１　前言

自１９９７年的京都议定书以来，能源危机这个话题越来越被大众所认知，２００９年的哥本哈根会议让公众更加认识到能源问题与全球气候异常变化的关系及带来的严重后果，从此节能、绿色可持续的要求越来越多的出现在市场供需要求之中，而节能则是绿色设计的中心点。建筑行业作为能源消耗的第二大行业，无疑承担着重大的节能责任。在建筑的整体能耗中，仅机械照明一项就占据了约３０％的总能耗，仅次于暖通空调的４０％～５０％，是建筑能耗中的两大主要组成部分之一。相对于暖通空调系统能耗的复杂性，机械照明能耗直接消耗电能、易于分类计量、自动控制，并且可以更简单灵活的利用自然光来节约能耗，这一切都使得照明节能更容易在设计、施工之中被实现。

作为绿色可持续在设计中的体现，如何以被动式设计为优先，辅以主动式设计——即在不增加初投资、不降低建筑环境舒适性的前提下，以建筑本体方面的优化设计为突破口，达到同等甚至更加舒适人性化的设计效果。在照明方面来讲，意味着智能照明的实现：照度方面更加因地制宜，控制调节方面更加细致，能耗方面节约显著。上述这一切的实现，都需要在设计上可以量化的预判建筑环境与能耗的设计效果来保障设计，近年来数字化设计在西方的成熟，实现了各专业集成设计、定量化设计与检验这些难题，在实践上极大地支持了智能照明这一概念的实施。

２　绿色照明具体实现问题与解决

绿色照明的实现，具体体现在六个方面：智能化的自动控制系统、长寿命灯具、舒适的建筑光环境、可实现多种照明效果、方便运行维护管理，以及较高的经济回报率。其中难点主要在于如何能够将自然采光、机械照明设计、光环境改善（主要体现在利用自然采光并且减少眩光）等一系列设计要点集成，便于综合权衡系统的选择以及设置综合自动控制系统，并且需要将这些综合要点与建筑设计统一起来。这样的要求，在过去是几乎不可想象的，因为从技术角度上各专业之间无法达到在同一个平台上协同设计的条件，并且没有条件解决采光舒适性的模拟问题。但是随着三维设计信息平台的完善，这些过去不可能达到的精确设计不但已经能够实现，并且随着一个个综合设计项目的完成与成功，越来越成熟起来。下面基于ＩＥＳ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（ＩＥＳ＜ＶＥ＞）软件的平台，重点介绍一下如何使用集成化建筑性能模拟工具达到智能照明设计的实现。

３　关于ＩＥＳ（ＶＥ）集成化建筑性能模拟分析软件

ＩＥＳ（ＶＥ）是一套集成化建筑性能模拟分析软件，ＩＥＳ（ＶＥ）的功能主要包括三维建模、建筑能耗分析、建筑负荷分析、建筑采光分析、人员疏散分析、电梯分析、日照分析、管路分析、经济性分析等。ＩＥＳ（ＶＥ）是为建筑师、工程师、规划师以及设备运行管理工程师所提供的一个集成化的建筑性能仿真分析软件。这种集成化的分析软件可以在一个相同的界面下建立一个统一的建筑物理模型，用于各种设计效果与性能的分析。ＩＥＳ（ＶＥ）的核心思想是创建一个统一的集成化数据模型（ＩＤＭ），然后使用这个模型来进行多个方面的建筑性能分析。这样就突破了以往使用多个分析软件需要建立多个物理模型的弊病，节省了大量的时间，从而加速了整个设计分析过程。具体谈到监护的采光照明分析，ＩＥＳ（ＶＥ）包含了４个模块，针对不同的情况与工程要求来保障仿真分析的实施。具体分工如下：

３．１　采光照明分析模块组

（１）ＬｉｇｈｔｉｎｇＰｒｏ：是（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）照明分析模块中对建筑内部的机械照明进行布置的软件，它自带大量的照明及灯管的数据库，可以根据设计人员的需要选择适当的型号，并且可以根据不同的厂商数据，自行设定光源相应的照明属性，合理地布置在建筑室内。

（2）ＦｌｕｃｓＤＬ：是对建筑的自然采光进行计算和分析的软件，它可以以等值线或者云图的方式显示建筑内部各个壁面的照度和亮度，并可以显示“Ｄａｙｌｉｇｈｔ　Ｆａｃｔｏｒ”等参数，以此来量化的判断建筑设计对室内自然采光的优劣影响。

（3）ＦｌｕｃｓＰｒｏ：是对建筑的自然采光和机械照明进行综合分析的软件，相比于ＦｌｕｃｓＤＬ，它可以分别对自然采光、人工照明以及两者的混合模式进行计算和分析。在ＦｌｕｃｅｓＰｒｏ里，可以对建筑壁面和玻璃的反射、透射等属性进行设置，对室内的照明按照某个设计标准（如照度大于３００lｘ）进行设计计算、分析房间的自然采光是否满足ＬＥＤ的要求（如ＬＥＤ　ＮＣ　２．２　Ｃｒｅｄｉｔ　８．１）、显示房间内任意壁面和工作面的照度和亮度，虽然其采用的是简化算法，但是计算速度快，为不同方案的室内自然采光和机械照明的综合仿真提供了一个良好的快速分析计算工具。

（4）ＲａｄｉａｎｃｅＩＥＳ：在照明设计分析模块中，为了对内外布光环境进行精确仿真，世界著名的采光和照明表现软件Ｒａｄｉａｎｃｅ也被纳入其计算核心中。ＲａｄｉａｎｃｅＩＥＳ可以使用ＭｏｄｅｌＩＴ所建立的模型，在ＦｌｕｃｓＰｒｏ或ＦｌｕｃｓＤＬ计算后，对室内的自然采光或者人工照明效果进行逼真的表现。除可以表现不同时间的综合照度和亮度外，还可以根据亮度来分析眩光区域，解决眩光问题。ＲａｄｉａｎｃｅＩＥＳ不仅能够按照时间点做出静态的光环境模拟，还可以同ＩＥＳ（ＶＥ）自身的能耗模拟核心Ａｐａｃｈｅ耦合，全面的模拟全年的空调暖通与照明能耗。

３．２　工程应用案例分析

ＳＣＩ　Ｌａ　Ｐｉｅ　ＩＩ（如图１、图２所示）是位于法国巴黎的一座历史悠久的办公建筑，该办公楼在进行改造时，聘请了专门的建筑节能设计顾问，与建筑设计、电气、照明设计人员一起，应用数字化仿真分析技术进行绿色照明设计。

从图１、图２可见，该建筑原来的高 窗和中庭设计都为内部自然采光提供了一个比较好的先决条件。但是中庭到底能够在自然采光方面达到多大的效果，新办公室应如何进行建筑和灯具的布置才可以利用中庭和高窗提供的良好先决条件，并且怎样平衡自然采光与避免眩光、避免夏季过多的太阳辐射的热量这些矛盾，在常规设计中是无法掌握的。在这种情况下，数字化仿真分析技术的优势就显示出来。

首先根据建筑设计图，建立起了ＩＥＳ　ＭＯＤＥＬＩＴ的三维分析模型，确认了墙与中庭、窗等采光方面的重要信息后，根据动态气象参数中的全年太阳高度角与巴黎市的天空照度等室外因素，模拟出了该建筑主要空间的自然采光系数（ＤＦ）与平均照度（lｘ），如图３所示。

自然采光系数与照度分析显示了该建筑空间可应用自然光的部位、时间及效果。当采光效果不理想时，可以及时调整开窗面积、窗户朝向以及平面布局，力求达到良好的自然采光先决条件。接下来就可以根据自然采光的模拟效果，布置机械照明的光源与综合照明控制系统。在布置机械照明光源时，可采用ＬｉｇｈｔｉｎｇＰｒｏ自带的大量的灯具数据库。

图４和图５是在某些办公区根据自然采光效果布置机械照明光源的情况。由于可以比较精确的发现可以部分利用天然光源的区域，设计人员能够利用仿真分析的优势，有针对性地布置照度可调灯具；配合亮度 感应器，智能化地控制机械照明。既节约了运行能耗，又最大限度地节约了设备的初投资。机械照明光源类型选择数据库如图6所示。

接下来可以做一些更加精确的数字化照明设计。应用了Ｒａｄｉａｎｃｅ插件的ＩＥＳ，提供了精确模拟室内各点在多种光源下照明效果的平台。图７是在阳光比较强烈的时候，为了解决眩光问题，找出的室内各眩光发生区域。设计人员将针对眩光区域，使用调整材料、颜色或调整局部布局等方法解决眩光。

同时，仿真设计使自然采光与机械照明综合设计效果完全直观可见，在一些工作台采用台灯照明。大环境使用较暗环境布置的高级设计办公楼中，常常遇到平衡明暗对比度等问题，这种设计的舒适性效果问题，同样可以利用仿真找到区域中任意点的照明效果，并加以优化。如图８所示，可以计算出任意点的照明设计效果。

ＲａｄｉａｎｃｅＩＥＳ不仅能够按照时间点做出静态的光环境模拟，还可以同ＩＥＳ（ＶＥ）自身的能耗模拟核心Ａｐａｃｈｅ耦合，全面模拟全年的空调暖通与照明能耗。保证最终的设计不仅是在照明方面节能，更是权衡了整个建筑机电能耗的绿色设计。ＳＣＩ　Ｌａ　Ｐｉｅ　ＩＩ最终的中庭部分照明仿真效果和工程竣工后的实景对比如图９、图１０所示，图9为Ｒａｄｉａｎｃｅ的仿真模拟图，图10为同一地点的实际场景照片。

４　结束语

应用数字化设计手段应用于建筑照明中，在西方已经发展得比较成熟。如ＩＥＳ，特别是综合了ＩＥＳ　Ｒａｄｉａｎｃｅ插件这样的平台，既可以提供相当可靠的计算结果，又有着可以媲美效果图的美观表现；并且能够将照明能耗与空调能耗耦合，真正做到了以一个平台来统一整合绿色、节能建筑的设计。同时，照明相对于空调暖通系统，有着能耗关系相对简单、直观表达潜力强、节能和舒适度效果明显见效快的优势。笔者相信，在我国的绿色建筑设计中，应用数字化仿真技术的绿色照明设计将发挥重要作用。