幕墙建筑玻璃颜色均匀性检测方法的分析

王旭晟（上海建科检验有限公司，上海 201108）

1 检测原理

在 1931—1976 年间，颜色科学工作者以各自涉及的领域以及在该领域内所积累的实际数据为基础，提出了各种各样的色差公式，如 ANLAB 2，FMCⅡ 和 Hunter 等公式。不同的色差公式之间无法相互转换，使得不同公式的计算结果不具可比性，而且很多公式的使用效果并不能让人满意。这给实际的工业应用带来很大不便。为了结束这种混乱的局面，必须统一色差评定的方法。国际照明委员会（International Commission on Illumination，CIE）对众多的色差公式进行了对比和评估，并于 1964 年和 1976 年分别推荐了 CIE 1964 统一色彩空间和色差公式以及 1976 CIELAB 色彩空间和其对应的色差公式，统一了色差公式（1）的应用。

式中：Δ E*—两被测点间的色差；

Δ L*—两被测点明度指数之差；

Δ a*、 Δ b*—两被测点色品指数之差。

在 CIELAB颜色空间中，不同区域的色差容限相对比较接近，颜色样品在此空间中的位置由三维直角坐标表示。L*、 a*、b*的值可以从三刺激值（X、Y、Z）计算出来，其中 L*表示颜色的明度， a*表示该颜色在红-绿色轴方向的投影位置，b*表示颜色在黄-蓝色轴方向的投影位置。

由于色度系统 CIELAB 极大地改善了 CIE 1931 色度系统的不均匀性，从而使得采用色度学来对产品颜色质量进行评价就有了可行性。工业界基于 CIELAB 色差公式制定了最初的针对颜色测量和色差评价的国际标准。我国也根据国际标准制定了与之对应的各个行业标准。在建筑玻璃领域，根据 GB/T 18915.1—2013《镀膜玻璃》的规定，镀膜玻璃的颜色均匀性用 CIELAB 均匀色空间的色差表示，应≤2.5。从空间角度而言，即两个检测点在空间坐标系中的直线距离（以 L*、 、b*为坐标值a*）≤2.5。Lab（颜色模型）色彩空间的三维立体空间模型如图 1 所示。

图1 Lab 色彩空间的三维立体空间模型图

2 试验与分析

从空间模型图及色差公式可以发现，玻璃表面任意两点的色差值为色彩空间的两个坐标间直线距离。根据国家标准要求，该距离值 ≤2.5，即符合标准要求，但在实际视觉感官中，往往会发现即便色差公式计算结果 ＜2.5，玻璃样板仍旧有较为明显的色差存在。因此，本研究假设可能存在其他未考量因素对颜色均匀性的判定产生了影响。

为了进一步弄清导致以上现象的原因，需要对实际幕墙建筑进行检测，从实际角度进行数据分析研究。本研究以某个幕墙建筑为对象。该建筑外立面为玻璃幕墙结构，玻璃结构为 6 mm＋1.52 PVB＋6 (双银 Low-E)＋8 mm。从外表面观察，该建筑表面存在肉眼可见的色差，且主要集中在玻璃的右半边及下半边区域，与预期存在一定偏差。为了验证本研究的假设，在该玻璃幕墙建筑项目中挑选了总共 112 块玻璃样板（含标准样板，标准样板经项目各方共同确认，标准样板的颜色符合该建筑设计方案所规定的颜色标准），对其进行了颜色均匀性检测，并分析了各检测点的明度、色品指数。

2.1 标准样板颜色均匀性

根据国家标准规定的方法，共检测幕墙玻璃 112 块（含标准样板）。对 565 个检测点（每块样板表面按试验方法取点，规定样板左上角为 1 号检测点，右上角为 2 号检测点，中心点为 3 号检测点，左下角为 4 号检测点，右下角为 5 号检测点）进行了明度指数、色品指数检测，得到共计 1 695 组检测结果（首先通过视觉直观判断，选择颜色均匀性较为统一的玻璃样板作为标准样板，并在标准样板室外侧表面，选取了平均分布的 10 个检测点，保证标准样板的颜色均匀性的检测结果）。通过检测，标准样板表面各检测点之间色差（Δ E＊）范围为 0.1～1.5，以标准样板平面的几何中心点为基准，标准样板各检测点之间色差（Δ E＊）分布情况如图 2～图 5 所示。

图2 标准样板各检测点之间色差（Δ E＊）分布

图3 标准样板各检测点明度指数（L＊）

图4 标准样板各检测点色品指数（a＊）分布

图5 标准样板各检测点色品指数（b＊）分布

根据各检测点之间色差分布情况可知，标准样板各区域内颜色均匀性情况良好，色差（ΔE＊）在 1.5 以内。根据各检测点明度指数、色品指数曲线可以看出，标准样板各测点间，各检测点明度指数 L＊、色品指数 a＊呈正偏差趋势；色品指数 b＊呈负偏差趋势，即各检测点相较中心点而言会呈现偏红、偏蓝，但偏差值均 ≤1.5。

2.2 检测样板颜色均匀性

通过检测 111 块检测样板表面各检测点的明度指数、色品指数，与标准样板进行对比，绘制相应的图谱，以 1 号、4号检测点图谱分布为例，见图 6～图 13。

图6 1 号检测点色差（Δ E＊）分布

图7 1 号检测点明度指数（L＊）分布

图8 1 号检测点色品指数（a＊）分布

图9 1 号检测点色品指数（b＊）分布

图10 4 号检测点色差（Δ E＊）分布

图11 4 号检测点明度指数（L＊）分布

图12 4 号检测点色品指数（a＊）分布

图13 4 号检测点色品指数（b＊）分布

从各检测点的对比图谱可以看出，大部分检测样板检测点的色差（Δ E＊）在标准规定的范围之内，但进一步观察明度和色品指数，会发现，样板对应位置的明度值普遍高于标准样板上的值，色品指数（a＊）坐标位于负向坐标轴，色品指数（b＊）坐标位于正向坐标轴。且从 1 号和 4 号检测点图谱分布来看，其色品指数（b＊）本身存在不稳定性。因此，检测结果中的色差（Δ E＊）总体满足规定要求，但对应检测点的颜色与标准样板比较会偏绿色和黄色，视觉感官上仍旧存在差异。

通过进一步分析色差（Δ E＊）分布，各检测样板中色差较为集中的区域为 2、4、5 号检测点。其中 2 号、5 号检测点位于检测样板的同侧区域，且均在右侧区域；4 号、5 号检测点位于检测样板的同侧区域，且均在下方区域。同时，对单块检测样板内部各检测之间的色差（Δ E＊）进行比对，发现 2 号检测点与 3、4、5 号检测点之间的色差（Δ E＊）问题较为集中。

以上情况与外立面直观的视觉色差保持一致，因此，研究认为针对建筑玻璃色差检测，不仅应考虑色差结果，同时应该考虑明度、色品指数。明度、色品指数虽然是过程量，但其偏差直接反映了检测点之间的颜色区别。

3 关于建筑玻璃颜色均匀性检测的考虑

根据实际项目的试验结果，可以确认依据国家标准所获得的试验数据（色差 Δ E＊）基本验证了实际视觉感官的差异，但对于色差 Δ E＊值≤2.5 的情况，应重点考虑明度、色品指数的绝对值偏差。因为从空间角度而言，两个色彩空间坐标点间距即使在规定范围内，但在明度或色品指数坐标存在单向较大偏差情况下，仍可能会造成明显的视觉色彩偏差。

在我国现阶段城市建设发展中，建筑幕墙占据了相当的比例，其中又以玻璃幕墙为主要形式，所以建筑玻璃外观颜色均匀性是否一致对单体建筑、区域规划效果有着非常重要的意义。因此，关于建筑玻璃颜色均匀性的试验方法，建议在现行国家标准规定的检测方法基础之上，可以考虑除两检测点空间坐标系直线距离外，同步增加对明度 ∆L＊、色品指数 ∆a＊、∆b＊ 的绝对差值的考量（例如：增加两个色彩空间坐标点之间 ∆L＊、∆a＊、∆b＊ 差值的绝对值上限），减少个别情况下，虽然色差值计算结果符合要求，但明度、色品指数存在极端差值仍对实际视觉感官造成影响。