城市人行天桥夜景照明设计模拟计算与实验研究

任东飞,严永红

(1.重庆大学建筑城规学院，重庆　400045; 2.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆　400030)



城市人行天桥夜景照明设计模拟计算与实验研究

任东飞1,2,严永红1,2

(1.重庆大学建筑城规学院，重庆400045; 2.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆400030)

摘要：随着城市夜景建设的快速开展，城市天桥的夜景观形态受到人们的关注，但因其造型与结构的特殊性，增加了照明设计的难度。在实际的照明工程中，异性构件增加了布灯难度，易造成亮度分布不均、光逸散，产生光污染；天桥载体颜色与光源光色叠加时，易出现色彩畸变；灯具布置位置与选型不合理会产生眩光对车行、人行造成视觉干扰。通过对灯光场景模拟、光谱分析比较、视点与眩光值模拟等手段，优化设计方案，以期达到良好照明效果。

关键词：人行天桥；亮度分布；色彩畸变；溢散光；眩光

引言

随着的城市快速发展，城市人行天桥的数量也随之增加，它不仅在一定成程度上解决了交通拥堵问题，同时其独特、新颖的建筑形态也丰富了城市空间。如今，城市夜景建设正如火如荼开展，城市形象得到很大的提升，它丰富了城市夜生活，塑造出城市新名片[1]。人行天桥作为城市核心区的景观节点，它无疑成为城市夜景观形象不可或缺的一部分。

桥梁以跨径尺寸不同，分为特大桥、大桥、中桥、小桥[2]，城市人行天桥属于小桥和中桥范畴(表1)，同特大桥、大桥相比，后者尺度较大、投资成本高、受关注度高，照明设计体系完善，但城市人行天桥具有：1)虽然尺度小和受关注度低，但结构变化丰富，在投资较少的前提下，可以营造出较好的城市景观；2)城市天桥通常位于城市交通流密集的城市核心区域，要着重考虑近桥视点区域的功能特性与景观效果；3)由于城市人行天桥造型的复杂性以及对于其照明研究较少，给照明设计带来一定的挑战。

表1　桥梁按总长或跨径分类(城市桥梁设计规范[2])

1天桥夜景观设计难点分析

在攀枝花金沙江沿岸的5座人行天桥照明设计中，方案设计阶段有很多不可控因素，若不加以设计分析、模拟比较，可能会出现逸散光、光承载面照度分布混乱、光色与载体颜色叠加出现色彩畸变等现象；甚至出现某些构件的亮度值过高，对天桥的夜景观形象产生一定影响[3]。

在天桥照明设计实践中，当灯光投射在天桥异型构件上(见图1)时，往往会出现逸散光干扰行人、产生光污染现象，并且对夜间景观效果造成混乱。不同材质表面反射率不同，光反射程度也不同，当选取不恰当的灯具，会造成光承载面亮度值分布不合理，同时可能会产生眩光值偏大，干扰车辆行驶，造成车行、人行视线混乱。天桥载体本身的颜色(见图2)与光源的光色进行叠加可能会出现色彩畸变等不可预知的变化[4]，影响设计方案的准确表达。

图1　泸商天桥异型构件Fig.1　Profiled component of Lu shang footbridge

图2　南商天桥构件Fig.2　Profiled component of Nan shang footbridge

2设计难点解决

2.1光逸散、亮度分布

在照明设计中，为了实现人行天桥近桥视点的夜景照明效果，需要照亮异型构件且达到合理的亮度分布。在实践中发现，异型构件本身的造型特点会由于布灯位置与角度的不合理产生光溢出和照度值偏高或偏低等现象，造成周围环境亮度值增加，导致光环境的混乱[5]。

在攀枝花沪商天桥照明设计中，天桥桥身构件——笼栅，它作为天桥建筑设计独具特色的建筑语汇，成为照明设计的重点，但同时给灯具布置和设计增加了难度。为了更精确确定布灯位置、防止光逸散，进行了不同方案的比选和模拟。为了使弧形构件达到一定的亮度值和在灯光下烘托出其形体特点，对其进行了不同位置的布灯计算模拟：1)灯具直接以抱箍方式固定在弧形构件上，洗亮构件正面；2)在弧形构件之间进行布灯，洗亮构件两侧。

首先对两种布灯方式进行设计分析。如图3所示，同时利用数字模拟技术对其进行可视化模拟，通过模拟出的图像和数据报表，得出效果如图4所示。在可视化图像和伪色照度图值中，发现第一种布灯方式，出现了控光性差、大部分光逸散流失，导致笼栅整体照度值低、周围亮度值过高；第二种把灯具布置在笼栅间距中可以达到较好的控光效果，避免光逸散出去，实现照度值分布合理，亮度比适中，使得桥身内部亮度值满足要求，呈现出晶莹剔透的照明效果，如图5所示。

图3　泸商天桥局部布灯(设计：严永红；计算：任东飞)Fig.3　Lu shang footbridge place lamps(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

图4　泸商天桥效果图与照度伪色图Fig.4　Lu shang footbridge renderings and pseudo illumination color chart

图5　泸商天桥灯光场景展现Fig.5　Lu shang footbridge lighting scenes show

2.2色彩叠加

在照明设计中，光源的光色与材质的色彩叠加时，由于光谱的变化，会出现不同的设计效果。在此次五座天桥照明设计中，红色的栏杆、暗黄色的装饰板、灰色的钢构件等载体本身复杂的色彩信息为照明设计效果的表达增加了难度。在设计前期对选用的光源(色温值为2700K、4000K、6000K)进行了光谱测量、分析，当光照射在这些复杂颜色信息的载体上时，经过反射，最后得到的光谱会发生很大变化(如图6所示)。通过光谱删选分析，确定合适的光源；使用数字模拟技术，根据光谱分析数据确定模拟参数，对色彩载体进行灯光场景模拟再现[6]，利用模拟可视化图像进行灯光光色、色温的选择。

攀枝花北岸一天桥照明设计中，为了表现造型感较好红色栏杆，使用了窄配光的投光灯进行照射，由于载体的红色，使用不同的色温，会呈现不同的设计效果。在设计中，采用了三种色温2700K、4000K、6000K的灯光照射模拟，最后呈现出的效果如图7所示，通过效果的对比，6000K灯光照射下的栏杆具有很强光色感和宜人的艺术效果；攀枝花南商天桥主体结构是由暗灰色钢构件搭建而成，倾斜的钢构件支撑成为照明设计的重点，通过对暗灰色的钢构件使用不同的色温光源进行灯光场景模拟(如图8所示)，为了配合天桥内部的卤素光源产生的灯光效果，最后使用了4000K色温灯光照射钢构件凹槽。

2.3视觉舒适度

图6　光谱分析Fig.6　Spectral analysis

图7　北岸一天桥栏杆光照效果(设计：严永红；计算：任东飞)Fig.7　North Shore first footbridge railing lighting effects(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

图8　南商天桥钢构件光照效果(设计：严永红；计算：任东飞)Fig.8　Nan shang footbridge Steel member lighting effects lighting effect(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

在对天桥夜景观照明设计中，天桥夜间整体照明对于城市道路的形象提升至关重要，但同时要考虑到天桥由于光源的存在对人行、车行视觉舒适度的影响[7]。当夜幕降临后，视觉背景是黑色的夜空时，光源的亮度、位置、外观大小与数量及灯具投射角度等因素都会产生一定的视觉眩光，如果设计不合理，眩光进入视域范围内，就会对车行、人行造成视觉干扰[8]，产生视觉不舒适感、视觉疲劳等，进而构成交通隐患。

在对攀枝花沿金沙江北岸三天桥照明设计中，灯具选型与布置完成后，对方案进行了人行、车行视线模拟分析(如图9所示)。在视线分析中定位不同的视域点[9]：1)人在天桥内部行走时的视点;2)在道路行驶的车辆进行视点的模拟布置。为了更直观和精确的确定眩光指数，通过数字软件进行了模拟布置和计算。在天桥内部，根据人行的视点高度放置GR4、GR5计算点来模拟人行视点[10]；在城市交通道路上，通过车行视角进行位置、高度分析，放置GR1、GR2、GR3计算点来模拟车行视点。通过可视化的模拟，进行数据的分析，进而对灯具的布置、数量、投射角度进行设计调整，减少眩光对视觉的影响，最后根据计算模拟得到的数据报表(如表2，表3所示)和照度伪色图与模拟效果图(如图10所示)，通过对数据及照度分析，确定满足国家规范的要求[10]，并且符合人们的视觉舒适度要求。

图9　北岸三天桥车行与人行视点(设计：严永红；计算：任东飞)Fig.9　North Shore third dealers and pedestrian overpass viewpoint(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

名称位置(X,Y,Z)观察范围阶梯宽度眩光最小值眩光最大值GR观察点124.3,14.8,1.20°～360°15°<10<10GR观察点227.2,12.4,1.60°～360°15°<1013GR观察点322.2,11.8,3.60°～360°15°<1014观察点位置布局

表3　人行GR观察点

图10　北岸三天桥灯光模拟效果北岸三天桥车行与人行视点(设计：严永红，计算：任东飞)Fig.10　North Shore third flyover lighting simulate effects(Design by YAN Yonghong； Calculation by REN Dongfei)

3结语

在攀枝花五座人行天桥的照明设计中，对异形构件特殊布光与控光、光色与材质色彩叠加、城市天桥夜间照明状态对车行和人行视线干扰等问题进行了分析模拟与比较研究，通过模拟产生的图像效果与光学数据进行方案的优化与调整，使得天桥呈现出良好的夜景观形态。在城市夜景照明设计中，载体本身承载着光与影的变幻，其造型特征、材质信息对于光的表达至关重要，在以后的照明实践中应引起重视。

参考文献

[1] 严永红，关杨.山地城市夜景照明设计探索与实践[J].照明工程学报，2012,23(增刊):72-78.

[2] 城市桥梁设计规范：CJJ 11—2011[S]．北京: 中国建筑工业出版社，2012．

[3] 重庆市城市夜景照明技术规范：DB 50/T 234—2006[S]． 北京: 中国建筑工业出版社，2007．

[4] 严永红，林 桐，翟逸波，等.都市核心区旧建筑立面照明设计难点探讨[J].照明工程学报，2014,25(3):102-106.

[5] 严永红，张俊富，阴磊，等.特大型桥梁照明设计中异型构件模拟计算方法研究[J].照明工程学报，2015,26(1):64-68.

[6] 王大川.用于建筑照明设计的软件研究[J].灯与照明，2012,(1):28-32.

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[8] 城市道路工程设计规范：CJJ 37—2012[S]．北京: 中国建筑工业出版社，2012．

[9] 章海骢.室外眩光公式GR的剖析[C]//“绿色照明，绿色奥运”专题研讨会论文集.北京：中国照明电器协会，2008:40-44.

[10] 城市夜景照明设计规范：JGJ/T 163—2008[S]．北京: 中国标准出版社，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

基金项目：国家自然科学基金面上项目资助(51178483)

中图分类号：TM923

文献标识码：A

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