城市地铁照明的照度计算

庄金迅，刘 原

(辽宁科技大学建筑与艺术设计学院，鞍山114051)

0 引言

在地铁照明方法的研究中，为了进一步控制照明能耗，我们提出了照明功率密度(LPD)控制指标。建设部和国家质量监督总局联合发布的《建筑照明设计标准》(GB 50034-2004)已经于2004年12月1日起正式实施。其中有关“照明节能”部分，把各建筑场所对应于照度标准的照明功率密度LPD指标(即每平方米消耗的电功率)作为强制性条文加以限制。虽然该标准没有对地铁照明作出规定，但是我们认为在地铁照明设计中应该参照执行。

灯具及光源的选择直接影响到照度和照明功率密度值(LPD)，要同时满足照度和照明功率密度值的要求，就必须对照明设计进行详细正确的计算。否则很可能出现两种情况:一种是未采用高光效的光源及高效率的灯具，其结果满足了LPD的要求，但房间的实际照度达不到规定的照度标准;另一种情况是设计采用了高光效的光源及高效率的灯具，但房间未进行照度计算，结果导致照度远远高于规定的照度标准，未达到节能的目的。以上两种情况都不能达到在获得良好的地下光环境的同时实现照明节能的目的。可见地铁照明计算不仅关系到地下光环境质量，而且关系到照明节能问题。

地下铁道系统空间构成复杂，因此其不同空间的照度计算也不宜采用相同的模式。地下车站各空间的照度计算大多采用室内照度计算模式，而区间隧道的照度计算应该采用道路照度计算更合适。

1 利用传统方法计算

1.1 室内照明照度计算

(1)利用系数法

应用利用系数法计算被照场地平面上平均照度的基本公式如下:

则，

式中

利用系数法仅可计算照明场地的平均水平照度值或估算所需灯具个数和照明功率密度，却不能了解场地照度的均匀性。

(2)逐点法

由利用系数法选定光源及其功率后，可采用逐点法较验被照场地任意点的水平照度。在灯具、安装高度和位置都选定的情况下，我们就知道了灯具的配光曲线，灯具到地面的距离，就能计算该灯具在其附近地面上产生的水平面照度值。把该点附近的每个灯具在该点产生的照度加起来，即得出该点的实际照度。结合图1分析，计算如下:

图1 光源的直射照度计算

根据图1，光源正下方H米处平面上A点的照度(E)为

式中，I0是光源朝向点A方向上的光强(cd)，H为光源距离平面的高度(m)。计算光源正下方A点的照度只是一个特例，因为点光源的光线是垂直射向该点的。可是一般需要求照度的点，光线都不是垂直照射的，而是以一定的入射角θ入射的，也就是入射光线与竖直向下方向成θ角，如图1中的B点。求B点的照度，光源对B点形成两个照度:水平面照度E1和垂直面照度E2。假如过B点存在一个垂直于SB的平面W，根据距离平方反比定律，点光源S对W平面上的B点形成的照度为

由图 1 可知 E1=E cos θ，E2=E sin θ。又因为 S，B 间的距离 l=H/cos θ，所以 E=Iθ/l2=Iθ/H2× cos2θ。由此可得，点光源S对其下的水平面上B点形成的水平面照度E1和垂直面照度E2分别为

把各个灯在B点产生的水平面照度E1加起来即得B点的实际水平面照度。另外，室内照明计算还有简化表格计算法、平面相对等照度曲线法等，这里不一一介绍了。

1.2 道路照明照度计算

(1)路面上任意一点照度的计算

可以利用室内照度计算中的逐点法计算，另外如果可以获得灯具的等照度曲线图，那么，可以根据计算点相对于各个灯具的位置找出其照度值，然后再对它们进行求和计算，就可以得到计算点的照度值。

(2)路面平均照度计算

假如已经计算出路面上各网格点上的照度，那么就可以根据式(7)计算出该路面上的平均照度。

式中

Eav——路面平均照度;

Ei——第i个计算点上的照度;

n——计算点的总数。

另外还可根据利用系数曲线进行路面平均照度进行计算。

2 利用照明软件计算

2.1 照明软件介绍

不管采用哪种方法，传统的照度计算都是一件很繁琐的事，而且结果不够精确。随着照明软件的日趋普及，繁琐的计算工作可由计算机完成，不但方便快捷而且结果精确。随着计算机应用的普及和各大照明企业间的激烈竞争，国际著名的照明产品生产公司，如 PHILIPS，GE，ERCO，SCHREDER 等企业都研发出了根据自身产品来进行设计和计算的照明软件，并且为了推广使用自己的软件以扩大销售量，这些软件一般都提供免费下载;另一方面，一些软件设计公司也投入了巨大的资金和人员来研发照明设计和计算软件，并取得了不俗的市场份额。下面仅介绍两个常用的照明软件。

(1)DIAlux

DIAlux是德国DIAL GmbH公司研发的专业照明设计软件，中文译名为“帝尔勒斯”。它的最大优点是可以导入不同厂家生产的灯具和光源参数，并且能够直接输出亮度和照度分布图，非常适合实际的照明工程设计和计算。操作界面也很友好，简单易学。另外，软件版本的升级也较快，紧密结合照明产品，不断有新的灯具和光源插件推出。缺点是其外挂的POV渲染器渲染效果并不出色，另一方面由于太强化产品的照明特性，缺少自然光的模拟。但由于它良好的实用性能，受到广大的专业照明设计师的欢迎。

(2)AGI32

AGI32是Lighting Analysts公司研发的照明设计软件。它的强项是不仅有丰富的照明插件供选用，而且还有自然光模拟系统，功能强大。另一方面，它不仅有良好的计算性能，其Ray Trace渲染器也表现出色。因此，它被称作“具有革命性的照明设计优化工具”，在设计领域获得了众多好评。

2.2 用DIAlux对地铁照明进行计算

由于DIAlux在我国照明设计行业内得到广泛应用，现以它为例来说明地铁站台照明设计和计算的步骤。

(1)建立模型

这个步骤主要是设置站台的宽度、高度、本层净高，给站台地面、墙壁附材质等，见图2。

(2)选择灯具并进行布置

首先可以从灯具库中选择设计者拟要采用的灯具(可从灯具制造商的DIAlux插件中找到)，然后就灯具的布置方式、灯具的间距、位置等进行选择和输入，最后从前视图检验一下即可，见图3。

(3)设置报表

选择需要出报表的表面以及报表的内容，比如工作面、地面的等照度曲线、等灰度图等，见图4。

(4)计算并输出报表

根据设置的内容，计算后就可以输出我们需要的内容，如等照度图、等灰度图、点照度图、等亮度图、照度均匀度等等，据此可以检验照明设计是否达到了我们想要的效果，见图5、图6。

图2 建立站台模型

图3 选择并排列灯具

图4 设置报表

图5 等照度图

图6 点照度图

3 小结

由以上计算过程可知，不论是地下车站照明的照度计算，还是区间隧道照明的照度计算。采用传统人工计算都是一项繁琐的工作，随着照明软件的日趋普及，各种繁琐的照度计算工作都可以由计算机来完成，不仅计算速度快而且可提供多种结果输出方式，其结果更加形象直观，计算结果与现场测量结果更加吻合。在照明设计中，用传统方法计算照度，可以作为对软件计算结果的检验，以确保软件计算结果的准确可靠。

［1］GB 50034-2004.建筑照明设计标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2004

［2］庄金迅，张九红，刘圆圆.城市地铁站照明节能研究［J］.铁道标准设计，2010(4):110～112

［3］张九红，庄金迅.配光曲线在照明计算中的应用［J］.沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2007(6)

［4］李铁楠.城市道路照明设计［M］.北京:机械工业出版社，2007