彩虹效果在橋梁夜景照明中的應(yīng)用

何杰 上海萊奕亭照明科技股份有限公司，上海 201803

0 引言

盧浦大橋于2003年建成，大橋全長(zhǎng)約3.8km，主橋?yàn)橹骺?50 m全鋼結(jié)構(gòu)中承式系桿拱橋，是當(dāng)今世界跨度第二長(zhǎng)的鋼結(jié)構(gòu)拱橋，也是世界上首座完全采用焊接工藝連接的大型拱橋。橋身呈優(yōu)美的弧形，如長(zhǎng)虹臥波，飛架在浦江之上。對(duì)于夜景照明來(lái)說(shuō)，好的照明效果的呈現(xiàn)離不開(kāi)照明載體。盧浦大橋本身的特色為：視野開(kāi)闊，是世博之眼；獨(dú)特的拱形，是空中的彩虹。因此，盧浦大橋夜景照明方案依托于大橋本身的特色，夜景燈光表現(xiàn)空中彩虹，橋兩端表現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)美，懸鎖則與整體橋梁形成剛、彈美。橋腹部采用燈光打亮，在水面形成倒影。重大節(jié)慶表演模式可在橋腹進(jìn)行動(dòng)態(tài)投影。盧浦大橋夜景照明的重點(diǎn)是如何將燈光與大橋結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，呈現(xiàn)出彩虹橋的效果。文章將結(jié)合盧浦大橋景觀照明提升工程的實(shí)施，闡述彩虹橋的實(shí)現(xiàn)。

1 彩虹燈照明設(shè)計(jì)

1.1 工程背景

盧浦大橋主拱長(zhǎng)度為620m（如圖1所示），拱肋外側(cè)立面高度為8m（如圖2所示）。此次針對(duì)盧浦大橋主拱拱肋外立面進(jìn)行夜景照明設(shè)計(jì)，采用傳統(tǒng)LED變色投光燈和LED彩虹圖案燈投射，在主拱位置形成流光溢彩（如圖3所示）和真彩虹（如圖4所示）兩種效果展示。

圖1 盧浦大橋主拱立面圖

圖2 拱肋截面圖

圖4 盧浦大橋真彩虹效果圖

1.2 設(shè)計(jì)分析

采用傳統(tǒng)LED變色投光燈（如圖5所示），燈具參數(shù)為170W、AC220V、RGBA、35°光束角、DMX512控制，投射主拱拱肋外立面，形成連續(xù)均勻的光斑，通過(guò)控制，在拱肋外立面形成流光溢彩的追逐效果。

采用LED彩虹圖案燈（如圖6所示），燈具參數(shù)為165W、AC220V、7500K、90°光束角、DMX512控制，內(nèi)置彩虹涂層玻璃片。采用 DMX線性調(diào)焦，0-100%線性調(diào)光，通過(guò)投射在主拱拱肋外立面形成連續(xù)的彩虹光斑。

圖5 LED變色投光燈

圖6 LED彩虹圖案燈

通過(guò)以上兩款燈具投射，呈現(xiàn)兩種彩虹效果。照明效果呈現(xiàn)的難點(diǎn)在于：（1）兩款燈具如何集成在1根燈桿；（2）燈桿懸挑距離的確定；（3）LED彩虹圖案燈如何完美地呈現(xiàn)效果。

為了解決上述難點(diǎn)，工程實(shí)施前，利用現(xiàn)場(chǎng)原有安裝支架做了大量實(shí)驗(yàn)。首先，兩款燈具每款點(diǎn)亮3套燈具，通過(guò)調(diào)節(jié)燈桿懸挑的長(zhǎng)度，捕獲最佳效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，對(duì)于LED變色投光燈，燈桿懸挑距離在2.5-3 m范圍內(nèi)，照明效果均能符合設(shè)計(jì)需求。LED彩虹圖案燈的實(shí)現(xiàn)原理既是利用LED圖案燈成像，通過(guò)定制的彩虹圖案片，在盧浦大橋主橋拱投射出彩虹圖案。單燈實(shí)現(xiàn)彩虹效果不難，難點(diǎn)在于多套燈投射的彩虹光斑邊界能夠很好地融合，呈現(xiàn)出一道完整的彩虹。為此，在現(xiàn)場(chǎng)試燈的同時(shí)，做了諸多數(shù)據(jù)的測(cè)量。

通過(guò)試燈，測(cè)算出燈具投射的彩虹光斑將主拱拱肋外立面面覆蓋滿（如圖7所示），同時(shí)考慮投光燈的投射效果以及懸挑結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性，最佳的投射距離為2.8 m。

圖7 LED彩虹圖案燈試燈照片

2010年，為了迎接上海世博會(huì)，盧浦大橋曾實(shí)施過(guò)夜景照明工程。當(dāng)時(shí)，大橋的主拱位置只設(shè)計(jì)了LED變色投光燈，燈具安裝支架采用的方式是小方管套大方管形式，固定燈具的小方管懸挑桿為抽拉式。該安裝支架的弊端在于，由于前段懸挑桿為抽拉式，無(wú)法做好所有的懸挑桿懸挑距離的一致性，且抽拉式支架固定方式不利于后期的維護(hù)。此次盧浦大橋夜景照明設(shè)計(jì)中加入了LED彩虹圖案燈以實(shí)現(xiàn)彩虹表演模式對(duì)盧浦大橋主拱燈具安裝支架做了針對(duì)性的優(yōu)化。

所有LED彩虹圖案燈投射距離的一致性是實(shí)現(xiàn)彩虹效果連貫性的第一要素?？紤]到后期維護(hù)的便利性，結(jié)合LED變色投光燈和LED彩虹圖案燈的最佳投射距離，兩款燈具同時(shí)滿足安裝的要求，設(shè)計(jì)出了1款可旋轉(zhuǎn)雙燈頭安裝支架，如圖8所示。

圖8 雙燈頭可旋轉(zhuǎn)燈具安裝支架

LED彩虹圖案燈光斑投射在主拱拱肋外立面，通過(guò)調(diào)節(jié)鏡頭與彩虹圖案片的距離來(lái)調(diào)整彩虹光斑的清晰度。通過(guò)調(diào)焦，將彩虹燈光斑從清晰調(diào)節(jié)到模糊，形成朦朧的彩虹效果，如圖9所示。

圖9 DMX調(diào)焦

主拱燈具支架的固定點(diǎn)為盧浦大橋鋼箱梁的錨耳，其間距并不是一致的。為此，測(cè)量了每個(gè)燈具支架之間的間距，給出了詳細(xì)的尺寸作為彩虹圖案片（寬度）制作尺寸，如圖10所示。

圖10 （a）燈桿支架測(cè)距示意；（b）測(cè)量數(shù)據(jù)圖

根據(jù)測(cè)量出來(lái)的燈具間距數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了4款圖案片規(guī)格，如圖11所示。根據(jù)測(cè)量出來(lái)的燈桿之間的間距，分別制作在2.8 m懸挑距離投射形成光斑的寬度為2.8 m、2.6 m、2.0 m和1.8 m的彩虹圖案片。

圖11 彩虹圖案片制作圖

2 工程實(shí)施與調(diào)試

盧浦大橋主拱長(zhǎng)度680 m，上下游兩側(cè)主拱拱肋外立面安裝定制旋轉(zhuǎn)雙燈頭，安裝支架486套，每套支架安裝LED變色投光燈，LED彩虹圖案燈各1套。燈具遵循DMX512協(xié)議，每款燈具可設(shè)置地址，可以控制到每個(gè)單燈。

安裝順序?yàn)椋簶蚣馨惭b，電源線、信號(hào)線敷設(shè)，雙燈頭旋轉(zhuǎn)支架安裝，燈具安裝，燈具電源、信號(hào)接線，分段上電調(diào)試（電路部分），旋轉(zhuǎn)支架推出，角度調(diào)試，整體效果調(diào)試。

LED變色投光燈與LED彩虹圖案燈為獨(dú)立兩套系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)了兩排橋架，一排橋架對(duì)應(yīng)LED變色投光燈，一排橋架對(duì)應(yīng)LED彩虹圖案燈。橋架內(nèi)加裝隔板，用于配電和信號(hào)回路敷設(shè)[1]。

配電回路采用三相五線制供電，燈具間隔接入A、B、C相。信號(hào)回路采用超5類網(wǎng)線。每個(gè)分控器采用單模光纖連接到橋頭堡控制中心。

雙燈頭支架為分體式組裝支架，分為基座桿和旋轉(zhuǎn)桿兩部分。先安裝基座桿，再安裝旋轉(zhuǎn)桿，如圖12所示。

燈具安裝在旋轉(zhuǎn)支架前端橫擔(dān)上，橫擔(dān)上按照燈具自身支架的螺絲孔距預(yù)先開(kāi)好螺絲孔，采用止退螺母擰緊，如圖13所示，燈具自帶防墜落鋼絲繩[2]。

圖12 雙燈頭支架安裝照片

圖13 燈具安裝照片

為了保證燈具接線在接線盒完成，燈具生產(chǎn)時(shí)就對(duì)廠家提出了燈具出線長(zhǎng)度要求。對(duì)于LED變色投光燈，要求燈具出線長(zhǎng)度為8m，對(duì)于LED彩虹圖案等，要求燈具出線長(zhǎng)度為4 m，燈具出線采用不銹鋼金屬軟管保護(hù)，從燈具安裝支架方管空腔內(nèi)敷設(shè)至接線盒，完成接線。

燈具安裝完畢后，開(kāi)始進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試分為3步。第1步進(jìn)行分段電路調(diào)試，即按照每個(gè)控制回路上電進(jìn)行調(diào)試；針對(duì)單個(gè)控制回路，每款燈具按照其地址逐個(gè)點(diǎn)亮，檢查整個(gè)回路信號(hào)傳輸是否正常，燈具地址碼是否與預(yù)設(shè)地址一致。第2步根據(jù)當(dāng)初試燈時(shí)獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行燈具偏轉(zhuǎn)角度的設(shè)定，即燈具與自身安裝支架之間的角度，此角度直接影響投射彩虹光斑垂直方向的尺寸；同時(shí)檢查燈具自身安裝支架與雙燈頭安裝支架橫擔(dān)是否保持平行，此位置偏差直接影響投射彩虹光斑的垂直度。完成前兩步調(diào)試工作后，第3步就是將旋轉(zhuǎn)燈桿推出，再次檢查彩虹光斑在盧浦大橋主拱拱肋外立面的投射成像效果，針對(duì)個(gè)別有問(wèn)題的地方在進(jìn)行微調(diào)。

LED變色投光燈和LED彩虹圖案燈變化效果編輯的首要條件是要制作燈具布線圖。燈具布線圖的繪制基于根據(jù)控制架構(gòu)圖和弱電控制圖。每個(gè)DMX512分控器尤其對(duì)應(yīng)的IP地址，每個(gè)DMX512分控器的端口有其對(duì)應(yīng)的ID，每個(gè)端口帶載的燈具有其地址[3]。從而，現(xiàn)場(chǎng)每套燈具的安裝位置將映射到布線圖上唯一的位置，如圖14所示。

圖14 燈具布線圖

在形成的燈具布線圖基礎(chǔ)上，制作動(dòng)畫(huà)畫(huà)布。根據(jù) LED變色投光燈和 LED彩虹圖案燈的效果需求，導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫(huà)效果，從而形成流光溢彩、彩虹追逐的絢麗效果。

此次盧浦大橋夜景照明中選用的LED變色投光燈和LED彩虹圖案燈除遵循標(biāo)準(zhǔn)的DMX512協(xié)議外，還遵循RDM管理協(xié)議。通過(guò)RDM管理反饋，可以從主控電腦端查看每套燈具的電流、工作溫度，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警等功能，方便燈光的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)。最終效果如圖15所示。

3 結(jié)論

文章在LED彩虹圖案燈效果設(shè)計(jì)時(shí)，采用了定制可旋轉(zhuǎn)雙燈頭安裝支架設(shè)計(jì)，解決了燈具投射距離一致性的問(wèn)題。同時(shí)，根據(jù)燈具之間間距的測(cè)量數(shù)據(jù)，定制了4套規(guī)格的彩虹燈圖案片。調(diào)試時(shí)，分3個(gè)步驟逐步調(diào)試，確保了彩虹圖案的完美的邊界融合。最終，讓彩虹效果在盧浦大橋完美呈現(xiàn)。真彩虹的照明效果為國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用在橋梁夜景照明當(dāng)中，為以后彩虹效果在橋梁夜景照明中大范圍的應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)參考。

圖15 實(shí)景效果圖