OBD三維照明設(shè)計(jì)研究

李鏨 章永志 楊柳

摘要：隨著國內(nèi)三維設(shè)計(jì)的逐步推廣，設(shè)計(jì)軟件逐漸趨于完善，對(duì)電力三維設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)苛。同時(shí)，國際市場逐步擴(kuò)大，工廠業(yè)主除了要求提供負(fù)荷計(jì)算書外，還需提供廠區(qū)和建筑物照度計(jì)算報(bào)告，以確定燈具布置的合理性。傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)中依靠典型方案和經(jīng)驗(yàn)值來進(jìn)行燈具布置的方式難以符合業(yè)主對(duì)照度精細(xì)化設(shè)計(jì)的需求。本文詳細(xì)介紹了采用Bentley軟件Open Building Designer（簡稱OBD）進(jìn)行三維照明設(shè)計(jì)的流程，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測驗(yàn)證其設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并結(jié)合實(shí)際工程體現(xiàn)三維照明的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。希望通過本篇文章形成高效一體的照明設(shè)計(jì)數(shù)字化解決方案，共同為工程數(shù)字化工作添磚加瓦。

關(guān)鍵詞：Open Building Designer；照明設(shè)協(xié)同設(shè)計(jì)；三維設(shè)計(jì)；照度計(jì)算

1 項(xiàng)目研究背景

本項(xiàng)目研究背景有兩個(gè)。一方面，業(yè)主需求的日益提高。以往燈具布置以及選型均根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，容易出現(xiàn)各類問題，包括照明過爆、電壓不穩(wěn)定、有眩光產(chǎn)生等。近年來，在我國電力工程逐步擴(kuò)大的海外業(yè)務(wù)中，工廠業(yè)主對(duì)照明布置一直就有嚴(yán)格的要求，需要設(shè)計(jì)人員提供照明設(shè)計(jì)方案以及數(shù)據(jù)報(bào)告。對(duì)于照明本身，隨著照明光源和燈具的不斷發(fā)展更新，工廠對(duì)照明質(zhì)量的要求也有所提高，以往的設(shè)備和規(guī)范已很難滿足發(fā)展要求。近些年照明設(shè)施也出現(xiàn)了新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝，而在最新的規(guī)程規(guī)范中也出現(xiàn)了各類新的指標(biāo)，比如統(tǒng)一眩光值、顯示指數(shù)和效能值等。為了更好地滿足市場需求，OBD相比傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)有了更多的改進(jìn)，同時(shí)遵照相關(guān)的規(guī)程、規(guī)范在結(jié)果報(bào)告中也做了很大改變。

另一方面，設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。2018年國家電網(wǎng)公司發(fā)布的585號(hào)文，分別對(duì)輸變電工程三維設(shè)計(jì)初設(shè)、施工圖評(píng)審提出了相關(guān)要求，預(yù)示著今后的各項(xiàng)輸變電工程中必須采用三維設(shè)計(jì)，在《輸變電工程三維設(shè)計(jì)施工圖評(píng)審大綱》中也明確了對(duì)三維照明設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。電力設(shè)計(jì)已經(jīng)逐步邁向三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的新階段，無論從工程設(shè)計(jì)階段的效率、精細(xì)度、數(shù)據(jù)貫通、方案優(yōu)化、設(shè)計(jì)質(zhì)量和管理辦法等，還是從工程后期的資料整理、檢修運(yùn)行方案確定和全場效果圖瀏覽，三維設(shè)計(jì)均能提供很好的效果。在三維設(shè)計(jì)的浪潮下，我們將照明設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)相結(jié)合，各取所長，使其能夠在三維空間內(nèi)直接布置燈具，連接導(dǎo)線，通過與各專業(yè)軟件的集成，完成精確地照明計(jì)算、負(fù)荷計(jì)算以及回路電流計(jì)算。

2 OBD照明設(shè)計(jì)簡介

數(shù)字化設(shè)計(jì)包括信息系統(tǒng)建立、數(shù)字化建模、協(xié)同設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)成果數(shù)字化移交。其成果具有可視化展示、屬性齊全和數(shù)據(jù)完善等優(yōu)點(diǎn)。

OBD全稱Open Building Designer，軟件融合了設(shè)計(jì)自動(dòng)化、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分析接口和各設(shè)計(jì)專業(yè)之間的相互操作性，以及建筑全信息模型等功能，包括配電、照明、火警、通訊、安保系統(tǒng)以及其他建筑配套設(shè)施。

利用Bentley軟件MicroStation作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平臺(tái)，存儲(chǔ)格式為DGN文件，數(shù)據(jù)模型間的相互轉(zhuǎn)換更為便捷，OBD在當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展新時(shí)期提供了高效準(zhǔn)確的照明設(shè)計(jì)方案，同時(shí)三維空間的可視化為成果展示提供支撐。高度自由的平臺(tái)設(shè)計(jì)，使其廣泛適用于各類工程，有效解決各類施工問題。

2.1 參考專業(yè)模型

OBD與其他專業(yè)設(shè)計(jì)軟件共享數(shù)據(jù)，房屋模型、室內(nèi)電氣模型和土建結(jié)構(gòu)等，可直接從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入至OBD（圖1），不僅減少了大量重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)數(shù)據(jù)間的貫通聯(lián)動(dòng)使得修改方便，各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。

2.2 三維燈具布置

在OBD中放置燈具。模型建立初期已賦予了相關(guān)屬性，包括型號(hào)、尺寸和功率等，并保存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，可在設(shè)備目錄中查找，如此一來節(jié)省了大量相同模型的重復(fù)建模時(shí)間。將模型庫內(nèi)的設(shè)備布置在OBD中，設(shè)置模型的高度、旋轉(zhuǎn)角度。由于房屋梁、板和管道等均在三維圖樣中顯示，因此燈具的排列布置若出現(xiàn)碰撞等問題，可以及時(shí)調(diào)整。

為了方便負(fù)荷計(jì)算，OBD提供了線纜連接功能，切換到房屋模型的2D映射模式，在設(shè)備間連接導(dǎo)線。為了模擬真實(shí)的施工情景，導(dǎo)線的長度弧度均可設(shè)置，通過三維模型的可視化展示，可以選擇導(dǎo)線的最優(yōu)連接路徑。設(shè)備模型、導(dǎo)線和開關(guān)等均有對(duì)應(yīng)的屬性標(biāo)注（圖2），為設(shè)計(jì)人員檢查漏洞發(fā)現(xiàn)問題提供便捷。

2.3 導(dǎo)入DIALux

將建模完成的三維模型導(dǎo)入至DIALux中進(jìn)行照度計(jì)算，OBD與專業(yè)照度計(jì)算軟件DIALux開通了數(shù)據(jù)接口（圖3、圖4），使得OBD中的設(shè)備屬性信息在DIALux里同樣適用。在DIALux內(nèi)新建設(shè)計(jì)方案，同時(shí)為方案填寫設(shè)計(jì)人以及保存時(shí)間。利用自身功能將房屋內(nèi)模型貼上相應(yīng)材質(zhì)，材質(zhì)的不同對(duì)照明結(jié)果也有較大的影響，軟件可自動(dòng)搜索燈具信息，按照搜索結(jié)果選擇燈具對(duì)應(yīng)的實(shí)物模型。

DIALux操作過程方便快捷，可廣泛應(yīng)用于各類工程的室內(nèi)照度計(jì)算（圖5）。對(duì)于軟件來說，照度計(jì)算不同于回路電流計(jì)算以及負(fù)荷計(jì)算，照度計(jì)算的輸出結(jié)果繁多，結(jié)果的準(zhǔn)確性關(guān)聯(lián)了很多因素，不僅需要大量的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也需要提供可視化展示用來檢查、美化和優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。OBD與DIALux的數(shù)據(jù)貫通，使得照明設(shè)計(jì)在結(jié)果精確的同時(shí)更加高效，并能提供三維模型展示給人以直觀的了解。

電氣設(shè)備繁亂復(fù)雜，建模規(guī)則各不相同，數(shù)據(jù)的類別也有所差異，因此模型建立以及數(shù)據(jù)對(duì)接工作較為復(fù)雜，目前常見的設(shè)備如燈具、屏柜和桌椅等已基本完成，可滿足幾乎所有配電室的照明設(shè)計(jì)。然而我們的目標(biāo)不僅如此，得益于Bentley軟件共用的SQL Server模型數(shù)據(jù)庫，各專業(yè)間數(shù)據(jù)貫通使得設(shè)備模型可以共用，OBD只需要提供模型屬性的轉(zhuǎn)換接口，有效識(shí)別參考的其他專業(yè)模型，便可為全廠照明提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)報(bào)告。

DIALux可出版PDF格式圖樣，圖樣內(nèi)包含照度、亮度、眩光、光穩(wěn)定性和最終效果圖等照明設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容（圖6～9）。

OBD提出了全新的負(fù)荷計(jì)算以及回路電流計(jì)算解決方案，在三維圖中布置連接導(dǎo)線，軟件直接計(jì)算負(fù)荷結(jié)果，布置計(jì)算出圖一體化。在Bentley開發(fā)的Substation軟件中已經(jīng)用到廠區(qū)負(fù)荷計(jì)算，而照明系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算相對(duì)更加簡單，因此在ABD中得以輕松實(shí)現(xiàn)。

導(dǎo)線的布置是負(fù)荷計(jì)算的要點(diǎn)，以便展示完整的施工圖，同時(shí)這也為室內(nèi)繁雜的導(dǎo)線排列提供了直觀的參考，相比以前純理論的計(jì)算結(jié)果，OBD根據(jù)室內(nèi)實(shí)際情況布置導(dǎo)線燈具會(huì)更有實(shí)用價(jià)值，同時(shí)直觀的室內(nèi)導(dǎo)線布置，也減少施工人員的重復(fù)工作，節(jié)約大量工時(shí)。其操作基本步驟如圖10所示。

3 設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證

3.1 軟件計(jì)算

為了驗(yàn)證照度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，我們?cè)趯?shí)際房屋中做了照度測驗(yàn)，測試對(duì)象為某辦公室。利用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)辦公室空間環(huán)境進(jìn)行建模，經(jīng)測量辦公室?guī)缀纬叽鐬?2.6 m×3.25 m×2.39 m。照明布置方案包括5盞T8高效節(jié)能熒光燈管，每盞燈光通量為2 400 lm，安裝在靠門側(cè)的墻壁上，安裝高度為2.2 m。根據(jù)DIALux軟件范例提示，本辦公室年使用率較低，為相對(duì)干凈的空間，故取燈具維護(hù)系數(shù)為0.8。桌、椅和柜子等家具直接從DIALux自帶的家具庫中拖取?？臻g環(huán)境建立完畢后，在DIALux中插入高度為1.2 m，5行3列共15點(diǎn)的測量網(wǎng)格，網(wǎng)格與房間的相對(duì)位置如圖11所示，通過DIALux計(jì)算可得到網(wǎng)格上15個(gè)測量點(diǎn)的照度計(jì)算模擬值。DIALux軟件所生成的辦公室三維效果圖如圖12所示。

3.2 現(xiàn)場實(shí)測

為了避免外界因素的影響，照度實(shí)測的測量時(shí)間選定為晚上7點(diǎn)半，將室外光源對(duì)房間照度的影響減小到最低。測量時(shí)，利用照度儀（圖13）對(duì)每個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行三次測量，取三次結(jié)果的平均值為照度實(shí)測值。仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)的對(duì)比如表1所示。圖14所示為房間實(shí)際情況，圖15貼標(biāo)簽處為測量點(diǎn)2和3的實(shí)際位置。

3.3 軟件精度分析

由表1數(shù)據(jù)可得，軟件計(jì)算的測量點(diǎn)平均照度與實(shí)測平均照度誤差為4.38%，誤差處于較低范圍內(nèi)，由此可見通過DIALux軟件進(jìn)行的照度計(jì)算，其結(jié)果接近實(shí)際值，完全可用于實(shí)際工程應(yīng)用。

利用DIALux軟件不僅可以進(jìn)行照度計(jì)算，使設(shè)計(jì)人員對(duì)所布置的照明方案的效果有直觀明確的了解，還可以幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化燈具布置，合理選擇燈具數(shù)量，在提升運(yùn)檢人員使用舒適度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

4 工程實(shí)際應(yīng)用

以某工程主控室為研究對(duì)象，該房間幾何尺寸為10.12 m×19.68 m×4.6 m，房間平面布置圖如圖16所示。在DIALux中設(shè)置參數(shù)時(shí)，根據(jù)《DL/T 5930-2007 火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定，主控室的照度維護(hù)系數(shù)設(shè)定為0.7，工作面高度設(shè)定為0.75 m。天花板選擇為標(biāo)準(zhǔn)天花板，反射系數(shù)為70%，墻壁選擇為標(biāo)準(zhǔn)墻壁，反射系數(shù)為50%，地板選擇為標(biāo)準(zhǔn)地板，反射系數(shù)為20%。

4.1 初版照明設(shè)計(jì)方案

方案一：選擇iGuzzini 5096 BOS range ceiling luminaires1x100 W作為直流常明燈，共3盞，其排列如圖17中的1號(hào)燈具；雷士 NDL482/1×36 W T8 電感平蓋支架熒光燈作為屏柜的照明燈具，共27盞，其排列如圖4-2中的2號(hào)燈具所示；雷士NDL483/2×36 W T8 電感平蓋支架熒光燈作為C字形工作臺(tái)的照明燈具，共有4行4列16盞，其排列如圖4-2中的3號(hào)燈具所示。

將初版的燈具排列方案導(dǎo)入到DIALux中，通過計(jì)算，得到方案一的照度計(jì)算報(bào)表如表2、表3所示。

從表2、表3的計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，方案一的照明功率密度為14.28 W/m2高于《DL/T 5930-2007 火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中所規(guī)定的照明功率密度的最大值13 W/m2；平均照度達(dá)到423 lx，也與規(guī)定中所規(guī)定的主控室的照度標(biāo)準(zhǔn)值300lx相差較大，一定程度上造成了電能的浪費(fèi)。

4.2 照明設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

方案二：將3號(hào)燈具減少為4行3列，共12盞，相比方案一減少了4盞雷士NDL483/2×36 W T8 電感平蓋支架熒光燈。其他照明設(shè)備數(shù)量和位置與方案一一致。重新布置后的燈具排列方式如圖18所示。

將方案二的燈具排列方案導(dǎo)入到DIALux中，通過計(jì)算得到照度計(jì)算報(bào)表如表4、表5所示。兩方案的數(shù)據(jù)對(duì)比見表6。

通過對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化燈具排列后，照明功率密度由14.28 W/m2降低到12.54 W/m2，滿足了《DL/T 5930-2007火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中對(duì)照明節(jié)能的要求。平均照度雖然降為360 lx，但仍然符合規(guī)定中對(duì)照度的要求。此外，方案二照度均勻度由0.468升高至0.527，提升了運(yùn)檢人員的照明使用舒適度。

由此可見，照度計(jì)算軟件可作為設(shè)計(jì)人員在照明設(shè)計(jì)時(shí)的輔助，在保證照明質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的目的。

5 結(jié)語

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用以及軟件計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證，總結(jié)出三維照明設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：與其他各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，在三維布置過程中可以相互參考提供相對(duì)位置坐標(biāo)，更加高效；相比傳統(tǒng)的二維圖樣，直觀的三維展示為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供便捷，設(shè)計(jì)人員可及時(shí)修改燈具空間布置；軟件可完美模擬實(shí)際空間狀況，充分考慮了照度結(jié)果的影響因子，輸出結(jié)果準(zhǔn)確，滿足工程需求；OBD作為建筑、結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，通過與各專業(yè)協(xié)同完成的全站照明設(shè)計(jì)，可有效應(yīng)用于眾多行業(yè)。

OBD三維照明設(shè)計(jì)在我院數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)已經(jīng)得到應(yīng)用，在一些典型工程以及海外業(yè)務(wù)中采用OBD進(jìn)行全站的照明布置得到很好的成效，同時(shí)我們也將加大對(duì)OBD的深入探索，以適應(yīng)日益擴(kuò)大的海外工程的需求。