基于建筑表皮技術(shù)的玻璃幕墻室內(nèi)光污染防治方法研究

葉財(cái)華

關(guān)鍵詞：建筑表皮技術(shù)；玻璃幕墻；光污染；綠色建筑；玻璃材料

中圖分類號(hào)：X122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

光污染是近年來(lái)顯現(xiàn)出的一種特殊形式的污染，具體表現(xiàn)為彩光污染、白亮污染、人工白晝?nèi)N情況。室內(nèi)光污染的長(zhǎng)期持續(xù)出現(xiàn)，會(huì)影響日常生活和工作，使得人們表現(xiàn)出視力減退、頭暈?zāi)垦！⑶榫w低落等癥狀，從而引發(fā)多種疾病，故研究室內(nèi)光污染防治有重要意義。

文獻(xiàn)[3]利用現(xiàn)代化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和軟件工具，對(duì)室內(nèi)光污染進(jìn)行量化評(píng)估，明確光污染防治力度，以加強(qiáng)玻璃幕墻光反射為核心，建立對(duì)應(yīng)的光污染防治措施，但該方法應(yīng)用成本較高。文獻(xiàn)[4]從工程施工的全周期管理角度人手，了解各個(gè)建設(shè)階段中影響光污染的因素，分別提出對(duì)應(yīng)的光污染防治策略，但該方法應(yīng)用局限性較大。文獻(xiàn)[5]從工程建設(shè)區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)人手，分析玻璃幕墻室內(nèi)光污染現(xiàn)狀，并得到光污染量化評(píng)價(jià)結(jié)果，建立包含各個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié)的光污染防治標(biāo)準(zhǔn)體系，但該方法防治效果較差。

為了取得更好的玻璃幕墻室內(nèi)光污染防治效果，研究應(yīng)用建筑表皮技術(shù)，從玻璃幕墻表面材料和構(gòu)造入手，對(duì)室內(nèi)光污染問(wèn)題進(jìn)行處理。

1運(yùn)用建筑表皮技術(shù)設(shè)計(jì)玻璃幕墻室內(nèi)光污染防治方法

1.1設(shè)計(jì)建筑表皮生成算法

針對(duì)建筑表皮進(jìn)行光污染防治時(shí)，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的周期性鑲嵌思想，在平面或空間范圍內(nèi)使得多個(gè)單元體組合起來(lái)，得到玻璃幕墻建筑表皮。采用最常見(jiàn)的正多邊形鑲嵌方式，將每個(gè)正多邊形看作一個(gè)鑲嵌單元，所有正多邊形合理排布起來(lái)，使得所有鑲嵌頂點(diǎn)處的內(nèi)角和為360°。此次操作過(guò)程中，正多邊形鑲嵌的數(shù)學(xué)表達(dá)式為式（1）：

式（1）～式（3）中，r表示正多邊形鑲嵌的內(nèi)角，a表示正多邊形的邊數(shù)，m表示參與鑲嵌的正多邊形數(shù)量，i表示正多邊形。

獲取周期鑲嵌圖形時(shí)需先找到一個(gè)多邊形作為底，找到每條邊中點(diǎn)充當(dāng)基點(diǎn)，設(shè)置固定夾角后，從基點(diǎn)引出兩條軸對(duì)稱的射線，如圖1（a）和圖1（b）所示。提取所有射線的交點(diǎn)并連接，組成圖1（c）所示的鑲嵌圖。按照合理的排列方式，將數(shù)個(gè)多邊形組合起來(lái)，得到玻璃幕墻建筑表皮生成結(jié)果，見(jiàn)圖1（d）和圖1（e）。

1.2計(jì)算玻璃幕墻室內(nèi)光污染程度

通過(guò)建筑表皮生成算法，得到玻璃幕墻參數(shù)模型，并考慮日常的光污染形式，模擬白天光污染溢散與反射過(guò)程，見(jiàn)圖2。

如圖2所示，白天太陽(yáng)光線照射到玻璃幕墻表面，部分光線會(huì)反射到大氣環(huán)境中，另一部分光線則會(huì)被吸收轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，形成室內(nèi)光污染情況。此過(guò)程中存在光線吸收和光線散射情況，使得入射光線出現(xiàn)衰減，具體的衰減情況如式（4）。

1.3提出基于建筑表皮的光污染防治技術(shù)

為了更好地避免光污染情況，以可見(jiàn)光透射比為衡量指標(biāo)，選用低輻射鍍膜玻璃等光透射比較高、光反射比較低的玻璃材料，搭建玻璃幕墻建筑表面結(jié)構(gòu)。將整個(gè)玻璃幕墻建設(shè)為雙層結(jié)構(gòu)，在內(nèi)外兩層低輻射鍍膜玻璃中間添加一個(gè)空氣間層。選用均勻擴(kuò)散的漫反射材料裝飾玻璃材料，保持建筑表面整體的光反射率低于0.12。

針對(duì)玻璃幕墻建筑表面進(jìn)行光污染防治處理時(shí)，應(yīng)用均勻擴(kuò)散漫反射的材料制作遮陽(yáng)分隔構(gòu)件，將按照垂直或水平的形式安裝到玻璃幕墻建筑表面，并利用突出的遮陽(yáng)構(gòu)件阻擋直射到建筑表面的光線。

2實(shí)驗(yàn)

2.1工程概況

此次選擇的文化藝術(shù)中心建筑整體外觀為鉆石形，鮮明地體現(xiàn)了該區(qū)域的地標(biāo)性特點(diǎn)。該項(xiàng)目作為重點(diǎn)城建項(xiàng)目，總建設(shè)面積達(dá)到了85509m²，包括地上7層和地下1層。該建筑的鉆石型外觀是由上萬(wàn)噸重的鋼骨架組成的，其中存在89根鋼結(jié)構(gòu)主構(gòu)件、576根次構(gòu)件和26個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)，表面由玻璃幕墻構(gòu)成。玻璃幕墻施工參數(shù)如下：三角形單面體數(shù)量為64個(gè)，最大面面積為1231m²，最小面面積為120m²，最大三角形玻璃板塊面積為3.08m²，最小三角形玻璃板塊面積為0.3m²。

為了更好地觀察光污染防治效果，分別選定四個(gè)同一高度的面，分別采用常規(guī)方法施工、文獻(xiàn)[3]提出防治方法、文獻(xiàn)[4]提出防治方法、文章設(shè)計(jì)防治方法進(jìn)行施工，在這四個(gè)區(qū)域的玻璃幕墻建設(shè)完成后，分別測(cè)量室內(nèi)照度，基于此觀察室內(nèi)光污染防治情況。

2.2光污染防治方案

以低輻射鍍膜玻璃、普通玻璃、鍍金玻璃和鍍鎳玻璃為例，觀察其在不同波長(zhǎng)光線下的可見(jiàn)光透射比，結(jié)果見(jiàn)圖3。

根據(jù)圖3可知，低輻射鍍膜玻璃的可見(jiàn)光透射比始終高于80%，滿足光污染治理要求，選定該材料作為玻璃幕墻的基礎(chǔ)材料。而后，選擇漫反射材料，將其裝飾到低輻射鍍膜玻璃材料的表面，得到裝飾后的玻璃材料。應(yīng)用裝飾后的材料搭建玻璃幕墻后，在材料表面安裝突出的遮陽(yáng)分隔構(gòu)件，完成玻璃幕墻整體施工。

2.3室內(nèi)光污染防治效果分析

采用不同方法完成四個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域的玻璃幕墻施工后，選擇一個(gè)晴朗的白天，測(cè)量室內(nèi)光環(huán)境，得到不同光污染防治方法應(yīng)用后玻璃幕墻室內(nèi)照度分布情況，見(jiàn)圖4。

從圖4可以明顯看出，所提光污染防治方法應(yīng)用后室內(nèi)照度明顯低于其他兩種防治方法，更低于光污染防治處理前玻璃幕墻的室內(nèi)照度。而在匯總室內(nèi)照度數(shù)據(jù)后，找到室內(nèi)照度最大值、最小值統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見(jiàn)圖5。

根據(jù)圖5可知，基于建筑表皮技術(shù)的室內(nèi)光污染防治方法應(yīng)用后，玻璃幕墻的室內(nèi)照度最大值僅為3012.35 lx，此時(shí)其他三種方法施工后的玻璃幕墻室內(nèi)照度最大值分別為3944.19 lx、3559.21 lx、3308.64 lx。說(shuō)明上文研究?jī)?nèi)容更好地處理了文化藝術(shù)中心建筑內(nèi)的光污染問(wèn)題。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著人們對(duì)光污染問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注，如何實(shí)現(xiàn)玻璃幕墻室內(nèi)光污染防治成為日益突出的問(wèn)題。對(duì)此，運(yùn)用建筑表皮技術(shù)設(shè)計(jì)一種新型光污染防治方法，從玻璃幕墻的表面入手，針對(duì)玻璃材料篩選、材料裝飾和遮陽(yáng)構(gòu)件安裝等方面，開(kāi)展光污染防治工作，從源頭上消除光污染，提升玻璃幕墻室內(nèi)場(chǎng)所的環(huán)境質(zhì)量。以某文化藝術(shù)中心建筑作為研究對(duì)象，將所提方法應(yīng)用于施工過(guò)程中展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果為玻璃幕墻室內(nèi)照度最大值僅為3012.35 lx，明顯優(yōu)于其他對(duì)比方法，證實(shí)了所提方法的應(yīng)用有效性。