引言光污染是一种环境污染，包括白光污染、人工白昼污染和彩光污染等。光污染严重时会对人类的正常生活带来不利影响。文中讨论的光污染为城市里建筑物的玻璃幕墙等装饰物反射太阳光线造成的白光污染。近年来，因城市土地资源的利用限制使得高层建筑数量逐渐增加，新建商业楼等建筑物趋于使用高玻墙比或具有反射率的幕墙材料。但过高的反射率玻璃幕墙能够降低建筑内部的冷负荷，对周边环境产生白光污染影响[1-2]。研究表明，反射光亮度与太阳照度成正比，不同地区的照度受地形、气候影响，因而建筑物玻璃幕墙的反射率存在差异[3]。以上海市普陀区一个新建项目的玻璃幕墙光影响评价为例，利用电脑辅助设计(CAD)进行光反射的模拟和评估，以期选择适宜反射率的玻璃幕墙。1项目概况选取1幢5层地上建筑，净高28 m。每个立面均设置有机玻璃材质幕墙，为平板或无弧形玻璃；周边设2处雨棚，位于北立面和东立面的落客处，净高度均为5.85 m，排水坡度均为朝向建筑5%。项目建筑物的外立面、玻璃幕墙的面积以及玻墙比的数值如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.T001表1各立面玻墙比建筑朝向玻璃幕墙面积/m2外立面面积/m2玻墙比/%合计583.764 702.6112.40东立面214.881 433.1315.00南立面119.40858.5413.90西立面123.721 486.908.30北立面125.76924.0413.60依据上海市建筑物玻璃幕墙反射影响的相关文件，部分敏感目标建筑予以高度重视，如居民住宅、医院、道路等，调查范围通常不低于建筑净高的5倍。在建筑物外围较为空旷的情况下，调查范围需要进行扩展。项目建筑物净高最大数值为28 m，玻璃幕墙均选择平板、无弧形和无倾斜玻璃。因此，建筑物的调查范围应是净高28 m的5倍，即140 m。结合现场踏勘，项目建筑物的调查范围分别涵盖2个敏感建筑和道路，外围环境较为敏感，如表2和表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.T002表2项目敏感建筑概况敏感目标相对距离/m性质楼层数方位现状情况住宅区120租赁住宅7 F东规划规划地块120四类住宅组团用地限高40 m西北规划，未出让10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.T003表3评价范围内道路及敏感河道概况名称车道数单双向行驶方向方位距离/m道路等级道路1双向4车道城市次干路南北走向南83城市次干路道路2双向4车道城市次干路东西走向北126城市次干路注：道路等级信息来源于《上海市城市道路桥梁管理系统》。为保证能够全面反映项目建筑物玻璃幕墙的光反射情况，选取4个特征日（春分、夏至、秋分及冬至）对反射范围进行预测。项目建筑物的玻璃幕墙在4个特征日的反射光影响范围平面如图1所示，项目三维模型如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.F001图1项目反射光影响范围（特征日）10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.F002图2项目三维模型2评价标准依据上海市《建筑玻璃幕墙光反射影响分析报告编制要求》，项目相关数据计算表达式为：（1）计算太阳高度角和方位角。sin h=sin φsin δ+cos φcos δcos t (1)sin A=cos δsin t/cos h (2)式中：h——太阳高度角，°；φ——地理纬度（上海31°14'）；δ——太阳赤纬，°；t——太阳时角，°；A——太阳方位角，°。（2）计算亮度。B=ρE/π(3)E=1.37×105e0.223sin h0 (4)式中：B——亮度，cd/m2；E——太阳光直射法线照度，lx；ρ——材料表面反射率，%。（3）计算反射光入射角。反射光入射角θ的计算，实质上是采用玻璃幕墙反射出的光线和人眼观察水平线之间的夹角计算，该角度的确定通常有两种不同方法：一种是通过计算空间透视图确定夹角的角度；另一种是通过公式求解，设定反射光线的切线向量L=(m, n, p)，受照立面的法线向量N=(A, B, C)，推导出θ求解方程为：cos θ=Am+Bn+CpA2+B2+C2⋅m2+n2+p2, (0°≤θ≤90°)(5)（4）全年计算日的确定。为能够准确反映玻璃幕墙1 a的反射光影响，选取超过40 d的计算基数，结合建筑结构类型对较强和轻微影响敏感目标，以立面为基础进行分析研究。求解过程中选择的计算日应均匀分布在全年春、夏、秋、冬4个季节中，同时，选取1个反射光影响最为明显的计算日，即每月1日、11日、21日以及4个典型日。敏感点位置处的反射光入射角和亮度的求解分析。根据表3评价范围内道路及敏感河道概况数据，筛选受玻璃幕墙影响的目标，对其受照时间的长度进行求解。敏感目标受影响程度划分如表4所示。必须有效评估测算出玻璃幕墙反射光给道路形成的影响，识别θ＜15°，且B≥1 500 cd/m2眩光影响。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.T004表4敏感目标受影响程度划分反射光入射角/°亮度/(cd/m²)影响程度θ＜15B＜1 500可接受1 500≤B＜2 000轻微影响B≥2 000强影响15≤θ≤30B＜2 000可接受2 000≤B＜4 000轻微影响B≥4 000强影响θ30无可接受3建筑玻璃幕墙光反射影响预测分析依据建筑玻璃幕墙工程技术规范，对民用住宅、学校、道路进行预测，初选反射率15%，筛选周边比较敏感的区域。对住宅小区、规划地块以及道路交通干线的影响预测分析如表5和表6所示。由表5和表6可知，对于民用住宅，反射光的影响集中在5：50~9：39，影响高度为7.2~11.4 m，影响程度最为严重时称为“强影响”；对于规划地块，反射光的影响时段在6：17~18：10，影响高度为0~40 m，影响程度最为严重时称为“强影响”。反射光未对建筑物的外围道路产生眩光影响，因此，反射率设定15%的情况下，民用住宅及其绿化用地等均对玻璃幕墙的反射光较为敏感。依据上海市有关规范建筑玻璃幕墙光反射影响通知文件，必须通过相应措施消除“强影响”。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.T005表5对住宅小区和规划地块的影响预测分析（反射率15%）名称反射光入射角/°影响时段亮度/(cd/m2)最大影响程度影响高度/m住宅区110.2~14.97：04~7：591 779~2 710强影响7.2~11.415.0~89.95：50~9：391 776~4 122强影响7.2~11.4规划地块10.5~14.97：04~18：101 777~2 614强影响0~4015.0~87.16：17~18：101 776~2 700轻微影响0~4010.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.T006表6对道路交通干线的影响预测分析道路名称行车方向反射光入射角/°影响时段亮度/(cd/m2)最大影响程度道路2东向西52.7~76.115：47~16：561 779.0~2 419.6无眩光影响4反射光防治措施及效果分析项目所在地为上海普陀区，依据本市相关建筑玻璃幕墙光反射影响通知文件，针对敏感目标受影响程度的具体划分情况分析，反射光影响要素为反射光入射角和亮度。反射光入射角由反射光的平行直线方向向量及受照立面的法线向量决定，即由项目建筑物外立面的玻璃幕墙设计及敏感目标朝向决定；亮度由太阳光直射法线照度和材料表面反射率决定。遮阳板是建筑物外立面玻璃幕墙设计的一个主要组成部分，建筑物玻璃幕墙的横向、纵向遮阳板设置能够有效阻止占比面积相对较大的玻璃幕墙所形成的反射光影响，起到降低影响的作用[4]。南北立面的遮阳板比东西立面的遮阳板减少光污染的效果更为显著[5]，在项目建筑物设计初期应充分考虑。项目建筑物的外立面均为竖直平板玻璃，且遮阳系统较为完善，因此采用降低反射率的方式消除反射光造成不良影响。研究表明，当反射率处于10%~20%时，能够发生轻微影响，可能造成“强影响”；当反射率达到7%以下，可以接受[6]。但过低反射率的玻璃幕墙可能影响节能等其他问题，需要通过计算确定。目前上海市新建项目多使用Low-E玻璃，其特征体现在对可见光的透射率超过80%，但反射率通常低于11%，最大限度地保证建筑物采光问题，同时降低因建筑物玻璃幕墙反射造成的光污染问题[7]。项目建筑物的装饰材料的反射率调整情况：从15%调整为11%。根据调整后玻璃幕墙的反射率，对敏感建筑再次分析，影响预测结果如表7所示。由表7可知，项目建筑物玻璃幕墙的反射率从15%降至11%时，玻璃幕墙的反射光对住宅区1的影响从“强影响”降为“轻微影响”，对规划地块的影响从“强影响”降为“可接受”，有效降低反射光对周边环境产生的影响。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.05.002.T007表7对住宅小区和规划地块的影响预测分析（反射率11%）名称反射光入射角/°影响时段亮度/(cd/m2)最大影响程度影响高度/m住宅区111.3~14.97：12~7：591 500~1 988轻微影响7.20~14.0015.1~30.06：50~9：042 000~3 023轻微影响7.20~14.00规划地块10.5~14.97：04~18：10949~1 429可接受0~38.2515.0~87.56：17~18：10947~1 657可接受0~40.005结语在项目建筑物玻璃幕墙反射光的调查范围内，包括两个敏感建筑和道路。根据模型计算分析，敏感建筑受影响程度均在可接受范围内，未对两个敏感道路上的行人和车辆造成眩光影响。即项目建筑物玻璃幕墙的反射光未对外围建筑和环境造成较大影响。在专业评估机构组织的专家评审过程中，项目建筑物玻璃幕墙反射光影响环境评价得到专家组的一致认可，且全部通过项目建设方案。