城市道路照明的基本逻辑：了解照明的方式、原因和位置

1.导言

户外照明设计是一门复杂的学科，它超越了简单的空间照明，对公共安全、视觉舒适度、能源消耗和自然环境都有深远的影响。精确控制和分配光线是实现这些多方面目标的关键。本文旨在全面分析主要的配光概念，特别是截光灯具（包括全截光、截光和半截光）、非截光灯具和蝙蝠翼配光，同时将它们与北美街道照明的既定标准（主要由北美照明工程学会（IESNA）定义）进行严格比较。通过剖析每种类型的技术定义、特点和典型应用，本文将阐明它们之间的区别和协同作用，为城市规划、土木工程和照明设计领域的专业人士提供有价值的见解，帮助他们开发可持续、合规和高质量的户外照明解决方案。

2.了解夹具的截止分类

灯具的截止分类定义了光在水平面以上的发射范围，在管理光污染、眩光和光入侵方面起着至关重要的作用。这些分类历来由照明工程学会（IES）定义，为控制向上的光线发射提供了一个框架。

2.1.全切断夹具

全截断灯具的光分布有两个严格的标准：首先，在 90 度或以上的天底（正下方）的光强（烛光）为零，表明灯具不直接向上发射任何光线；其次，在 90 度或以上的天底（正下方）的光强（烛光）为零，表明灯具不直接向上发射任何光线。 1.第二，每 1000 流明裸灯在 80 度或以上垂直角的烛光值不超过 100（即 10%）。 1.这些限制适用于夹具周围的所有横向角度。

全截断灯具的设计可以将所有光线向下引导，从而有效地减少天光（夜空变亮）和光侵入（不必要的光线溢出到邻近物业）。 5.这一特性使它们成为遵守黑暗天空法规和保护夜间环境的关键。此外，通过严格控制高角度光线，它们还能显著减少直接眩光，提高驾驶员和行人的视觉舒适度和安全性。 6.它们能有效地将光线精确地引导到需要照明的地方，这也有助于节约能源。 6.因此，北美的许多地方法规和环境标准都规定或强烈建议使用全截止式灯具。 5.

2.2.切断装置

截止式灯具的光分布有特定的坎德拉限制：90 度垂直角的坎德拉值不超过 25 (2.5%) 2.在最低点，垂直角度为 80 度时的烛光值不超过 100 (10%) 2.这些限制适用于所有横向角度。虽然 90 度以上允许有少量光线，但与半截光或非截光灯具相比，截光灯具仍能显著控制向上的光线，从而有助于减少光污染。

2.3.半切断固定装置

半截式灯具对向上光线的限制较松：90 度垂直角的坎德拉值不超过 50 (5%) 2.在 80 度时，烛光值不超过 200 (20%) 2.这些限制适用于所有横向角度。与全截止或截止灯具相比，半截止灯具在高角度时会发出更多光线，从而增加眩光和天光的可能性。在环境敏感区域或需要严格控制光污染的情况下，一般不建议使用半截式灯具。

2.4.非切断固定装置

非截止型灯具的特点是在最大坎德拉区域以上没有光强（烛光）限制 2.这些灯具向各个方向发光，包括大量直接向上和水平发光。这种缺乏控制的情况会导致严重的光污染（天光），大量光线侵入邻近物业，并经常产生令人不舒服的眩光。 9.由于对环境的日益关注和控制光污染的监管努力，许多司法管辖区越来越多地限制或禁止使用它们 6.

从非截止式灯具到全截止式灯具的演变，代表了照明工程和监管框架的深思熟虑的进步，旨在减轻户外照明的负面影响。这一趋势强调了环境责任和提高视觉质量在现代照明设计中日益增长的重要性。不受限制的光线（非截止式灯具的特点）会导致眩光、光线溢出到邻近物业和广泛的光污染等问题 9.相反，更严格的截止等级，如完全截止，是为了解决这些问题而设计的，旨在 "减少光污染"、"尽量减少天光"、"减少眩光"、"提高视觉舒适度 "和 "提高能源效率"。 5.这种分类的演变是行业和监管机构（如国际黑暗天空协会和 IES RP-33）对光污染和眩光这一重大问题的直接回应，推动并建立了更严格的标准，以促进更负责任和可持续的照明实践。这表明照明设计已从单纯提供照明转变为提供 "高质量 "照明，并考虑到其对环境和人类的广泛影响。

值得注意的是，传统的截止分类系统正被 BUG（背光-发光-眩光）评级系统所取代 3.这一转变标志着评估照明性能的方法正朝着更详细、更全面、更可操作的方向发展，同时认识到上射光只是光污染和非法入侵的一个组成部分。传统的截止系统主要关注 80° 和 90° 以上角度的光发射（上射光）。然而，BUG 评级将球形光分布分为三个不同的区域："向上"、"前方 "和 "后方"，并量化每个区域的光量 3.这意味着它不仅要评估向上的光线，还要评估向后方溢出的光线（背光，导致侵入）和眩光（向前高角度发射的光线，可能引起不适）。这一转变说明，控制逆光虽然重要，但不足以实现真正全面、负责任的室外照明。逆光会导致大量光线侵入附近物业，而眩光会直接影响视觉舒适度和安全性。BUG 评级为设计师和监管者提供了一个更全面、更细致的框架，以解决所有主要形式的光污染和干扰。通过从简单的 "通过/不通过 "系统向分级、多维度评估的转变，可以更精确地选择和设计灯具，从而提高整体照明质量，增强安全性，改善环境管理。

表 1：切割夹具分类特征比较

3.蝙蝠翼的分布

蝙蝠翼分布是一种独特的光学设计策略，旨在优化照明区域内的光质和均匀性。与控制上射光的截止分类或定义表面光整体形状的 IESNA 类型不同，蝙蝠翼分布侧重于照明的均匀性。

3.1.定义和独特简介

蝙蝠翼配光的特点是能在很宽的光束角范围内产生特别均匀的光输出 12.它的名字 "蝙蝠翼 "源于其独特的光强曲线形状，在极坐标图上绘制时酷似蝙蝠的翅膀，在天底两侧显示两个光强峰值。 12.

这种独特的分布通常是通过在灯具中集成专门设计的扩散器或先进的光学元件来实现的。这些光学元件的工作原理是将 LED 光源发出的光线分解成一系列均匀分布的小光束。这种精心设计的扩散过程将更常见的 "热点 "分布（光在中心最亮，向边缘迅速减弱）转化为明显更均匀的光输出 12.此外，一些蝙蝠翼设计利用光学薄膜实现 "双角弯曲光强"，以满足特定的照明需求 13.

3.2.优势和应用

与传统光照模式相比，蝙蝠翼配光有几个显著优势：

• 光输出更均匀：它能确保整个光束角范围内照明水平的一致性，最大限度地减少亮度变化，减少暗斑的出现 12.

• 减少热点：蝠翼式分布消除了光线集中的区域，减轻了视觉不适感，营造出更美观的照明环境 12.

• 改善视觉舒适度和无眩光环境：均匀的光线分布大大减少了强烈对比和直接眩光，为用户提供更舒适、更符合人体工学的视觉体验 12.

• 提高生产力和情绪：研究表明，舒适、无眩光、均匀的照明环境可对办公室、零售空间、教室和图书馆等各种场所的用户生产力和整体健康产生积极影响 12.

蝙蝠翼配电系统是需要均匀、无眩光条件的各种应用的绝佳选择：

• 商业和工业空间：办公室、零售环境、教室和图书馆都能受益于无阴影、无热点的照明，从而提高注意力，减轻眼睛疲劳 12.

• 住宅照明：它有助于营造更舒适温暖的家居氛围。

• 间接照明：与悬挂式间接灯具一起使用时效果尤佳，光线直射天花板，间接照明空间。这样可以形成宽阔、均匀的反射光，进一步提高均匀度，减少直接眩光 12.

蝙蝠翼分布是一种光学设计特性，可以集成到灯具中，而不是像截止型或 IESNA 类型那样成为一个独立的分类系统。它解决了照明区域内的光质和均匀性问题，是更广泛分类系统的补充功能。这一区别至关重要：蝙蝠翼不是 IESNA 或截止分类的替代品，而是一种精密的光学工程解决方案，可集成到满足特定截止和 IESNA 要求的灯具中。例如，为停车场设计的全截光型灯具（如 IESNA V 类）可以使用蝙蝠翼光学元件，以确保在整个区域形成均匀明亮的圆形光模式，而不会出现令人不舒服的热点。这突出表明，有效的照明设计涉及多个重叠的考虑因素：控制溢出光（截光）、塑造照明区域（IESNA）以及优化该区域内的光质（蝙蝠翼）。

蝠翼分布的开发和采用反映了一种设计理念，即超越单纯的定量照明（如达到一定的照度水平），优先考虑照明的定性方面，如视觉舒适度和整体用户体验。这标志着照明设计的成熟，人的因素越来越多地融入到技术规格中。传统的照明设计主要侧重于实现最低照度水平。然而，"热点 "和 "眩光 "被认为是导致 "不适和疲劳"、"视觉疲劳 "和创造 "不受欢迎 "环境的问题。蝙蝠翼的优势（均匀度、减少眩光、提高生产率）直接解决了这些质量缺陷 12.这表明照明设计的重点发生了变化。虽然满足定量光照水平仍然很重要，但人们越来越意识到，光照分布的 "质量"--光照的均匀度和舒适度--对于人的健康、任务执行和照明空间的整体满意度同样重要。这代表了一种更全面的、以人为本的照明设计方法。

4.北美街道照明标准：IESNA 分类

北美照明工程学会（IESNA）开发了一套基本的分类系统，规定了光线在水平表面的分布方式，这对北美地区的道路、停车场和其他室外区域的设计至关重要。该系统提供了描述灯具性能的标准化语言。

4.1.IESNA 分类系统概述

IESNA 分类系统主要基于灯具产生的照明区域的形状和范围 8.它为各种户外照明系统（包括道路、人行道和停车场）的设计和安装提供了重要指导 8.该分类法通过测量大部分光线落在标准化网格上的位置来确定光线分布，强调最高点和 50% 烛光强度点（光强分布）。该系统同时考虑横向光分布（横跨道路）和纵向光分布（沿道路方向）。 8.

北美道路和停车设施照明的综合标准是 ANSI/IES RP-8（道路和停车设施照明推荐实践）。该文件汇编了 IES 以前的众多独立标准，为各种道路和行人应用的设计、维护、能效、环境影响和安全提供了详细指导。 11.

4.2.侧向配光类型（I、II、III、IV、V、VS 型）

这些分类定义了光如何沿道路或照明区域横向分布，其特点是灯具达到 50% 光强的点 8.

• 类型 I：

• 特点提供对称或不对称的椭圆形窄光型，主光束角通常在 15 度左右。50% 的烛光轨迹介于房屋一侧的一个安装高度（MH）和街道一侧的一个安装高度之间 8.

• 应用：最适合狭长区域，如人行道、窄路、边界照明和单行道道路 8.

  

• 第二类：

• 特点采用窄幅非对称图案，首选横向宽度为 25 度。50% 的烛光轨迹介于街道一侧的安装高度和安装高度的 1.75 倍之间。 8.这种类型通常适用于位于相对狭窄的道路近侧或附近的固定装置，其宽度不超过设计安装高度的 1.75 倍。 9.

• 应用：适用于 1-2 车道的道路、主要通道、高速公路、宽阔的人行道、小街小巷、慢跑道和自行车道 8.

  

• 类型 III：

• 特点提供宽阔的不对称图案，最好横向宽度为 40 度，旨在向外和两侧投射光线。50% 的烛光轨迹介于 1.75 倍安装高度和 2.75 倍安装高度之间。 8.这种类型通常安装在照明区域的一侧，照明区域的宽度通常应小于灯杆高度的 2.75 倍。 16.

• 应用：常用于主要通道、高速公路、停车场和需要更广覆盖范围的大型开放区域 8.

  

• 类型 IV：

• 特点呈现非对称的前投模式，最好横向宽度为 60 度，在 90 至 270 度范围内提供强烈均匀的照明。50% 的烛光轨迹介于 2.75 倍安装高度和 3.75 倍安装高度之间。 8.与 III 型相比，它能发出椭圆形光斑，以更窄的宽度更多地向前方照射，因此在控制光溢出方面非常有效。 8.设计用于安装在宽阔的道路两侧，宽度不超过安装高度的 3.7 倍。 9.

• 应用：最适合需要安装在墙壁或电线杆上的外围应用，如停车场、广场和建筑物外部，在这些应用中，光线需要主要向前照射，并严格控制向后溢出 8.它以半圆形图案发光 21.

  

• 类型 V：

• 特点产生完全对称的圆形光斑，所有横向角度的强度均等 4.50% 烛光轨迹围绕灯具呈圆形对称 8.

• 应用：最适合从中央安装点为大型开放区域提供照明，例如停车场、十字路口、公园以及需要向各个方向均匀投射光线的一般工作或任务区域 4.

  

• 类型 VS：

• 特点与 V 型类似，但能产生对称的方形光斑，在所有横向角度都能产生一致的强度 4.

• 应用：适用于需要均匀方形照明的大面积区域，如停车场和公共广场 9.

  

表 2：IESNA 侧面配光类型（I-V/VS）

4.3.垂直光分布类型（极短、短、中、长、极长）

这些分类根据最大坎德拉点的位置，确定了光线在道路上的垂直分布情况 8.它们对于确定适当的灯杆间距和确保道路沿线照明均匀至关重要。

• 极短 (VS)：最大烛光点位于沿路安装高度的 0 至 1.0 倍之间 8.建议杆间距约为安装高度的 1 倍 14.

• 短 (S)：最大烛光点位于沿路安装高度的 1.0 至 2.25 倍之间 8.S" 级灯具一般适用于灯杆间距小于安装高度 2.25 倍的情况。 8.

• 中型 (M)：最大烛光点在安装高度的 2.25 至 3.75 倍之间 8.这种类型适用于电线杆间距为安装高度 2.25 至 3.75 倍的情况。 8.

• 长 (L)：最大烛光点在安装高度的 3.75 至 6.0 倍之间 8.L" 等级的灯具适用于更大的电线杆间距，特别是安装高度的 3.75 至 6.0 倍。 8.

• 超长 (VL)：最大坎德拉点超过安装高度的 6.0 倍 8.

表 3：IESNA 垂直配光类型（VS、S、M、L、VL）

虽然 IESNA 的分类是基础性的，但它们更多的是作为指导方针，而不是死板的规则。要有效地应用这些分类，就必须考虑许多具体场所的变量，这就强调了先进照明设计工具和专家判断在实现最佳照明方面的关键作用。一些资料明确指出，IESNA 类型是 "指南 "或 "非固定规则"，受 "灯具安装高度、倾斜角度、臂长、灯具到路边的距离 "以及 "灯具布局和道路条件 "等因素的影响。 8.文件还指出了 "测光数据 "和 "建模 "在优化配光方面的重要性 15.IESNA 类型所定义的理论配光可能会因特定的安装参数而发生显著变化。例如，即使选择了 "正确 "的 IESNA 类型，不正确的安装高度或倾斜角度也可能导致均匀度不够、眩光过强或光线分布效率低下。这种复杂性要求进行详细的光度分析和建模，表明有效的照明设计是一个反复和复杂的过程。这不仅仅是从目录中选择灯具类型。设计师必须将理论知识（IESNA 标准）与实际现场条件相结合，通过先进的建模工具来验证他们的选择。这就强调了照明专家的价值，他们能驾驭这些复杂的问题，提供真正优化的高性能照明解决方案。

IESNA 系统通过对横向和纵向灯光分布的全面分类，为优化灯光覆盖范围和灯杆间距提供了坚实的框架。这种双重分类直接有助于提高道路照明项目的能源效率和安全性。IESNA 根据 "横向"（穿过道路，与道路宽度和覆盖范围有关）和 "纵向"（沿道路方向，与灯杆间距有关）分布对光线进行分类 8.横向类型（I-V/VS）与道路宽度相匹配（例如，I 型用于单车道，II 型用于双车道，III 型用于高速公路，V 型用于大面积照明）。垂直类型（S、M、L）与 "建议灯杆间距 "和 "灯杆高度 "直接相关。 8.通过精确定义光线沿道路横向和纵向的传播方式，IESNA 使设计人员能够选择尽量减少光线重叠（浪费能源）和消除暗点（影响安全和视觉舒适度）的灯具。例如，选择 "长 "垂直分布可加大灯杆间距，从而显著减少特定路段所需的灯杆和灯具数量。这将直接影响初始安装成本和长期能耗 8.相反，对垂直分布的错误判断可能导致照明过度或灯杆之间的覆盖范围不足。将横向和纵向分类结合起来，可以实现高度优化的照明设计，既能有效发挥功能，又能节约资源。这种优化对于实现 ANSI/IES RP-8-22 等标准中列出的目标至关重要，其中包括 "最大限度地减少能源使用"、"提高驾驶员视觉质量 "和 "提供高质量的光线并提高危险的可见度对比"。 18.它是一种系统、科学的方法，旨在平衡照明需求与经济可行性、安全性和环境影响。

5.比较分析和设计考虑因素

北美地区有效的户外照明设计反映了各种分类系统和光学特性之间复杂的相互作用。了解截止式灯具、非截止式灯具、蝙蝠翼分布和 IESNA 分类是如何相互作用的，对于制定最佳、合规和可持续的照明解决方案至关重要。

5.1.截止分类与 IESNA 类型之间的相互作用

截止分类（全截止、截止、半截止、非截止）主要控制水平面以上的光发射量，是控制光污染和眩光的关键机制 1.相比之下，IESNA 类型（I-V/VS）描述的是光线在地面上的形状和分布，决定了道路或停车场等区域的照明效果。 8.

在当代北美街道照明中，绝大多数都强调使用全截止灯具。这种偏好是由严格的黑暗天空倡议、环境保护目标以及尽量减少光侵入和眩光的愿望所驱动的。 5.这些全截断灯具随后被设计成具有特定 IESNA 横向和纵向分布（例如，全截断 III 型中等分布灯具）。截止 "方面通过防止光线向上溢出来确保对环境负责，而 "IESNA 类型 "则确保光线在功能上被引导并分布到目标区域（例如，多车道高速公路或大型停车场）。这两个系统协同工作：截止型解决的是 "光线不应照射到的地方"，而 IESNA 解决的是 "光线应照射到的地方以及光线应如何分布"。

5.2.蝙蝠翼分布与 IESNA 分类的整合

蝙蝠翼分布本身既不是 IESNA 分类，也不是截止分类。相反，它是一种专门的光学设计特征，旨在提高照明区域内光线的 "质量 "和 "均匀性"。 12.其主要目标是消除热点，提供无眩光、舒适的照明环境。

蝙蝠翼光学元件可无缝集成到各种 IESNA 分布的灯具中，特别是那些为大面积覆盖而设计的灯具。例如，产生对称圆形图案的灯具（IESNA V 型）可配备蝙蝠翼光学元件 9.这种组合创造出的环形照明模式不仅对称，而且非常均匀，不会产生令人不适的热点，因此非常适合需要持续照明的区域，如大型广场、中央交叉路口或开放式工业空间。 9.同样，它也可能出现在第三类分布中 23.这说明了蝙蝠翼如何在 IESNA 的定量框架内起到提高质量的作用。

5.3.北美路灯项目的综合考虑因素

在北美，路灯项目的灯具选择是一个多维度的优化问题，需要在法规遵从性（截止/BUG）、功能要求（IESNA 横向/纵向）和光质量（蝙蝠翼、眩光控制）之间进行综合平衡，以实现最佳的安全、效率和环境管理。这很少是一个单一、孤立的选择。

• 能源效率：有策略地选择具有适当截止分类（尤其是全截止）和优化 IESNA 类型的灯具直接有助于节约能源。通过将光线精确地引导到所需区域并最大限度地减少浪费（上射、背光、溢出），可降低总体能耗 6.由于其固有的设计灵活性和更高的流明/瓦输出，LED 技术的广泛采用进一步提高了这些效率。 9.

• 视觉舒适性和安全性：最大限度地减少眩光和确保高度的照明均匀性对于视觉舒适性和安全性至关重要。适当的截止式灯具可减少司机和行人的不适眩光，而适当的 IESNA 类型（可能通过蝙蝠翼光学元件增强）可确保均匀的光照度，减少阴影并提高危险的可见度。 8.这直接关系到夜间车辆事故率的降低和行人安全的提高 18.

• 黑暗天空倡议和环境影响：遵守完全截止原则以及黑暗天空国际等组织的指导方针 7 和 IES 推荐实践（如 RP-33 户外环境照明推荐实践） 5 这对减少天光、保护自然夜景和夜间生态系统至关重要。这反映了照明设计中环保意识的不断增强。

• 符合法规：北美地区的地方法规、市政法规和州法律通常规定了特定的截止分类（如全截止），并通常建议或要求各种户外照明应用遵守 IESNA 类型 5.合规不仅是法律要求，也是对负责任的城市发展的承诺。

• 经济效益：除了环境和安全优势外，以 IESNA 标准和截止要求为指导的优化照明设计还能带来显著的经济效益。这包括降低初始安装成本（例如，根据 IESNA 垂直类型优化灯杆间距 8) 并通过节约能源降低长期运营成本 18.此外，照明充足的区域可以提高公众的认知度，并有可能吸引更多的人流进入商业区，促进经济活动的发展 18.

在实际应用中，灯具必须满足多种要求：例如，灯具必须是 "全截止 "的，以符合黑暗天空法规，并最大限度地减少光污染 6它们必须具有适当的 IESNA 横向类型（如 II 型或 III 型），以有效照亮特定宽度的道路； - 它们必须具有适当的 IESNA 横向类型（如 II 型或 III 型），以有效照亮特定宽度的道路 8这些电线杆应具有适当的 IESNA 垂直类型（例如中型或长型），以优化沿路电线杆的间距，确保一致性和成本效益； - 这些电线杆应具有适当的 IESNA 垂直类型（例如中型或长型），以优化沿路电线杆的间距，确保一致性和成本效益 8它们可能需要采用蝙蝠翼光学元件，以确保表面光线均匀分布，不会产生眩光，从而提高用户的视觉舒适度。 12.此外，所有设计必须符合当地的市政法规 5.这一多方面的要求表明，照明设计师不能简单地孤立地使用一种 IESNA 类型。他们必须考虑灯具的截止等级、内部光学元件（如蝙蝠翼），以及这些特性如何共同满足项目的各种功能、环境、法规和美学目标。要找到能同时满足所有这些标准的灯具，其复杂性往往需要详细的光度分析和建模工具 15.这凸显了专家咨询和综合设计流程在现代户外照明中的关键作用。

6.结论

户外照明设计，尤其是北美的户外照明设计，是一个复杂而微妙的领域，其核心是对各种配光概念的深刻理解。本文阐明了截光灯具（全截光、截光、半截光）、非截光灯具和专门的蝙蝠翼配光之间的基本区别，并与权威的 IESNA 道路照明分类系统进行了全面比较。

截止分类主要是作为控制光污染和眩光的重要机制，其中全截止灯具通过将所有光线向下引导，代表了最严格和最环保的标准。相比之下，非截止式灯具由于缺乏此类控制，会大大增加光侵入和天光，导致其使用越来越受限制。蝙蝠翼分布不同于这些更广泛的分类，因为它是一种光学工程解决方案，侧重于在照明区域内实现卓越的均匀性和视觉舒适度，通常作为 IESNA 类型的补充，用于需要无热点照明的特定应用。

归根结底，北美最佳街道照明设计是一项复杂而全面的任务。它要求将 IESNA 规定的精确、基于区域的分布模式与严格的截止要求相结合，并在适当的情况下采用蝙蝠翼分布等先进的光学解决方案。这种综合方法不仅能确保照明的功能性，还能最大限度地提高能源效率，增强公共安全和视觉舒适度，并维护重要的黑暗天空保护措施。根据这些综合标准和考虑因素指导灯具的明智选择和专业设计，对于为社区创造可持续、合规和高质量的室外照明环境至关重要。