關(guān)于玻璃幕墻反射光影響分析計算范圍的探討

玻璃幕墻因其現(xiàn)代感且具有良好的采光性和節(jié)能性而被高層建筑廣泛使用，但由于玻璃幕墻在太陽的照射下反射強烈的眩光，對周邊住宅、學校等建筑帶來干擾和影響，也引起大家的關(guān)注?！督ㄖh(huán)境通用規(guī)范（GB 55016—2021）》［1］作為強制性工程建設(shè)規(guī)范，要求“在居住建筑、醫(yī)院、中小學校、幼兒園周邊區(qū)域以及在主干道路口、交通流量大的區(qū)域設(shè)置玻璃幕墻時，應(yīng)進行玻璃幕墻反射光影響分析”。國家相繼出臺控制玻璃幕墻光污染的有關(guān)標準要求，對反射光影響的計算范圍沒有明確規(guī)定，筆者根據(jù)案例分析提出科學合理可操作的建議，與大家共同探討。

1 反射光影響分析計算范圍的確定因素

所謂玻璃幕墻反射光影響分析計算范圍是指，在玻璃幕墻建筑周圍多大范圍內(nèi)的敏感建筑必須進行反射光影響分析。超出這一范圍的敏感建筑可視為不受影響，無須進行反射光影響分析。由于我國幅員遼闊，緯度差異大，玻璃幕墻建筑在國內(nèi)不同城市產(chǎn)生的反射光影響范圍和影響程度不盡一致。因此，國家規(guī)范《玻璃幕墻光熱性能（GB/T 18091—2015）》［2］和《光環(huán)境評價方法（GB/T 12454—2017）》［3］均未就玻璃幕墻反射光影響分析的計算范圍作出全國統(tǒng)一的規(guī)定，而在實際操作中則必須對玻璃幕墻反射光影響分析的計算范圍作出明確規(guī)定。因為它對分析結(jié)果的真實性和分析效率至關(guān)重要，而要確定一個科學合理的分析計算范圍，則必須綜合考慮以下因素：

1.1 反射光的實際覆蓋范圍

根據(jù)太陽的運動軌跡可知，與日照陰影一樣，玻璃幕墻反射光實際覆蓋范圍主要取決于太陽高度角，而太陽高度角的高低取決于城市的地理位置。一個城市的地理緯度越高，太陽高度角就越低，其玻璃幕墻反射光的覆蓋范圍也就越大；反之亦然。

杭州市在2001年典型日夏至、春分、秋分、冬至的太陽高度角和方位角見表1。

表1 杭州市2001年典型日太陽高度角和方位角

以杭州市地理緯度約北緯30°為例，模擬1幢東西長60 m，南北進深60 m，高度為50 m的八面柱型玻璃幕墻建筑，選擇2001年的典型日春分、夏至、秋分、冬至，在日出后至日落前太陽高度角不低于10°的時段，采用專業(yè)軟件計算反射光的實際覆蓋范圍，計算結(jié)果見圖1。

從圖1中我們可以看出，太陽一天的運動軌跡由玻璃幕墻建筑反射后形成上下午左右對稱的反射光覆蓋范圍，早晨太陽高度角小，反射距離遠，中午高度角大，反射距離近。多個典型日的反射光覆蓋范圍疊加在一起后，其形狀犬牙交錯，極其復(fù)雜。4個典型節(jié)氣50 m高的玻璃幕墻建筑光反射最大距離較接近，約280 m，是建筑高度的5.6倍。其中春分和秋分的玻璃幕墻光反射的范圍兩者是重合一致的，夏至日反射覆蓋面較纖細，冬至日的反射覆蓋面范圍較大，但相對集中在建筑高度3倍的范圍內(nèi)，而3倍以外的范圍影響面較小。

圖1 玻璃幕墻光反射范圍

上述的光反射范圍是建筑玻璃幕墻垂直地面的常規(guī)放置方式，如果建筑玻璃幕墻不是垂直地面，則反射距離就不同。幕墻玻璃與地面的夾角小于90°，則反射距離會縮短；如幕墻玻璃與地面的夾角在95°以內(nèi)，則與垂直地面的情況相差不大；如幕墻玻璃與地面的夾角大于95°，則從圖2可以看出，反射距離會大大增加。當反射光線與地面接近平行時，如建筑屋頂存在反射光現(xiàn)象，反射范圍趨向無限遠，但在具體的玻璃幕墻反射光影響分析實踐中，這種情況不多，且周圍會存在其他遮擋建筑，故不具有典型意義。

圖2 不同角度玻璃幕墻反射范圍示意

總之，無論是玻璃幕墻反射光實際覆蓋范圍的大小還是形態(tài)，都不適合將其直接作為反射光影響分析的計算范圍。確定玻璃幕墻反射光影響分析的計算范圍應(yīng)充分考慮反射光的實際覆蓋范圍，但不能拘泥于反射光的實際覆蓋范圍。

1.2 玻璃幕墻反射光亮度

根據(jù)《玻璃幕墻光熱性能》對不同位置的玻璃幕墻應(yīng)選擇玻璃可見光反射比的不同要求，在玻璃幕墻反射率分別為0.30和0.16的情況下，采用專業(yè)光環(huán)境分析軟件計算春分、夏至、秋分、冬至日太陽高度角大于10°的反射光亮度，計算結(jié)果見表2、表3。

由表2、表3可以看出，在玻璃可見光反射率為0.30時，除接近日出與日落高度角在10°外，反射光亮度基本都在4 000 cd/m2以上。玻璃可見光反射率在0.16時，冬至日有2個多小時亮度在4 000 cd/m2以內(nèi)，其余節(jié)氣有1個多小時亮度在4 000 cd/m2以內(nèi)，其他亮度均在4 000 cd/m2以上。

表2 玻璃反射率0.30對應(yīng)各時刻亮度值單位：cd/m2

表3 玻璃反射率0.16對應(yīng)各時刻亮度值單位：cd/m2

反射光亮度與太陽高度角有關(guān)，高度角越高亮度越大。根據(jù)亮度與眩光的關(guān)系，目標亮度在4 000 cd/m2以內(nèi)，眩光感覺程度較輕微，而這個時間段反射距離最長。所以光反射遠距離影響的程度相對較輕微。亮度與眩光特征［4］見表4。

表4 亮度與眩光特征

1.3 反射光的傳播距離

點光源在與照射方向垂直的平面產(chǎn)生的照度與光源的光強成正比，與光源至受照面的距離的平方成反比。這稱為距離平方反比定律，適用于點光源產(chǎn)生的點照度的計算。計算公式如下：

式中：E為照度，lx；

R為對象至光源的距離，m；

I為光源發(fā)光強度，cd。

由此可見，光的強弱由兩個因素決定：

1）光源的發(fā)光強度；

2）被照射對象和光源之間的距離。

當玻璃幕墻與被反射光照射到的建筑距離越遠，則被照射的光亮度越低；與其傳播距離的平方成反比，即與反射建筑的距離每增加一倍，則反射光的亮度會降到原來的四分之一。因此，隨著敏感建筑與反射建筑距離的增加，敏感建筑被反射光所照射到的亮度會急劇減弱。

1.4 周邊建筑對反射光的遮擋

當所確定的反射光影響分析計算范圍越大時，計算范圍內(nèi)存在的建筑也就越多。當計算范圍內(nèi)存在多排建筑且建筑高度接近時，很顯然，受反射光影響最大的是與反射建筑直接相鄰的第一排建筑，而后排建筑會因前排建筑的遮擋而使其所受的影響大大降低。如敏感建筑處在多排建筑之后，則經(jīng)多次遮擋以后，能到達敏感建筑的也就只有少量能越過前排建筑的屋頂和穿過前排建筑間隙的反射光線，其對敏感建筑的影響也就微乎其微了。

1.5 建設(shè)項目營商環(huán)境因素

2019年國家頒布實施《優(yōu)化營商環(huán)境條例》，要求深化簡政放權(quán)、放管結(jié)合、優(yōu)化服務(wù)改革，著力提升政務(wù)服務(wù)能力和水平，切實降低制度性成本，增強發(fā)展動力。反射光覆蓋范圍全部進行計算，則涉及建筑多，導(dǎo)致分析工作量大，存在分析周期長與費用高的情況，影響建設(shè)項目的開發(fā)建設(shè)，與優(yōu)化營商環(huán)境要求相違背，因此確定一個合理科學可操作的計算范圍很有必要，這樣既反映分析結(jié)果的客觀真實性，又提高分析效率。

2 結(jié)語

綜合考慮上述因素，在玻璃幕墻光反射影響分析中，建議確定一個科學合理的計算范圍：當建筑物幕墻玻璃垂直地面或與室外地面夾角小于等于95°時，反射光影響分析范圍為以幕墻建筑為圓心，幕墻建筑高度的3倍距離為半徑，最小計算半徑為100 m，最大不超過360 m的圓形區(qū)域；當建筑幕墻玻璃與室外地面夾角大于95°或存在外凸弧面時，則計算半徑相應(yīng)擴大到1.5倍。當幕墻建筑高度的3倍半徑圓形區(qū)域內(nèi)無建筑時，則將反射光實際覆蓋范圍內(nèi)鄰近幕墻建筑的第一排敏感建筑納入計算范圍。