虹橋機(jī)場(chǎng)T2航站樓照明控制提升

陳鵬俊

滬港機(jī)場(chǎng)管理（上海）有限公司（上海 200335）

0 引言

上海虹橋國際機(jī)場(chǎng)是中國三大門戶復(fù)合樞紐之一，是上海建設(shè)卓越全球城市的重要引擎。機(jī)場(chǎng)航站樓建筑照明是集建筑美化、人體工程和航空安全于一身的綜合體。維持機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)營(yíng)的基本需求，給予旅客良好的視覺環(huán)境和氛圍感受，讓旅客在機(jī)場(chǎng)處于舒適放松的狀態(tài)，是機(jī)場(chǎng)建設(shè)的重要組成部分。T2航站樓及其配套的東交通中心原有的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)陳舊，和現(xiàn)在的情形不盡相符，同時(shí)新形勢(shì)對(duì)照明效果有了更高的期待。因此必須重新進(jìn)行照度實(shí)測(cè)、參數(shù)優(yōu)化、策略調(diào)整和系統(tǒng)升級(jí)，應(yīng)用新的智能照明控制系統(tǒng)，在滿足機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)營(yíng)照明需求的同時(shí)，達(dá)到舒適環(huán)境、科學(xué)管理和有效節(jié)能等效果[1]。

1 智能照明控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

智能照明控制是對(duì)航站樓照明進(jìn)行智能化控制，控制對(duì)象包括對(duì)虹橋機(jī)場(chǎng)整個(gè)航站樓的候機(jī)大廳、行李大廳、辦票、休息、門廳、登機(jī)橋、通道等公共區(qū)域的工作照明，裝飾照明、廣告燈箱、引導(dǎo)標(biāo)識(shí)照明，以及雨篷、停車場(chǎng)、道路等輔助照明[2]。采用智能照明控制模塊與BA系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行控制管理?？刂葡到y(tǒng)具有照明控制、照度感測(cè)控制、日程計(jì)劃安排、圖示化監(jiān)控、與BA系統(tǒng)的集成等功能。受控?zé)艟呔捎瞄_關(guān)方式控制，主要控制方式包括智能面板控制、場(chǎng)景控制、定時(shí)控制、亮度控制、可視化集中管理和BA系統(tǒng)控制[3]。

1.1 T2航站樓智能照明控制系統(tǒng)

T2航站樓根據(jù)不同區(qū)域的運(yùn)行特點(diǎn)和建筑結(jié)構(gòu)采用不同的控制方式，其中，旅客流程公共區(qū)域照明和車道邊雨棚照明根據(jù)航班需求及光照度進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制；辦公區(qū)域過道照明和屋頂霓虹燈根據(jù)設(shè)定時(shí)間進(jìn)行定時(shí)控制；辦公區(qū)域電梯廳照明則采取光照度和定時(shí)相結(jié)合的控制方式。照度控制模式根據(jù)室外照度傳感器測(cè)得的照度值對(duì)相應(yīng)區(qū)域的室內(nèi)照明進(jìn)行場(chǎng)景模式設(shè)置，分為高照度、中照度和低照度三個(gè)模式。定時(shí)控制參數(shù)每月進(jìn)行調(diào)整。

1.2 東交通中心照明系統(tǒng)控制方案

東交通中心照明系統(tǒng)采用與BA系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行控制管理。東交通中心主樓B1、1、2、4、5、6、7樓及車庫采用定時(shí)控制模式，主樓3樓大空間采用照度和時(shí)間雙重控制模式。光照度控制分夏季模式和冬季模式。

2 現(xiàn)存問題

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和綜合分析T2航站樓和東交通中心原有的照明控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)主要存在三個(gè)問題。

第一，參考數(shù)據(jù)陳舊。原有的照明控制系統(tǒng)參考光照度測(cè)量之后，樓內(nèi)進(jìn)行了LED改造，新增或更換了燈具，現(xiàn)場(chǎng)照度情形已然發(fā)生改變。因此，之前測(cè)得的照度值數(shù)據(jù)不能再作為照明策略依據(jù)，需要重新進(jìn)行照度實(shí)測(cè)更新數(shù)據(jù)并調(diào)整相應(yīng)的控制策略。另外，樓內(nèi)照度情況目前掌握仍不全面，相關(guān)系統(tǒng)提升工作無法精準(zhǔn)開展，而準(zhǔn)確科學(xué)的實(shí)際照度數(shù)據(jù)是照明系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

第二，控制策略單一。整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)置場(chǎng)景就是日常運(yùn)行場(chǎng)景，而現(xiàn)實(shí)有各種場(chǎng)景及特殊場(chǎng)景，需要更靈活多樣的場(chǎng)景控制模式。另外，受光照度影響，區(qū)域控制模式不同，不同功能區(qū)對(duì)照明質(zhì)量的需求也不同，現(xiàn)有控制策略劃分區(qū)域不夠細(xì)致，無法實(shí)現(xiàn)有效管理與節(jié)能。因此需要分區(qū)域、分場(chǎng)景設(shè)置控制模式，靈活應(yīng)對(duì)各種情形，實(shí)現(xiàn)燈光精準(zhǔn)化控制[4]。

第三，空間感受有待改善。實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，部分區(qū)域較昏暗，無室外光照，燈具亮度不足以營(yíng)造一個(gè)明亮舒適的環(huán)境。例如，東交通中心3樓靠近幕墻側(cè)走道，雖然幕墻引入了室外光照，但走道與幕墻之間的行李檢查室擋住了室外光照，靠近幕墻的地方僅簡(jiǎn)單地進(jìn)行了光照度控制，實(shí)際效果昏暗。照度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是照明基本要求，對(duì)于照度不達(dá)標(biāo)區(qū)域，應(yīng)調(diào)整控制策略，并增加或更換燈具。此外，部分區(qū)域還存在照度不均勻、眩光、缺乏視覺關(guān)注面的照明表達(dá)等問題，為此，文章結(jié)合此次照明控制提升，進(jìn)行施工改造研究。

3 照明控制提升措施及效果

針對(duì)原有照明控制系統(tǒng)存在的問題，為達(dá)到更好的照明效果、更高效的管理、更節(jié)約能耗的目標(biāo)，采取如下措施：首先，進(jìn)行照度實(shí)測(cè)，獲得樓內(nèi)不同區(qū)域、室外照度和燈具開關(guān)情況下的照度值，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，在達(dá)到照度標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)更省電節(jié)能；其次，進(jìn)行控制提升，根據(jù)照度測(cè)量結(jié)果和照明需求分區(qū)域制定適宜的控制策略；最后，進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，評(píng)估整個(gè)照度測(cè)量工作和控制策略升級(jí)方案，增加或更換燈具及照度傳感器，獲得更完善的照明系統(tǒng)。

照明控制提升后，整體達(dá)到了樓內(nèi)照度可視化、點(diǎn)位照度數(shù)量化、燈光控制精準(zhǔn)化和空間感受人性化的效果，并為今后的燈具改造、策略調(diào)整和系統(tǒng)升級(jí)提供了參照。

3.1 樓內(nèi)照度可視化

此前燈具改造項(xiàng)目將原有節(jié)能燈更換為節(jié)能高效的LED燈，樓內(nèi)照度情況發(fā)生了明顯改變。此次實(shí)地測(cè)量了大量照度數(shù)據(jù)，獲得了各區(qū)域隨室外照度在不同燈具開關(guān)情況下的照度。用色塊和文字在地圖上標(biāo)示是否與室外照度相關(guān)、開燈平均照度、燈間降低的照度、燈帶提升的照度等情況，形成照度圖，即可直接從照度圖觀察得到各區(qū)域基本照度情況，實(shí)現(xiàn)樓內(nèi)照度可視化，這為照明系統(tǒng)調(diào)整與升級(jí)打下了基礎(chǔ)。下面具體介紹T2出發(fā)層和東交通中心3樓的照度圖。

T2航站樓出發(fā)層照度情況如圖1所示。玻璃幕墻側(cè)、值機(jī)柜臺(tái)、安檢區(qū)受室外光照度影響，有充足室外自然光采光（以粗黑框表示室內(nèi)照度顯著受室外照度影響）。出發(fā)大廳、天橋和禁區(qū)基本不受室外光照度影響，開燈照度超標(biāo)準(zhǔn)照度50～100 lx（不同照度用不同明度色標(biāo)注）。燈間與燈下照度相差不大，照度均勻性良好,其中安檢區(qū)域天窗氛圍燈開啟后照度提升約45 lx，燈間照度降低約13%；南北幕墻區(qū)域、辦票島天窗區(qū)域洗頂燈開啟照度提升約20 lx；幕墻區(qū)域燈間照度降低約15%；辦票大廳燈間照度降低約30%；辦票區(qū)域燈間照度降低約4%。

圖1 T2航站樓出發(fā)層照度圖

東交通中心3樓照度圖如圖2所示。由圖2可知，玻璃幕墻側(cè)通道和中部圓盤區(qū)受光照度影響，中部通道和南北被行李檢查室遮擋室外光照的通道不受室外光照度影響，照度約為80 lx，較為昏暗。裝飾燈帶對(duì)照度提升明顯，約為20 lx，燈間較燈下照度下降約20 lx。

圖2 東交通中心3樓照度圖

此次測(cè)量工作量大，在樓內(nèi)34個(gè)區(qū)域選取了有代表性的286個(gè)點(diǎn)位測(cè)量地面位置的照度值，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和分析獲得T2航站樓和東交通中心各區(qū)域照度情況。選點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)有3個(gè)：不同功能區(qū)、燈下或燈間、遠(yuǎn)離或靠近室外光。不同功能區(qū)光照環(huán)境與光照標(biāo)準(zhǔn)不同，燈下與燈間的區(qū)分可以獲得平均光照度和均勻度，遠(yuǎn)離與靠近室外光受室外光照度影響不同，照明策略要綜合考慮，因地適宜。對(duì)于某一點(diǎn)位測(cè)量的光環(huán)境，有不同室外光照度和不同燈具開關(guān)情況下的變化，測(cè)得該點(diǎn)位所有光環(huán)境下的照度值，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

將測(cè)量數(shù)據(jù)匯總成表格，并作出各點(diǎn)位隨室外照度變化的照度曲線圖，依據(jù)曲線陡峭程度可將區(qū)域劃分為是否受室外光照度影響兩部分。受室外光照度影響的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行時(shí)間與光照度兩種控制模式調(diào)整，不受室外光照度影響區(qū)域則在達(dá)到照度標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上根據(jù)照明需求進(jìn)行定時(shí)控制。T2航站樓照度基本情況如表1所示，東交通中心照度基本情況如表2所示。

表1 T2航站樓照度基本情況

表2 東交通中心照度基本情況

3.2 點(diǎn)位照度數(shù)量化

通過照度圖可以直觀獲得各區(qū)域基本照度情況，對(duì)于特定點(diǎn)位，則通過建模、回歸分析得到具體點(diǎn)位的照度?；跍y(cè)量的大量照度值，利用分析軟件SPSS進(jìn)行線性回歸，獲得某點(diǎn)位照度函數(shù)表達(dá)式。通過該點(diǎn)位照度函數(shù)可知該點(diǎn)位在不同室外照度下的確切照度值和變化情況，而點(diǎn)位照度數(shù)量化對(duì)精細(xì)化控制有重要意義。下面以東交通中心3樓南側(cè)某點(diǎn)位為例展開說明。東交通中心三樓南側(cè)某點(diǎn)位照度測(cè)量值如表3所示。

表3 東交通中心3樓南側(cè)某點(diǎn)位照度測(cè)量值

模型摘要b如表4（a）所示，ANOVAa如表4（b）所示，系數(shù)a如表4（c）所示。

根據(jù)線性回歸分析，判定系數(shù)R方為0.970，接近1，模型擬合效果良好。由表4（b）可知，方差分析的顯著性值為0.000＜0.010＜0.050，說明自變量“室外光照度”與因變量“點(diǎn)位照度”建立的線性關(guān)系回歸模型具有極顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，線性關(guān)系顯著，因此點(diǎn)位照度線性回歸模型具有科學(xué)性。最終建模結(jié)果可從表4（c）得知，東交通中心3樓南側(cè)1號(hào)點(diǎn)位照度模型表達(dá)式如下：

表4 （b） ANOVAa

表4 （a） 模型摘要b

式中：Y為點(diǎn)位照度；X為室外光照度。

另外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)是否有燈帶提升亮度的情況修正式（1），增加項(xiàng)20a（20為燈帶提升的20 lx，a取0或1）。此點(diǎn)位位于燈下，燈間照度將下降約30 lx，則點(diǎn)位照度表達(dá)式應(yīng)增加項(xiàng)-30c（c取0或1），用于區(qū)分點(diǎn)位位于燈下或燈間。此時(shí)表達(dá)式具有普遍性，樓內(nèi)某點(diǎn)位照度都可以由如下函數(shù)表示：

式中：k、b為常數(shù)；a、c取0或1。

3.3 燈光控制精準(zhǔn)化

航站樓空間廣闊、功能區(qū)眾多、人群密集，精準(zhǔn)的燈光控制需根據(jù)功能區(qū)需求、采光情況、燈具排布及航班聯(lián)動(dòng)等多方位影響因素設(shè)置照明模式，在滿足基本功能性照明需求的同時(shí)，達(dá)到高效利用能源、節(jié)能減耗的效果。通過照度圖和線性關(guān)系回歸模型，樓內(nèi)照度基本明晰。該方案針對(duì)原控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并在日常模式達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上引入新的節(jié)能模式，進(jìn)一步節(jié)能減耗，提升照明模式靈活性。

（1）控制系統(tǒng)優(yōu)化。根據(jù)照度實(shí)測(cè)結(jié)果，按照功能區(qū)、燈具排布和是否受室外光照度影響等細(xì)分區(qū)域，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)、更切合實(shí)際需求的燈光控制，同時(shí)為靈活的照明模式設(shè)置與切換提供條件。通過照明回路排查，整合接觸器下的回路接線情況，按照照明回路區(qū)域、燈具類別分配各接觸器控制回路范圍，實(shí)現(xiàn)不同控制區(qū)、不同類別燈具的獨(dú)立控制，以便后續(xù)的節(jié)能功能控制和區(qū)域化控制。

（2）節(jié)能模式。航站樓面積龐大，其照明系統(tǒng)的電能消耗總量非常大，僅靠控制各場(chǎng)所的照明功率密度值、采用高性能照明燈具及節(jié)能光源等措施尚不夠，還達(dá)不到真正意義上照明的充分節(jié)能[5]。因此必須采用合適的智能照明控制系統(tǒng)，合理管理照明系統(tǒng)，進(jìn)一步體現(xiàn)節(jié)能功效。優(yōu)化正常照明模式，同時(shí)新增節(jié)能模式，在達(dá)到照明標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能功效最大化。

節(jié)能模式根據(jù)國家和地方照度標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定，正常模式較節(jié)能模式設(shè)定更高的標(biāo)準(zhǔn)，各區(qū)域正常模式與節(jié)能模式照度標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。根據(jù)照度實(shí)測(cè)，相應(yīng)調(diào)整光照度控制區(qū)域參與控制的室外照度傳感器閾值，達(dá)到預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。東交通中心3樓室內(nèi)照度標(biāo)準(zhǔn)與控制傳感器閾值對(duì)應(yīng)表如表6所示，目前閾值為350 lx，按照標(biāo)準(zhǔn)，正常模式應(yīng)為250 lx，節(jié)能模式200 lx，閾值相應(yīng)下調(diào)約20%，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。

表5 正常模式與節(jié)能模式照度標(biāo)準(zhǔn)

表6 東交通中心3樓室內(nèi)照度標(biāo)準(zhǔn)與控制傳感器閾值對(duì)應(yīng)表

經(jīng)測(cè)算，燈光控制精準(zhǔn)化可每年減少用電量90 470 kW·h，節(jié)省電費(fèi)約85 950元，同時(shí)降低了燈損耗率與維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

3.4 空間感受人性化

通過現(xiàn)場(chǎng)照度實(shí)測(cè)及控制策略調(diào)整，已基本發(fā)揮了現(xiàn)有燈具的最大功效。但通過此次航站樓照度實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，部分區(qū)域照度偏低，而且燈光除了最基本的照明功能，還有裝飾、引導(dǎo)、強(qiáng)調(diào)和分隔功能。此外，還存在空間感官偏暗、視野亮度分布不平衡、缺乏視覺關(guān)注面的照明表達(dá)等問題。

為獲得更好的燈光效果，并使旅客有更人性化的空間感受，新增和更新T2航站樓值機(jī)區(qū)域、安檢區(qū)域、三角區(qū)商業(yè)、長(zhǎng)指廊、短指廊等5大區(qū)域的3 187套燈具，大幅提升現(xiàn)場(chǎng)照度及旅客感官。一是補(bǔ)足現(xiàn)場(chǎng)功能照明缺失區(qū)域，提升基礎(chǔ)照明，達(dá)到國標(biāo)要求；二是水平和垂直動(dòng)線上的基礎(chǔ)照度連續(xù)而貫穿始終；三是節(jié)點(diǎn)處適當(dāng)強(qiáng)化垂直面和天花亮度，形成視覺焦點(diǎn)，在特定作業(yè)區(qū)加強(qiáng)分區(qū)重點(diǎn)照明，完善空間功能；四是通過不同的燈具配合營(yíng)造空間表現(xiàn)力和張力。

改造后極大地提升了旅客體驗(yàn)。一是在現(xiàn)場(chǎng)營(yíng)造一種舒適優(yōu)雅氛圍，緩解旅客焦慮心情，給予旅客輕松愉悅的感受；二是通過燈光的排列指引人們行走路線，協(xié)助旅客順利完成登機(jī)流程；三是燈光突出特別展示物，航站樓內(nèi)關(guān)注面表達(dá)、制造視覺焦點(diǎn)有利于消除旅客的疲憊迷茫感，給予旅客安心新奇的感受；四是使用不同的匹配功能燈光分隔，達(dá)到和諧有序的效果。

文章以辦票大廳改造為例，表現(xiàn)此次照明提升效果。改造前后對(duì)比圖如圖3所示，（a）入口處新增42套洗頂燈具，完善建筑形體，營(yíng)造入口氛圍。（b）扶梯區(qū)新增174套天窗洗頂燈光，更新58套大理石墻面的洗墻筒燈，形成對(duì)比，強(qiáng)化了辦票區(qū)中軸核心地位，引導(dǎo)人流；更新柱子洗頂燈具，形成輕盈的頂面，增強(qiáng)空間感，同時(shí)完善中軸對(duì)稱的空間形態(tài)。（c）軸天橋底新增60套下照燈具，更新80套上照燈具，改善服務(wù)臺(tái)重點(diǎn)照明，提升室內(nèi)“橋”作為不同功能區(qū)連接體的辨識(shí)度。（d）通道兩側(cè)新增64套線性燈具，更新16套下照燈具，增強(qiáng)引導(dǎo)性，提升舒適度。

圖3 改造前后對(duì)比圖

4 結(jié)束語

T2航站樓及配套的東交通中心照明系統(tǒng)通過照度實(shí)測(cè)、參數(shù)優(yōu)化、控制提升和系統(tǒng)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了樓內(nèi)照度可視化、點(diǎn)位照度數(shù)量化、燈光控制精準(zhǔn)化和空間感受人性化，解決了原控制系統(tǒng)參數(shù)陳舊、控制模式單一以及空間感受有待改善等問題，為航站樓建設(shè)提供了更精準(zhǔn)節(jié)能的燈光控制策略。此外，還根據(jù)樓內(nèi)燈光實(shí)測(cè)結(jié)果，改造照度較低及照明效果較差的區(qū)域，為旅客營(yíng)造更舒適優(yōu)雅的光環(huán)境。在高質(zhì)量發(fā)展新階段，不斷追求以人為本的光環(huán)境體驗(yàn)，持續(xù)踐行精品機(jī)場(chǎng)建設(shè)，讓旅客體驗(yàn)更人性化的機(jī)場(chǎng)服務(wù)品質(zhì)。