射角范围为34°～48°，后倒幕墙反射光的入射角范围为12°～16°。根据沪环保评2015[522]号文的评价体系，后倒幕墙会对市政道路产生眩光影响，危及驾驶员的安全。

a) 矩形建筑

b) 平板拼接圆角的矩形建筑

c) 弧形拼接圆角的矩形建筑

a) 矩形建筑

b) 平板拼接圆角的矩形建筑

c) 弧形拼接圆角的矩形建筑

道路名称行车方向影响时间反射光入射角θ/(°)反射光亮度/(cd/m2)影响程度市政道路1市政道路2市政道路3自东向西无无无无自西向东08:0037°1976无眩光影响自东向西08:0040°～69°1976无眩光影响自西向东08:0037°～81°1976无眩光影响自东向西08:0021°～90°1976无眩光影响自西向东08:0032°～90°1976无眩光影响

a) 幕墙1

b) 幕墙2

c) 幕墙3

a) 幕墙1

b) 幕墙2

c) 幕墙3

道路名称行车方向影响时段影响时间/min反射光入射角θ/(°)亮度/(cd/m2)影响程度市政道路1自东向西07:00—08:006034～482367～3874无眩光影响市政道路2自东向西07:00—08:006015～302367～3874无眩光影响市政道路3自东向西07:33—07:521912～153366～3743有眩光影响07:53—08:00715～163760～3874无眩光影响

2.3 玻璃反射率的影响

建筑玻璃幕墙反射光亮度与室外可见光反射率成正比。表3中产生眩光影响的反射光亮度范围为3 366～3 743 cd/m2，此时采用的是反射率为15%的玻璃。从理论上来说，若要消除该眩光的影响，可采用反射率为6%的玻璃，将反射光亮度控制在1 500 cd/m2以下。

3 优化建议

3.1 建筑平面的优化设计

由上述分析可知，建筑平面的朝向越多，反射光的影响范围越大，采用弧形玻璃更会产生大面积的影响区域。因此，在设计建筑平面时应尽量避免采用弧形设计，若无法避免，建议采用平板拼接的形式替代直接使用弧形玻璃的形式。通过该优化设计，可有效减小道路上受反射光影响的区域并能使反射光入射角变大，从而降低对道路交通的影响。

3.2 建筑立面的优化设计

由上述分析可知，相比竖直幕墙，前倾幕墙可缩小反射光的影响范围并增大反射光入射角，而后倒幕墙可扩大反射光的影响范围并减小反射光入射角。因此，在设计建筑立面时应尽量避免采用后倒幕墙，若无法避免，建议采用锯齿递推，将后倒幕墙转化为数个竖直幕墙。在综合考虑经济性和安全性的基础上，建议采用前倾幕墙来降低光反射的影响。

3.3 玻璃室外可见光反射率的优化设计

目前我国规定幕墙玻璃的室外可见光反射率≤30%，上海市规定幕墙玻璃的室外可见光反射率小于等于15%[5-6]。从理论上来说，玻璃室外可见光反射率越低,光反射的影响越小。然而在实际中，玻璃室外可见光反射率受到建筑节能、采光、造价和现有玻璃制造技术的制约，并不能无限制地小。目前上海市普遍采用的最低幕墙玻璃可见光反射率为7%。

3.4 外遮阳设施的优化设计

在对敏感建筑或敏感道路产生影响的玻璃幕墙位置处设置外遮阳装置，可有效遮挡太阳入射光和反射光，降低玻璃幕墙反射光对周边环境的影响。目前外遮阳装置有固定式和电动活动式2种，其中：固定式外遮阳装置的角度不能调整；电动活动式外遮阳装置的百叶转动角度可定时进行调整，实现较为精细的调光和遮阳，为玻璃幕墙外遮阳的主流形式。图5为玻璃幕墙电动外遮阳装置外景和设计示意。

a) 外景

b) 设计示意

图5 玻璃幕墙电动外遮阳装置外景和设计示意

4 结 语

随着人们对生活环境和生命财产安全问题越来越关注，建筑光污染问题必须得到充分重视[7]。本文通过对影响道路光反射的各因素进行定量分析，探讨了采用何种建筑设计形式能更好地降低幕墙反射光对道路的影响，并对建筑幕墙设计提出了优化建议，对改善道路行驶环境、提高车辆行驶的安全性具有积极作用。