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疏散照度的计算机辅助计算

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人气:发表时间:2020-03-04 09:58:24【
疏散照度的计算机辅助计算

蔡浩(无锡市建筑设计研究院有限责任公司,江苏省无锡市 214001)
摘 要:根据厂方提供的典型疏散照明灯具的配光特点与相对应的地面水平照度之间的关系,编制了一个AutoCAD应用程序,可用于复杂平面图疏散照明灯具布置的逐点照度计算,并将计算结果分颜色标注在平面图中,方便进行疏散照度的验证,较好地解决了疏散照明设计中的照度计算不方便的难题。

关键词:疏散照度;照度计算;配光特点;水平照度;灯具布置;计算机辅助计算;AutoCAD应用程序;照明设计


0 引言

疏散照明设计是电气设计的一项重要内容,现行规范对各类场所的疏散照度标准均作了较详细的规定。疏散照度是指地面最低水平照度,不同于一般照明的平均照度,因此若采用平均照度计算结果进行疏散照明灯具布置,可能会导致疏散照度值不达标。笔者在进行一项大型商业综合体设计时,根据JGJ 48 - 2014《商店建筑设计规范》的规定采用了文献 [5] 中的智能疏散照明系统,在进行灯具布置时发现,文献[5]中的一些典型布灯模式实际应用局限较大,且灯具布置完成后,难以验证疏散照度是否达标。

照明辅助设计软件DIALux可用于疏散照度计算,其功能丰富,但需要灯具厂商提供灯具数据文件才能计算,笔者所采用的灯具因为没有灯具数据文件支持,无法采用DIALux进行计算。笔者根据文献 [5]中的数据及计算原理,开发了一个可以在AutoCAD中使用的应用程序,能够逐点在图中用不同颜色标出疏散照度值,便于验证。本程序对疏散照明设计具有极大的方便性和实用性。

1 规范依据

GB 50016 - 2014《建筑设计防火规范》(以下简称《建规》)第10. 3 .2条以强制性条文的形式规定了疏散照明的照度标准:
“10. 3. 2 建筑内疏散照明的地面最低水平照度应符合下列规定:
1 对于疏散走道,不应低于1. 0 lx;
2 对于人员密集场所、避难层(间),不应低于3.0 lx;对于病房楼或手术部的避难间,不应低于10. 0lx;
3 对于楼梯间、前室或合用前室、避难走道,不应低于5. 0 lx。”

本条文明确了以下3点:①疏散照度是指地面最低水平照度,而不是地面上的平均照度;② 不同场所的疏散照度标准也不同;③疏散照度的计算结果保留小数点后一位有效数字。

是否疏散路线上所有点的地面水平照度均要达标呢?10.3. 2条条文说明指出照度值引用了美、英等国家的相关标准,并在条件允许时尽量增加照度,提高疏散安全性。因此,有必要了解美、英等国家标准有关疏散照度的规定。

英国标准BS EN 1838:2013《Lighting applications — Emergency lighting》(以下简称“BS EN1838:2013”)第4. 2. 1条规定:对于宽度不超过2 m的疏散路线,沿路线中心线的地面水平照度应不小于1 lx,并且不小于路线宽度一半的中心地带照度至少达到该值的50%。更宽的逃生路线可被视为多个2 m宽的条带或按开放区域防止恐慌照明对待。第4. 3. 1条关于开放区域的照明规定:除该区域周边0. 5 m宽度范围外的核心区域,地面水平照度不低于0. 5lx。可见,BS EN 1838:2013更重视“疏散路线”核心范围内的照度,并不强调疏散通道边缘的照度,这个思路对于理解和执行《建规》第10. 3. 2条具有很好的借鉴意义。综合考虑BSEN 1838:2013 第10. 3. 2条文说明及我国的实际情况,对于2m宽的走道,中间1 m宽度范围内的地面最低水平照度能达到规定照度值,是较为理想的。大于2 m的走道,往往疏散人员较多,除边缘0. 5 m宽度范围外的核心区域地面最低水平照度均应达到规定照度值。

关于疏散照度均匀度要求,GB 50034 -2013《建筑照明设计标准》第5. 5. 4条第3款规定,疏散通道中心线照度的最大值与最小值之比不应大于40 ∶ 1。虽然本条文前提为地面平均水平照度值,但这个条款的规定应当是针对通道中心线的点照度值而言的。此条规定与BS EN 1838:2013第4. 2. 2条是一致的,智能疏散照明系统的灯具功率较小,容易满足本规定。
关于疏散照度计算要求,BS EN 1838:2013第4. 1. 1条规定:应急照明方案设计应基于照明设备在使用寿命期间的最差条件(如最小光输出、最大眩光限制),并且应仅基于来自照明设备的直射光,忽略房间表面相互反射的贡献。因此,疏散照度计算只计算直射光且应计算维护系数,当疏散照明灯具平时不使用时,可较少考虑光源光通量的衰减,但灯具表面污染仍应计入。

根据上述规范的相关规定,在进行疏散照明设计时,应当采用逐点照度计算法验证设计疏散照度是否达标。但逐点手工计算工作量很大,能验证的点数量相当有限,难以满足工程实际应用要求。而采用计算机程序辅助计算可节省大量时间,提高疏散照度计算准确性,下文将讨论疏散照度逐点计算方法和辅助计算程序设计。

2 计算参数及方法
2. 1 灯具参数

智能疏散照明系统常用的灯具为3 W或5 W LED灯,表1是某品牌灯具正下方水平照度测试数据。
灯具正下方水平照度的计算公式[4]
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式中:E0 ——灯具正下方的地面水平照度,lx;
  I0 —— 灯具正下方的光强,cd;
  h ——灯具安装高度,m。

同一灯具正下方的光强I0是灯具固有参数,不会随着灯具安装高度变化。将表1不同安装高度的地面测量水平照度和灯具安装高度分别代入公式(1)计算I0,可以发现I0基本保持不变,因照度测量误差的原因,不同安装高度计算出的I0,差别微小。为了保持计算照度和表1照度的一致性,当灯具安装高度在2. 5~8 m之间时,从表1中选取最接近两个安装高度的I0的平均值作为该安装高度的I0并按公式(1)计算正下方地面水平照度;当灯具安装高度小于2. 5 m或大于8. 0 m时,正下方地面水平照度按公式(1)计算,其中I0根据安装高度2. 5 m计算得出。

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2. 2 灯具配光特点与地面水平照度的关系

单个灯具下方地面水平照度的等照度曲线是若干个同心圆,图1[5]从垂直方向示出了3个等照度同心圆与灯具安装高度的关系,图2是地面等照度曲线。
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图1中地面任意一点的水平照度计算公式[4]
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式中:Eθ—— 地面任意点的水平照度,lx;
  Iθ—— 灯具至该点照射方向的光强,cd;
  R ——灯具至计算点的距离,m;
  cosθ——地面通过光源的法线与入射光线的夹角的余弦。

公式(2)中任意点的Iθ一般可通过灯具配光曲线查得,但疏散照明灯具厂方并未提供灯具配光曲线,笔者计算时采用了拟合配光曲线的方法获得任意角度的Iθ值:首先采用图1中θ = 0°、30°、45°和60°对应的照射光强作为样条曲线的4个控制点,采用曲线拟合法得到近似的灯具配光曲线,然后对配光曲线按θ= 0~60°之间每1°进行微分,可以得出I[sub]0 [/sub]~ I60共61个光强值,当θ不是整数时,通过该角度相邻的两个整数角度的光强进行线性插值求出Iθ。与灯具水平距离大于3.jpg 
登录/注册后可看大图h的地面点水平照度忽略不计。

2. 3 多灯具布置时地面水平照度的计算

因为疏散照度只计算灯具直射光,不考虑顶面、墙面和地面反射光,所以,地面某点的水平照度等于一定距离范围(h)内多个灯具在该点水平照度的代数和。这是进行疏散照度计算机辅助计算程序设计的基础算法。

3 计算机辅助计算程序设计

AutoCAD是目前普遍使用的计算机辅助设计平台,具有良好的用户基础和方便的用户二次开发接口,因此采用AutoCAD支持的Visual LISP语言编写疏散照度辅助计算程序是比较合适的。

程序设计目标是根据平面疏散灯具布置,逐点在图上标出照度值。灯具图块自带光源容量属性,LED 3 W显示为“E3”,LED 5 W显示为“E5”,选取计算区域后,程序可自动识别图中布置的疏散照明灯具,也可手动选择参与计算的灯具。灯具安装高度需要手动输入,并假定所有灯具安装高度相同。

程序采用模块化设计,主要功能模块包括:
a. 定义根据公式(1)及表1进行计算得出指定高度灯具正下方水平照度的函数:getlx(容量、高度)。
b. 定义根据图2进行插值计算得出单个灯具指定距离处的地面水平照度的函数:getptlx(距离)。
c. 定义照度值标注函数:mktext(照度值、插入点、旋转角、图层、对齐方式、颜色)。
d. 根据输入的计算区域和计算点的间距,得到计算网格点的坐标表。
e. 根据计算点的坐标和区域内的所有灯具图块,采用预定义的函数计算每个有效距离内的灯具在该点产生的照度值并相加,得出该点的地面水平照度值,判断照度值的区间,采用对应的颜色在该点标出照度值。为便于更仔细的判断,标注数值比规范值多保留一位小数。
f.  对所有坐标表循环执行e点步骤,直到结束。

4 计算程序验证

程序编写完成后,需要验证计算结果的正确性。

图3是笔者编制的程序生成的LED 5 W 疏散照明灯具在安装高度6 m时的地面水平照度计算图,计算网格尺寸为50 mm×50 mm,3种颜色对应图1及图2的等照度分界线,逐点照度值从内圈向外依次递减,分界线的半径与图2基本一致(因计算点间距为50 mm,故实际计算值可能存在不大于50 mm误差)。
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图4是4个LED 5 W疏散照明灯具安装在边长9 m的正方形4个顶点处,灯具距地高度4. 5 m时,正方形区域的地面水平照度计算图。计算结果与文献[5]的布灯方案基本一致,部分计算点经人工计算复核无误。图4局部区域的照度计算结果高于文献[5],原因是文献[5] 未进行多灯照度叠加计算。可见采用计算机辅助计算的结果更加精确,效果优于人工凭经验布灯。
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程序验证通过后,笔者将其用于商业综合体设计疏散照度计算,图5是其中一个区域的计算结果。图5未按防火分区分别计算,而是整个区域一次计算完成,验证了大数据量计算时程序的稳定性。
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5 程序使用说明

本程序用于实际工程计算时,计算区域不宜过大;不同防火分区或不同疏散通道之间有建筑分隔时,应分开计算,避免相邻区域内灯具对计算结果的影响;计算网格尺寸选取应适中,网格过小会显著加大计算量,耗时较长。

程序约定使用配套示例图中的两种灯具图块,工程设计时采用两种图块布灯后,在AutoCAD中加载程序,采用SSZD命令启动程序,并根据命令行提示逐步输入以下参数:
a. 请输入计算区域第一角点。
b. 请输入计算区域第二角点。
c. 请输入疏散照明灯距地高度(m)[自动选择参与计算的疏散照明灯(S)]< 3. 5 >。此行提示灯具选择模式是自动选择区域内所有灯具参与计算,当前缺省的灯具安装高度为3. 5 m。此处除可输入灯具安装高度外,还可通过输入字母“S”切换参与计算灯具的选择模式(自动 / 手动)。
d. 请输入计算点间距(m)[自动选择参与计算的疏散照明灯(S)]< 0. 1 >。此行提示的灯具选择模式及切换方式同c,并提示当前缺省的计算点间距是 0. 1 m,即计算网格尺寸为100 mm × 100 mm,可回车使用缺省值或输入如“0. 15”将计算网格修改为150 mm × 150 mm。
e. 请输入维护系数[自动选择参与计算的疏散照明灯(S)]< 0. 9 >。此行提示的灯具选择模式及切换方式同c,并提示当前缺省的维护系数是0. 9,可回车使用缺省值或输入新的维护系数值。
f.  请选择参与计算的疏散照明灯:Select objects。此行仅当设置为手动选择参与计算灯具时才出现,供用户选择哪些灯具参与本次计算。
g. 等待程序计算完成并在图上标注照度值。

为便于电气同行交流学习,本文开发的配套软件可在建筑电气论坛下载,下载地址http:// www. jzdq. net. cn /club / forum. php?mod = viewthread &tid = 59383&extra =

6 结语

通过研究智能疏散照明系统疏散照度的计算方法,编制了适用于工程计算的AutoCAD应用程序,极大地方便了疏散照度的计算,有助于工程设计中更好地贯彻疏散照度标准的强制性条文,具有较好的使用价值。
应当注意,本程序仅适用于文献[5]中的两种特定智能疏散照明灯具的照度计算,如需计算其它灯具,需要采集相应的灯具数据并集成到程序中。

 
  • 《疏散照度的计算机辅助计算》配套程序

           [工具软件] 《疏散照度的计算机辅助计算》配套计算程序
  • 《楼梯疏散照明的设计》《建筑电气》2019年第12期

           [文章介绍] 2019.12|蔡浩:楼梯疏散照明的设计
  • 《楼梯疏散照明的设计》配套计算程序:

      [工具软件] 《楼梯疏散照明的设计》配套计算程序
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