拉斯維加斯酒店客人晒傷之謎

在拉斯維加斯大道周圍的建築群中，Vdara? n酒店以獨特的月牙形設計脫穎而出。雖然它極富視覺吸引力，但也因在酒店泳池休息區形成的焦散面而引發了諸多關注。由於這一外形設計，在一年中某些日期的某一時間段，特定位置的客人會被陽光嚴重晒傷。這裡，我們模擬了 Vdara? 酒店中焦散面的成因。

解密焦散面

讓我們先從這一場景開始。想像您正坐在廚房餐桌旁喝水、吃早餐，陽光從附近窗戶中照射進來。聽起來很像一天的完美開始，不是嗎？繼續享受這份閑適，喝下一口水之前，您不妨觀察下由玻璃杯所折射的陽光。您可能也注意到了玻璃杯投影中那個明亮的弧形區域。

一杯水折射出的陽光焦散面。（「一杯水形成的焦散帶來較強的太陽輻射」 照片由 Heiner Otterstedt 拍攝。已獲得 Creative Commons Attribution Share-Alike 3.0 授權，並通過 Wikimedia Commons 分享）。

這一日常生活場景就是我們所能見到最基礎的焦散面示例。「焦散」或「焦散面」是指空間中一組連續的點，點上的光強由於彎曲的表面或物體對光的反射或折射變得非常大。焦散面就像封袋一樣，經反射或折射的光線在其中進行傳播。

英文中焦散面（caustic）一詞的詞根是希臘語「kaustikos」，意即「燃燒的」，當一些光線被投射到另一個表面上時會變得非常強。有時，如此強的光線甚至會造成晒傷。這就是拉斯維加斯 Vdara? 酒店中的情形。

Vdara? 酒店案例

Vdara? 酒店於 2009 年 12 月 1 日正式營業。它是 CityCenter? 城市綜合體的一部分，有 57 層，面積為 n1,600,000 平方英尺，總共提供 1,495 間酒店公寓，還有一座兩層的 SPA n和沙龍、一間咖啡館，以及帶休息區的游泳池。酒店之所以選擇交錯狀圓弧設計，是為了呼應馬路對面 Aria? 賭場酒店的弧形設計。

酒店的反射外立面和凹面設計很有吸引力。但在 2010 年 9 月，客人們開始抱怨在酒店泳池邊休息時被太陽嚴重晒傷，n設計的問題就開始暴露出來。酒店的設計會反射和聚焦太陽光線，從而在泳池邊的特定區域形成高強度輻射區。某些時候，輻射會變得非常強，不僅會造成晒傷，還n會造成塑料杯、人字拖，以及雜誌等的融化。一天中，泳池休息區中的光線聚焦區域以及光線強度會發生變化。由於全年中太陽高度角會不斷變化，所以這一現象僅會在一年中某個時間段內造成問題。

根據 CNN 2010 年的文章，酒店開業前，酒店設計師就曾嘗試通過貼膜來阻止可能出現的太陽光聚焦。這大約減少了 70% 的問題。不過在夏季高溫期以及一天中的特定時間段，仍需要在酒店泳池休息區安裝額外的遮陽設備來提供保護，比如更大的遮陽傘。

焦散面的影響顯而易見，如果我們能可視化晒傷事件報道期間（時間和日期）的泳池區域焦散面的形成會如何呢？為實現這一點，我們藉助案例庫中已有的一個射線光學模塊模型。該模型基於 M Vollmer和 K-P M?llmann 的論文「摩天樓映反射造成的焦散面效應：模擬和實驗」而創建。

模擬焦散面的形成

Vdara? 酒店所形成的焦散面模型針對 CityCenter? 城市綜合體的一小塊區域，其中包含 Vdara? 酒店和 Aria? 賭場酒店。在模型中，入射的太陽輻射在 Vdara? 酒店的外立面發生反射，轉而射向酒店的泳池休息區。

隨著光線在凹面發生反射，反射波前的主曲率半徑值開始變小。這些曲率半徑對應每條光線到附近焦散面的距離，當光線在彎曲邊界發生反射或折射時，這些曲率半徑就會改變。光強隨主曲率半徑的變小而增大。

最終，一個或兩個主曲率半徑接近零，並在焦散面上形成一個點。這些點上的光強實際不會達到幾何光學近似中所預測的無限大，但仍會變得相當大。這些焦散面附近區域照射熱通量非常高，可能會導致大面積晒傷。

模型中使用了受照面邊界條件，直接描述酒店立面反射出的太陽光線，而非分析整個太陽輻射環境，這提高了建模效率。通過附加的累加器特徵，每道光線的強度都被投射到泳池和周圍休息區的邊界網格單元上。在模擬中加入該特徵，更易於可視化焦散面與地面的交叉點。

結果

下方的繪圖顯示了光線在 Vdara? 酒店發生反射後的軌跡，箭頭顯示了入射太陽輻射的方向。太陽輻射的方向復現了酒店泳池在 9 月上午 11:30 的情形。光線在酒店弧面發生反射後，由於光線在泳池休息區的某些區域聚焦，光強開始增大。

以下動畫（由我的同事 Ruud B?rger 創建）顯示了 2010 年 9 月上午 11:30 到下午 1:00 間投射到泳池區域的光強。正如您看到的那樣，高強度區域最早出現在泳池靠近停車場的區域，然後向著馬路的方向掃過泳池休閑區。

Aria、CityCenter 和 Vdara 都是 CityCenter Land, LLC 的商標或註冊商標。

經授權轉載自 http://cn.comsol.com/blogs/，原作者 Bridget Cunnngham.