浅谈基于DIALux evo软件仿真的疏散照明设计研究与应用

【摘要】：《建筑设计防火规范》《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》《应急照明设计与安装》等给出了建、构筑物设置照明灯具场所的地面低照度要求，而在日常设计中，通常按《应急照明设计与安装》（19D702-7）图集中的平均照度计算法或点照度计算法计算照度，进行灯具布置，或直接采用应急照明灯具厂家的照度测试表进行灯具布置。应用灯具壁装或吸顶安装等方式实际能否达到《应急照明设计与安装》（19D702-7）图集中要求的照度水平无法直观验证。对此，文章通过 DIALux evo软件仿真分析，对疏散照明设计进行仿真验证。经案例验证，DIALux evo软件的疏散照明仿真设计结果可靠、有效。

【关键词】：应急照明；疏散照明；平均照度计算法；点照度计算法；DIALux evo软件

0前言

  应急照明是因正常照明电源失效而启用的照明，规范和行业标准对应急照明设计有明确要求。其中，应急照明灯具的照度是一项重要的灯具评判指标。在日常设计中，常使用公式计算法和应急照明灯具厂家的照度测试表、天正电气自带小程序等计算应急照明灯具的照度。公式计算法中利用系数非一一对应时，插值计算烦琐；厂家的照度测试表中的安装高度、方式有限；天正电气自带小程序的利用系数和光源参数无法对应。此外，上述方法的计算结果均无法以等照度图的形式直观展现。

  文章利用在照明设计领域广泛应用的 DIALux evo软件，对应急照明中的疏散照明进行仿真设计，将设计结果以等照度图的形式直观展现，以验证公式计算的结果。本研究对丰富应急照明设计的方法具有好的意义。

1.应急照明概述

  应急照明包括疏散照明、安全照明、备用照明。其中，疏散照明用于确保疏散通道被有效辨认和使用；安全照明和备用照明用于确保处于潜在危险中的人员的安全。疏散照明照度指地面水平低照度，宜采用点照度法计算；安全照明和备用照明的照度均是指工作面上平均水平照度值，宜采用平均照度法计算。

  疏散照明是应急照明的重要组成部分，《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）10.3.2条、《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》（GB 51309—2018）第3.2.5条和国标图集《应急照明设计与安装》（19D702-7）表3.2.5中列出了不同场所疏散照明的地面低水平照度要求。同时，图集《应急照明设计与安装》也给出了各典型场所疏散照明检测范围。上述规范和标准为疏散照明的设计指明了目标和范围。

2.疏散照明设计要求

  疏散照明地面低水平照度根据场所不同而不同，可为 1lx、3lx、5lx、10lx。文章以非人员密集场所疏散通道的疏散照明设计为例，进行设计与验证。

  选择应急照明光源时，应满足显色性、启动时间等要求，并应根据光源、灯具及镇流器等的效率或效能、寿命等进行综合技术经济分析，然后确定照明方案。设计疏散照明时，除满足特殊场所的照度要求外，宜采用LED光源灯具，以达到经济节能效果；宜选用高色温的灯具，可加快人员对周围事件的反应，提高应急疏散的效率。照明光源设置在距地 8m及以下时，基于电击防护的考虑，应选择A型应急照明灯具，其工作电压不大于DC36V。吸顶安装的灯具材质不应采用玻璃，宜选用节能环保型材料，可降低灯具损坏对人员的人身威胁。在隧道、潮湿场所，灯具的防护等级不应低于 IP65。

  应急照明的照度计算方法有平均照度计算法和点照度计算法。按国标图集《应急照明设计与安装》，疏散照明在走道的检测范围为走道的中间线两侧，宽度为走道宽度的一半（见图1）。

图1 走道应急照明布灯和照度检测范围示意图

3.1平均照度计算法

平均照度计算式为：

（1）

式中：Eav -工作面上的平均照度（lx）；

Ф -光源光通量（lm）；

N -光源数量；

U -利用系数；

A -工作面面积（m2）；

K -灯具的维护系数。

平均照度法可计算光源直射光通量和房间各表面反射光通量。通过工作面的平均照度和灯具利用系数等参数，可求得区域内所需的光源数量，即满足照度要求的灯具数量。具体计算方法如下。

（1）确定原始数据，包括灯具光通量 F，区域的长 L、宽 W、室空间高 hr，维护系数 K 和反射率 ρ。

（2）计算室形指数 Ri。

（3）求有效反射比，疏散照明暂不考虑反射比，即ρ=0。

（4）参考图集 19D702-7 灯具维护系数表，确定灯具维护系数。

（5）利用图集 19D702-7 灯具利用系数表，采用内插法求利用系数 Ui。

（6）计算灯具数量 N。

（3）

3.2点照度计算法

点照度计算式为：

（4）

式中： -点光源产生的水平照度（lx）；

-点光源在角度照射方向的光强（cd）；

h 为光源的安装高度（或计算高度）（m）；

θ 为地面通过光源的法线与入射光线的夹角（见图 2）

图2 点光源的照射关系图

点照度计算方法可以计算疏散照明区域内的点照度值，点照度仅基于来自灯具的直射光，不考虑房间表面相互反射的影响。该方法为图集 19D702-7 推荐的疏散照明照度计算方法，具体如下。

（1）确定原始数据。包括光源的安装高度 h，水平距离 r。

（2）计算角度 θ。

（3）查找灯具发光强度表，获得对应的发光强度值 。

（4）利用图集 19D702-7 灯具维护系数表，确定维护系数。

（5）计算水平照度 。

4.案例分享

选取空间大小为 30 m×5 m×3 m（长 × 宽 × 高）的非人员密集型场所疏散走道作为布置区域，此区域的地面水平低照度要求为 1 lx。通过两种照度计算法分别计算所需应急照明灯具数量。

（1）平均照度计算法：选取 3 W 的应急照明灯具，光通量为 360 lm，维护系数通过查表选取 K=0.7；按式（1）计算得 N=3 盏。

（2）点照度计算法：r=5 m 时，按式（4）计算得=1 lx；根据灯具间距布置图（见图 3），灯具按照间距D=10.5 m 布置，可使阴影区域的照度值为 1 lx。通过CAD 进行灯具排布可得，疏散走道内应布置 3 盏 3 W的应急照明灯。

图3 灯具间距布置图

利用 DIALux evo 仿真软件对上述案例进行仿真实验，根据区域内应急照明灯具的照度分布情况，直接判断选定区域是否满足要求的地面低水平照度，对两种照度计算法的计算结果进行验证。

4.1软件特性

DIALux 是当今市场上颇具功效的照明计算软件，能满足目前所有照明设计及计算的要求。DIALux evo强化了建模和渲染功能，建模更方便、渲染效果更真实、计算更准确。DIALux evo 软件一方面内置了相关的照明标准，可以提供符合标准的算法和指标，提高计算的有效性；另一方面，DIALux evo 与众多照明厂家合作，可直接将厂家提供的带有完整参数的灯具插件融入软件进行照度计算，并模拟灯光分布，提高了仿真的真实性。

4.2仿真验证

选取我司 3 W 的 LED 应急照明灯具，其光通量为 360 lm，满足前述灯具的选型要求。在 DIALux evo 软件中设置一个 30 m×5 m×3 m（长 × 宽 × 高）的走道空间，空间内天花板、墙壁、地板的反射比均设置为 0%。在软件中导入相应的灯具，灯具采用吸顶安装方式，安装高度距地 3 m。调整灯具相关参数，按照不同计算方法布置灯具，并对空间进行照度分析。

根据仿真实验结果可知，灯具在通道中间线两侧各 1.25m 范围内的照度值大于 1 lx，满足规范要求（见图 4）。

图4 照度分布图（照度单位：lx；长度单位：mm）

5.安科瑞照度计算表与灯具选型

  我司所有应急灯具产品的配光曲线均完善，能使用DIALux evo快速模拟现场照度，选择适合的灯具满足要求。

  除此以外，我司制作灯具照度计算表（如图5），直接按安装方式、灯具功率、安装稿度进行选择，自动计算等照度半径值，同时选择两灯中间照度值可直接计算安装间距，便于客户更快速、直观的进行灯具选型。

图5 安科瑞应急照明灯照度计算表

结合以上照度计算结果已经上述灯具照度计算表，我司对应灯具选型如下：

6.结束语

文章分析了应急照明的要求、灯具选型和计算方法，并以疏散走道应急照明设计为例，通过 DIALux evo建模验证照度计算的结果。仿真结果表明，通过照度计算设计的应急照明布置满足规范要求，照度结果表达直观，实际应用中亦可使用 DIALux evo 软件对应急照明灯具选型和布置进行设计。

参考文献

[1] GB50116-2014 《建筑设计防火规范》[S].

[2] GB50034-2013《建筑照明设计标准》[S].

[3] GB51309-2018《消防应急照明和疏散指示系统技术标准》[S].

[5] 杨国宏.《DIALux软件在室内照明设计中的应用》[J].

[6] 曾庆锋，陈碧君. 《基于 DIALux evo 软件仿真的疏散照明设计研究》[J].

[7] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.