分析道路照明设计参数的敏度

 以往，道路照明设计通常是凭设计者的经验，很难做到科学合理、经济节能。如今，出现了很多照明设计软件，可以方便地计算评估设计的合理性。DIALux4.1就是一款由德国DIAL公司开发的比较出色的照明设计软件。
　　
  敏度分析，或叫灵敏度分析(sensitivity analysis)是数学的一个分支：数值代数中的一个概念，它广泛应用于控制工程、结构优化等学科。实际上就是确定如果一个或更多的输入值发生变化时，输出结果会有什么样的变化。按照传统理论，做敏度分析首先要有关于输出量和输入量之间关系的数学函数表达式，再通过一系列微积分的运算才能得出结论。但是，有些问题的数学模型是很难表达的，这就造成了求解的困难。而现如今，电子计算机可以将很复杂的问题全部数值化，从而令许多难题迎刃而解。
　　
  2 DIALux程序简介
　　
  DIALux软件诞生至今已整整14年，版本也从最初的1.0发展到现在的4.1。功能更是日臻完备。
　　
  从前，许多设计师以"概念"与"经验"来做照明设计的判断，但在照明产业的专业诉求上来说，如果要真正做好照明规划，还需要灯具厂商提供各种正确的照明数据，再经过电脑模拟计算之后，才可以较精准地产生设计者所要的数据与效果;不然，只能是一个人为的个人经验值而已。
　　
  德国DIAL公司基于多年在照明技术与市场研究的观察，发现世界各国的照明计算软件多局限于单一厂牌的运算，而所有的照明设计案却大多为采用多家厂商的照明灯具之综合应用，并不符合实际的操作需求。因此，邀集了世界著名厂商如Philips, BEGA, THORN, ERCO, OSRAM, BJB, Meyer, Louis Poulsen 等公司，共同投资于具有"统合应用性"的新照明软件之开发，并于1992年成功地推出了DIALux照明软件，首次现身于汉诺威展览中，即得到各界的认可，并逐渐成为欧洲照明软件的顶级品牌。
　　
  由于DIALux可以统合各种照明灯具，做精准的照明计算，且还具有虚拟实境的功能，让整个空间设计案，不管是室内、室外、建筑、展场的"照明设计规划"，都能以3D立体图的方式在电脑中完美地呈现，而所有的照明数据，也都以图表化的方式清楚地详列出来，加上操作介面相当简易、人性化，因此一推出便立即在欧洲各国引起热烈的回响，也为业界建立起一个公认的照明"标准"依据。
　　
  DIALux除了现有的十多种欧洲语系外，已于2003年底推出了中文版。
　　
  另外，DIALux最大的特点为其"共享软件"的理念，且每年都会有约两次的升级改版，因此任何人都能到"DIALux"的网站上下载使用。
　　
  使用者可以将DIALux当成一个照明设计的实验室，在施工前将照明的配置图于软件上反复实验到最完美的地步。如此一来，就不会再有施工时，发现照度不够，或是发现照明角度不恰当等问题，而临时换灯具、改配置等情形发生了。
　　
  目前，拥有坚强的照明技术团队与研究室背景的德国DIALux照明软件，成为欧美各国的设计师实现"完美照明"与"精准设计"理想的最佳辅助工具。
　　
  *DIALux 的主要功能与特性：
　　
  • 人性化的工作介面。
  • 丰富的材质和建模元件库。
  • 使用者自定的灯具和模组资料库。
  • 数万种灯具产品选择。
  • 设室内、户外、街道、灯具排列等精灵模式，可快速完成设计。
  • 处理灯具和瞄准位置的绘图方式。
  • 灵活、精准、和快速的运算。
  • 能与其他软件相容。
  • 能任意旋转三维或平面图的各个角度观看您的作品。
  • 依据CIE(国际照明学会)各项标准。
  • 专业和详细的报告使客户留下深刻的印象。
　　
  3道路照明设计模型的基本参数
　　
  本文参照的是CIE(国际照明委员会)推荐的道路照明设计标准，见表1
　　
  假想基本计算模型的路宽8米，双向2车道，照明等级M2，维护系数0.75，柏油路面类型R3，亮度系数0.07，见图1、图2。

 

　　

  图1 基本计算模型平面图

 

   

  图2 基本计算模型断面图
　　
  灯　具：Philips 204 Family SGS204 TP PC 1xSON-PP150W
  光通量：17000 lm
  光强最大值：
  角　度 70°：305 cd/klm
  角　度 80°：120 cd/klm
  角　度 90°：11 cd/klm
　　
  在能够与下部垂直线形成规定角度的所有方向上，照明装置安装正确。
  安排符合光强等级 G2.
  安排符合眩光指数等级 D.5.
  瓦　数：168 W
  排　列：单侧排列
  灯杆距离：24.0 m

 

 

  图3 路灯配光曲线

 4基本计算模型计算结果

　　
 

  基本计算模型计算结果见图4-图6。

  图4 路面等照度图

 

  图5 线道1观察器所见路面亮度图

  5敏度分析结果
　　
  因灯杆距离、灯具安装高度、吊杆角度这三个设计参数对最终结果的影响很大，所以应重点研究它们的变化对结果的影响。
　　
  通过程序计算，得出线道1(line1)及线道2(line2)的结果，如图7-图15。(因TI在5%-9%之间，SR在0.4-0.5之间，变化很小，故不对他们进行绘图分析)

  图7 灯杆距离的变化对平均亮度的影响

 
  图8 灯杆距离的变化对总体均匀度的影响

   图9 灯杆距离的变化对纵向均匀度的影响

  图10 灯具安装高度的变化对平均亮度的影响

  图11 灯具安装高度的变化对总体均匀度的影响

  图12 灯具安装高度的变化对纵向均匀度的影响

 

  图13 吊杆角度的变化对平均亮度的影响

 

   图14 吊杆角度的变化对总体均匀度的影响

 
   图15 吊杆角度的变化对纵向均匀度的影响
　　
  综合各种结果可以作出判断，选择灯杆距离24m、灯具安装高度8m、吊杆角度6°是一种比较合理的设计方案。进一步，还可以分析悬臂长度等因素对设计结果的影响。
　　
  6结语
  应用DIALux4.1软件辅助道路照明的设计，有助于在设计阶段充分论证其合理性。
  DIALux是一个功能强大而完备的照明设计计算软件，随着使用者的增多，它必将在实践中发挥更强大的作用。