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摘 要：对重庆某机械工厂进行了实地调研和测试，详细分析了机械工厂光环境的现状。并通过ecotect和radiance对机械工厂的照明进行模拟，通过软件模拟提出机械工厂光环境优化设计策略。
关键词：重庆机械工厂；光环境；优化设计
一、重庆机械工厂现场测试分析
第一次到工业园机械厂房测试的时间为2017年5月21号上午10：30-12：00，当时的天气为阴天，室外温度为22℃。机械厂房的空气湿度维持在68%-72%之间。第二次到工业园机械厂房测试的时间为2017年5月22号上午9点到下午5点左右，当天的天气情况和昨天比较相似，也是阴天，室外温度在21℃-27℃之间。
根据（GB/T500332013）建筑采光设计标准，机械厂房对应的天然采光的标准应符合作业类型为整体装配，视觉作业分类采光等级为Ⅲ级，室内天然光的临界照度经过计算后为180lx，照度的均匀度不小于0.7。2017年5月24号从上午9：00到下午5：00对机械厂房的室内照度进行了测试，测试结果如图1所示。从测试结果可以看到，全天有大约一半的时间满足照度要求，主要是早晨和下午接近傍晚的时间厂房内的照度存在不足。在测试的过程中，厂房的天窗和立窗基本上是全部开启的，但是立窗的面积在立面上占的比例较小，对室内的照度有一定的影响。
图1
二、 实验原理
通过光环境分析软件对工业园的机械厂房按照实际尺寸和开窗形式进行模拟，将软件分析出的数据与实地测量的数据进行比较，探寻影响因子与天然采光之间的关系。由于软件模拟只是一种数字化的手段，而模拟所取得的数据必须经过专业的处理和分析才能真正体现其价值所在。可以看到，对模拟的光环境进行分析是不可缺少的部分。
三、 软件模拟项目光环境
下面将根据调研的厂房进行模型的创建，我选择了重庆主城有代表性的工业园中的某机械厂房作为光环境分析的对象。该机械厂房为单层建筑，建筑的主体结构为大型框架结构，建筑面积为2.19万平方米。其中该机械厂房东西长度为172.5米，南北长度为127.5米，厂房的层高为13米。
机械厂房的开窗主要是侧面的侧窗和顶部的天窗。其中厂房的侧窗主要是南北方向开窗，窗户离地高度为8.2米。顶部的天窗采用了平天窗的形式。在厂房的平面中可以看到该厂房共有9个出口。本次建立模型的主要目标是对机械厂房的光环境进行分析，而不是追求视觉效果，因此首先对机械厂房的模型进行适当的简化，一方面可以在采光分析中让条理更加清晰，另一方面可以减少相应的运算量，提高运行速度。机械厂房在Ecotect中所创建的模型如图2所示。
图2
根据Ecotect软件采光模拟的结果可以看到，冬至日中午12点机械厂房的采光系数最小值为1.5%，最大值为21.8%。从软件中可以看到，采光系数的颜色从蓝色向黄色进行逐渐变化，其中蓝色代表最低值，黄色代表最高值。根据相关的规范要求，该机械厂房的作业等级为Ⅲ级，采光系数的平均值应该为3%。由于重庆地区属于第Ⅴ类光气候区，其所在地区的采光系数需乘以系数1.2，所以采光系数的平均值应该为3.6%。从软件模拟的结果可以看到，采光系数比较高的区域主要集中在侧窗和天窗的下面。虽然机械厂房最高的采光系数达到了21.8%，但是绝大部分的采光系数在1.5%—3.5%之间，达不到规范要求的3.6%。从图中可以看到，室内采光的分布并不十分均匀，在机械厂房中有天窗和侧窗的部位下方光线过亮，采光系数在9.8%以上，而其余大部分地区的采光系数都在3.6%以下。
从照度分布来看，机械厂房室内的最低照度为68lx ，最高照度为1450lx。照度的色彩是从蓝色向黄色逐渐变化，其中蓝色代表了最低的照度值，黄色代表了最高的照度值。从软件模拟的结果中可以看到，机械厂房大部分区域照度呈蓝色，集中在68lx—236lx之间。但是侧窗和天窗下的照度相对较高，一般在700lx以上。机械厂房的平均照度在350lx。
四、光环境优化设计策略
首先是对机械厂房的侧窗进行优化分析，根据现场测量的尺寸。机械厂房每个立面各有一个连续的侧窗。其中东西侧窗长度为150米，高度为2米；南北侧窗长度为90米，高度为2米。根據以上数据可以算出机械厂房的侧窗总面积为960平方米，而机械厂房的总面积为22000平方米。按照（GB/T500332013）建筑采光设计标准的相关规定，机械厂房的采光等级为Ⅲ级，重庆地区为Ⅴ类光气候区，窗地面积比应乘以相应的系数k=1.2，所以机械厂房的窗地面积比按照设计规范应该为0.12。而机械厂房实际的窗地比仅为0.043，该窗地面积比远远低于规范的要求。
根据建筑采光设计标准的推荐值，将原有的机械厂房的立窗设计方案规定为C1，在此基础上增加两种新的设计方案C2和C3。三种方案立窗的布置方式和所采用的材料相同，仅仅是改变了窗户的尺寸，增加了窗户的面积。
其中C2的面积满足规范的要求，C1的面积低于规范的要求，C3的面积大于规范的要求。
从模拟中可以看出，随着窗地面积比的增加，机械厂房室内采光系数平均值和平均照度也明显地提高。当窗地面积比达到建筑采光设计标准的推荐值得时候，采光系数的平均值为15.77%，室内照度的平均值为1498.55lx；当窗地面积比继续增加到1.6的时候，采光系数的平均值为16.76% ，室内照度的平均值为1591.86lx 。由此可以看到，通过增加侧窗的面积能够有效地增加厂房室内的采光量，提高机械厂房室内的照度均匀度。
为了获得较高的采光和较低的热辐射，在建筑设计的时候要考虑采用节能型玻璃。常用的节能玻璃主要有中空玻璃、低辐射玻璃（LowE）、热反射镀膜玻璃、吸热玻璃等。通过研究发现，低辐射玻璃和中空玻璃的节能效果相对比较理想。
根据前面的模拟计算结果，选择机械厂房的最佳布置方案C2，同时不改变厂房侧窗的位置、形式、窗地比等条件。仅只改变侧窗的光透射比，将其从原来的0.80提高到0.90，采用Ecotect软件重新进行模拟。从分析结果中可以看到，机械厂房的采光系数的平均值从原来的15.77%提升到16.12 %，室内平均照度从1498.55lx提高到1531.35lx，采光系数和平均照度都有了较大的提高，通过这样的模拟说明材料的光学性能的优劣对室内采光环境有较大的影响。
五、结语
通过初步探索主要是期望行业能够共同努力来改善单层厂房的环境，为作业工人提供一个更加舒适的光环境。一方面是在工人比较密集的区域增加了侧窗面积和光架，从一定程度上增加了开窗的面积，提高了整个厂房的窗地比。另一方面是窗户的玻璃采用LowE玻璃，这种玻璃的透光率比较好，同时可以吸收太阳中的红外线来降低太阳的热辐射。基于以上两个原因，使得机械工厂的厂房在采光品质上得到了一定的改善。
参考文献：
[1]严永红，张俊富，阴磊，李训智，吴穹.特大型桥梁照明设计中异型构件模拟计算方法研究[J]. 照明工程学报， 2015， 26（001）： 6368.
[2]张青文，杨春宇，郑文崇，陈士群，梁树英.回顾与展望—记重庆地区的天然光和日辐射观测站[J].灯与照明， 2010， 12： 1221.
基金项目：重庆城市管理职业学院校级科研项目（项目编号：2016kyxm022）
作者简介：郑宏飞（1982），重庆人，硕士，重庆城市管理职业学院讲师，研究方向：环境艺术设计。
关键词：重庆机械工厂；光环境；优化设计
一、重庆机械工厂现场测试分析
第一次到工业园机械厂房测试的时间为2017年5月21号上午10：30-12：00，当时的天气为阴天，室外温度为22℃。机械厂房的空气湿度维持在68%-72%之间。第二次到工业园机械厂房测试的时间为2017年5月22号上午9点到下午5点左右，当天的天气情况和昨天比较相似，也是阴天，室外温度在21℃-27℃之间。
根据（GB/T500332013）建筑采光设计标准，机械厂房对应的天然采光的标准应符合作业类型为整体装配，视觉作业分类采光等级为Ⅲ级，室内天然光的临界照度经过计算后为180lx，照度的均匀度不小于0.7。2017年5月24号从上午9：00到下午5：00对机械厂房的室内照度进行了测试，测试结果如图1所示。从测试结果可以看到，全天有大约一半的时间满足照度要求，主要是早晨和下午接近傍晚的时间厂房内的照度存在不足。在测试的过程中，厂房的天窗和立窗基本上是全部开启的，但是立窗的面积在立面上占的比例较小，对室内的照度有一定的影响。
图1
二、 实验原理
通过光环境分析软件对工业园的机械厂房按照实际尺寸和开窗形式进行模拟，将软件分析出的数据与实地测量的数据进行比较，探寻影响因子与天然采光之间的关系。由于软件模拟只是一种数字化的手段，而模拟所取得的数据必须经过专业的处理和分析才能真正体现其价值所在。可以看到，对模拟的光环境进行分析是不可缺少的部分。
三、 软件模拟项目光环境
下面将根据调研的厂房进行模型的创建，我选择了重庆主城有代表性的工业园中的某机械厂房作为光环境分析的对象。该机械厂房为单层建筑，建筑的主体结构为大型框架结构，建筑面积为2.19万平方米。其中该机械厂房东西长度为172.5米，南北长度为127.5米，厂房的层高为13米。
机械厂房的开窗主要是侧面的侧窗和顶部的天窗。其中厂房的侧窗主要是南北方向开窗，窗户离地高度为8.2米。顶部的天窗采用了平天窗的形式。在厂房的平面中可以看到该厂房共有9个出口。本次建立模型的主要目标是对机械厂房的光环境进行分析，而不是追求视觉效果，因此首先对机械厂房的模型进行适当的简化，一方面可以在采光分析中让条理更加清晰，另一方面可以减少相应的运算量，提高运行速度。机械厂房在Ecotect中所创建的模型如图2所示。
图2
根据Ecotect软件采光模拟的结果可以看到，冬至日中午12点机械厂房的采光系数最小值为1.5%，最大值为21.8%。从软件中可以看到，采光系数的颜色从蓝色向黄色进行逐渐变化，其中蓝色代表最低值，黄色代表最高值。根据相关的规范要求，该机械厂房的作业等级为Ⅲ级，采光系数的平均值应该为3%。由于重庆地区属于第Ⅴ类光气候区，其所在地区的采光系数需乘以系数1.2，所以采光系数的平均值应该为3.6%。从软件模拟的结果可以看到，采光系数比较高的区域主要集中在侧窗和天窗的下面。虽然机械厂房最高的采光系数达到了21.8%，但是绝大部分的采光系数在1.5%—3.5%之间，达不到规范要求的3.6%。从图中可以看到，室内采光的分布并不十分均匀，在机械厂房中有天窗和侧窗的部位下方光线过亮，采光系数在9.8%以上，而其余大部分地区的采光系数都在3.6%以下。
从照度分布来看，机械厂房室内的最低照度为68lx ，最高照度为1450lx。照度的色彩是从蓝色向黄色逐渐变化，其中蓝色代表了最低的照度值，黄色代表了最高的照度值。从软件模拟的结果中可以看到，机械厂房大部分区域照度呈蓝色，集中在68lx—236lx之间。但是侧窗和天窗下的照度相对较高，一般在700lx以上。机械厂房的平均照度在350lx。
四、光环境优化设计策略
首先是对机械厂房的侧窗进行优化分析，根据现场测量的尺寸。机械厂房每个立面各有一个连续的侧窗。其中东西侧窗长度为150米，高度为2米；南北侧窗长度为90米，高度为2米。根據以上数据可以算出机械厂房的侧窗总面积为960平方米，而机械厂房的总面积为22000平方米。按照（GB/T500332013）建筑采光设计标准的相关规定，机械厂房的采光等级为Ⅲ级，重庆地区为Ⅴ类光气候区，窗地面积比应乘以相应的系数k=1.2，所以机械厂房的窗地面积比按照设计规范应该为0.12。而机械厂房实际的窗地比仅为0.043，该窗地面积比远远低于规范的要求。
根据建筑采光设计标准的推荐值，将原有的机械厂房的立窗设计方案规定为C1，在此基础上增加两种新的设计方案C2和C3。三种方案立窗的布置方式和所采用的材料相同，仅仅是改变了窗户的尺寸，增加了窗户的面积。
其中C2的面积满足规范的要求，C1的面积低于规范的要求，C3的面积大于规范的要求。
从模拟中可以看出，随着窗地面积比的增加，机械厂房室内采光系数平均值和平均照度也明显地提高。当窗地面积比达到建筑采光设计标准的推荐值得时候，采光系数的平均值为15.77%，室内照度的平均值为1498.55lx；当窗地面积比继续增加到1.6的时候，采光系数的平均值为16.76% ，室内照度的平均值为1591.86lx 。由此可以看到，通过增加侧窗的面积能够有效地增加厂房室内的采光量，提高机械厂房室内的照度均匀度。
为了获得较高的采光和较低的热辐射，在建筑设计的时候要考虑采用节能型玻璃。常用的节能玻璃主要有中空玻璃、低辐射玻璃（LowE）、热反射镀膜玻璃、吸热玻璃等。通过研究发现，低辐射玻璃和中空玻璃的节能效果相对比较理想。
根据前面的模拟计算结果，选择机械厂房的最佳布置方案C2，同时不改变厂房侧窗的位置、形式、窗地比等条件。仅只改变侧窗的光透射比，将其从原来的0.80提高到0.90，采用Ecotect软件重新进行模拟。从分析结果中可以看到，机械厂房的采光系数的平均值从原来的15.77%提升到16.12 %，室内平均照度从1498.55lx提高到1531.35lx，采光系数和平均照度都有了较大的提高，通过这样的模拟说明材料的光学性能的优劣对室内采光环境有较大的影响。
五、结语
通过初步探索主要是期望行业能够共同努力来改善单层厂房的环境，为作业工人提供一个更加舒适的光环境。一方面是在工人比较密集的区域增加了侧窗面积和光架，从一定程度上增加了开窗的面积，提高了整个厂房的窗地比。另一方面是窗户的玻璃采用LowE玻璃，这种玻璃的透光率比较好，同时可以吸收太阳中的红外线来降低太阳的热辐射。基于以上两个原因，使得机械工厂的厂房在采光品质上得到了一定的改善。
参考文献：
[1]严永红，张俊富，阴磊，李训智，吴穹.特大型桥梁照明设计中异型构件模拟计算方法研究[J]. 照明工程学报， 2015， 26（001）： 6368.
[2]张青文，杨春宇，郑文崇，陈士群，梁树英.回顾与展望—记重庆地区的天然光和日辐射观测站[J].灯与照明， 2010， 12： 1221.
基金项目：重庆城市管理职业学院校级科研项目（项目编号：2016kyxm022）
作者简介：郑宏飞（1982），重庆人，硕士，重庆城市管理职业学院讲师，研究方向：环境艺术设计。