光纤式太阳光导入系统的运用

第３３卷第７期　

Ｖ０１．３３　Ｎｏ．７　

建筑施工　ＢＵＩＬＤＩＮＧ　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ　

光纤式太阳光导入系统的运用　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｉｂｅｒ－Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｙｐｅ　

Ｓｏｌａｒ　Ｇｕｉｄｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　

口　徐丽清　

（上海市安装工程有限公司　２０００８０）　

【摘要】上海虹桥枢纽高铁站的地下出站口和贵宾厅由于缺乏阳光，其白天照明需求十分惊人。因此，采用阳光导入技术　

是一个有效的节能方式，它不仅给人们带来阳光的享受，而且节约能源，更有利于改善工作和生活的质量。　

【关键词】上海虹桥枢纽

【中圈分类号】　ＩＴＵｌ１３－３　

光纤传导　照明　节能环保　

／文献标识码　Ｂ　【文章编号】１００４一１００１（２０１１）０７—０６０１－－０３　

１光纤式太阳光导入系统　

光纤式太阳光导入系统是一种太阳光和电光源交互性　

照明装置。其结构主要包括：聚光器、驱动聚光器运动的可逆　

和红外线（ＩＲ）滤光镜、光导纤维，及起到防尘防雨、自洁和滤　

光作用的进口高纯度聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）亚克力防尘　

罩等所构成。　

１．１系统的构成　

电机、电磁离合器的机电传动装置、控制传动装置的光信号　

反馈处理电路，及太阳能光伏电池或传统照明的感光传感器　

光信号接受系统、光导纤维束、控制操作开关、发光尾灯和电　

光源等。其中的聚光器，又包括由高分子光学透镜（集光、聚　

焦提升阳光照度）、太阳能光伏电池感光传感器、紫外线（ＵＶ）　

【作者简介】徐丽清（１９７７一），男，本科，工程师。联系地址：上　

海市徐汇区天钥桥路９３号６Ｆ（２０００３０）。　

其原理是将阳光进行过滤收集，经光导纤维导入室内　

等需要地点，并通过特制的光纤灯进行照明，以满足阳光需　

要的绿色照明，环保健康的系统。　

阳光导入系统由聚光器、支架、光纤和照明器具组成。外　

置的阳光采集器将阳光高效吸收，并经有效过滤后，通过光　

纤导入室内。为达到最好的采光效率，采光器还加装了跟踪　

装置，它能够随着太阳位置的变化自动调整朝向，即像向日　

葵一样，达到最好的收集效果。其结构构成如图１所示。　

【收稿日期】２０１１－０６—０６　

表５　Ｃ３０混凝土配合比，ｋｇ・ｍ　

用：　

材料品种Ｉ浆水Ｉ水泥　粉ｌ粉灰Ｉ黄砂　子ｌ水ｌ外加剂　

基准级配１　０　ｌ　１６０　ｌ　６８　ｌ　５７　ｌ　８２０　ｈ　０３０Ｉ　１８５Ｉ　１．３４　

浆水级配ｌ　６Ｏ　ｌ　１３０　Ｉ　６８　ｌ　５７　Ｉ　８２０　ｈ　０３０Ｉ　１５５ｌ　１．３４　

（３）随着使用时间的延长，浆水对混凝土强度的贡献下　

降，验证了水化反应的进行使得胶凝材料的活性逐步减小。　

４结语　

表６　Ｃ２０混凝土对比试验结果　

实际用水　坍落度／ｍｍ　

基准级配Ｒ　

浆水级配ｈ１　

浆水级配ｈ－ｈｌ　

抗压强度／ＭＰａ　

（１）为保证尾浆能安全用于混凝土中，需对其根据生　

产实际情况先进行均匀化处理后，才能进行试验和应用；　

（２）通过在管桩尾浆中掺入０．０１２５％￣０．０２５％的缓凝　

剂，可控制混凝土坍落度损失，保证混凝土的工作性满足施　

工要求：　

量／ｋｇ　Ｏ　ｈ　１　ｈ　２　ｈ　１　ｄ　３　ｄ　７　ｄ　２８　ｄ　

１８５　

１５５　

１５５　

１３０　１ｏｏ　７０　３．Ｏ　１０．２　２０．８　３６．４　

１５０　１１０　８５　２．１　１０－３　１８．６　３２．５　

１４０　１３Ｏ　９０　２．４　１１．５　２０．７　３５．Ｏ　

浆水级配ｈ３　

浆水级配ｈ—　

１５５　

１５５　

１７０　１１０　８０　３．３　１１．７　１９．６　３１．６　

１７０　１ｏｏ　９０　２．２　１０．９　１９．３　３１．８　

注：：ｈ１代表稀释好的浆水加入缓凝荆０．０１２５％后１　ｈ后使用　

ｈ－ｈｌ代表稀释好的浆水加入缓凝剂０．０２５％后１　ｈ后使用　

（３）管桩尾浆用于Ｃ２０￣Ｃ３０预拌混凝土时和易性良　

好，强度性能与基准混凝土相近，符合混凝土的设计要求：　

１１３代表稀释好的浆水加入缓凝剂０．０１２５％后３　ｈ后使用　

ｈ－ｈ３代表稀释好的浆水加入缓凝荆０．０２５％后３　ｈ后使用　

０．０１２５％即１００　ｋｇ稀释浆水掺１０％浓度缓凝剂６２．５　ｇ　

０．０２５％即１００　ｋｇ稀释浆水掺１０％浓度缓凝荆１２５　ｇ　

根据本企业生产的实际情况，本文研究了经均匀化处理　

后的管桩尾浆应用于Ｃ２０￣Ｃ３０预拌混凝土中对混凝土工作　

性和力学性能的影响。通过进一步深化其生产工艺，可使生　

产管桩和预拌混凝土的综合混凝土企业实现绿色生产。　

・

６Ｏ１・　

第７期　徐丽清：光纤式太阳光导入系统的运用　『２０１１　

图１阳光导入系统结构示意　

１．２系统的工作原理　

１．２．１阳光传输的途径　

对于光的传输，一直以来都只有两个途径：反射和阳光　

传导。　

（１）最为简易的方法就是反射，因为它原理简单，无需　

特别的传输介质。国外科学家在１９世纪末就发明了可以传　

光的管道式传导器，利用的就是光的反射原理。它由内壁涂　

有反光涂层的管道组成，当阳光以一定角度入射到管道内　

部，就能够在管壁上不停地反射前进，最终到达出射端，实现　

阳光的传导。其特点是结构简单、成本低、光斑面积大，但缺　

点也很明显，那就是体积庞大、传输距离短、不易安装维护。　

（２）第二种方式就是光纤传导。光纤发明于上世纪６０　

年代，最初用于科研，随后在通信中得到广泛使用。光纤传光　

的基本原理是全反射，当光在光纤介质中传导，到达与包层　

界面时，就会发生全反射，从而实现阳光的传导。光纤传光的　

能力由两方面决定：一是光纤使用的材料，另一个就是光纤　

的纯度。光纤的传光能力用光通量来表示，其另一个性能就　

是衰减率，它直接决定了光纤的传输距离。光纤按材质可分　

为塑料与石英，石英光纤无论在光通量上还是在衰减率上都　

大大优于塑料光纤，是阳光传输的首选。此外，石英光纤的寿　

命也较塑料要长，塑料光纤随着老化，其导光性能会急剧下　

降。　

１．２．２　阳光收集的方式　

对于一般的管道式传光系统，阳光的收集一般比较简　

单，但缺点是易受到建筑物的遮蔽而造成采集死角。对于光　

纤式太阳光导入系统，需要考虑到的问题是：首先，要实现阳　

光光纤传导，就要对阳光通过菲涅尔透镜进行压缩，否则无　

法提供足够大的光量，同时，菲涅尔透镜可以对阳光进行分　

离，通过调整光纤与焦点的耦合位置，就可以实现对阳光的　

选择性收集；其次，辅以ＧＰＳ与光敏装置，并以微电脑控制电　

机来实现对阳光的时时跟踪，可实现对阳光的高效收集。　

做法为：先将太阳跟踪器固定在室外常年能见到光的地　

方，然后采用石英光导纤维，连接到安装在室内的发光尾灯。　

该系统在晴天可全自动跟踪太阳，将采集到的太阳光束压缩　

聚焦后，传输到室内：在遮阳天或太阳西下后，可自动或手动　

转换至传统光源。　

２光纤式太阳光导入系统的优点　

（１）绿色健康　

太阳能是无污染的绿色能源，利用一天９个多小时自然　

阳光，室内植物可以进行光合作用为环境提供新鲜氧气；加　

上采集系统能大幅度拦截、分离紫外线、红外线，排除．ｙ、Ｘ、　

Ｙ、　Ｂ、　等有害射线，人们可以足不出户就可以沐浴到健　

康的阳光，让人精神放松、心情愉悦、健康长寿，相对传统照　

明，具有无法比拟的优势。　

（２）节能环保　

该系统可提升阳光利用率１５　０００倍，如全国普及使用，　

将节约全国发电总量的１／５，并在设备运行和维护两个方面　

节约成本。其最大的好处是它在白天照明用电的高峰期工　

作，这为我们节约了大量的电费。同时由于减少了对电力网　

供电的依赖，避免了与发电和供电相关的环境问题。　

本系统实用于煤矿、油田、炸药库、煤气房、潜艇、军舰等　

严格要求安全的易燃易爆场所，对暗厅、花房、暗室、医院、地　

下室、楼道等无光线照射的地方进行光照或一些特定的需要　

自然光的地方，不仅使用灵活、方便，而且安装简单。　

３系统主要性能　

（１）阳光跟踪定位准确。该系统是利用原南京大学智能　

交通开发研究中心的ＧＰＳ研发技术及知识产权，以阳光集光　

器的ＧＰＳ跟踪和光学电感仪结合的方式进行迅速、精确定　

位，由于跟踪仪与垂直角度的误差为０，因此保证了光效的　

高度集中与聚集。　

（２）控制系统的先进性。控制系统采用了进口工控微电　

脑控制板，具有响应精准、运行稳定、寿命长的特点。　

（３）机械性能可靠。机械部分采用了进口交流伺服电　

机，保证了其使用寿命及运行的可靠性。　

（４）集光面积大。　

４光纤式太阳光导入系统在工程中的运用　

虹桥枢纽高铁站项目作为上海２０１０世博会的配套工　

程，属于上海市重大工程。虹桥枢纽高铁站用地面积为　

２２４　２００　ＩＩＩ　，站房总建筑面积为２３９　７１７　ｍ　，无站台立柱雨　

棚建筑面积为６８　８４２　ｍｚ，南北辅助办公楼建筑面积为　

１７　８１４　ｍ　。其客站设高速和城际、普速两个车场，总规模按　

１６台３０线（含正线）设计，其中高速车场１Ｏ台１９线（含正　

线），城际、普速车场６台ｌ１线（含正线），承担京沪高速铁　

路、沪杭甬客运专线的大部分长途始发终到客车，以及南京、　

南通至杭州方向的普速通过客车。新建站房最高聚集人数　

ｉ０　０００人，其中京沪高铁８　０００人、城际８００人、普速铁路　

１　２００人。在该项目中，大量的新产品新技术得到采用和实　

施，太阳光光纤导入技术正是其一。光纤导入技术的在虹桥　

枢纽高铁站的成功运用，更是证明了太阳能利用技术正逐步　

７／２０１１　

走向成熟。　

徐丽清：光纤式太阳光导入系统的运用　第７期　

可以全面地、无遮拦地采集到阳光。为防止跟踪采光器相互　

由于虹桥枢纽高铁站大部分的站台、站房区域均位于　

地下，而地下的采光是当时高铁站的一大照明难题。所以，我　

们在虹桥枢纽高铁站采用的光纤式阳光导入系统，主要用于　

之间有影响，因此在具体的施工中，我们采用了将跟踪采光　

器底座或支架高度从南边第一排起向北逐排增高的方案来　

达到不妨碍相互采光的目的。　

虹桥枢纽高铁站采用的光纤式太阳光导入系统同时运　

用了互联网技术。互联网技术是将光纤阳光导入系统与互联　

地下出站口（植物区）和贵宾厅两个区域。这部分区域的深度　

均为地下几十米，普通的阳光根本无法照射到，使得这些区　

域显得毫无生气。当时设计者为解决地下采光的难题，首次　

在高铁站想到了引入阳光导入这个概念。考虑到导光筒式反　

网相连，再连接到指挥台、手机、电脑等控制终端，只需通过　

控制终端软件即可了解到系统运行情况。当阳光导入系统出　

射传输距离十分有限，无法满足虹桥枢纽高铁站深度要求，　

且体积十分庞大，设计者最终在本项目上选择了光纤式阳光　

导入系统作为阳光导入系统的解决方案。　

由于光纤式阳光导入系统的主要传输物质是光纤，因　

此，在光纤的敷设施工中，特别需要注意以下几方面：　

（１）首先需确定敷管的路径，应依据设计方案并进行现　

场实测，标示出从主机到室内照具的穿管敷设路径。为了减　

少光导线路过长造成光损，应尽量选择最短的路径直线敷　

设，即使必须弯曲也要尽量使弯曲时半径减小。弯曲半径最　

好控制在３００Ｒ以上，且不小于９Ｏ。。　

（２）在垂直贯通部分的墙壁或拐角处固定防护导管，并　

在防护导管内预置光纤固定装置，防止其下垂的力过大。　

（３）所使用的电线护管应具有防火性能。在通过主管路　

后到达天花板附近时，应使用弹性较高的软管，方便绕过室　

内顶部装潢上已有的设施器具，使光纤可以到达任意照具　

点。　

（４）要考虑到图纸与现场环境可能存在的误差，应根据　

每根光纤的长度×１．１，作为预留余量。另要考虑到光纤固定　

位置以后有可能会改变，也便于光纤接口老化后的重新研磨　

耦合，光纤与主机连接处，应留出５　ｍ的光纤余量。出光端　

同样应预留５　ｍ的余量后盘固。　

（５）预留的光纤通过管路可按由分散到集中、由集中到　

分散的方式铺设。对集中部分应采用大管套小管的方法，对　

分散部分应采用单根套管方法进行防护。保护套管要采用内　

径１Ｏ　ｍｍ以上的软质防护管。　

（６）为了使光纤的光通过率达到最大化，光纤敷设时应　

始终保持直来直去的状态，并在一定距离内对护管进行固　

定。其操作方法是：在护管垂直方向，以每１５　ｍ的间距用固　

定盒固定ｉ在水平方向，每２５　ｍ加置固定盒。　

（７）因为石英光纤韧性较差，所以在敷设的过程中要谨　

慎小心，防止过度弯曲造成光纤芯断裂。同时，要注意不能受　

到重物的挤压和碾砸。　

（８）在光纤和照具的衔接处到后１　ｍ的位置，要在天花　

板龙骨上设置固定架。这样做的目的，一是防止光纤移位，二　

是固定光纤的弯曲半径。　

光纤式阳光导入系统对于阳光采集的要求比较高，因此　

在施工中，我们要充分考虑到太阳和地球在不同季节相对的　

经纬度差异，要保证在太阳不同角度的照射下，跟踪采光器　

现问题时，只要通过控制终端即可轻松调整控制，无需现场　

检测，从而真正做到了智能化、人性化，使调整维护更加方　

便。　

５　结语　

在上海虹桥高铁站首次采用的光纤式太阳光导入系统，　

以其先进的设计理念、国内一流的技术、规范的施工组织，为　

长期处于地下或封闭环境中的场所，提供了无能耗照明自动　

控制，使照明系统真正实现了节能环保。这在照明系统中，不　

论是从产品的性能上还是控制上，都是一个新的突破。　

参考文献　

【１】李恭慰．建筑照明设计手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４．　

【２】李宝骏．太阳能光导采光设计原理【ｊ　．沈阳：东北大学出版社，　

１９９３．　

【３］（美）凯．建筑光纤照明方法、设计与应用【Ｍ】．北京：机械工业出版　

社．２００８．　

江源，殷志东．光纤照明及应用【Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００９．　

・消息・　

住建部将查在建城市轨道交通工程质量　

（本刊讯）住房和城乡建设部近日发出通知，从今年５　

月起，将组织开展在建城市轨道交通工程质量安全检查工　

作，落实质量安全主体责任，强化工程风险管控。据悉，此次　

检查的对象包括北京、上海、天津、重庆等２５个城市在建城　

市轨道交通工程。　

住建部要求，各地住房城乡建设主管部门要认真部署在　

建城市轨道交通工程质量安全检查工作，重点检查工程质　

量安全相关法律法规、标准规范及规范性文件的贯彻执行　

情况，工程建设、勘察、设计、施工、监理、监测等各方主体质　

量安全责任落实情况，以及工程风险管控、应急管理、施工　

现场质量安全隐患排查治理。对于检查中发现的问题和隐　

患，住建部要求各地要及时、彻底整改；对违法违规行为，要　

严格依法进行处罚。