城市大事件下的設(shè)計探索——世博文化中心建筑室內(nèi)外照明設(shè)計實踐

林 怡 郝洛西 楊 秀 吳維聰

(同濟大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點實驗室，上海 200092)

以天外來客姿態(tài)坐落于浦江南岸的世博文化中心 (原名世博演藝中心)，自2006年7月公開征集概念性設(shè)計方案位之初就受到社會各界的廣泛關(guān)注。世博文化中心是世博園核心區(qū)“一軸四館”中唯一一個以文化娛樂為功能定位的建筑。它滿足了世博會期間大型文藝演出的需求，也將在世博會后常年舉辦各類文藝演出或慶典活動，也將成為舉辦NBA賽事的中國賽場。它的照明設(shè)計一方面需要體現(xiàn)出文化娛樂建筑的個性特征，考慮使用上的延續(xù)性;另一方面，得天獨厚的地理位置，以及作為世博會開閉幕式的會場，它又被賦予多層面的期待。因此，它的照明設(shè)計從某種意義上具有了更多的社會“使命”，也受到更多方因素的影響和限制?！吧鷳B(tài)、綠色、節(jié)能環(huán)?！钡氖啦┲黝}是必須滿足的設(shè)計要求，“創(chuàng)新科技”與“藝術(shù)表達”的統(tǒng)一也是世博建筑應(yīng)具備的特質(zhì)。在世博文化中心的設(shè)計建造過程中，照明設(shè)計團隊在世博背景下綜合各方需求進行了大量繁復(fù)的設(shè)計探索工作，完成了綜合性最佳方案，實現(xiàn)了從概念到現(xiàn)實的跨越。

1 設(shè)計背景

世博文化中心位于世博園核心區(qū)，世博軸以東;西側(cè)與慶典廣場相連，與世博中心相呼應(yīng);北臨黃浦江，與世博浦西園區(qū)隔江相望。整個文化中心占地面積2萬多平方米，總建筑面積14萬平方米。面對有限的基地以及絕佳的濱江環(huán)境，華東建筑設(shè)計研究院的建筑師團隊采用的弧形曲面形態(tài)，使得建筑柔和、輕盈地懸浮于綠色基座上，演繹了濱水建筑的一種堅持，在保證強烈的自身個性的同時，又與環(huán)境完美地和諧共生 (圖1)。此外，建筑設(shè)計在總體上還充分考慮了技術(shù)的合理性、可實施性及生態(tài)環(huán)保要求，通過整合綠色生態(tài)基座、節(jié)能表皮等元素實現(xiàn)了建筑與環(huán)境共生的完美契合。為配合綠色生態(tài)的設(shè)計理念，也建議盡可能采用可行的最新照明科技，進一步完善“綠色建筑”。

圖1 世博文化中心效果圖 (華東建筑設(shè)計研究院提供)

2 建筑外觀照明——研究型設(shè)計

對于世博文化中心的建筑外觀照明設(shè)計，建筑師團隊在設(shè)計之初已有基本的設(shè)想，期望能將文化中心上下殼面通體照亮，突出表現(xiàn)建筑超曲面橢球體的整體造型。

然而相較一般建筑的常規(guī)外形，世博文化中心這個外觀流暢的大尺度懸浮體并不利于總體投光照明。其下殼部分由中間向外升起，可采用放置在地面的LED投光燈由下而上進行投光，相對較容易實現(xiàn)。但大尺度上殼的投光是整個設(shè)計的難點。超曲面弧彎上殼的平面并不是個正圓形或橢圓形，邊界到平面形心的距離在80～100m不等，上殼總高15m，最高點距室外地坪41m。從各個角度來看都是不對稱的，要想投光均勻顯然是破費周章之事。因此，照明設(shè)計團隊針對世博文化中心外觀半導(dǎo)體照明的技術(shù)手段和照明方法進行了專項研究。

團隊首先利用計算機軟件對于立桿投光照明方法進行了模擬分析。結(jié)果顯示如要獲得較好的均勻度和亮度，即便是采用大功率的金鹵燈具，安裝高度也至少應(yīng)在46m左右，燈具總功率則達190kw。這種投光方案能耗較大，均勻度也較難控制。如改用大功率LED投光燈其投光效果及總功率則將更難保證。而且，這一照明方式所產(chǎn)生的立桿燈陣勢必極大地影響文化中心以及世博慶典廣場的日間景觀，因而這一照明方案很快就被業(yè)主和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)否定了。

如不采用立桿投光，而在世博文化中心光滑的殼體表面放置投光燈具，顯然更將破壞整個殼體表面原有的圓潤光滑的質(zhì)感，嚴重影響建筑日間景觀，不宜采用。于是又有人提出了日間藏在殼體內(nèi)側(cè)，夜間升出屋面進行投光的升降式照明體系。考慮到半導(dǎo)體燈具的可能性，該方案設(shè)計了厚度不得超過18mm的超薄的半導(dǎo)體線型投光燈，沿外殼幕墻的25mm寬的水平板縫分散布置，在夜間通過牽引式傳動裝置升高于上殼面向上投光 (圖2)。這樣，理論上解決了日間景觀與夜照明的矛盾，也充分發(fā)揮了半導(dǎo)體小體積、大功率、高光輸出的特點。因此，該方案成為建筑設(shè)計團隊較為認可的方案之一。但該方案照明效果究竟如何，由于燈具必須定制，安裝節(jié)點也需專門設(shè)計，是否有可行性仍是需要進一步研究的課題。

圖2 升降式照明體系構(gòu)造節(jié)點

針對該升降式照明模式，團隊又分別進行了照明總體視覺效果的計算機軟件模擬研究、特制燈具實驗室測試分析和等比例的模型現(xiàn)場實驗研究，分別針對總體視覺效果、燈具技術(shù)參數(shù)以及實際效果進行論證 (圖3～圖6)。然而，受到機械系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性、燈具的出光品質(zhì)、上殼的光照均勻性、眩光及逸散光控制等關(guān)鍵問題的影響，實驗效果并不理想?？紤]到某些問題短時間內(nèi)難以解決，殼面升降式照明系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)水平下也并不理想。

圖3 計算機模擬效果

圖4 實驗室測試

圖5 等比例實物模型現(xiàn)場實驗場景

圖6 實驗過程中從側(cè)后方看到的強烈眩光

立桿投光影響景觀，分散式升降照明系統(tǒng)又難以實現(xiàn)預(yù)期效果且可靠性難以保證，世博文化中心的上殼的照明似乎走進了“死胡同”。于是，設(shè)計團隊又進行了大量的發(fā)散性設(shè)計研究論證工作，在多輪次與市委宣傳部、世博局、業(yè)主單位、建筑設(shè)計團隊等相關(guān)人員的討論后，考慮到世博文化中心的重要性和示范性，最終決定通過增加散布在上殼的圓形“采光窗”洞使建筑上殼呈現(xiàn)繁星點點的星云效果。而在需要重點表現(xiàn)的節(jié)假日，則采用地面車載升降照明系統(tǒng)適當(dāng)增加上殼的總體表面亮度(后因工期等原因暫未實現(xiàn))。

世博文化中心建筑外觀最終采用了上殼圓形采光窗內(nèi)透照明，結(jié)合下殼投光和環(huán)廊局部內(nèi)透的照明方式，實施效果較好。在世博園區(qū)中，世博文化中心夜景形象突出，并與園區(qū)環(huán)境整體協(xié)調(diào) (圖7、圖8)。這次的設(shè)計過程顯示出前期實驗研究對于最終方案決策具有關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，保證了良好的藝術(shù)效果，同時也實現(xiàn)了經(jīng)濟性和節(jié)能性 (外觀照明總功率121.5kW)。

3 室內(nèi)照明——節(jié)能型設(shè)計

照明設(shè)計團隊還對于世博文化中心除多功能劇場 (以NBA賽事要求進行體育照明設(shè)計)以外的室內(nèi)公共空間進行了室內(nèi)照明設(shè)計，在保證視覺效果、功能需求上的同時，專門考慮了節(jié)能設(shè)計要求。照明設(shè)計團隊首先根據(jù)世博文化中心的室內(nèi)空間構(gòu)成、功能需求以及裝飾風(fēng)格意向，將其室內(nèi)空間分成不同的類型，分別控制在幾個不同亮度水平范圍內(nèi)。通過總體上控制亮度水平避免了過度照明，同時又保證了明暗對比的可能性，突出了諸如多功能劇場等重點空間，從設(shè)計角度對室內(nèi)照明能耗進行有效控制。而在每一個具體的室內(nèi)空間中，設(shè)計團隊則強調(diào)了空間的特性，有針對性地進行照明方式、光色指標、燈具配光等技術(shù)指標的選擇。

圖7 浦西看世博文化中心

圖8 慶典廣場看世博文化中心

例如，大多的公共建筑主要入口為解決大量人流疏散問題，通常會采用較高的照度指標，呈現(xiàn)快捷高效的視覺效果。但世博文化中心的兩個主要入口大廳的照明，沒有一味追求高亮度，而是將其定位于觀眾可駐足停留、欣賞美景、輕松交流的公共空間，選擇了相關(guān)設(shè)計標準的下限值。大廳采用了直接照明與間接照明結(jié)合的方式，采用為數(shù)不多的幾盞暖光色下照燈具在入口區(qū)域地面形成相對清晰的成行的圓形光暈，打破了地面原有的單調(diào)和平淡，也形成一定的場所感 (圖9)。配合安裝于入口立面結(jié)構(gòu)桁架上的投光燈向上打亮頂部鋼結(jié)構(gòu)，突出了建筑自身特點，避免了形成通過性空間的視覺感覺，進而創(chuàng)造出一種舒適、柔和的光環(huán)境氛圍。此外，大廳墻面還設(shè)有專門設(shè)計的大尺度“LED數(shù)字媒體藝術(shù)界面”，平和、柔緩地進行著藝術(shù)圖像的表演，形成動靜皆宜，富有強烈藝術(shù)感染力的室內(nèi)場景。兩個大廳現(xiàn)已成為世博觀眾最為喜愛的留影地。

圖9 西入口大廳

而三層公共環(huán)廊則是形態(tài)較為狹長，相對單純的疏散空間，通道側(cè)墻采用的是冷色調(diào)的深藍色墻漆飾面。為保證墻面色彩的鮮艷度，設(shè)計團隊選用了較高色溫的冷白光進行照明。其他層面環(huán)廊則會根據(jù)室內(nèi)裝飾色調(diào)適當(dāng)進行調(diào)整 (圖10、圖11)。

圖10 三層環(huán)廊

考慮到環(huán)廊使用上具有很強的時段性，進場時段、觀看演出時段、散場時段、維護清潔時段分割明確，對照明的要求也都有所不同。關(guān)鍵是散場時段，將會有大量的人流在短時間內(nèi)通過環(huán)廊疏散。為保證人流的快速、便捷地通過，設(shè)計團隊以散場所需的最高照度水平設(shè)計全功率時的照明系統(tǒng)，通過分路控制設(shè)計調(diào)節(jié)照度水平以適應(yīng)不同時段的照明需求。

圖11 六層環(huán)廊

此外，設(shè)計團隊還利用照明設(shè)計軟件對典型空間進行模擬計算，以輔助燈具的選擇與安裝間距的確定等設(shè)計工作。在滿足照明數(shù)量的前提下，減少燈具的安裝數(shù)量和功率密度。通過具有針對性的設(shè)計考量，設(shè)計團隊根據(jù)實際需要提供恰當(dāng)?shù)墓庹盏恼彰鞑呗裕诩骖櫿彰髟O(shè)計質(zhì)量的同時，實現(xiàn)節(jié)能高效的照明;在保證視覺效果的同時，從設(shè)計源頭實現(xiàn)了照明節(jié)能設(shè)計。

4 室內(nèi)裝飾照明裝置——創(chuàng)新型設(shè)計

世博文化中心室內(nèi)空間總體風(fēng)格簡潔、明快、現(xiàn)代，主要表現(xiàn)建筑自身特點，而沒有過多的裝飾。但作為文化娛樂建筑，缺少裝飾也可能意味著缺少興趣點，而過于乏味。因此，在和室內(nèi)設(shè)計團隊經(jīng)過多輪次地交流后，根據(jù)世博文化中心的室內(nèi)風(fēng)格定位，在西、南入口大廳設(shè)置“LED數(shù)字媒體藝術(shù)界面”裝置作為視覺焦點，從視覺與光照的角度給予觀眾明確的方向感和空間界定，并通過改變數(shù)字圖像，滿足不同的氣氛營造等要求。

這兩個“LED數(shù)字媒體藝術(shù)界面”裝置——“綻放”和“東方之夢”(圖12、圖13)，是從上百個同濟學(xué)生光藝術(shù)裝置作業(yè)中精心挑選出來，最符合世博精神，也最符合世博文化中心性質(zhì)的設(shè)計原創(chuàng)。該設(shè)計概念是在普通的LED顯示屏前增加光介質(zhì)層和圖像承載層，從而改變直白的數(shù)字圖像，形成更豐富、更奇幻的視覺表現(xiàn)。例如此次采用的兩個裝置就分別采用了刻紋馬口鐵和白色、黑色半透明塑料薄膜 (實際使用了黑白垃圾袋)(圖14、圖15)。同樣的視頻文件，通過這兩個光介質(zhì)層則產(chǎn)生了完全不同的藝術(shù)效果，一個如太陽光暈般綻放，另一個則如中國水墨畫般滲暈開。此外，因中間光介質(zhì)層的參與，LED基層的發(fā)光點已柔和為一片光暈。進而，LED基層的像素點密度對于圖像的呈現(xiàn)也變得不太重要。在實驗室、現(xiàn)場的多次實驗后，確定了基層LED間距為40mm×40mm，粗略估算比一般顯示屏減少了70%左右的能耗。

圖12 LED數(shù)字媒體藝術(shù)界面—— “東方之夢”

圖13 LED數(shù)字媒體藝術(shù)界面—— “綻放”

由于裝置的光介質(zhì)層是重要的成像因素，需要專門進行介質(zhì)層的圖像設(shè)計和實驗?zāi)M才能保證最終的效果。因此，整個設(shè)計過程也經(jīng)歷了無數(shù)次的實驗室、現(xiàn)場的實驗?zāi)M及測試。在室內(nèi)裝飾完成了LED基層和圖像承載層的安裝施工后，也是由設(shè)計團隊在現(xiàn)場手工完成光介質(zhì)層 (圖16～圖18)。從概念設(shè)計到實際施工，整個設(shè)計經(jīng)過兩年探索，先后共有近70名本科生、研究生參與了該項目的設(shè)計與實驗工作，開拓了一種新的創(chuàng)新型設(shè)計方法。

圖14 “東方之夢”的構(gòu)造系統(tǒng)詳圖

圖15 “綻放”的構(gòu)造系統(tǒng)詳圖

圖16 實驗室實驗

圖17 現(xiàn)場實驗

圖18 現(xiàn)場制作

作為世博會永久性建筑的世博文化中心，它的設(shè)計全過程中受到了一般建筑所不曾有的關(guān)注，因而也帶來了諸多的要求和限制。照明設(shè)計團體則始終堅持研究性設(shè)計，以國家863計劃課題、上海市科技攻關(guān)項目為支撐，在設(shè)計全過程中秉承科學(xué)的研究態(tài)度和方法，通過計算機模擬、現(xiàn)場實驗等方法對關(guān)鍵性技術(shù)難點進行研究論證;力圖發(fā)揮高校設(shè)計力量的優(yōu)勢，敢于創(chuàng)新，永不放棄，在建筑中充分發(fā)揮光與照明的主導(dǎo)設(shè)計作用，推進照明技術(shù)在場館中的集成應(yīng)用;并將工程實踐與教學(xué)實踐相結(jié)合，探索新的創(chuàng)意設(shè)計模式。當(dāng)然也正是世博會這樣一個城市大事件，才提供了更為寬廣的設(shè)計平臺，允許更多的創(chuàng)新實踐，也讓更多的精彩創(chuàng)意得以展示。世博會現(xiàn)已落幕，但這種以實驗和研究為基礎(chǔ)，以科研成果為支撐，以創(chuàng)意教學(xué)為推動的設(shè)計模式仍值得我們今后繼續(xù)探索和實踐。

［1］郝洛西，林怡，胡國劍，楊秀，吳維聰.世博文化中心照明設(shè)計.照明設(shè)計，2010/05/06:38～41

［2］汪孝安.面向未來——2010上海世博會世博演藝中心設(shè)計.時代建筑，2009/04:49～53

［3］倪陽.永不落幕的城市舞臺——2010年上海世博會世博文化中心的設(shè)計與建造過程.時代建筑，2010/03:70～75

［4］凌琳.從概念到現(xiàn)場——2010年上海世博會主要永久性建筑不完全工程檔案.時代建筑，2010/03:13～21

［5］郝洛西.世博之光——從技術(shù)到藝術(shù).時代建筑，2010/03:50～55