大泉洞照明設計與實踐

楊志清

(桂林理工大學博文管理學院，廣西桂林 541004)

1 前言

大泉洞位于湖北省崇陽縣青山水庫庫區(qū)上游和白崖山的東南麓，洞深約600米，由鐘乳石組成的景觀眾多，如“斗米灘”、“飲馬槽”、“水簾洞”、“海石花”、“三士相會”、“雙豬斗虎”、“二龍戲珠”、“八仙過?！?、 “九龍下海”、 “金絲龍幔”、“紅樓大觀”等，千姿百態(tài)，鬼斧神工，儼如一座奇異的藝術宮殿，具有較高的旅游價值。大泉洞于上世紀九十年代由當?shù)卮迕窈喴组_發(fā)后對游客開放。洞內(nèi)游覽設施極為簡陋、落后。供電線路空中飛架，景觀照明和游覽道照明功能不分，景點燈光沒有進行專業(yè)設計，毫無美感可言。為此，筆者依據(jù)“科學、藝術、自然、幽幻、協(xié)調(diào)、安全和方便游客”［1］的游覽洞穴設計原則，對大泉洞燈光從供電、控制、燈光效果幾方面進行全面設計改造，改造后的大泉洞燈光效果優(yōu)美，控制技術先進，受到游客的好評。

2 光源的選擇

游覽洞穴照明所用的光源燈具有別于建筑物照明，既要表達洞體氣勢的宏大、層次的深遠及各類沉積物形態(tài)美、質(zhì)地美、立體感等多方面。在燈光設計時，又要更多的從照明藝術裝飾效果考慮。而且，還要考慮洞穴對外開放時的成本控制。為此，大泉洞燈光改造選用了以下的光源燈具。

1)金屬鹵化物燈

金屬鹵化物燈光效高、顯色性好，主要用于洞內(nèi)空間宏大、高大挺拔的景觀、景點的照明。該光源用于洞穴照明的主要缺點是不能瞬時點燃，啟動點燃熄滅后需要間隔4至8分鐘才能再次啟動。

2)高頻無極燈

高頻無極燈具有節(jié)電、光效高、瞬間點燃、亮度高等優(yōu)點，是大泉洞主要使用的光源。其主要缺點是需要高頻電源，電子線路較為復雜，在潮濕環(huán)境中使用壽命不長。為此，將高頻無極燈用于游覽洞穴照明需要對其進行防潮處理，以延長其使用壽命。

3)三基色熒光燈

三基色熒光燈具有紅、綠、藍、黃、白等多種色彩，功率分為20W、30W、40W，可以瞬時點燃。不同功率、不同色彩的熒光燈搭配使用可以獲得意想不到的燈光效果，非常適用于洞穴中對光色要求較高，且空間較小景觀的照明。需要注意的是在洞穴中使用熒光燈應采用電感式鎮(zhèn)流器，配以防潮密封燈座，既提高安全性又可以獲得較長的使用壽命。

4)大功率激光燈

大功率激光燈用于營造洞內(nèi)特殊景點的燈光效果，需要進行全密封防潮處理。

5)PAR燈、LED燈

主要用于洞內(nèi)較小的景觀、景點。

6)白熾燈或小功率節(jié)能燈

主要用于洞內(nèi)游覽道照明，燈具則選用造型別致、光照具有方向性的田園燈具。

3 燈光控制系統(tǒng)設計

3.1 大泉洞燈光控制系統(tǒng)設計

目前國內(nèi)旅游洞穴的游覽模式普遍采用游客在導游的帶領下，沿著游覽道從洞穴進口到出口依次游覽洞內(nèi)景點。對景點燈光的要求是人來燈亮，人走燈滅或者人走燈延時滅。為達上述目的，大泉洞燈光控制系統(tǒng)需要達到下列要求:

1)在進洞口集中控制，沿游覽道分散控制。2)控制方式靈活多變，調(diào)整方便、快捷。3)控制系統(tǒng)安全、可靠。要在任何情況下，均能保證燈光的正常啟動。

4)程序控制方便，易實現(xiàn)聲光電變化。

5)防潮性能好，可在高濕度的環(huán)境下長期工作。

根據(jù)以上要求，大泉洞燈光控制系統(tǒng)由三臺PLC燈光控制柜組成，每臺控制柜的核心是PLC(可編程序控制器)，相鄰控制柜之間具有雙向通信功能，可實現(xiàn)上下控制柜之間的聯(lián)絡，通過軟件編程可以很容易地實現(xiàn)各種燈光控制方式。

3.2 大泉洞燈光控制方式

3.2.1 控制元件

控制元件主要用于導游在游覽道上完成對洞內(nèi)各景點燈光或各段路燈的開啟或關閉操作，分為干簧管、紅外遙控器件、聲控器件等。干簧管以其結(jié)構簡單，性能穩(wěn)定可靠，誤操作率低，在洞穴燈光控制中廣為使用。大泉洞燈光操作系統(tǒng)的控制元件即采用干簧管。干簧管的常開觸點作為PLC的輸入信號。在游覽過程中，導游用專用磁鐵碰觸干簧管，相應景點的燈光或路燈就會自動開啟。

3.2.2 大泉洞燈光控制方式

(1)順序控制

導游員按游覽順序操作當前景點的磁控開關，當前景點的景燈即可自動開啟，與此同時已游覽過的上一個景點的景燈自動熄滅。為了獲得更好的觀賞效果，當游客安全到達某一個景點后，游覽道上的路燈自動熄滅。

(2)景燈全開全關控制

當游覽處于高峰時，只需在入洞口總控室操作景燈全開磁控開關，即可實現(xiàn)洞內(nèi)燈光全部開啟。洞內(nèi)特殊景點變化燈光，導游仍可單獨操作，實現(xiàn)單向游覽時的變化效果。游覽結(jié)束時在洞口將洞內(nèi)燈光全部關閉，控制簡練，穩(wěn)定可靠。景燈全開采用分段延時開啟，以避免所有燈光同時開啟時電流過大，對電網(wǎng)造成沖擊。

(3)路燈控制

①路燈分段控制:景點講解完畢后開路燈，使游客能夠順利安全地到達下一景點，與此同時當前景點燈光在開路燈的同時即時關或延時關。游客到達下一景點后關路燈的方式有兩種:開景燈即時關路燈或者開景燈延時關路燈，具體選擇那一種關路燈的方式依現(xiàn)場情況而定。

②路燈集中控制:在洞口設置路燈全開和路燈全關磁控開關，分別操作路燈全開和路燈全關磁控開關，即可實現(xiàn)洞內(nèi)路燈全部開啟和關閉的目的。對高峰期電工維修、打掃洞內(nèi)衛(wèi)生等，此控制尤為重要。從控制級別來說，路燈集中控制的級別高于路燈分段控制，當處于路燈全開模式時，路燈分段控制不起作用。

4 供電與防雷系統(tǒng)設計

4.1 供電系統(tǒng)設計

安全可靠地向洞內(nèi)供電，確保洞內(nèi)燈光的正常開啟和控制系統(tǒng)的正常運行，是游覽洞穴向游客開放的首要條件。為此大泉洞的供電系統(tǒng)采用三相五線制，并采用獨立的雙回路供電系統(tǒng):市電回路和備用電源回路。市電回路由洞口附近的電力變壓器供電，是主要的供電方式;備用電源回路采用柴油發(fā)電機發(fā)電，當市電出現(xiàn)斷電時則切換到備用電源回路由柴油發(fā)電機向洞內(nèi)供電，保證洞內(nèi)燈光和控制系統(tǒng)的正常工作，是備用供電方式。

4.2 防雷系統(tǒng)設計

本次設計在洞內(nèi)安裝了三臺PLC控制柜，選用日本OMRON公司生產(chǎn)的高品質(zhì)PLC。隨著高標準旅游洞穴的開發(fā)，洞內(nèi)計算機網(wǎng)絡的建立和選用眾多高品質(zhì)的電子產(chǎn)品，游覽洞穴防雷設計至關重要。游覽洞穴一般都位于山區(qū)，供電電源要經(jīng)過較長的架空線路才能引入到變壓器高壓側(cè)，經(jīng)變壓器降壓為380V/220V后向洞內(nèi)供電。變壓器的中性點可采用接地或不接地方式。大泉洞洞口附近的供電變壓器采用中性點不接地方式。當變壓器高壓側(cè)供電線路遭受雷擊時，不會導致零線電位迅速抬高從而保護洞內(nèi)電子設備尤其是PLC。因此，大泉洞防雷系統(tǒng)的第一個防雷措施是向洞內(nèi)供電的配電變壓器采用中性點不接地供電方式;第二個防雷措施是PLC控制柜內(nèi)PLC的工作電源由隔離變壓器提供，隔離變壓器原副邊的電壓比380V/220V，原邊電壓為380V，由雙火線直接供電，副邊電壓為220V，作為PLC的工作電源;第三個防雷措施是將PLC的接地端子按廠家的要求單獨接地，接地線和接地電阻要符合廠家的要求。

5 燈光效果設計與實施

游覽洞穴照明有較強的裝飾與藝術效果，它不僅要為廣大游客提供舒適的視覺條件，更需要通過各類光色的協(xié)調(diào)，使幽靜、漆黑的洞體環(huán)境具有某種氣氛和意境，體現(xiàn)洞穴沉積物形態(tài)風格，增加藝術美感，最大限度地滿足人們審美要求。大泉洞燈光效果設計主要運用人工光的揚仰、隱現(xiàn)、虛實、動靜及控制投光角度和范圍，以建立各景點光的構圖、秩序、節(jié)奏和渲染空間變幻效果，改善空間比例，強調(diào)趣味中心，增加空間層次，明確空間導向，在背景亮度較低的情況下，突出“明框效應”，吸引游客的注意力，以最大限度達到燈光設計意圖所刻意創(chuàng)造的空間和景觀。采用二維、三維布光以及電視照明、舞臺舞廳燈光、攝影燈光等綜合布光方法。運用“虛實置景”的手法，在明亮的背景燈光下，突出景物的形態(tài)，猶如“剪影”般的效果，讓游客發(fā)揮想象，各景點之間，光色過度合理。

6 結(jié)語

燈光改造后的大泉洞照明系統(tǒng)由景燈、路燈、控制、供電、防雷等五大子系統(tǒng)組成。改造后的大泉洞向游客開放后的實際運行情況表明:

1)由PLC構成的控制系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能方便、靈活;

2)采用變壓器中性點不接地的三相五線制供電方式能夠確保洞內(nèi)供電安全可靠，有效地解決了游覽洞穴照明中電子產(chǎn)品尤其是PLC的防雷問題;

3)解決了防潮問題的高頻無極燈可以成功地應用于游覽洞穴照明。

［1］朱學穩(wěn).游覽洞穴開發(fā)原則及芙蓉洞的游覽開發(fā)實踐［J］.中國巖溶，1995，Vol.14(增刊):69～76.

［2］朱小清.照明技術手冊 ［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1995:53～186.

［3］楊志清.溶洞照明中金屬鹵化物燈的控制方法 ［J］.光源與照明，2004，(2):20～21.

［4］楊志清.PLC在溶洞照明燈光控制系統(tǒng)中的應用［J］.光源與照明，2001，(4):10～12.