建筑用光學(xué)問(wèn)多

王梓

在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的歷史階段，人類利用自然光和火光照明，曾在建筑中創(chuàng)造了不少有效的采光和照明方法。隨著人類文明的進(jìn)步，建筑的采光也變得更加高效，照明手段更為科學(xué)化。

從古代的木屋瓦房，到如今通體覆蓋玻璃幕墻的摩天大樓，科技的發(fā)展不斷刷新著建筑的高度和顏值。從19世紀(jì)白熾燈的發(fā)明，到現(xiàn)在高能效、高亮度的LED照明技術(shù)，科技的發(fā)展大大豐富了人類的活動(dòng)范圍。然而，光鮮的背后，也有可能隱藏著它的副作用，光污染就是其中之一。

“鳥(niǎo)巢”與“水立方”的采光高招

坐落在北京的國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”，宛如一個(gè)巨型的鳥(niǎo)窩，與周圍的樹(shù)木和諧地融為一體。但是你可能不知道，“鳥(niǎo)巢”有著世界上最大的透明頂棚結(jié)構(gòu)，由884塊半透明的ETFE膜組成，鋪設(shè)面積將近4萬(wàn)平方米。從體育場(chǎng)里面看，就如同“中國(guó)的紙窗”。當(dāng)自然光透過(guò)這層膜結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)發(fā)生漫反射，使得觀眾席上的采光變得均勻、柔和。漫反射，是投射在粗糙表面上的光向各個(gè)方向反射的現(xiàn)象。由于光線的傳播方向被隨機(jī)打亂，空間中的光線分布會(huì)變得十分均勻。膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，既最大限度地做到了自然采光，同時(shí)也保證了采光的柔和與舒適，十分地巧妙。

國(guó)家游泳中心“水立方”與“鳥(niǎo)巢”緊緊相鄰，其方正的外形上布滿了淡藍(lán)色、半透明的氣枕結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)著一種嚴(yán)肅又活潑的美。與“鳥(niǎo)巢”相同，“水立方”也采用了ETFE膜作為氣枕結(jié)構(gòu)的材料，為場(chǎng)館帶來(lái)更多的自然光。不同的是，“鳥(niǎo)巢”采用了單層膜結(jié)構(gòu)，而“水立方”外墻上是雙層氣枕膜結(jié)構(gòu)，它的設(shè)計(jì)靈感取材于細(xì)胞的排列形式和肥皂泡的天然結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)既使自然光能經(jīng)過(guò)足夠的漫反射，令場(chǎng)館內(nèi)的采光更加柔和自然;同時(shí)又可以隔絕熱量，讓“水立方”在酷熱的夏天保持涼爽的室內(nèi)環(huán)境。

?“水立方”的氣枕結(jié)構(gòu)

人工照明的廣泛運(yùn)用

水立方的創(chuàng)意不僅在于氣泡一般的外形，還在于它在夜晚的絢爛色彩。夜幕中的“水立方”如同一座方方正正的水晶宮殿，靜靜地依偎在“鳥(niǎo)巢”旁邊，通體散發(fā)著深沉水藍(lán)的魅力。而成就這美麗的“夜幕麗人”的，正是LED景觀照明工程。

LED，又稱發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體二極管。不同半導(dǎo)體材料的LED，可以產(chǎn)生不同顏色的光?！八⒎健钡捻斆婕恿⒚?，一共裝有上百萬(wàn)根LED發(fā)光二極管，可以顯示超過(guò)1600萬(wàn)種顏色，這甚至超過(guò)了大部分的液晶顯示屏。“水立方”墻體上的每個(gè)“泡泡”里都裝有數(shù)十個(gè)LED燈，通過(guò)這些燈的顏色變化組合成各種圖案，造就了一個(gè)流光溢彩的建筑魔方。

LED作為一種新型光源，有著壽命長(zhǎng)、能耗低、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑景觀照明，并已融入我們的日常生活。此外，LED還廣泛用于戶外大屏幕顯示，紐約時(shí)代廣場(chǎng)上就有這樣一塊“中國(guó)屏”。這塊大屏幕由新華社租用，高約19.5米、寬約12.2米，由一個(gè)個(gè)LED點(diǎn)陣構(gòu)成，每個(gè)LED獨(dú)自擔(dān)任一個(gè)顯示像素，眾多LED構(gòu)成了近240平方米的巨形屏幕。它在“世界的十字路口”傳播著來(lái)自中國(guó)的聲音。

玻璃幕墻抵御強(qiáng)光照射

迪拜塔的魅力不僅在于它的高度，還因它是沙漠中傲視群芳的現(xiàn)代繁華。超過(guò)10萬(wàn)平方米的玻璃幕墻，讓迪拜塔在沙漠的陽(yáng)光下熠熠生輝。然而，它的玻璃幕墻是如何經(jīng)受住沙漠陽(yáng)光的重重考驗(yàn)的？

原來(lái)，迪拜塔的玻璃幕墻具有防輻射性。它的玻璃幕墻分成外表面和內(nèi)表面，各涂有特殊的涂層。外表面涂有一層薄薄的金屬，其作用是反射每天太陽(yáng)直接照射到建筑物表面的光線，如同“防曬乳液”的作用一般。金屬涂層可以抵擋可見(jiàn)光和紫外線的輻射，但擋不住火熱沙漠中沙粒輻射的紅外線。因此，它的玻璃內(nèi)表面有一層薄銀用來(lái)阻擋紅外線的熱輻射。在兩層玻璃之間，還有一層空氣層用來(lái)隔熱。因此，迪拜塔光鮮的玻璃幕墻，就這樣把沙漠過(guò)多的輻射和熱量拒之門(mén)外了。

?LED廣告屏

不可不防的光污染

高層建筑的玻璃幕墻外表新奇美觀，既可反射太陽(yáng)輻射，又有良好的保暖隔熱性能。但是玻璃幕墻的過(guò)度使用卻帶來(lái)了光污染。有時(shí)候，一些強(qiáng)光束甚至直沖云霄，使得夜晚如同白天一樣，被稱為“人工白晝”。

光污染與其他環(huán)境污染一樣，會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生危害，影響人們正常的工作和生活，甚至容易引發(fā)火災(zāi)。瞬間的強(qiáng)光照射會(huì)危害人的眼睛，使人們出現(xiàn)短暫的失明，對(duì)人眼角膜、虹膜和視網(wǎng)膜造成傷害。由玻璃幕墻反射的強(qiáng)光以及機(jī)動(dòng)車前燈產(chǎn)生的眩光，會(huì)嚴(yán)重危害司機(jī)和行人的視覺(jué)功能，易導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。而紫外光的污染則會(huì)引發(fā)人們生理上的疾病，嚴(yán)重的甚至?xí)掳?/p>

?人工白晝

光污染不僅影響人類，還會(huì)產(chǎn)生生態(tài)破壞。比如，鳥(niǎo)類的遷徙容易被人工光所干擾，它們?cè)谝归g靠星星來(lái)識(shí)別方向，城市的照明光卻常令它們迷失方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，每年約有400萬(wàn)只候鳥(niǎo)因撞上高樓的廣告燈而死去。海龜也容易受到光污染的影響，剛破殼的小海龜會(huì)根據(jù)月亮和星星在水中的倒影而游向水中，但由于地面光遠(yuǎn)遠(yuǎn)亮于月亮和星星，剛出生的小海龜會(huì)誤把陸地當(dāng)海洋，最終因缺水而喪命。除此之外，光污染還會(huì)妨礙天文觀測(cè)，帶來(lái)能源的浪費(fèi)，給人類帶來(lái)潛在的威脅。因此，防治光污染需要全社會(huì)倡導(dǎo)低碳生活，減少?gòu)?qiáng)光的使用，杜絕照明上的過(guò)度浪費(fèi)。