城市道路照明快速設計和仿真評估

摘 要：本文主要介紹了一種針對城市道路照明進行計算機輔助設計、仿真評估的方法。該方法根據現有的道路照明標準要求，利用照明設計仿真軟件對燈具的道路照明效果進行快速建模、仿真評估，可使道路照明采購使用方、設計者分析和評估道路照明燈具能否滿足相應道路照明標準的要求。

關鍵詞：道路照明照明模擬Dialux

中圖分類號:P28文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0097-02

1 道路照明標準要求

為確保城市道路照明能為各種車輛的駕駛人員以及行人創造良好的視覺環境，提高交通運輸效率，保障交通安全，國家建設部發布了《城市道路照明設計標準CJJ 45-2006》。

這一標準適用于新建、擴建和改建的城市道路及與道路相連的特殊場所的照明設計，對評價道路照明的指標做出了規范和要求。根據道路使用功能，城市道路照明可分為主要供機動車使用的機動車交通道路照明和主要供非機動車與行人使用的人行道路照明兩類。

機動車交通道路照明應按快速路/主干路、次干路、支路分為三級。以路面平均亮度(或路面平均照度)、路面亮度均勻度和縱向均勻度(或路面照度均勻度)、眩光限制、環境比等為評價指標，如表1[1]所示。

人行道路照明以路面平均照度、路面最小照度和垂直照度為評價指標。

2 道路照明仿真軟件

目前被較為廣泛使用的照明計算仿真軟件主要有Dialux和Agi32，可用于室內、戶外或街道的照明仿真設計與計算。照明軟件偏重數據和真實，是真正的模擬工具，可以精確地計算、反映現實的數據。

Dialux是由德國的DIAL公司進行開發設計，主要應用于歐洲。近些年，Dialux已進入中國的市場，目前已有中文簡體版本，由于其免費的策略已被廣泛使用。Dialux具有如下的特點:(1)使用范圍廣;(2)易學易用;(3)開放性的燈具數據庫;(4)效果表達真實;(5) 強大的照明計算與結果輸出。

Agi32的正式版費用較為昂貴，在澳洲和美國的一些大學里較為普及，僅限于英文版本，國內使用者較少。相比Dialux而言，Agi32可進行靈活的個性化定制，連燈具符號都可以根據用戶的要求個性化定制;Agi32建模能力較強，可以同時支持實體模和面模的導入;可對材料進行細致的模擬(如玻璃的透光性等)，對于日光的模擬可以很詳盡，可以很清楚地了解某一個時間段里日光對建筑的影響。

這兩個軟件總體上大同小異，都是用于照明計算，對照明效果的仿真計算以及確定設計方案等都可以起到事半功倍的效果。不過Dialux的操作界面友好，更為適合初用者上手，并且由于DIAL公司的大力推進，可以免費下載主程序、插件和幫助文件，同時近年來Dialux的升級改進都很快，使得Dialux在國內的推廣和普及速度都很快。

3 Dialux仿真實例

Dialux用于城市道路照明仿真的具體流程如下所示:

燈具參數輸入→環境建模(根據設計要求)→計算→計算結果評估(不符合要求，重新調整設計)→美化、渲染設計案→輸出設計文檔

筆者按照上述流程，根據有關的道路照明標準要求[1]選擇L1路段和L2路段分別進行了計算仿真。

L1路段屬于城市主干道，路面寬為20米共6車道，路燈安裝方式為雙排相對，燈桿間距26米，燈具安裝高度為13米，對擬安裝上路的A公司生產的LED光源路燈(額定功率200W，光通量15000lm)，以及該路段上原有的B公司生產的鈉燈光源路燈(額定功率400W，光通量35000lm)利用Dialux進行了計算機輔助設計、仿真評估。對道路的照明要求以及兩種路燈的仿真計算結果如表2所示:

L2路段屬于城市次干路，路面經過整修擴寬后路寬為14米共4車道，路燈安裝方式為單側布燈，燈桿間距25米，燈具安裝高度為10.5米，路段上原有的鈉燈光源路燈也比較老舊，路燈管理方正在考慮對路燈的換裝維護方案。筆者根據路燈管理方滿足道路照明標準要求的原則，對該路段上原有的鈉燈光源路燈(額定功率250W，光通量15000lm)、C公司生產的LED光源路燈(額定功率180W，光通量13000lm)，利用Dialux進行了計算機輔助設計、仿真評估。對道路的照明要求以及路燈的仿真計算結果如表3所示。

4 數據分析

4.1 L1路段仿真數據分析

比較表2中的數據，在滿足道路照明標準的前提下，LED路燈已經可以和鈉燈光源路燈一比高下。在3個均勻度的指標上，LED路燈都比鈉燈路燈要高，說明LED路燈的配光做得是比較好的，可與鈉燈路燈相比，LED路燈的照度分布更為均勻。

但是在平均照度Eav和平均亮度Lav這兩個指標上，鈉燈路燈是LED路燈的一倍。分析其中原因，主要是鈉燈路燈的額定功率、光通量都是LED路燈的一倍左右，這樣使得路面上的光照度鈉燈路燈較LED路燈高出一倍。不過，由于LED路燈的顯色性強于鈉燈路燈，結合路面實際觀感(LED路燈發出的光接近白天的日光，而傳統鈉燈發出的是黃色光)對物體顏色、輪廓的辨識LED路燈要好于傳統鈉燈;同時由于LED路燈的耗電量小，LED路燈在節能降耗上有比較大的優勢。

4.2 L2路段仿真數據分析

通過表3可以看出，L2路段在經過整修擴寬后沿用原有的路燈或者換用LED路燈都是可以滿足道路照明的標準要求。而LED路燈在額定功率較低的情況下相比原有的250W鈉燈獲得了更好的照明效果。原因分析如下:

第一，LED路燈的光效較高。LED路燈的光效為72lm/W，鈉燈路燈的光效為60lm/W。路面的照度和亮度，LED路燈都較鈉燈路燈高。

第二，LED路燈的均勻度較好。鈉燈路燈對于遠離路燈一側的車道的路面照度相比其他車道有明顯下降。

經過仿真比較，L2路段經過整修擴寬后沿用原有的鈉燈路燈雖然可以滿足道路照明的標準要求，但是路面照明質量已經較采用新型LED路燈有明顯差距，鑒于L2路段的路燈已經比較老舊，LED路燈在節能降耗上的特點，路燈管理方在進行路燈替換方案研究時可以考慮LED路燈的使用。

5 結論

通過上述比較和分析，對于燈具的路面實際照明效果的評估，Dialux不僅為燈具的設計、生產者，也為燈具的采購使用方提供了快速、簡潔、直觀、有效的仿真評估方法。

利用照明設計軟件對道路照明效果進行計算機輔助設計、仿真評估的方法可快速得到有關道路可靠的、具有重要指導意義的評估結果。可以為道路照明采購使用方、設計者提供接近真實的光環境，便于分析和評估道路照明燈具能否滿足相應道路照明標準的要求。

參考文獻

[1]城市道路照明設計標準.CJJ 45-2006.

[2]照明測量方法.GB/T 5700-2008.

[3胡國劍，等.照明計算軟件Dialux與Agi32的比較分析.照明工程學報，2005，9(16):3.

[4]羅奕，等.大專院校照明設計與Dialux軟件應用.建筑電氣，2010，29(7).