DIALux軟件在道路照明設計中的應用

李翊君

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

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，達到保障交通安全，提高交通運輸效率，方便人民生活，降低犯罪率和美化城市環境的目的。道路照明設計的優劣直接影響到道路工程的實際使用效果，是道路工程設計的重要組成部分。

1 利用計算機仿真計算進行道路照明設計的必要性

隨著新版《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2006）（以下簡稱《標準》）于2007年7月的正式實施，標志我國已實現了道路照明標準與國際先進標準的接軌。《標準》中規定把亮度作為道路照明的主要評價系統，即以亮度為依據制定道路照明標準。這是由于機動車駕駛員行車作業時，眼睛直接感受到的是路面亮度而不是照度，因此以亮度為依據制定標準更為科學合理，目前國際照明委員會（CIE）和世界上多數發達國家也都是以亮度為依據制定道路照明標準。此外，《標準》的亮度評價系統中的評價指標和原標準相比增加了“亮度縱向均勻度”這一評價指標，眩光控制也由原標準規定的允許采用何種配光類型的燈具改為采用“閾值增量”指標，同時增加了“環境比”指標，這就使得《標準》的照明評價指標和CIE的完全相同，這些都是《標準》和國際先進標準的接軌的重要標志。

但是我國目前道路照明設計水平相對落后，當前道路照明設計多采用照度評價系統，主要原因是亮度評價系統計算過程非常復雜，不僅不好掌握，而且要完成亮度評價系統各項指標的計算，工作量巨大。雖然《標準》也考慮到我國當前道路照明設計的實際水平，把亮度作為道路照明評價系統的同時也接受照度這一評價系統，但是這只能說是針對我國目前道路照明設計水平相對落后的國情而采用的一種過渡辦法，《標準》條文說明中也明確指出“在有條件進行亮度計算和測量的情況下，還應以亮度為準”。換而言之，如果在道路照明設計中還繼續采用照度這相對落后的評價系統，并以此為依據進行道路照明設計，已無法滿足《標準》與國際先進標準接軌的步伐。要采用亮度評價系統，就必須面對復雜的計算過程和巨大的計算量，因此必須采用計算機仿真計算軟件來完成。

2 DIALux軟件及其適用性

DIALux是一款由德國軟件公司開發的、著名的、免費的專業照明設計軟件，可以實現對照明設計的仿真和計算，并擁有最為廣泛的燈具廠家支持，免費燈具庫已涵蓋了飛利浦、GE、等主要照明廠商。

對于道路照明設計，DIALux擁有簡單易用的道路建模方法，可以快速建立各種不同條件下的道路模型。快速準確的遵照國際照明委員會（CIE）標準進行計算，輸出亮度、照度體系下全部照明評價指標的計算結果及圖表，并可便捷的輸出道路3D虛擬實境圖、偽色照度或亮度效果圖等直觀的3D仿真效果。此外，DIALux還具有AutoCAD的接口，可以從AutoCAD進行數據交換，進行空間與模型的導入導出，適用于復雜道路形式或隧道等復雜場景的快速建模。

如前所述，《標準》已實現了與國際先進標準的接軌，如《標準》術語章節中對“路面平均亮度（照度）”的定義為：“按照國際照明委員會（簡稱CIE）有關規定在路面上預先設定的點上測得的或計算得到的各點亮度（照度）的平均值”。 由此可見《標準》中照明評價指標和國際照明委員會（CIE）標準中評價指標的完全等同。

在《標準》的附錄A中同樣參照CIE140-2000《Road Lighting Calculation》中的規定給出了亮度的計算方法，并引入簡化亮度系數r，通過簡化亮度系數r可以直接根據光強計算出亮度。規范中所規定的簡化亮度系數r取值表A.0.2-1和A.0.2-2也是等同采用國際照明委員會（CIE）推薦的簡化亮度系數表C1、C2。其中適用于瀝青路面的表A.0.2-1對應C2，適用于水泥混凝土路面的表A.0.2-2對應C1。由此進一步可見《標準》中各評價指標的計算方法也是按照國際照明委員會（CIE）進行規定的。

DIALux的計算方法嚴格遵照國際照明委員會標準CIE 140進行，并且內置簡化亮度系數表C1、C2，所以各評價指標的其計算結果對與《標準》的適用性是顯而易見的。

3 DIALux內置EN13201標準值與《標準》的比較

DIALux軟件不僅可以進行亮度體系各評價指標的計算，還可以根據照明標準值與計算結果對比，給出設計方案是否符合照明標準值的評估報告。不過遺憾的是該軟件內置了歐美道路照明標準值，沒有內置《標準》的標準值，但是歐洲標準EN 13201與《標準》有較好的對照性。以機動車交通道路照明標準值為例，EN 13201與《標準》的對照關系詳見表1，從對比結果來看，EN標準與CJJ標準已能夠進行較好的對應，個別參數的不匹配可通過對最終生成的計算報告數值進行判別，因此在使用時可以近似選擇EN 13201進行近似評估。

4 DIALux快速道路照明建模過程

DIALux軟件對于道路的建模有多種方法，最為快速簡便的方法為采用街道精靈方式建模。街道精靈建模界面見圖1。通過此界面可以按照道路設計方案的建模道路組件及尺寸，同時選擇照明評價標準值，如上文所述，可以選擇與《標準》的對照性好的EN 13201標準。在此界面同時可以道路的維護系數以及很重要的簡化亮度系數表（即界面中的覆蓋層），輸入全部參數后就可以完成對道路的建模了。

道路建模完成后，在建模好的道路上用鼠標右鍵打開下拉菜單來置入燈具模型，在置入燈具模型過程的“燈具”屬性頁可以選擇燈具、光源，并可修改光通量，功率等技術參數；在“燈桿/燈臂”屬性頁面可輸入燈桿的長度，間距，傾斜度等參數，見圖2；在“排列”屬性頁可以設置燈具的排列方式，見圖3。

“燈桿/燈臂”屬性頁面中“突出部分”為燈具的照明面中心超出路緣的距離，這樣“燈桿與燈具的距離”就始終等于“突出部分”與“燈桿和道路之間地距離”兩參數之和。對照《標準》中的術語定義，“燈桿與燈具的距離”即為燈臂長度，“突出部分”即為懸挑長度，“縱向位移”是指燈具在路緣方向上與燈桿的距離。

在“排列”屬性頁中集成了四種燈具排列方式：單側布置，雙側交錯布置，雙側對稱布置，中心對稱布置。這與《標準》中所介紹的常用燈具布置方式也是完全對應的。

表1 機動車交通道路照明標準值EN標準與《標準》對照表

圖1 街道精靈建模主界面

圖2 燈桿/燈臂屬性頁

圖3 排列屬性頁

參數選擇輸入完畢后按下粘貼鍵，燈具排列就被置入道路模型中，整個道路照明設計的建模工作即完成，接下來可以進行相應的仿真計算了。

5 DIALux道路照明計算結果的輸出

計算結束后，可在報表標簽區查詢并輸出計算結果。DIALux提供的豐富的計算結果報表，對于道路照明計算一般需要輸出的結果報表有：照明器具表（含燈具和光源參數以及燈具配光曲線）、平面數據表（含道路尺寸與燈具排列參數）、測光結果表（見圖4，即亮度評價體系各參數計算結果）、偽色表現圖（見圖5，用偽色結合3D仿真效果輸出，既可采用亮度指標，也可采用照度指標，并能夠自定義顏色和階差。）、點照度值（各計算點的照度值圖表）、灰階等照度圖（見圖6）。

圖4 測光結果報表

圖5 偽色表現圖

圖6 灰階等照度圖

需要著重說明的是，在DIALux的計算評估結果中缺少對各評估區域照明功率密度值（LPD）的計算，而機動車道的LPD值在《標準》中的第7.1.2條中為強制性條文規定，所以設計人員在使用DIALux建模前就需進行LPD值計算，確定該照明設計方案是否LPD值符合規范要求后，再進行道路建模仿真計算。

6 結語

采用DIALux軟件進行道路照明設計及計算，可快速準確的計算各項亮度評價系統各項參數指標，使得設計人員可以便捷的實現遵照《標準》采用道路亮度評價系統進行道路照明設計，提高我國道路照明設計質量，實現與國際先進設計水平的接軌。