关于玻璃幕墙反射光影响分析计算范围的探讨

玻璃幕墙因其现代感且具有良好的采光性和节能性而被高层建筑广泛使用，但由于玻璃幕墙在太阳的照射下反射强烈的眩光，对周边住宅、学校等建筑带来干扰和影响，也引起大家的关注。《建筑环境通用规范（GB 55016—2021）》［1］作为强制性工程建设规范，要求“在居住建筑、医院、中小学校、幼儿园周边区域以及在主干道路口、交通流量大的区域设置玻璃幕墙时，应进行玻璃幕墙反射光影响分析”。国家相继出台控制玻璃幕墙光污染的有关标准要求，对反射光影响的计算范围没有明确规定，笔者根据案例分析提出科学合理可操作的建议，与大家共同探讨。

1 反射光影响分析计算范围的确定因素

所谓玻璃幕墙反射光影响分析计算范围是指，在玻璃幕墙建筑周围多大范围内的敏感建筑必须进行反射光影响分析。超出这一范围的敏感建筑可视为不受影响，无须进行反射光影响分析。由于我国幅员辽阔，纬度差异大，玻璃幕墙建筑在国内不同城市产生的反射光影响范围和影响程度不尽一致。因此，国家规范《玻璃幕墙光热性能（GB/T 18091—2015）》［2］和《光环境评价方法（GB/T 12454—2017）》［3］均未就玻璃幕墙反射光影响分析的计算范围作出全国统一的规定，而在实际操作中则必须对玻璃幕墙反射光影响分析的计算范围作出明确规定。因为它对分析结果的真实性和分析效率至关重要，而要确定一个科学合理的分析计算范围，则必须综合考虑以下因素：

1.1 反射光的实际覆盖范围

根据太阳的运动轨迹可知，与日照阴影一样，玻璃幕墙反射光实际覆盖范围主要取决于太阳高度角，而太阳高度角的高低取决于城市的地理位置。一个城市的地理纬度越高，太阳高度角就越低，其玻璃幕墙反射光的覆盖范围也就越大；反之亦然。

杭州市在2001年典型日夏至、春分、秋分、冬至的太阳高度角和方位角见表1。

表1 杭州市2001年典型日太阳高度角和方位角

以杭州市地理纬度约北纬30°为例，模拟1幢东西长60 m，南北进深60 m，高度为50 m的八面柱型玻璃幕墙建筑，选择2001年的典型日春分、夏至、秋分、冬至，在日出后至日落前太阳高度角不低于10°的时段，采用专业软件计算反射光的实际覆盖范围，计算结果见图1。

从图1中我们可以看出，太阳一天的运动轨迹由玻璃幕墙建筑反射后形成上下午左右对称的反射光覆盖范围，早晨太阳高度角小，反射距离远，中午高度角大，反射距离近。多个典型日的反射光覆盖范围叠加在一起后，其形状犬牙交错，极其复杂。4个典型节气50 m高的玻璃幕墙建筑光反射最大距离较接近，约280 m，是建筑高度的5.6倍。其中春分和秋分的玻璃幕墙光反射的范围两者是重合一致的，夏至日反射覆盖面较纤细，冬至日的反射覆盖面范围较大，但相对集中在建筑高度3倍的范围内，而3倍以外的范围影响面较小。

图1 玻璃幕墙光反射范围

上述的光反射范围是建筑玻璃幕墙垂直地面的常规放置方式，如果建筑玻璃幕墙不是垂直地面，则反射距离就不同。幕墙玻璃与地面的夹角小于90°，则反射距离会缩短；如幕墙玻璃与地面的夹角在95°以内，则与垂直地面的情况相差不大；如幕墙玻璃与地面的夹角大于95°，则从图2可以看出，反射距离会大大增加。当反射光线与地面接近平行时，如建筑屋顶存在反射光现象，反射范围趋向无限远，但在具体的玻璃幕墙反射光影响分析实践中，这种情况不多，且周围会存在其他遮挡建筑，故不具有典型意义。

图2 不同角度玻璃幕墙反射范围示意

总之，无论是玻璃幕墙反射光实际覆盖范围的大小还是形态，都不适合将其直接作为反射光影响分析的计算范围。确定玻璃幕墙反射光影响分析的计算范围应充分考虑反射光的实际覆盖范围，但不能拘泥于反射光的实际覆盖范围。

1.2 玻璃幕墙反射光亮度

根据《玻璃幕墙光热性能》对不同位置的玻璃幕墙应选择玻璃可见光反射比的不同要求，在玻璃幕墙反射率分别为0.30和0.16的情况下，采用专业光环境分析软件计算春分、夏至、秋分、冬至日太阳高度角大于10°的反射光亮度，计算结果见表2、表3。

由表2、表3可以看出，在玻璃可见光反射率为0.30时，除接近日出与日落高度角在10°外，反射光亮度基本都在4 000 cd/m2以上。玻璃可见光反射率在0.16时，冬至日有2个多小时亮度在4 000 cd/m2以内，其余节气有1个多小时亮度在4 000 cd/m2以内，其他亮度均在4 000 cd/m2以上。

表2 玻璃反射率0.30对应各时刻亮度值单位：cd/m2

表3 玻璃反射率0.16对应各时刻亮度值单位：cd/m2

反射光亮度与太阳高度角有关，高度角越高亮度越大。根据亮度与眩光的关系，目标亮度在4 000 cd/m2以内，眩光感觉程度较轻微，而这个时间段反射距离最长。所以光反射远距离影响的程度相对较轻微。亮度与眩光特征［4］见表4。

表4 亮度与眩光特征

1.3 反射光的传播距离

点光源在与照射方向垂直的平面产生的照度与光源的光强成正比，与光源至受照面的距离的平方成反比。这称为距离平方反比定律，适用于点光源产生的点照度的计算。计算公式如下：

式中：E为照度，lx；

R为对象至光源的距离，m；

I为光源发光强度，cd。

由此可见，光的强弱由两个因素决定：

1）光源的发光强度；

2）被照射对象和光源之间的距离。

当玻璃幕墙与被反射光照射到的建筑距离越远，则被照射的光亮度越低；与其传播距离的平方成反比，即与反射建筑的距离每增加一倍，则反射光的亮度会降到原来的四分之一。因此，随着敏感建筑与反射建筑距离的增加，敏感建筑被反射光所照射到的亮度会急剧减弱。

1.4 周边建筑对反射光的遮挡

当所确定的反射光影响分析计算范围越大时，计算范围内存在的建筑也就越多。当计算范围内存在多排建筑且建筑高度接近时，很显然，受反射光影响最大的是与反射建筑直接相邻的第一排建筑，而后排建筑会因前排建筑的遮挡而使其所受的影响大大降低。如敏感建筑处在多排建筑之后，则经多次遮挡以后，能到达敏感建筑的也就只有少量能越过前排建筑的屋顶和穿过前排建筑间隙的反射光线，其对敏感建筑的影响也就微乎其微了。

1.5 建设项目营商环境因素

2019年国家颁布实施《优化营商环境条例》，要求深化简政放权、放管结合、优化服务改革，着力提升政务服务能力和水平，切实降低制度性成本，增强发展动力。反射光覆盖范围全部进行计算，则涉及建筑多，导致分析工作量大，存在分析周期长与费用高的情况，影响建设项目的开发建设，与优化营商环境要求相违背，因此确定一个合理科学可操作的计算范围很有必要，这样既反映分析结果的客观真实性，又提高分析效率。

2 结语

综合考虑上述因素，在玻璃幕墙光反射影响分析中，建议确定一个科学合理的计算范围：当建筑物幕墙玻璃垂直地面或与室外地面夹角小于等于95°时，反射光影响分析范围为以幕墙建筑为圆心，幕墙建筑高度的3倍距离为半径，最小计算半径为100 m，最大不超过360 m的圆形区域；当建筑幕墙玻璃与室外地面夹角大于95°或存在外凸弧面时，则计算半径相应扩大到1.5倍。当幕墙建筑高度的3倍半径圆形区域内无建筑时，则将反射光实际覆盖范围内邻近幕墙建筑的第一排敏感建筑纳入计算范围。