建筑玻璃幕墙眩光污染评价研究

　　摘要：本文通过对建筑玻璃幕墙的眩光污染危害特性展开研究，为评估建筑玻璃幕墙眩光危害提供一种便捷有效的测试评估方法，为相关的检测和研究机构开展建筑玻璃幕墙眩光危害评价和风险评估工作提供借鉴和参考。

　　关键词：建筑玻璃幕墙;眩光污染;评价

　　概述随着城市现代化建设进程不断加速，越来越多建筑物采用玻璃幕墙，在带来美观的同时也产生了一系列问题。大量太阳光透过大面积玻璃幕墙直射入室内，严重干扰室内光环境，特别是产生的昼光眩光会令人不适。而采用镜面玻璃或镀膜玻璃所反射的太阳光辐射将转到相邻建筑和周边空间，产生的强烈眩光会严重干扰行人、司机及相关作业人员，破坏城市人居环境，严重时将带来一系列交通和质量安全隐患。

　　本文通过对建筑玻璃幕墙的眩光污染危害特性展开研究，为评估建筑玻璃幕墙眩光危害提供一种便捷有效的测试评估和试验方法，为相关的检测和研究机构开展建筑玻璃幕墙眩光危害评价和风险评估工作提供借鉴和参考。

　　1建筑玻璃幕墙眩光污染影响要素分析

　　眩光是指人眼视野范围存在与背景形成强烈对比的极端亮度光源，导致人眼视觉不舒适感或者降低人眼可见度的一种视觉状态。影响建筑玻璃幕墙眩光污染大小的内部因素主要包括建筑形态、幕墙材料，外部因素主要为环境。

　　1.1玻璃幕墙的建筑形态和材料影响

　　建筑玻璃幕墙墙体的方位朝向、立面分隔、平面形式、幕墙尺寸以及幕墙剖面的不同，均会不同程度影响到眩光污染大小和范围。玻璃幕墙的反射光线与太阳光的运行轨迹密切相关，因此对于某一朝向的玻璃幕墙，可以大致推算出光辐射影响区域和范围;同时，对于不同朝向的幕墙在同一时刻的光辐射大小和范围也不尽相同。

　　玻璃幕墙所产生的眩光形式和状态与玻璃幕墙的形态相关，如：整面完整的玻璃幕墙会产生整片的眩光污染区域，而竖向或横向带窗户的玻璃幕墙所造成的眩光形态主要对应为竖向和横向条状，网格化的状玻璃幕墙产生的眩光多为点状或碎片。建筑平面的形态将影响玻璃幕墙的反射光线的汇聚、平行和分散。

　　当太阳照射在表面光滑的幕墙上时将会得到平行反射光;照射在表面凸起的幕墙平面时会使得反射光线分散，不容易形成集中的眩光危害;而对于凹形的玻璃幕墙平面则会使得反射光线聚集，从而加剧眩光危害程度。根据建筑玻璃幕墙纵向剖面形态可分为倾斜幕墙和垂直幕墙，而倾斜幕墙又可分为倾斜面向上和向下两种类别。

　　根据光反射的原理，反射面倾斜角向上的玻璃幕墙的反射角更小，从而增加眩光危害的影响程度，反射面倾斜角向下的玻璃幕墙会得到反射角更大的反射光线，从而减少眩光影响范围。影响玻璃幕墙的发射光强度的影响因素之一是幕墙所用材料的反射率ρ，所以选用幕墙材料时尽量选择发射率低的材料，建议不要使用超过可见光范围内反射率超过0.3的镜面材料，防止产生高强度眩光危害。

　　1.2环境因素影响

　　影响玻璃幕墙眩光污染情况的环境因素主要包括地理环境和周边环境两类。其中地理环境主要包括太阳光照时段、地理纬度、天气和季节因素等，主要影响太阳光的高度角、方位角和辐射强度;而周边环境主要包括周边建筑和绿化情况，均对幕墙的发射光线传输产生一定影响。一天中不同时刻随着太阳高度角不同，幕墙对入射光的反射角度也会改变，幕墙眩光污染的影响范围会随之变化。一般来讲，眩光比较严重的时间段主要分布在早上9:00前或下午15:00后。

　　不同季节的太阳光在不同方位角的照射时间不一样，如某市在不同季节的太阳光在各个方位的照射时间，春分和秋分日时，太阳光更长时间会位于东南和西南方向，所以朝向西南或东南的玻璃幕墙更容易造成大面积眩光污染;当夏至日时，太阳光则大多数时间来自于西向和东向，南向则较少;而冬至日时，太阳光主要在位于正南方向，其他方向相对较少。

　　同时，天气情况也直接影响太阳光入射强度，从而影响眩光污染程度。还有周边建筑遮挡、绿化树木阻挡等因素会一定程度上减少眩光污染，但是相邻建筑的玻璃幕墙之间也由可能产生多次或反复发射效应，从而造成严重眩光污染。

　　2建筑玻璃幕墙眩光危害评价方法

　　由于视野中高亮度光源的存在，导致人眼可视程度受损的眩光称为失能眩光。这些眩光源导致各类杂散光在人眼内视网膜图像上重复叠加，从而降低物体在人眼中的成像对比度，导致人眼看到低对比度和小对象的能力下降。

　　2.1眩光产生的原因

　　没有眩光源时，视场中的目标物体图像聚焦在视网膜上，观察者可以清楚的看到目标物体。当有眩光源存在时，眩光源的光线在眼睛里不聚焦，发生散射，在视网膜方向上的散射会起到光幕作用叠加在清晰的图像上。在这种情况下,眩光源减少了视网膜上物像的对比度,造成较差的视觉效果。换句话说,由于失能眩光的出现使得视觉功能下降。失能眩光直接影响到驾驶员或者行人觉察障碍物的可靠性，影响人员生命和财产安全。

　　2.2眩光的评价

　　在CIE最新版技术报告CIE150-2017中，光幕亮度Lv被用于评价道路照明光源带来的干扰光，并且推荐采用成像式图像亮度计来测量光幕亮度。不同应用场景的眩光评价指标计算模型都各不相同，但总体来讲，其关键物理参数基本相同，包括以下：1——眩光源亮度;2——周围环境亮度;3——眩光源的发光尺寸;4——眩光源与观察方向相对位置角度;5——眩光源数量。

　　2.2.1阈值增量法

　　阈值增量(TI)是典型的失能眩光评价指标,表示当存在眩光源时，为了看清物体，物体和其背景之间的亮度对比需要增加的百分比。计算时选取路面平均亮度作为人眼适应亮度。

　　2.2.2试验验证

　　本次选取福州台江区万达广场附近一座大厦作为测量地点，采用TI模型法进行了模拟测试。本次针对建筑玻璃眩光危害的评价主要关注其对驾驶员和现场作业人员的影响，采用基于数码相机的成像式亮度测量方法，并主要考虑对失能眩光方面的评价。从测量结果来看，建筑玻璃幕墙反射眩光亮度非常高，由于图像传感器只有在信号饱和之前，输出的信号强度才会满足与入射的光学能量成正比关系，所以在成像过程中仪器的动态范围对成像效果的影响至关重要。图像传感器必须考虑在光电转换的过程中饱和信号与背景噪声，动态范围可以定义为最大的非饱和信号与最小的可测信号之比。

　　通常认为，对于固定被测场景，当测量的动态范围达到105时，即与人眼睛能够处理的亮度极限相近时，可称为高动态测量范围(HDR)。基于数码相机的成像式亮度测量实际就是获得相机的光电转换函数(OECF)的逆函数过程，由于图像传感器的动态响应范围有限，普通的数码相机在进行光度测量时存在着一定先天不足。

　　为了克服这方面不足，可以将数码相机标定方式从传统基于灰度的曝光序列变为基于时间的曝光序列。要对同一场景进行拍摄时，固定光圈值，通过改变快门时间得到一组不同曝光时间的低动态范围的图像，然后对不同曝光序列的单张图像中非饱和的像素亮度值进行加权平均来获得高动态范围的图像;最后通过软件分析计算来获得被测场景内所有的有效亮度信息。

　　3小结

　　基于建筑玻璃眩光危害特性，合理的曝光时间选择设定对基于亮度测量的眩光测量设备非常的重要，并且COMS传感器自身存在一定的线性范围，对于物体表面亮度一定的情况下，曝光量与曝光时间成正比：1)测量时需要根据被测场景亮度分布来选择合理的曝光时间，以确保不同的亮度水平都能落在传感器的线性范围内，从而来保证测量的结果准确度。2)基于实际图像传感器的测量动态将明显小于实际场景的亮度范围，需要采取HDR多次(分时)曝光采集方式，并结合后期软件处理系统对不同曝光时间的图像数据进行自动解析融合，从而扩展测试系统的可测亮度范围。

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