建筑玻璃幕墻反射光對(duì)城市道路的影響

毛鶴群, 王 帆, 徐桂茹, 管麗波

(中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

當(dāng)前玻璃幕墻在我國(guó)北京、上海、廣州和深圳等大中型城市的建筑物中得到廣泛應(yīng)用，在提升市容市貌的同時(shí)，也帶來(lái)一定的光污染。玻璃幕墻帶來(lái)的光污染是指涂膜玻璃或鍍膜玻璃在遇到直射日光和天空光照射時(shí)，由于玻璃的鏡面反射(即正反射)作用而產(chǎn)生的反射眩光[1]。

光污染會(huì)引發(fā)交通事故。道路兩旁建筑物上的玻璃幕墻在陽(yáng)光的照射下產(chǎn)生的反射光進(jìn)入地面高速行駛的汽車(chē)內(nèi)，會(huì)造成司機(jī)暫時(shí)性失明并產(chǎn)生視力錯(cuò)覺(jué)，同時(shí)伴有頭暈?zāi)垦?，給行人和其他車(chē)輛的安全造成嚴(yán)重威脅[2]。

為控制建筑玻璃幕墻的反射光影響，上海市于2015年12月下發(fā)《上海市環(huán)境保護(hù)局關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范開(kāi)展建筑玻璃幕墻光反射影響論證工作的通知》(滬環(huán)保評(píng)2015[522]),針對(duì)反射光影響提出了一套定量化評(píng)價(jià)體系，對(duì)玻璃幕墻光反射評(píng)價(jià)和建筑幕墻優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。本文以該評(píng)價(jià)體系為基礎(chǔ)，對(duì)影響道路光反射的建筑設(shè)計(jì)因素進(jìn)行定量分析，并提出優(yōu)化建議。

1 道路光反射影響評(píng)價(jià)體系

為評(píng)價(jià)幕墻反射光對(duì)市政道路的影響程度，主要判斷市政道路上的人員是否會(huì)受到眩光的影響。眩光是人的視野范圍內(nèi)由于亮度分布或光照范圍不適宜,在空間上或時(shí)間上存在極端的亮度對(duì)比，造成視覺(jué)機(jī)能下降的強(qiáng)光。隨著視場(chǎng)亮度的提高，眩光產(chǎn)生，司機(jī)開(kāi)始有不舒適的感覺(jué)，但不會(huì)影響其視覺(jué)功能；隨著視場(chǎng)亮度的進(jìn)一步提高，不舒適感逐漸增強(qiáng)并伴有視覺(jué)功能下降，這時(shí)既有不舒適眩光產(chǎn)生，又有失能眩光產(chǎn)生；隨著視場(chǎng)亮度繼續(xù)提高，視覺(jué)功能將受到嚴(yán)重影響，甚至發(fā)生暫時(shí)性失明，這時(shí)無(wú)舒適可言[3]。當(dāng)司機(jī)受到強(qiáng)光直射時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)失能眩光。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

滬環(huán)保評(píng)2015[522]給出的城市道路的光反射影響評(píng)價(jià)指標(biāo)為反射光亮度B和反射光入射角θ[4]。

1) 反射光亮度的計(jì)算式為

B=ρE/π

(1)

(2)

式(1)和式(2)中：B為反射光亮度，cd/m2；E為太陽(yáng)光直射法線照度，lx；ρ為室外可見(jiàn)光反射率；π為圓周率；h0為太陽(yáng)高度角。

2) 反射光入射角也稱(chēng)“眩光角”，是指經(jīng)玻璃幕墻反射的太陽(yáng)光線(簡(jiǎn)稱(chēng)“反射光”)與人眼水平視線(受照立面的法線)之間的夾角。反射光入射角的確定有2種途徑，即：通過(guò)預(yù)測(cè)得到的空間透視圖直接量取；采用公式計(jì)算。若反射光平行直線的方向向量為L(zhǎng)=(m，n，p)，受照立面的法線向量為N=(A，B，C)，則反射光入射角θ的計(jì)算式為

(3)

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算敏感目標(biāo)處的反射光入射角(θ)和反射光亮度(B)，將城市道路的受影響程度分為“眩光影響”和“無(wú)眩光影響”，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[4]。

表1 敏感目標(biāo)光反射影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 光反射影響因素

2.1 幕墻玻璃平面造型的影響

為提高建筑的美觀性，有時(shí)會(huì)將建筑幕墻設(shè)計(jì)成弧形(較常見(jiàn)的是圓弧轉(zhuǎn)角)，有些建筑用平板玻璃拼接完成，有些則用弧形玻璃拼接完成。本文以矩形建筑、平板拼接圓角的矩形建筑和弧形拼接圓角的矩形建筑為研究對(duì)象(見(jiàn)圖1)，分析幕墻玻璃平面造型對(duì)周邊道路的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2和表2。由圖2和表2可知：矩形建筑對(duì)道路的反射光均來(lái)自于同一個(gè)方向，因此僅自西向東行駛的汽車(chē)會(huì)受到反射光的影響，反射光入射角為37°；平板拼接圓角的矩形建筑產(chǎn)生的反射光在圓角部位形成多處方向不同且間斷的反射光線，道路上自西向東行駛的汽車(chē)和自東向西行駛的汽車(chē)均會(huì)受到反射光的影響，反射光入射角的范圍分別為37°～81°和40°～69°；弧形拼接圓角的矩形建筑產(chǎn)生大片連續(xù)的反射光區(qū)域，道路上自西向東行駛的汽車(chē)和自東向西行駛的汽車(chē)均會(huì)受到反射光的影響，反射光入射角的范圍分別為32°～90°和21°～90°。

2.2 幕墻玻璃豎向傾角的影響

幕墻玻璃前傾或后倒一定的角度均會(huì)對(duì)反射結(jié)果產(chǎn)生影響。本文對(duì)前傾幕墻(幕墻1)、豎直幕墻(幕墻2)和后倒幕墻(幕墻3)對(duì)市政道路的影響進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4和表3。由圖3、圖4和表3可知：前傾幕墻的反射光影響范圍最小，后倒幕墻的反射光影響范圍最大；當(dāng)豎直幕墻產(chǎn)生的反射光對(duì)市政道路的入射角范圍為15°～30°時(shí)，前傾幕墻反射光的入射角范圍為34°～48°，后倒幕墻反射光的入射角范圍為12°～16°。根據(jù)滬環(huán)保評(píng)2015[522]號(hào)文的評(píng)價(jià)體系，后倒幕墻會(huì)對(duì)市政道路產(chǎn)生眩光影響，危及駕駛員的安全。

a) 矩形建筑

b) 平板拼接圓角的矩形建筑

c) 弧形拼接圓角的矩形建筑

a) 矩形建筑

b) 平板拼接圓角的矩形建筑

c) 弧形拼接圓角的矩形建筑

道路名稱(chēng)行車(chē)方向影響時(shí)間反射光入射角θ/(°)反射光亮度/(cd/m2)影響程度市政道路1市政道路2市政道路3自東向西無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)自西向東08:0037°1976無(wú)眩光影響自東向西08:0040°～69°1976無(wú)眩光影響自西向東08:0037°～81°1976無(wú)眩光影響自東向西08:0021°～90°1976無(wú)眩光影響自西向東08:0032°～90°1976無(wú)眩光影響

a) 幕墻1

b) 幕墻2

c) 幕墻3

a) 幕墻1

b) 幕墻2

c) 幕墻3

道路名稱(chēng)行車(chē)方向影響時(shí)段影響時(shí)間/min反射光入射角θ/(°)亮度/(cd/m2)影響程度市政道路1自東向西07:00—08:006034～482367～3874無(wú)眩光影響市政道路2自東向西07:00—08:006015～302367～3874無(wú)眩光影響市政道路3自東向西07:33—07:521912～153366～3743有眩光影響07:53—08:00715～163760～3874無(wú)眩光影響

2.3 玻璃反射率的影響

建筑玻璃幕墻反射光亮度與室外可見(jiàn)光反射率成正比。表3中產(chǎn)生眩光影響的反射光亮度范圍為3 366～3 743 cd/m2，此時(shí)采用的是反射率為15%的玻璃。從理論上來(lái)說(shuō)，若要消除該眩光的影響，可采用反射率為6%的玻璃，將反射光亮度控制在1 500 cd/m2以下。

3 優(yōu)化建議

3.1 建筑平面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由上述分析可知，建筑平面的朝向越多，反射光的影響范圍越大，采用弧形玻璃更會(huì)產(chǎn)生大面積的影響區(qū)域。因此，在設(shè)計(jì)建筑平面時(shí)應(yīng)盡量避免采用弧形設(shè)計(jì)，若無(wú)法避免，建議采用平板拼接的形式替代直接使用弧形玻璃的形式。通過(guò)該優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效減小道路上受反射光影響的區(qū)域并能使反射光入射角變大，從而降低對(duì)道路交通的影響。

3.2 建筑立面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由上述分析可知，相比豎直幕墻，前傾幕墻可縮小反射光的影響范圍并增大反射光入射角，而后倒幕墻可擴(kuò)大反射光的影響范圍并減小反射光入射角。因此，在設(shè)計(jì)建筑立面時(shí)應(yīng)盡量避免采用后倒幕墻，若無(wú)法避免，建議采用鋸齒遞推，將后倒幕墻轉(zhuǎn)化為數(shù)個(gè)豎直幕墻。在綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性的基礎(chǔ)上，建議采用前傾幕墻來(lái)降低光反射的影響。

3.3 玻璃室外可見(jiàn)光反射率的優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前我國(guó)規(guī)定幕墻玻璃的室外可見(jiàn)光反射率≤30%，上海市規(guī)定幕墻玻璃的室外可見(jiàn)光反射率小于等于15%[5-6]。從理論上來(lái)說(shuō)，玻璃室外可見(jiàn)光反射率越低,光反射的影響越小。然而在實(shí)際中，玻璃室外可見(jiàn)光反射率受到建筑節(jié)能、采光、造價(jià)和現(xiàn)有玻璃制造技術(shù)的制約，并不能無(wú)限制地小。目前上海市普遍采用的最低幕墻玻璃可見(jiàn)光反射率為7%。

3.4 外遮陽(yáng)設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在對(duì)敏感建筑或敏感道路產(chǎn)生影響的玻璃幕墻位置處設(shè)置外遮陽(yáng)裝置，可有效遮擋太陽(yáng)入射光和反射光，降低玻璃幕墻反射光對(duì)周邊環(huán)境的影響。目前外遮陽(yáng)裝置有固定式和電動(dòng)活動(dòng)式2種，其中：固定式外遮陽(yáng)裝置的角度不能調(diào)整；電動(dòng)活動(dòng)式外遮陽(yáng)裝置的百葉轉(zhuǎn)動(dòng)角度可定時(shí)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)較為精細(xì)的調(diào)光和遮陽(yáng)，為玻璃幕墻外遮陽(yáng)的主流形式。圖5為玻璃幕墻電動(dòng)外遮陽(yáng)裝置外景和設(shè)計(jì)示意。

a) 外景

b) 設(shè)計(jì)示意

圖5 玻璃幕墻電動(dòng)外遮陽(yáng)裝置外景和設(shè)計(jì)示意

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著人們對(duì)生活環(huán)境和生命財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注，建筑光污染問(wèn)題必須得到充分重視[7]。本文通過(guò)對(duì)影響道路光反射的各因素進(jìn)行定量分析，探討了采用何種建筑設(shè)計(jì)形式能更好地降低幕墻反射光對(duì)道路的影響，并對(duì)建筑幕墻設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化建議，對(duì)改善道路行駛環(huán)境、提高車(chē)輛行駛的安全性具有積極作用。