地下車庫出入口過渡照明研究

王 偉，趙曉波，石江鋒，趙博超，王 丹

(1.中冶置業(yè)集團有限公司，北京 100088；2.清華大學建筑學院，北京 100084；3.清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084)

引言

當人眼從明亮的環(huán)境進入亮度較低的環(huán)境時，由于瞳孔反應的滯后性，需要一段時間適應，視力才能逐漸恢復，辨識黑暗中的事物，這一過程稱為暗適應。同樣，當環(huán)境亮度上升，人眼需要調(diào)整時間才能適應周邊的環(huán)境，這個過程稱為明適應[1]。進出地下車庫等明暗度差異大的環(huán)境，容易產(chǎn)生錯覺，辨認困難，難以發(fā)現(xiàn)障礙物，影響判斷前后車距，形成事故隱患[2]。人眼細胞的明適應過程相對比較迅速，僅需數(shù)秒到1 min[2]，而暗適應所需的時間要長很多，一般根據(jù)暗適應過程設置過渡照明，改善白天的視覺環(huán)境。

《車庫建筑設計規(guī)范》(JGJ 100—2015)[3]第7.4.5條規(guī)定：坡道式地下車庫出入口處應設過渡照明。白天入口處亮度變化宜按10∶1 ～ 15∶1取值，夜間室內(nèi)外亮度變化可按2∶1 ～ 4∶1取值?！兜叵驴臻g照明設計標準》(T/CECS 45—2021)[4]明確視覺適應過渡區(qū)域應設置合理入口照明。陳濤[1]、王蘇陽等[5]根據(jù)《地下建筑照明設計標準》(CECS 45—1992)給出的計算過程完成過渡照明照度要求計算。實踐中，坡道式地下車庫(下稱車庫)出入口過渡區(qū)照明沒有引起相關專業(yè)人士重視[5]。本文計算出車庫的停車視距和過渡區(qū)長度，結合典型車庫分析過渡區(qū)是否有增設人工照明的必要，并根據(jù)計算結果設置人工照明。

1 過渡照明計算

由于人行速度較低，生活中行人一般通過室內(nèi)電梯進出車庫。本文主要討論車行出入口過渡區(qū)照明設計。停車視距是看到路面上的障礙后能將車輛停下來的距離，車庫出入口宜保持停車視距照明的均勻性。本節(jié)分析明適應和暗適應過程的要求后，根據(jù)T/CECS 45—2021[4]第4.6.1的第2條規(guī)定，結合人工照明和天然光設置過渡區(qū)照明。

1.1 停車視距計算

停車視距由兩部分組成：(1)駕駛者在反應時間內(nèi)行駛的距離；(2)開始制動到剎車停止所行駛的時間，即制動距離。另外，需考慮另外增加安全距離5 ～ 10 m[6]。停車視距計算值按式(1)計算：

(1)

式中，ST為停車視距(m)；V為行車速度(km/h)；f為縱向摩阻系數(shù)，依據(jù)車速及路面狀況而定；t為駕駛者反應時間，取2.5 s(判斷時間1.5 s、運行時間1.0 s)；g為重力加速度?！豆仿肪€設計規(guī)范》(JTG D20—2006)[7]給出的停車視距見表1。

表1 中國標準停車視距計算值

車庫出入口過渡照明設計可適當參照隧道照明相關規(guī)范概念[8]，車庫出入口與隧道車流量、車速不同，且隧道的頂部和側(cè)面是封閉的，更易造成“黑洞效應”和“白洞效應”[2]。車庫出入口車行速度按5 km/h取值[5]，縱向摩擦系數(shù)按均值0.49取值[9]，則：

適當預留安全距離，車庫出入口的停車視距可按10 m考慮。

1.2 明適應過程計算

《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》(GB 55015—2021)[10]規(guī)定：機動車行車道(含坡道)地面照度標準值為50 lx?！冻鞘械缆氛彰髟O計標準》(CJJ 45—2015)[11]規(guī)定：夜晚城市支路道路照度10 lx。疊加車燈照明，基本滿足過渡照明夜間室內(nèi)外亮度變化2∶1 ～ 4∶1要求，無需增設人工照明。

1.3 暗適應過程計算

過渡照明設計是在一定的速度下，地面亮度的變化符合圖1要求，使得駕駛員眼睛適應亮度變化，避免行駛危險。亮度和照度的計算見式(2)。暗適應過程計算是通過亮度的要求計算出合適的照度。

圖1 亮度—時間曲線[5]Fig.1 Brightness time curve [5]

本文從三個角度進行分析：(1)根據(jù)車庫照度標準值及“亮度—時間曲線”確定過渡區(qū)長度；(2)分析滿足《建筑采光設計標準》(GB 50033—2013)[12]的車庫出入口坡道如何利用天然光作為過渡照明；(3)計算分析某項目車庫出入口在夏至日和冬至日的天然光分布和過渡照明需要照度，并最終確定人工照明照度。

過渡照明計算執(zhí)行以下要求[5]：

(1)白天入口處亮度變化宜按10∶1～15∶1取值；

(2)車行速度按5 km/h取值[5]；

(3)亮度、照度及反射系數(shù)之間的關系如式(2)：

(2)

式中，L為地面亮度(cd/m2)；ρ為地面的反射系數(shù)，設定車庫室內(nèi)外為水泥材料，ρ取0.15；E為地面的照度(lx)。

1.3.1 過渡區(qū)長度計算

地下空間出入口應設置視覺適應過渡區(qū)照明[4]。機動車行車道(含坡道)地面照度標準值為50 lx，以北京地區(qū)室外年平均散射照度為11 000 lx為例，過渡區(qū)長度計算過程[5]為：

(4)查亮度—時間曲線，亮度從35 cd/m2變化至2.4 cd/m2，需要10.5 s。

(5)車速5 km/h(1.39 m/s)，過渡照明車道長度G≥ 1.39 × 10.5 ≈ 15 m

過渡區(qū)長度一般不超過15 m。駛?cè)胲噹?5 m之后按50 lx設置照明即可，無需設置人工照明作為過渡照明。

1.3.2 天然光作為過渡照明的照度分析

根據(jù)GB 50033—2013[12]分析車庫入口的天然光照度分布，過程如下：

表2 光氣候系數(shù)K值與室內(nèi)天然光采光標準值

(2)根據(jù)GB 50033—2013表6.0.1，Ⅴ級采光設計的有效進深b/hs為4.0，按照車庫高hs為2.4 m計算，有效進深b=4×2.4=9.6 m。

(3)入口處照度E1為733 lx，亮度為35 cd/ m2；車道亮度L3為9.48 cd/ m2；查亮度—時間曲線，亮度從35 cd/ m2變化至9.48 cd/ m2，需要5.1 s。

(4)5.1 s時車輛已駛?cè)隩=1.39×5.1 ≈ 7.1 m。

按照GB 50033—2013[12]設置側(cè)面采光的車庫出入口，進入車庫7.1 ～ 9.6 m處利用天然光照明和行車道照明即可滿足過渡照明要求。結合上文分析，0 ～ 7.1 m處及9.6 ～ 15 m處應根據(jù)照明計算軟件逐點計算是否需要增設人工照明作為過渡照明。

1.4 出入口坡道天然光模擬計算

選擇南京某典型車庫為例，建立模型(圖2)。該車庫入口設置有玻璃頂作為采光棚，由于玻璃具有良好的透射效果，無需增設人工照明。本文進入車庫以進入實體頂開始計算，選取夏至日和冬至日兩天，利用DIALux軟件按照夏至日、冬至日玻璃頂面(0～16 m)和實體頂面(0～22 m)計算天然光照度，結果見表3和表4。根據(jù)進入實體頂面后天然光照度計算結果和亮度—時間曲線討論天然光疊加行車道照明是否滿足過渡照明要求。

圖2 南京某車庫模型圖Fig.2 Model of a garage in Nanjing

表3 南京某車庫夏至日天然光照度計算(lx)

表4 南京某車庫冬至日天然光照度計算(lx)

根據(jù)表3和表4的計算結果，玻璃頂面具有良好的減光效果。根據(jù)進入車庫(以進入實體頂面為準)的天然光分布再疊加車庫50 lx行車道照明，擬合得到趨勢線y1。擬合亮度—時間曲線得到趨勢線y2，并對比分析y1和y2(圖3、圖4)。根據(jù)圖3、圖4和前文分析得知，進入車庫10 m后，車庫照明已基本滿足過渡照明需要。根據(jù)0～10 m的曲線y1和y2的積分差，計算需額外增設的人工照明照度(表5、表6)。

圖3 南京某車庫夏至日天然光作過渡照明分析示意圖Fig.3 Schematic diagram of natural light transition lighting analysis in a garage in Nanjing during the summer solstice

圖4 南京某車庫冬至日天然光作過渡照明分析示意圖Fig.4 Schematic diagram of natural light transition lighting analysis for a garage in Nanjing during the winter solstice

表5 南京某車庫夏至日天然光作為過渡照明分析

表6 南京某車庫冬至日天然光作為過渡照明分析

通過表5、表6分析，該車庫在夏至日和冬至日，進入車庫0～10 m處天然光照明疊加行車道50 lx照度后逐點計算仍不滿足過渡照明要求。考慮到室外天然光一天內(nèi)變化較大，為維持車庫停車視距的照度相對穩(wěn)定，應在0～10 m處增設人工照明，疊加行車道50 lx照度，夏至日人工照明照度最大值應為279 lx，出現(xiàn)在15：00；冬至日人工照明照度最大值應為253 lx，出現(xiàn)在12：00(圖5)。

圖5 南京某車庫0～10 m處人工照明照度示意圖Fig.5 Schematic diagram of artificial lighting illumination at 0～10 m in a garage in Nanjing

2 坡度照明設置

2.1 人工過渡照明設置

對于舉例的南京項目，通過模擬計算可得到每個時間點需要補充的人工照明照度，設置過渡照明(圖6)如下：

圖6 南京某車庫過渡照明設計示意圖Fig.6 Schematic diagram of transition lighting design for a certain garage in Nanjing

(1)燈具安裝應從進入實體頂開始設置。

(2)進入地庫0～10 m處宜補充設置人工照明結合天然光作為過渡照明，按照300 lx布燈。進入地庫10 m以后按規(guī)范設置常規(guī)50 lx人工照明即可，無需額外增設人工照明作為過渡照明。

(3)0～10 m處人工照明宜采用單燈控制，按照照度計算結果開啟人工照明作為過渡照明(示例見圖5)，夜晚維持50 lx。

(4)過渡區(qū)人工照明燈具建議按一定時間輪換，以便于維護燈具。

2.2 其他出入口照明設置要點

車庫出入口若朝西或者朝東應考慮防止眩光。根據(jù)表3、表4可知，宜結合土建構造設置采光棚以充分利用天然光作為過渡照明。為進一步提升車庫品質(zhì)，車庫入口宜設置迎賓燈具兼做過渡照明但應注意防止“斑馬效應”。

3 討論和展望

坡道式地下車庫出入口應經(jīng)過計算確定是否需要增設人工照明。對于直接進入實體頂?shù)能噹?，宜設置玻璃頂采光棚等減光措施，優(yōu)先采用天然光作為過渡照明。當天然光不能滿足要求時，應增加人工照明作為過渡照明，宜采用天然光與人工照明的一體化控制。一般情況下，地下車庫出入口車行進入坡道15 m后滿足人眼適應要求，0～15 m處應根據(jù)項目實際建模計算天然光分布完成論證。隨著技術發(fā)展，可設置過渡區(qū)人工照明隨室外天然光的照度自動調(diào)節(jié)[13]，提高過渡區(qū)的視覺舒適性和行駛安全性。