城市CBD地區(qū)建筑幕墻光污染評(píng)價(jià)方法研究
——以北京CBD核心區(qū)Z15地塊項(xiàng)目為例

王 寧，榮浩磊

(北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100085)

城市CBD地區(qū)建筑幕墻光污染評(píng)價(jià)方法研究
——以北京CBD核心區(qū)Z15地塊項(xiàng)目為例

王 寧，榮浩磊

(北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京 100085)

本文通過(guò)對(duì)北京CBD核心區(qū)Z15地塊(中國(guó)尊)項(xiàng)目玻璃幕墻光污染的影響評(píng)價(jià)實(shí)踐，闡述了采用計(jì)算機(jī)對(duì)建筑玻璃幕墻光污染影響狀況進(jìn)行模擬的方法和步驟，提出了控制玻璃幕墻光污染影響的原則，并對(duì)如何避免和減少光玻璃幕墻光污染提出了建議。

玻璃幕墻；光污染；計(jì)算機(jī)模擬

引言

玻璃幕墻技術(shù)因其突出的優(yōu)勢(shì)在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛。但是，玻璃幕墻在改變城市面貌的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題。其中，玻璃幕墻在白天產(chǎn)生的有害反射光成為一個(gè)較突出的問(wèn)題。玻璃幕墻產(chǎn)生的有害光反射，是指高層建筑的幕墻上采用了涂膜玻璃或鍍膜玻璃，當(dāng)直射日光和天空光照射到玻璃表面時(shí)由于玻璃的鏡面反射而產(chǎn)生的反射眩光。

圖1 玻璃幕墻光污染對(duì)住戶(hù)的影響(a)和對(duì)汽車(chē)駕駛員的影響(b)Fig.1 Light pollution from Glass curtain wall impact households (a); the impact on drivers (b)

圖2 倫敦“芬喬奇街20號(hào)”大樓產(chǎn)生的光污染Fig.2 The light pollution from 20th Fenchurch Street building in London

一方面，玻璃幕墻的光污染對(duì)周?chē)ㄖ氖褂萌巳簳?huì)造成不利影響，影響人的生理心理健康，影響正常的工作和生活，見(jiàn)圖1(a)；另一方面，玻璃幕墻產(chǎn)生的光污染，會(huì)對(duì)周?chē)缆返钠?chē)駕駛員產(chǎn)生嚴(yán)重的眩光，可能會(huì)因此造成交通事故，見(jiàn)圖1(b)。更有甚者，玻璃幕墻的光污染還能導(dǎo)致汽車(chē)灼燒等事故發(fā)生，見(jiàn)圖2。玻璃幕墻光污染的危害日益受到公眾的關(guān)注，作為城市規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，只有掌握科學(xué)有效地評(píng)價(jià)方法，才能在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段將光污染的影響程度降低到最小。

1 項(xiàng)目概況

北京市朝陽(yáng)區(qū)CBD核心區(qū)Z15地塊(以下均稱(chēng)中國(guó)尊)項(xiàng)目，東至金和東路，南與規(guī)劃中的文藝中心地塊毗鄰，西至金和路，北至光華路。占地面積1.147 8公頃，集甲級(jí)寫(xiě)字樓、會(huì)議、商業(yè)、觀光等功能于一體。項(xiàng)目總建筑面積共43.7萬(wàn)m2，地上108層，35萬(wàn)m2；地下6層(不含地下一層局部夾層)，8.7萬(wàn)m2，并與CBD核心區(qū)其它地塊相連。建筑高度528 m，結(jié)構(gòu)形式為核心筒、巨柱、巨型斜撐和帶狀桁架組成的混合結(jié)構(gòu)。

圖3 CBD核心區(qū)Z15地塊項(xiàng)目效果圖Fig.3 The rendering of Z15 Tower project in Beijing CBD core area

2013年初，中信集團(tuán)為了評(píng)估中國(guó)尊項(xiàng)目建筑方案的玻璃幕墻對(duì)周?chē)ㄖ赡墚a(chǎn)生的光污染影響，由北京市建筑設(shè)計(jì)研究院作為設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)單位，委托北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院光環(huán)境研究所和中國(guó)建筑科學(xué)研究院作為本項(xiàng)目光污染影響評(píng)價(jià)咨詢(xún)顧問(wèn)服務(wù)單位。

2 評(píng)估依據(jù)

我國(guó)對(duì)于建筑玻璃幕墻光污染的影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一和規(guī)范，上海、廣州等地均有各自的地方標(biāo)準(zhǔn)且判定標(biāo)準(zhǔn)不一，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 18091—2015《玻璃幕墻光熱性能》(以下均稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn))，目前標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布實(shí)施。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：玻璃幕墻的有害反射光，是指對(duì)人造成視覺(jué)累積損害或干擾的玻璃幕墻反射光。判定玻璃幕墻反射光對(duì)建筑使用者構(gòu)成光污染有兩個(gè)必要條件：①反射光與水平面夾角在0°～45°的范圍內(nèi)；②玻璃幕墻反射光照射在周邊建筑窗臺(tái)面的連續(xù)滯留時(shí)間超過(guò)30 min。

另外，規(guī)范對(duì)玻璃幕墻的反射比也做了相關(guān)規(guī)定：①玻璃幕墻應(yīng)采用可見(jiàn)光反射比不大于0.30的玻璃；②在城市快速路、主干道、立交橋、高架橋兩側(cè)的建筑物20m以下及一般路段10m以下的玻璃幕墻，應(yīng)采用可見(jiàn)光反射比不大于0.16的玻璃；③在T形路口正對(duì)直線路段處設(shè)置玻璃幕墻時(shí)，產(chǎn)生有害反射光的幕墻部位應(yīng)采用可見(jiàn)光反射比不大于0.16的玻璃。

3 計(jì)算機(jī)模擬分析

3.1 軟件介紹

軟件的主要功能是模擬玻璃幕墻有害反射光對(duì)周?chē)h(huán)境造成的光污染，并對(duì)其影響程度進(jìn)行分析。軟件包含以下功能：①計(jì)算玻璃幕墻反射光在周?chē)ㄖ砻娴臏魰r(shí)間；②描繪玻璃幕墻反射光對(duì)受影響建筑的影響區(qū)域，記錄與水平面夾角；③玻璃幕墻對(duì)道路行車(chē)安全的影響評(píng)價(jià)。軟件可應(yīng)用于以下一些方面：對(duì)玻璃幕墻建筑設(shè)計(jì)方案審核時(shí),評(píng)價(jià)玻璃幕墻有害反射光的影響。計(jì)算玻璃幕墻有害反射光在周?chē)h(huán)境滯留的時(shí)間、入射角度、影響的區(qū)域，對(duì)道路安全的影響，輔助設(shè)計(jì)人員對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整。

3.2 確定受影響目標(biāo)

中國(guó)尊周邊建筑以辦公和商業(yè)為主，東北側(cè)有少量多層住宅和酒店式公寓。CBD區(qū)域內(nèi)共計(jì)3條快速路、5條主干路和13條次干路；核心區(qū)內(nèi)，周邊由東三環(huán)輔路、建國(guó)路、針織路及光華路組成，內(nèi)部為城市支路，路網(wǎng)平均間距約180 m。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，重點(diǎn)分析對(duì)象應(yīng)包括住宅、學(xué)校、養(yǎng)老院、醫(yī)院，以及主次干道。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，本項(xiàng)目受影響的重點(diǎn)分析對(duì)象分為居住建筑(現(xiàn)狀)和辦公建筑(規(guī)劃方案)兩類(lèi)，見(jiàn)圖4。

圖4 重點(diǎn)分析對(duì)象分布圖Fig.4 The location of the analysis objects

3.3 分析步驟

本文以地塊2的1#住宅為例，闡述計(jì)算機(jī)分析模擬的過(guò)程。

3.3.1 建模

建模的工作主要分兩部分，一部分是目標(biāo)建筑，即中國(guó)尊，見(jiàn)圖5中國(guó)尊模型；另外一部分是受影響的環(huán)境見(jiàn)圖6，CBD整體模型包括周邊建筑、廣場(chǎng)、道路等。建模的精細(xì)程度對(duì)計(jì)算速度影響較大，一般而言，應(yīng)將玻璃幕墻(見(jiàn)圖7玻璃層模型)和主要構(gòu)造(見(jiàn)圖8格柵層模型)的模型反映出來(lái)。比如固定式外遮陽(yáng)格柵和百葉，其對(duì)光污染分析影響的結(jié)果較大。

圖5 中國(guó)尊模型Fig.5 The model of Z15 Tower

圖6 CBD模型Fig.6 The model of CBD

圖7 玻璃層模型Fig.7 The model of glass layer of Z15 Tower

圖8 格柵層模型Fig.8 The model of grating layer

3.3.2 參數(shù)設(shè)置

首先，設(shè)置幕墻玻璃的反射比，按照設(shè)計(jì)選型參數(shù)如實(shí)填寫(xiě)。

其次，設(shè)置每日的分析時(shí)段,見(jiàn)表1，分析典型日和分析時(shí)段。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，玻璃幕墻反射光對(duì)周邊建筑的影響分析應(yīng)選擇日出后至日落前太陽(yáng)高度角不低于10°的時(shí)段進(jìn)行。

最后，輸入項(xiàng)目所在城市(北京)的地理信息。

3.3.3 影響范圍分析

首先，概括分析目標(biāo)建筑對(duì)周?chē)h(huán)境影響的大致范圍，明確哪些部位所受的光污染影響較大，以便后續(xù)工作有針對(duì)性的展開(kāi)。一般而言，影響范圍?。阂阅繕?biāo)建筑為圓心，目標(biāo)建筑高度5倍距離為半徑的范圍，分析時(shí)間間隔取半小時(shí),見(jiàn)圖9。

表1 分析典型日和分析時(shí)段

影響范圍分析后得到初步結(jié)論：冬至日，中國(guó)尊玻璃幕墻反射光影響范圍集中于中國(guó)尊南向；春(秋)分日,中國(guó)尊玻璃幕墻南向的反射光范圍收縮，往東西兩側(cè)擴(kuò)散；夏至日,中國(guó)尊玻璃幕墻反射光影響范圍集中于中國(guó)尊東西向。

圖9 影響范圍分析圖Fig.9 Influence scope analysis

3.3.4 精確分析和結(jié)論

2號(hào)地塊的1#建筑為多層住宅(見(jiàn)圖10)，為現(xiàn)狀建筑，通過(guò)對(duì)建筑實(shí)地調(diào)研和測(cè)繪，得到建筑準(zhǔn)確的南立面，在此基礎(chǔ)上對(duì)1#住宅進(jìn)行詳細(xì)的建模。根據(jù)影響范圍分析的初步結(jié)論，選擇受影響較大的具體目標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)分析。分析深度應(yīng)精確到窗戶(hù)，分析間隔為一分鐘。

圖10 1#樓現(xiàn)狀照片F(xiàn)ig.10 The photo of 1# building

計(jì)算結(jié)果顯示，2#地塊1#住宅窗位反射光與水平視線的夾角雖然>45°和≤45°兩種情況都存在，但反射光的連續(xù)滯留時(shí)間均小于30min，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18091—2015《玻璃幕墻光熱性能》的相關(guān)要求，見(jiàn)表2。

表2 1#住宅5層窗戶(hù)受反射光影響情況匯總表

注：①限于篇幅原因，此處僅展示第5層的影響結(jié)果 ②同一建筑的不同窗戶(hù)在同一天的不同時(shí)段，反射光可以出現(xiàn)>45°和≤45°兩種情況

4 建議

那么采取怎么的措施能減少玻璃幕墻的光污染呢？筆者認(rèn)為，這是一個(gè)系統(tǒng)性的問(wèn)題，應(yīng)多部門(mén)多角色介入，建議從以下三個(gè)方面共同解決。

1)城市規(guī)劃。城市規(guī)劃管理部門(mén)要從宏觀上對(duì)使用玻璃幕墻進(jìn)行控制，要從環(huán)境、氣候、功能和規(guī)劃要求出發(fā)，實(shí)施總量控制和管理。建設(shè)玻璃幕墻應(yīng)綜合考慮，如在居住建筑和學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓等公共建筑附近，不宜任意設(shè)計(jì)玻璃幕墻，要慎重考慮玻璃幕墻引起的光污染問(wèn)題。

2)建筑設(shè)計(jì)。不能單純地追求建筑形式美，無(wú)節(jié)制的設(shè)計(jì)玻璃幕墻。應(yīng)該綜合考慮功能、環(huán)境、美學(xué)等因素，在不對(duì)周?chē)h(huán)境造成光污染的前提下，適當(dāng)選用玻璃幕墻；另外，可結(jié)合建筑外遮陽(yáng)構(gòu)造，設(shè)置遮擋構(gòu)件，盡量不用或少用鍍膜玻璃、高反射比玻璃，以盡量減小玻璃幕墻的反射光的不利影響。

3)環(huán)境設(shè)計(jì)。假如玻璃幕墻光反射不可避免，那么在進(jìn)行環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，可盡量借助地形地貌、植被和周?chē)ㄖ?lái)發(fā)揮遮擋和吸收作用，減弱玻璃幕墻反射光對(duì)周?chē)h(huán)境的不利影響。

5 結(jié)語(yǔ)

玻璃幕墻光污染的問(wèn)題日益突出，規(guī)劃部門(mén)、城市管理部門(mén)、建設(shè)單位以及建筑設(shè)計(jì)單位都應(yīng)該對(duì)此引起重視。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，利用相應(yīng)技術(shù)方法對(duì)設(shè)計(jì)方案的光污染情況進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，盡量降低不利影響；對(duì)于已經(jīng)造成光污染的玻璃幕墻建筑，應(yīng)采取必要的措施進(jìn)行改善。以預(yù)防為主，整治為輔，各部門(mén)通力合作，方可把城市人居環(huán)境建設(shè)的更加美好。筆者希望本文能為設(shè)計(jì)行業(yè)同仁在建筑玻璃幕墻光污染評(píng)價(jià)方面提供一定參考。

[1] 玻璃幕墻光熱性能：GB/T 18091—2015[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[2] 王詁,羅濤,崔愷，等.玻璃幕墻有害反射光的計(jì)算機(jī)模擬[J].照明工程學(xué)報(bào),2004，15(2)：16.

[3] 林芳慈,張建平,趙燕華.控制玻璃幕墻的有害光反射[J].照明工程學(xué)報(bào),1999, 10( 3 ): 70-73.

[4] 張統(tǒng)生,趙建民.淺談玻璃幕墻建筑[J].中外建筑,1998,(3):12-13.

Study on Evaluation Method of Light Pollution from Building Glass Curtain Wall in CBD ——Taking Z15 Plot Project In Beijing CBD Core Area for Example

WANG Ning，RONG Haolei

(BeijingTsinghuaTonghengUrbanPlanning&DesignInstitute，Beijing100085,China)

Through the practice of the evaluation for light pollution from glass curtain wall of Z15 Tower project in Beijing CBD core area，this paper expounds the methods and steps of modeling light pollution effect from building glass curtain wall by using the computer, puts forward the principle how to control light pollution from glass curtain wall, and offers suggestions to avoid and reduce light pollution in further design.

glass curtain wall; light pollution; computer simulation

TU113.3

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.01.013