基于DIALux evo室內(nèi)裝飾與燈光照明設(shè)計(jì)

張利欽，張俊彥，袁 莉，張 晶，楊 麗

（石家莊學(xué)院 機(jī)電學(xué)院，河北 石家莊 050035）

0 引言

自19世紀(jì)初，英國(guó)化學(xué)家發(fā)明碳質(zhì)燈絲的弧光燈開(kāi)始，人們就在照明光源上不斷地尋求和摸索.現(xiàn)如今，隨著科技的高速發(fā)展，光源和燈具的種類越來(lái)越多，也趨于智能化控制.照明單純地滿足人們?nèi)粘５氖覂?nèi)活動(dòng)已經(jīng)不是目的，有更高的生活質(zhì)量及健康要求，室內(nèi)光環(huán)境不僅影響人們的視覺(jué)效應(yīng)，還影響著人們的心理和生理健康.室內(nèi)燈光的設(shè)計(jì)就像魔術(shù)師手中的手電筒，改變光源燈具光通量和配光方式，給室內(nèi)家具帶來(lái)不同的裝飾效果和視覺(jué)美感，添加藝術(shù)效果和生活情趣[1].光源燈具照明方式的設(shè)計(jì)是室內(nèi)燈光設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié).

1 照明的分類

在照明設(shè)計(jì)中，主要的照明方式有自然照明和人工照明，利用太陽(yáng)光的天然照明稱為自然照明，也是最倡導(dǎo)的綠色照明，所以在照明設(shè)計(jì)中要充分利用自然采光，自然照明主要借助于窗戶，所以在室內(nèi)的照度效果和建筑物窗戶的大小、玻璃材質(zhì)等有很大的關(guān)系.自然光的顯色指數(shù)是最高的，自然光下室內(nèi)家具設(shè)施等不會(huì)出現(xiàn)色差問(wèn)題，使人感到身心愉悅.但是自然光變化規(guī)律是不可人為控制的，無(wú)法靈活運(yùn)用使之產(chǎn)生想要的設(shè)計(jì)效果，也只能作為基礎(chǔ)照明.

人工照明是室內(nèi)照明的重要手段，不受自然規(guī)律的影響，具有穩(wěn)定性、光源色彩豐富便于組合裝飾和方便控制調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用最為廣泛的一種照明方式[2].隨著技術(shù)高速發(fā)展，新產(chǎn)品新材料如鈣鈦礦LED、無(wú)熒光粉半極化LED、磷光LED等不斷出現(xiàn)，不同的光控模式、不同的光生物特效為室內(nèi)照明設(shè)計(jì)帶來(lái)了前所未有的變革，在滿足傳統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的照度、眩光、頻閃、色差等指標(biāo)下，可以根據(jù)使用者的喜好和房間的功能選擇不同的光源，利用光影藝術(shù)充分對(duì)光源進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，現(xiàn)實(shí)意義十分重大.

2 光源燈具的選擇

2.1 光源

室內(nèi)照明在滿足基本需求的前提下，更重要的是巧妙地利用照明光源光線變化打造整個(gè)空間的不同情感內(nèi)涵，勾勒烘托出藝術(shù)效果.光源在選擇時(shí)要充分考慮光源的色溫和顯色性能，不同色溫產(chǎn)生的光色感覺(jué)不同，當(dāng)色溫大于5500 K時(shí)，光源發(fā)出藍(lán)白色光，屬于冷色調(diào)，給人寒冷清涼的感覺(jué)，多用于高照度水平加工車間等場(chǎng)所；照度在3300～5500 K時(shí)，為中間色，光色較白，適用于辦公、教室、書房等場(chǎng)所；色溫在3300 K以下，稱為低色溫光源，呈現(xiàn)出紅色或橙黃色色調(diào)，給人親切、溫暖、舒適溫馨的感覺(jué)[3].根據(jù)光源色溫高低產(chǎn)生效果的冷暖之分，再配合室內(nèi)的設(shè)計(jì)整體裝飾風(fēng)格來(lái)塑造不同的氣氛.通常室內(nèi)家居設(shè)計(jì)光源主要選擇低色溫光源，不同色溫下的室內(nèi)照射效果如圖1所示.

圖1 不同色溫下效果圖

光源的顯色性是設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)，用顯色指數(shù)（CRI）來(lái)反映，CRI越高，照射下物體的顏色越真實(shí).太陽(yáng)光下，CRI達(dá)到最高值100，所以自然光下物體顏色最真實(shí).通常光源的CRI都是小于100的，當(dāng)CRI在80以上時(shí)，人們看的物體顏色比較真實(shí).當(dāng)?shù)陀谠撝禃r(shí)，物體顏色就會(huì)扭曲.家居室內(nèi)設(shè)計(jì)通?？紤]選擇較高的CRI，目前CRI比較高的光源有白熾燈、熒光燈、射燈、筒燈等，光源適合場(chǎng)所和空間如表1所示.

表1 家居光源場(chǎng)所及照明方式

2.2 燈具

燈具是能透光分配和改變光源分布的器具，不僅僅用于固定和保護(hù)光源所需，在照明設(shè)計(jì)中起到一個(gè)固定光源的作用[4]，另外還有強(qiáng)烈的裝飾效果.在燈具選擇時(shí)要注重實(shí)用性和裝飾性的有機(jī)結(jié)合，首先保證安全可靠、使用方便，正常照明不引起不良生理和心理反應(yīng).其次考慮燈具的材質(zhì)、色彩、造型和周圍家具裝飾的環(huán)境協(xié)調(diào)、風(fēng)格意境統(tǒng)一.照明燈具的選擇對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)能夠起到很好的錦上添花、畫龍點(diǎn)睛的作用[5].

在設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)先選用配光合理、光效髙、壽命長(zhǎng)的燈具，一般生產(chǎn)車間、辦公室和公共建筑多采用半直接型或均勻漫射型燈具，從而獲得舒適的視覺(jué)效果.在正常工作環(huán)境中，宜選用開(kāi)啟型燈具，潮濕房間內(nèi)選用有防水燈頭燈具.室內(nèi)燈具的懸掛高度不宜過(guò)高，通常在2.8～3 m，太高不能滿足工作面上的照度要求且維修不便.也不宜過(guò)低，低于2.4 m時(shí)要采取安全電壓或其他特殊處理，同時(shí)，過(guò)低則容易碰撞造成人身傷害，同時(shí)還會(huì)降低人的視力、產(chǎn)生眩光，影響照明質(zhì)量.

燈具的布置包括均勻布置和選擇性布置，均勻布置時(shí)，燈具的距離L與燈具在工作面上的懸掛高度H之比（L/H）有一定要求，通常情況下，每個(gè)燈具都有一個(gè)最大允許距高比.燈具布置技術(shù)是否合理，主要取決于距高比.一般高度不變，距高比越大，說(shuō)明所需光源數(shù)量越少，但不能保證照度均勻，投資少，經(jīng)濟(jì)好.距高比越小，光源數(shù)量越多，照度越均勻，但投資大不經(jīng)濟(jì).所有設(shè)計(jì)都要有一個(gè)平衡點(diǎn)，一般實(shí)際距高比不大于最大允許距高比，都認(rèn)為照度是均勻的.圖2為燈具均勻布置設(shè)計(jì)效果，圖3為選擇性燈具布置效果.

圖2 均勻布燈設(shè)計(jì)效果

圖3 選擇性布燈設(shè)計(jì)效果

3 照度計(jì)算

照度計(jì)算是照明設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)設(shè)計(jì)場(chǎng)所的功能不同結(jié)合照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定初步設(shè)計(jì)方案.計(jì)算各房間的工作面上的照度，一般工作面取0.75 m，該照度是評(píng)價(jià)照明設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要依據(jù).

照度計(jì)算主要有逐點(diǎn)計(jì)算法和平均照度計(jì)算法.逐點(diǎn)計(jì)算法過(guò)程繁雜，工程中用的比較少，平均照度計(jì)算法過(guò)程簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用中也稱為利用系數(shù)法，根據(jù)選取的燈具類型、光源、懸掛高度、房間潔凈情況、墻壁、頂棚及地面的顏色反射比[4]，再根據(jù)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的工作面上的照度標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)計(jì)算確定燈和光源的數(shù)量，確定布燈方案.該計(jì)算并不是特別精確，有一定誤差，誤差允許范圍為-10%～10%.

4 DIALux evo下設(shè)計(jì)與模擬

DIALux evo是一款德國(guó)室內(nèi)燈光照明設(shè)計(jì)軟件，專門用于模擬照明效果，由于該軟件可以免費(fèi)下載使用，因此在室內(nèi)燈光照明設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較廣泛[6]，可以實(shí)時(shí)調(diào)整燈光場(chǎng)景，快速根據(jù)場(chǎng)景計(jì)算地面及墻面的照度，使用相對(duì)簡(jiǎn)單.此軟件可以進(jìn)行可視化三維模型搭建對(duì)照明效果進(jìn)行模擬仿真，能夠滿足幾乎所有場(chǎng)景的照明設(shè)計(jì).DIALux相對(duì)于天正電氣下的照明設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確立體，也可以兩者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在天正電氣下通過(guò)軟件大致計(jì)算出光源的個(gè)數(shù)，再到該軟件下進(jìn)行模擬，提高設(shè)計(jì)效率.軟件中的各種照明燈具可以通過(guò)在線燈具插件一鍵導(dǎo)入，常用的有西頓、歐普、雷士等各大廠家不同型號(hào)，可以通過(guò)多次模擬，導(dǎo)出專業(yè)數(shù)據(jù)報(bào)表，根據(jù)設(shè)計(jì)效果和報(bào)表數(shù)據(jù)找出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的最佳設(shè)計(jì)方案，達(dá)到技術(shù)指標(biāo)和藝術(shù)效果的和諧統(tǒng)一.

4.1 模型建立

在DIALux evo下首先搭建工程對(duì)象的設(shè)計(jì)模型，才能插入燈具調(diào)節(jié)參數(shù)模擬計(jì)算.第一步繪制二維平面，根據(jù)各房間的長(zhǎng)寬尺寸、墻厚尺寸、門窗尺寸以及位置等條件在CAD中快速繪制完成，再導(dǎo)入到DIALux下.也可以在DIALux軟件下直接繪制，第一種方法對(duì)于熟悉CAD繪圖的人員會(huì)更快一些.同時(shí)該軟件可以和BIM互通，也就是可以導(dǎo)入.bim文件，同Revit軟件非常相似，都具有三維功能.從單純的建模角度出發(fā)，相同的建模要比Revit節(jié)省時(shí)間.DIAlux evo軟件在三維下可以清晰看到室內(nèi)燈具、桌椅、壁畫等家具裝飾設(shè)施實(shí)際的位置和效果，并且二維和三維窗口之間的切換非常簡(jiǎn)單方便，這是對(duì)傳統(tǒng)繪圖形式和室內(nèi)設(shè)計(jì)的一大改進(jìn)，能夠真實(shí)再現(xiàn)立體場(chǎng)景，設(shè)計(jì)不再是單純空洞的想象.

本設(shè)計(jì)選擇了較小的基礎(chǔ)戶型建模，包括廚房、餐廳、客廳、臥室、陽(yáng)臺(tái)、衛(wèi)生間，編輯空間環(huán)境被分成了4個(gè)，利用軟件內(nèi)的長(zhǎng)方體、立方體、圓柱等基本組合進(jìn)行建模，添加墻厚和房間的長(zhǎng)、寬、高等參數(shù)，本設(shè)計(jì)中各房間高度均設(shè)為2.8 m，并為房間設(shè)置空間標(biāo)記，方便后期對(duì)每個(gè)空間單獨(dú)模擬操作.家具布置可以通過(guò)已有的3DS模型文件，將選擇好的家具放到每個(gè)空間中合適的放置.在家具裝飾添加中注意地面墻面材質(zhì)及顏色的搭配，不同材質(zhì)反射系數(shù)不同，對(duì)照明分析結(jié)果影響很大，頂棚反射系數(shù)按照普通白色天花板取70.0%，臥室及客廳墻壁按照有窗白色墻壁系數(shù)取50.0%，衛(wèi)生間、廚房墻壁按照白色瓷磚，反射系數(shù)75%，客廳臥室地面選用木地板材質(zhì)，其他地面選用有色瓷磚，反射系數(shù)20%，平面及三維立體如圖4、圖5所示.

圖4 二維平面圖

圖5 三維平面圖

4.2 照明設(shè)計(jì)

照度標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)照明的數(shù)量和質(zhì)量而做的相關(guān)約定，主要是指工作面上的照度[4].依照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB50054》和場(chǎng)所的實(shí)際需要，根據(jù)視覺(jué)功能的變化來(lái)選擇照度，進(jìn)而確定了新建的或者是改建的居民住宅房間的照度標(biāo)準(zhǔn).同時(shí)根據(jù)作業(yè)精度、時(shí)間長(zhǎng)短不同，照度也可提高一級(jí)或降低一級(jí)[5].照明設(shè)計(jì)也要進(jìn)行照明節(jié)能評(píng)價(jià)，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是照明功率密度（LPD），LPD同設(shè)計(jì)的房間面積和所裝設(shè)的總光源功率有關(guān)，其中不能忽略整流器的功率消耗.LPD值必須小于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的現(xiàn)行值[7].不同住宅場(chǎng)所的照度標(biāo)準(zhǔn)和LPD如表2所示.

表2 住宅樓的照度標(biāo)準(zhǔn)值、照明功率密度值

依據(jù)各房間照度標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合燈具的型號(hào)、尺寸、安裝方式、適用光源，對(duì)各房間進(jìn)行設(shè)計(jì).客廳作為重要的活動(dòng)空間，設(shè)計(jì)效果應(yīng)該達(dá)到明朗柔和親切的效果，客廳中間選用功率為96 W、光通量為7601 lm的LED吸頂花燈，周圍搭配功率為5 W、光通量為381 lm的射燈，局部照明射燈共有11個(gè).臥室在中間設(shè)有1個(gè)三雄極光的LED柔韻吸頂燈，功率為24 W，光通量為1684 lm，另設(shè)兩個(gè)5 W深照射燈.陽(yáng)臺(tái)裝設(shè)3個(gè)功率為12 W、光通量為444 lm的吸頂LED燈，衛(wèi)生間采用防水型燈具.

4.3 模擬計(jì)算分析

模型、燈具全部搭建完成后，在DIAlux evo下進(jìn)行計(jì)算，點(diǎn)擊報(bào)表，就會(huì)生成完整的數(shù)據(jù)報(bào)表，包括燈具的位置、燈具具體參數(shù)列表、各空間的等照度曲線以及能源分析等詳細(xì)資料.為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理，繼續(xù)模擬計(jì)算出每個(gè)空間的三維仿真效果、偽色表現(xiàn)、各空間地面照度等，如圖6所示.根據(jù)模擬計(jì)算得到總的4個(gè)空間的等照度分布曲線，能夠清晰看到地面上不同點(diǎn)的照度值，相比平均照度計(jì)算結(jié)果要精細(xì)得多.

圖6 整體三維等照度曲線及偽色圖

根據(jù)等照度曲線分布圖，可以得到最大最小照度以及均勻度等具體數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3.表3模擬結(jié)果顯示各空間LPD均小于現(xiàn)有值（≤6.0 W/m2），表示4個(gè)空間選用的照明光源單位面積LPD能符合LPD的節(jié)能評(píng)價(jià)值.衛(wèi)生間和陽(yáng)臺(tái)照度均勻度相對(duì)較差，遠(yuǎn)小于0.7，衛(wèi)生間內(nèi)只設(shè)計(jì)了一個(gè)吸頂燈，必然會(huì)影響照明均勻性，平均照度111 lx，基本滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，衛(wèi)生間可不再進(jìn)行方案修改.客廳是人們集中活動(dòng)最多的地方，對(duì)照明質(zhì)量要求較高，對(duì)客廳光源進(jìn)行重新選取修正，主燈吸頂花燈不變，提高射燈的功率和光通量，臥室的整體平均照度滿足標(biāo)準(zhǔn)，但是在床頭重點(diǎn)區(qū)域還有點(diǎn)偏低，增設(shè)兩個(gè)臺(tái)燈，局部照明根據(jù)是否閱讀隨時(shí)調(diào)節(jié)明暗程度.

表3 模擬計(jì)算結(jié)果

對(duì)方案的優(yōu)化調(diào)整完成后再次進(jìn)行模擬，確定這兩個(gè)空間的設(shè)計(jì)效果，根據(jù)照度分布圖（圖7）所示，臥室閱讀區(qū)照度250 lx左右，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，客廳部分最終照度分布比較均勻，照度也能達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn).經(jīng)過(guò)調(diào)整后，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)達(dá)到要求.

圖7 臥室及客廳等照度曲線圖

5 結(jié)論

在室內(nèi)照明設(shè)計(jì)中，依靠傳統(tǒng)平均照度計(jì)算的平面設(shè)計(jì)不夠準(zhǔn)確，利用DIALux evo軟件能夠快速模擬分析及仿真，能夠?qū)⒍S轉(zhuǎn)化為三維可視圖形，根據(jù)實(shí)際燈具參數(shù)型號(hào)布置選取，并且能夠模擬墻面、地面、天棚、裝飾家具不同顏色材質(zhì)，使場(chǎng)景更接近真實(shí)情況，可以生成三維偽色圖和等照度曲線圖，能夠清晰看到室內(nèi)的各點(diǎn)照度分布情況，反映當(dāng)前照明設(shè)計(jì)的效果.根據(jù)模擬仿真結(jié)果能快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以解決優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低成本和素材，減少設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率，保證圖紙質(zhì)量.本研究為實(shí)際工程提供了快速而精確的設(shè)計(jì)手段，對(duì)于實(shí)際的照明設(shè)計(jì)有指導(dǎo)和借鑒作用，具有一定的實(shí)用價(jià)值.