城市人行天橋夜景照明設計模擬計算與實驗研究

任東飛,嚴永紅

(1.重慶大學建筑城規學院，重慶　400045; 2.山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶　400030)

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城市人行天橋夜景照明設計模擬計算與實驗研究

任東飛1,2,嚴永紅1,2

(1.重慶大學建筑城規學院，重慶400045; 2.山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶400030)

摘要：隨著城市夜景建設的快速開展，城市天橋的夜景觀形態受到人們的關注，但因其造型與結構的特殊性，增加了照明設計的難度。在實際的照明工程中，異性構件增加了布燈難度，易造成亮度分布不均、光逸散，產生光污染；天橋載體顏色與光源光色疊加時，易出現色彩畸變；燈具布置位置與選型不合理會產生眩光對車行、人行造成視覺干擾。通過對燈光場景模擬、光譜分析比較、視點與眩光值模擬等手段，優化設計方案，以期達到良好照明效果。

關鍵詞：人行天橋；亮度分布；色彩畸變；溢散光；眩光

引言

隨著的城市快速發展，城市人行天橋的數量也隨之增加，它不僅在一定成程度上解決了交通擁堵問題，同時其獨特、新穎的建筑形態也豐富了城市空間。如今，城市夜景建設正如火如荼開展，城市形象得到很大的提升，它豐富了城市夜生活，塑造出城市新名片[1]。人行天橋作為城市核心區的景觀節點，它無疑成為城市夜景觀形象不可或缺的一部分。

橋梁以跨徑尺寸不同，分為特大橋、大橋、中橋、小橋[2]，城市人行天橋屬于小橋和中橋范疇(表1)，同特大橋、大橋相比，后者尺度較大、投資成本高、受關注度高，照明設計體系完善，但城市人行天橋具有：1)雖然尺度小和受關注度低，但結構變化豐富，在投資較少的前提下，可以營造出較好的城市景觀；2)城市天橋通常位于城市交通流密集的城市核心區域，要著重考慮近橋視點區域的功能特性與景觀效果；3)由于城市人行天橋造型的復雜性以及對于其照明研究較少，給照明設計帶來一定的挑戰。

表1　橋梁按總長或跨徑分類(城市橋梁設計規范[2])

1天橋夜景觀設計難點分析

在攀枝花金沙江沿岸的5座人行天橋照明設計中，方案設計階段有很多不可控因素，若不加以設計分析、模擬比較，可能會出現逸散光、光承載面照度分布混亂、光色與載體顏色疊加出現色彩畸變等現象；甚至出現某些構件的亮度值過高，對天橋的夜景觀形象產生一定影響[3]。

在天橋照明設計實踐中，當燈光投射在天橋異型構件上(見圖1)時，往往會出現逸散光干擾行人、產生光污染現象，并且對夜間景觀效果造成混亂。不同材質表面反射率不同，光反射程度也不同，當選取不恰當的燈具，會造成光承載面亮度值分布不合理，同時可能會產生眩光值偏大，干擾車輛行駛，造成車行、人行視線混亂。天橋載體本身的顏色(見圖2)與光源的光色進行疊加可能會出現色彩畸變等不可預知的變化[4]，影響設計方案的準確表達。

圖1　瀘商天橋異型構件Fig.1　Profiled component of Lu shang footbridge

圖2　南商天橋構件Fig.2　Profiled component of Nan shang footbridge

2設計難點解決

2.1光逸散、亮度分布

在照明設計中，為了實現人行天橋近橋視點的夜景照明效果，需要照亮異型構件且達到合理的亮度分布。在實踐中發現，異型構件本身的造型特點會由于布燈位置與角度的不合理產生光溢出和照度值偏高或偏低等現象，造成周圍環境亮度值增加，導致光環境的混亂[5]。

在攀枝花滬商天橋照明設計中，天橋橋身構件——籠柵，它作為天橋建筑設計獨具特色的建筑語匯，成為照明設計的重點，但同時給燈具布置和設計增加了難度。為了更精確確定布燈位置、防止光逸散，進行了不同方案的比選和模擬。為了使弧形構件達到一定的亮度值和在燈光下烘托出其形體特點，對其進行了不同位置的布燈計算模擬：1)燈具直接以抱箍方式固定在弧形構件上，洗亮構件正面；2)在弧形構件之間進行布燈，洗亮構件兩側。

首先對兩種布燈方式進行設計分析。如圖3所示，同時利用數字模擬技術對其進行可視化模擬，通過模擬出的圖像和數據報表，得出效果如圖4所示。在可視化圖像和偽色照度圖值中，發現第一種布燈方式，出現了控光性差、大部分光逸散流失，導致籠柵整體照度值低、周圍亮度值過高；第二種把燈具布置在籠柵間距中可以達到較好的控光效果，避免光逸散出去，實現照度值分布合理，亮度比適中，使得橋身內部亮度值滿足要求，呈現出晶瑩剔透的照明效果，如圖5所示。

圖3　瀘商天橋局部布燈(設計：嚴永紅；計算：任東飛)Fig.3　Lu shang footbridge place lamps(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

圖4　瀘商天橋效果圖與照度偽色圖Fig.4　Lu shang footbridge renderings and pseudo illumination color chart

圖5　瀘商天橋燈光場景展現Fig.5　Lu shang footbridge lighting scenes show

2.2色彩疊加

在照明設計中，光源的光色與材質的色彩疊加時，由于光譜的變化，會出現不同的設計效果。在此次五座天橋照明設計中，紅色的欄桿、暗黃色的裝飾板、灰色的鋼構件等載體本身復雜的色彩信息為照明設計效果的表達增加了難度。在設計前期對選用的光源(色溫值為2700K、4000K、6000K)進行了光譜測量、分析，當光照射在這些復雜顏色信息的載體上時，經過反射，最后得到的光譜會發生很大變化(如圖6所示)。通過光譜刪選分析，確定合適的光源；使用數字模擬技術，根據光譜分析數據確定模擬參數，對色彩載體進行燈光場景模擬再現[6]，利用模擬可視化圖像進行燈光光色、色溫的選擇。

攀枝花北岸一天橋照明設計中，為了表現造型感較好紅色欄桿，使用了窄配光的投光燈進行照射，由于載體的紅色，使用不同的色溫，會呈現不同的設計效果。在設計中，采用了三種色溫2700K、4000K、6000K的燈光照射模擬，最后呈現出的效果如圖7所示，通過效果的對比，6000K燈光照射下的欄桿具有很強光色感和宜人的藝術效果；攀枝花南商天橋主體結構是由暗灰色鋼構件搭建而成，傾斜的鋼構件支撐成為照明設計的重點，通過對暗灰色的鋼構件使用不同的色溫光源進行燈光場景模擬(如圖8所示)，為了配合天橋內部的鹵素光源產生的燈光效果，最后使用了4000K色溫燈光照射鋼構件凹槽。

2.3視覺舒適度

圖6　光譜分析Fig.6　Spectral analysis

圖7　北岸一天橋欄桿光照效果(設計：嚴永紅；計算：任東飛)Fig.7　North Shore first footbridge railing lighting effects(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

圖8　南商天橋鋼構件光照效果(設計：嚴永紅；計算：任東飛)Fig.8　Nan shang footbridge Steel member lighting effects lighting effect(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

在對天橋夜景觀照明設計中，天橋夜間整體照明對于城市道路的形象提升至關重要，但同時要考慮到天橋由于光源的存在對人行、車行視覺舒適度的影響[7]。當夜幕降臨后，視覺背景是黑色的夜空時，光源的亮度、位置、外觀大小與數量及燈具投射角度等因素都會產生一定的視覺眩光，如果設計不合理，眩光進入視域范圍內，就會對車行、人行造成視覺干擾[8]，產生視覺不舒適感、視覺疲勞等，進而構成交通隱患。

在對攀枝花沿金沙江北岸三天橋照明設計中，燈具選型與布置完成后，對方案進行了人行、車行視線模擬分析(如圖9所示)。在視線分析中定位不同的視域點[9]：1)人在天橋內部行走時的視點;2)在道路行駛的車輛進行視點的模擬布置。為了更直觀和精確的確定眩光指數，通過數字軟件進行了模擬布置和計算。在天橋內部，根據人行的視點高度放置GR4、GR5計算點來模擬人行視點[10]；在城市交通道路上，通過車行視角進行位置、高度分析，放置GR1、GR2、GR3計算點來模擬車行視點。通過可視化的模擬，進行數據的分析，進而對燈具的布置、數量、投射角度進行設計調整，減少眩光對視覺的影響，最后根據計算模擬得到的數據報表(如表2，表3所示)和照度偽色圖與模擬效果圖(如圖10所示)，通過對數據及照度分析，確定滿足國家規范的要求[10]，并且符合人們的視覺舒適度要求。

圖9　北岸三天橋車行與人行視點(設計：嚴永紅；計算：任東飛)Fig.9　North Shore third dealers and pedestrian overpass viewpoint(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

名稱位置(X,Y,Z)觀察范圍階梯寬度眩光最小值眩光最大值GR觀察點124.3,14.8,1.20°～360°15°<10<10GR觀察點227.2,12.4,1.60°～360°15°<1013GR觀察點322.2,11.8,3.60°～360°15°<1014觀察點位置布局

表3　人行GR觀察點

圖10　北岸三天橋燈光模擬效果北岸三天橋車行與人行視點(設計：嚴永紅，計算：任東飛)Fig.10　North Shore third flyover lighting simulate effects(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

3結語

在攀枝花五座人行天橋的照明設計中，對異形構件特殊布光與控光、光色與材質色彩疊加、城市天橋夜間照明狀態對車行和人行視線干擾等問題進行了分析模擬與比較研究，通過模擬產生的圖像效果與光學數據進行方案的優化與調整，使得天橋呈現出良好的夜景觀形態。在城市夜景照明設計中，載體本身承載著光與影的變幻，其造型特征、材質信息對于光的表達至關重要，在以后的照明實踐中應引起重視。

參考文獻

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[9] 章海驄.室外眩光公式GR的剖析[C]//“綠色照明，綠色奧運”專題研討會論文集.北京：中國照明電器協會，2008:40-44.

[10] 城市夜景照明設計規范：JGJ/T 163—2008[S]．北京: 中國標準出版社，2009．

Research on Simulation Calculation & Experiment of Urban

Pedestrian Bridge Lighting Design

Ren Dongfei1,2,Yan Yonghong1,2

(1.FacultyofArchitectureandUrbanPlanning，ChongqingUniversity，Chongqing400045，China;

2.KeyLabofMinistryofEducationforNewTechnologyofMountainousTowns，Chongqing400030，China)

Abstract：With the development of urban night, the night landscape form of flyover gets people’s attention. Due to its shape and structure specialty, the difficulty of lighting design increases. In the actual lighting projects, if fabric lamp and heterosexual parts are inappropriate, it will be likely to cause light escaping and light pollution; Flyover’s own color and light source color overlay may appear confusing; Luminaires’ unreasonable position will produce glare for car dealers and pedestrian. This paper analyzes these aspects of the design to achieve good lighting effects.

Key words:footbridge; luminance distribution; color distortion; spill light; glare

基金項目：國家自然科學基金面上項目資助(51178483)

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2015.06.012