基于DIALux對住宅樓梯疏散照明的設(shè)計淺析

摘 要：利用DIAlux軟件仿真住宅樓梯疏散照明設(shè)計，解決住宅樓梯疏散照度計算不便的問題。分析了解樓梯疏散照明照度最低規(guī)范要求、計算公式及照度檢測區(qū)域，通過DIAlux軟件建模住宅樓梯及其疏散照明燈具布置的九種方案，利用仿真結(jié)果分析總結(jié)符合規(guī)范要求的優(yōu)選方案。給出在疏散照明燈具參數(shù)不變前提下的最優(yōu)布置方案。

關(guān)鍵詞：疏散樓梯; 疏散照明; 水平照度; 點照度; DIALux; 疏散照明燈具布置

中圖分類號： TU88

文獻標志碼： B

文章編號： 1674-8417（2024）11-0018-05

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.11.004

0 引 言

火災(zāi)事故中，疏散樓梯是垂直疏散的生命通道，其重要性顯而易見。在工程設(shè)計時，做好疏散樓梯的疏散照明是保障人員沿疏散線路安全、有序、高效疏散的必備條件之一。疏散線路的照度值是選擇合適疏散照明燈具（以下簡稱“照明燈具”）的重要標準。疏散照明實際照度值可用照明燈具廠家的照度技術(shù)參數(shù)表、電氣設(shè)計軟件、公式計算法等計算。照明燈具廠家的照度技術(shù)參數(shù)表適用于水平疏散空間，并不適用于疏散樓梯，即垂直疏散空間;電氣設(shè)計軟件可計算平均照度，但由于缺乏相應(yīng)廠家照明燈具配光曲線難以計算;公式計算法則要求廠家提供照明燈具配光曲線，但多數(shù)樣本缺乏有效數(shù)據(jù)，導(dǎo)致計算困難且不準確。

本文以住宅疏散樓梯常見的幾種照明燈具布置方案為例，利用DIALux evo 12.0（以下簡稱DIALux）軟件對不同方案進行仿真設(shè)計，將各方案的仿真結(jié)果以等照度線加偽色圖的形式呈現(xiàn)并附其對應(yīng)照度值表，依據(jù)仿真照度值表可滿足規(guī)范要求的方案。

1 設(shè)計依據(jù)

1.1 樓梯間水平照度要求

各標準要求的疏散樓梯地面水平照度值有所差異，不同規(guī)范標準關(guān)于樓梯地面水平照度值如表1所示。隨著GB 55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》的執(zhí)行，因該標準屬于強制性工程建設(shè)規(guī)范，故疏散樓梯間地面水平照度值應(yīng)按GB 55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》執(zhí)行［1］。本文以樓梯疏散照明為10.0 lx最低要求為基礎(chǔ)分析。

1.2 照度檢測范圍

根據(jù)GB 51309—2018《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準》［2］第3.2.5條條文說明可知，疏散照明檢測范圍為走道、樓梯間中心線兩側(cè)，寬度為走道、樓梯間寬度的一半。樓梯間疏散照明照度檢測范圍如圖1所示。

1.3 水平照度計算

疏散照明照度均是指地面水平最低照度，即在疏散照明要求的區(qū)域內(nèi)的點照度值，此值僅基于來自燈具的直射光，不考慮房間表面相互反射的影響，采用點照度計算方法計算［6］。點照度計算水平照度的公式如式（1）所示：

式中： Eh——點光源照射在平面A上P點產(chǎn)生的水平照度;

Iθ——點光源在θ角度照射方向的光強;

R——點光源至被照面計算點的距離;

cosθ——被照面通過點光源S的法線與入射光線夾角的余弦;

h——光源至所計算水平面的安裝高度，即計算高度;

K——燈具維護系數(shù)。

其對應(yīng)點光源的點照度圖示如圖2所示。

2 住宅樓梯疏散照明設(shè)計仿真

以某住宅雙跑疏散樓梯為案例，在DIALux軟件中設(shè)置1個局部剖面凈尺寸為4.7 m×2.5 m×6 m（長×寬×高）的樓梯空間，同時在1個層間16個踏步、半層平臺及樓層平臺共設(shè)置18個檢測點（檢測寬度為1/2d=0.575 m）用于檢測水平照度值是否滿足規(guī)范，樓梯間剖面及18個檢測點疏散樓梯照明燈具布置剖面示意圖如圖3所示。

疏散照明吸頂燈具的配光曲線IES文件采用型號為A-ZFJC-E6w-A803：A型高光效吸頂燈、功率為6 W、光通量為620 lm、安裝高度為2.83 m;疏散照明壁裝燈具的配光曲線IES文件采用型號為A-ZFJC-E6w-A800：A型高光效壁裝燈、功率為6 W、光通量為620 lm、安裝高度為2.65 m（無梯梁影響時）、燈的光軸與墻面夾角為45°。

照明燈具采用疏散照明與正常照明分開設(shè)置，且一般平臺處僅設(shè)置1盞照明燈具。一般常規(guī)工程設(shè)計照明燈具布置具體方案分別如下：照明燈具布置方案一：僅在樓層平臺A點或C點處設(shè)置1盞吸頂照明燈具;照明燈具布置方案二：在樓層平臺A點和半層平臺B點處各設(shè)置1盞吸頂照明燈具;照明燈具布置方案三：在樓層平臺C點和半層平臺D點處各設(shè)置1盞吸頂照明燈具;照明燈具布置方案四：僅在樓層平臺E點或G點或K點或I點或M點處設(shè)置1盞壁裝照明燈具;照明燈具布置方案五：在樓層平臺E點和半層平臺F點處各設(shè)置1盞壁裝照明燈具;照明燈具布置方案六：在樓層平臺G點和半層平臺H點處各設(shè)置1盞壁裝照明燈具;照明燈具布置方案七：在樓層平臺I點和半層平臺J點處各設(shè)置一盞壁裝照明燈具;照明燈具布置方案八：在樓層平臺K點和半層平臺L點處各設(shè)置1盞壁裝照明燈具;照明燈具布置方案九：在樓層平臺M點和半層平臺N點處各設(shè)置1盞壁裝照明燈具。

疏散樓梯照明燈具布置平面示意圖如圖4所示。

建模以及疏散燈布置完成后，計算水平照度前首先須在DIALux軟件的功能選項欄選擇“設(shè)置計算”，選擇“快速”并勾選“只限直射光線”，其次還須在DIALux軟件的功能選項欄選擇“燈光”，然后在工具選項欄選擇“應(yīng)急燈”，再在“燈光場景的燈具組”勾選“不帶家具計算”且不可勾選“考慮首次反射”。

通過DIALux軟件仿真，計算得出其對應(yīng)方案的疏散樓梯各檢測點照度值偽色圖。

3 分析仿真結(jié)果

工程設(shè)計中考慮到方案九布置方式較為常見，本次重點分析能否使圖3中6#～8#、14#～16#踏步照度值達到10.0 lx要求。方案九疏散樓梯各檢測點照度值偽色圖如圖5所示。方案九疏散樓梯各檢測點照度值如表2所示。

疏散樓梯壁裝照明燈具照度分析圖如圖6所示。由圖6可知，6#～8#踏步照度最不利點d～f僅受壁裝照明燈具Ⅰ光強影響，而壁裝照明燈具Ⅱ光強僅能照射到a～c點，即ad點、be點、cf點范圍內(nèi)水平照度僅受壁裝照明燈具Ⅰ光強影響;14#～16#踏步照度最不利點l、m、n僅受壁裝照明燈具Ⅱ光強影響，而壁裝照明燈具Ⅲ光強僅能照射到g、h、k點，即gl點、hm點、kn點范圍內(nèi)水平照度僅受壁裝照明燈具Ⅲ光強影響。

由公式（1）可知，照明燈具安裝高度確定情況下（層高限制壁裝照明燈具安裝高度不可能提高到與吸頂照明燈具一致的高度），影響水平照度值僅光強1個變量。調(diào)整光強有3種方法：① 照明燈具光通量不變且燈頭角度可調(diào)情況下增大照明燈具光軸與墻面角度;② 照明燈具光軸與墻面角度不變選擇光強更高的照明燈具，點光源光強越大光通量也就越大，對應(yīng)功率越大;③ 照明燈具光通量及光軸與墻面角度均調(diào)整。

經(jīng)DIALux軟件仿真后可知，方法一不可行;方法二采用光軸與墻面夾角45°～65°情況下光通量不小于1 000 lm（不考慮眩光），可以滿足照度要求;方法三采用型號為A-ZFJC-E6W-A603HE：半橢圓壁裝燈、功率為12 W、光通量為1 200 lm（不考慮眩光）、安裝高度為2.5 m、燈光軸與墻面夾角90°，不滿足照度要求。僅方法二能滿足方案九，但當(dāng)照明燈具光通量達到1 000 lm及以上，功率將達7～10 W，一般功率或者光通量越大成本越高，因此，綜合考慮優(yōu)先選擇圖4中W（Y）點及X（Z）點。

4 設(shè)計要點總結(jié)

通過上文DIALux軟件仿真結(jié)果及分析可得到以下結(jié)論。

（1） 半層平臺處需要設(shè)置照明燈具。限于篇幅，僅附上方案九照度值（見表2），方案一、方案四仿真計算結(jié)果表明部分踏步及半層平臺的最低水平照度均遠低于10.0 lx。

（2） 每個樓層平臺、半層平臺均設(shè)置1個照明燈具時，優(yōu)先采用吸頂照明燈具，這也是GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計標準》第4.5.6條規(guī)定照明燈具宜安裝在頂棚上的原因。照明燈具布置建議選擇方案三，見圖4中C點（樓層平臺處照明燈具位于樓梯上行踏步處）和D點（半層平臺處照明燈具位于樓梯下行踏步處），照明燈具不宜距樓梯梯梁太近，避免梯梁遮擋照明燈具光束角從而影響照度值。

（3） 當(dāng)建筑條件限制每個樓層平臺、半層平臺均設(shè)置1個照明燈具時，可采用壁裝照明燈具，其須帶有一定傾角（45°～65°）的壁燈或可調(diào)光軸的壁燈。壁裝照明燈具布置位置建議優(yōu)先選擇圖4中W（Y）點及X（Z）點，其安裝高度建議2.5 m以上（宜盡量提高）同時須靠近平臺的踏步處且在樓梯梁下方，此方案限于篇幅經(jīng)DIALux軟件仿真照度值均能夠滿足10.0 lx。

（4） 樓梯照明燈具建議光通量不小于620 lm，功率不小于6 W，應(yīng)在圖例中加以區(qū)別、設(shè)備材料表中應(yīng)區(qū)分注明。區(qū)分原因在于前室、走道等其他場所或部位疏散照度要求均小于樓梯間照度要求，故出于成本考慮，其他場所照明燈具可選擇相對較小功率疏散照明燈具。建議照明燈具參數(shù)選擇弱化功率以光通量為主。

5 結(jié) 語

通過DIALux軟件仿真住宅疏散樓梯間疏散照明設(shè)計中常見方案，得出了相關(guān)結(jié)論和建議。DIALux軟件可作為工程設(shè)計的輔助工具，本文可對同類住宅樓梯疏散照明設(shè)計提供借鑒。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑防火通用規(guī)范：GB 55037—2022［S］.北京：中國計劃出版社，2022.

［2］ 應(yīng)急管理部沈陽消防研究所.消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準：GB 51309—2018［S］.北京：中國計劃出版社，2018.

［3］ 中國建筑科學(xué)研究院.建筑照明設(shè)計標準：GB 50034—2013［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

［4］ 公安部天津消防研究所.建筑設(shè)計防火規(guī)范：GB 50016—2014（2018年版）［S］.北京：中國計劃出版社，2018.

［5］ 中國建筑東北設(shè)計研究院有限公司.民用建筑電氣設(shè)計標準：GB 51348—2019［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

［6］ 中國建筑標準設(shè)計研究院.應(yīng)急照明設(shè)計與安裝：19D702-7［M］.北京：中國計劃出版社，2019.

Analysis of the Design of Residential Staircase

Evacuation Lighting Based on DIALux

Abstract：

A simulation of residential staircase evacuation lighting design is conducted using DIAlux software to address the challenge of calculating residential staircase evacuation illuminance in an efficient manner.The objective of this analysis is to understand the staircase evacuation lighting illuminance minimum specification requirements，calculation formulas and illuminance detection area.It is achieved through the use of the DIAlux software，which models a residential staircase and its evacuation lighting arrangement of the nine schemes.The simulation results are then analysed and summarised in order to identify the preferred scheme，which is in line with the specification requirements.The optimal arrangement scheme is given under the premise of unchanged parameters of evacuation lighting.

Key words：

evacuation stair; evacuation lighting; horizontal illumination; spot illumination; DIALux; evacuation lighting arrangement