基于建筑表皮技术的玻璃幕墙室内光污染防治方法研究

叶财华

关键词：建筑表皮技术；玻璃幕墙；光污染；绿色建筑；玻璃材料

中图分类号：X122 文献标志码：B

前言

光污染是近年来显现出的一种特殊形式的污染，具体表现为彩光污染、白亮污染、人工白昼三种情况。室内光污染的长期持续出现，会影响日常生活和工作，使得人们表现出视力减退、头晕目眩、情绪低落等症状，从而引发多种疾病，故研究室内光污染防治有重要意义。

文献[3]利用现代化技术标准和软件工具，对室内光污染进行量化评估，明确光污染防治力度，以加强玻璃幕墙光反射为核心，建立对应的光污染防治措施，但该方法应用成本较高。文献[4]从工程施工的全周期管理角度人手，了解各个建设阶段中影响光污染的因素，分别提出对应的光污染防治策略，但该方法应用局限性较大。文献[5]从工程建设区域的环境特点人手，分析玻璃幕墙室内光污染现状，并得到光污染量化评价结果，建立包含各个建设环节的光污染防治标准体系，但该方法防治效果较差。

为了取得更好的玻璃幕墙室内光污染防治效果，研究应用建筑表皮技术，从玻璃幕墙表面材料和构造入手，对室内光污染问题进行处理。

1运用建筑表皮技术设计玻璃幕墙室内光污染防治方法

1.1设计建筑表皮生成算法

针对建筑表皮进行光污染防治时，采用参数化设计领域中的周期性镶嵌思想，在平面或空间范围内使得多个单元体组合起来，得到玻璃幕墙建筑表皮。采用最常见的正多边形镶嵌方式，将每个正多边形看作一个镶嵌单元，所有正多边形合理排布起来，使得所有镶嵌顶点处的内角和为360°。此次操作过程中，正多边形镶嵌的数学表达式为式（1）：

式（1）～式（3）中，r表示正多边形镶嵌的内角，a表示正多边形的边数，m表示参与镶嵌的正多边形数量，i表示正多边形。

获取周期镶嵌图形时需先找到一个多边形作为底，找到每条边中点充当基点，设置固定夹角后，从基点引出两条轴对称的射线，如图1（a）和图1（b）所示。提取所有射线的交点并连接，组成图1（c）所示的镶嵌图。按照合理的排列方式，将数个多边形组合起来，得到玻璃幕墙建筑表皮生成结果，见图1（d）和图1（e）。

1.2计算玻璃幕墙室内光污染程度

通过建筑表皮生成算法，得到玻璃幕墙参数模型，并考虑日常的光污染形式，模拟白天光污染溢散与反射过程，见图2。

如图2所示，白天太阳光线照射到玻璃幕墙表面，部分光线会反射到大气环境中，另一部分光线则会被吸收转移到室内，形成室内光污染情况。此过程中存在光线吸收和光线散射情况，使得入射光线出现衰减，具体的衰减情况如式（4）。

1.3提出基于建筑表皮的光污染防治技术

为了更好地避免光污染情况，以可见光透射比为衡量指标，选用低辐射镀膜玻璃等光透射比较高、光反射比较低的玻璃材料，搭建玻璃幕墙建筑表面结构。将整个玻璃幕墙建设为双层结构，在内外两层低辐射镀膜玻璃中间添加一个空气间层。选用均匀扩散的漫反射材料装饰玻璃材料，保持建筑表面整体的光反射率低于0.12。

针对玻璃幕墙建筑表面进行光污染防治处理时，应用均匀扩散漫反射的材料制作遮阳分隔构件，将按照垂直或水平的形式安装到玻璃幕墙建筑表面，并利用突出的遮阳构件阻挡直射到建筑表面的光线。

2实验

2.1工程概况

此次选择的文化艺术中心建筑整体外观为钻石形，鲜明地体现了该区域的地标性特点。该项目作为重点城建项目，总建设面积达到了85509m²，包括地上7层和地下1层。该建筑的钻石型外观是由上万吨重的钢骨架组成的，其中存在89根钢结构主构件、576根次构件和26个铸钢节点，表面由玻璃幕墙构成。玻璃幕墙施工参数如下：三角形单面体数量为64个，最大面面积为1231m²，最小面面积为120m²，最大三角形玻璃板块面积为3.08m²，最小三角形玻璃板块面积为0.3m²。

为了更好地观察光污染防治效果，分别选定四个同一高度的面，分别采用常规方法施工、文献[3]提出防治方法、文献[4]提出防治方法、文章设计防治方法进行施工，在这四个区域的玻璃幕墙建设完成后，分别测量室内照度，基于此观察室内光污染防治情况。

2.2光污染防治方案

以低辐射镀膜玻璃、普通玻璃、镀金玻璃和镀镍玻璃为例，观察其在不同波长光线下的可见光透射比，结果见图3。

根据图3可知，低辐射镀膜玻璃的可见光透射比始终高于80%，满足光污染治理要求，选定该材料作为玻璃幕墙的基础材料。而后，选择漫反射材料，将其装饰到低辐射镀膜玻璃材料的表面，得到装饰后的玻璃材料。应用装饰后的材料搭建玻璃幕墙后，在材料表面安装突出的遮阳分隔构件，完成玻璃幕墙整体施工。

2.3室内光污染防治效果分析

采用不同方法完成四个实验区域的玻璃幕墙施工后，选择一个晴朗的白天，测量室内光环境，得到不同光污染防治方法应用后玻璃幕墙室内照度分布情况，见图4。

从图4可以明显看出，所提光污染防治方法应用后室内照度明显低于其他两种防治方法，更低于光污染防治处理前玻璃幕墙的室内照度。而在汇总室内照度数据后，找到室内照度最大值、最小值统计结果，见图5。

根据图5可知，基于建筑表皮技术的室内光污染防治方法应用后，玻璃幕墙的室内照度最大值仅为3012.35 lx，此时其他三种方法施工后的玻璃幕墙室内照度最大值分别为3944.19 lx、3559.21 lx、3308.64 lx。说明上文研究内容更好地处理了文化艺术中心建筑内的光污染问题。

3结束语

随着人们对光污染问题越来越受到关注，如何实现玻璃幕墙室内光污染防治成为日益突出的问题。对此，运用建筑表皮技术设计一种新型光污染防治方法，从玻璃幕墙的表面入手，针对玻璃材料筛选、材料装饰和遮阳构件安装等方面，开展光污染防治工作，从源头上消除光污染，提升玻璃幕墙室内场所的环境质量。以某文化艺术中心建筑作为研究对象，将所提方法应用于施工过程中展开实验，得到的结果为玻璃幕墙室内照度最大值仅为3012.35 lx，明显优于其他对比方法，证实了所提方法的应用有效性。