建筑外立面光學(xué)設(shè)計(jì)的運(yùn)用

梁雙

（北京新時(shí)空科技股份有限公司上海分公司，上海 200040）

1 概述

在當(dāng)今這個(gè)夜生活豐富的時(shí)代，人們對(duì)夜景的需求也越來(lái)越旺盛，而景觀照明是最直觀、最有效展現(xiàn)時(shí)代風(fēng)貌和城市文化底蘊(yùn)的窗口。城市形象和市民的幸福感指數(shù)也會(huì)隨著景觀照明效果的提高而升高。下面我們通過(guò)一個(gè)地標(biāo)建筑重慶來(lái)福士廣場(chǎng)的典型照明節(jié)點(diǎn)來(lái)闡述建筑室外光學(xué)設(shè)計(jì)的運(yùn)用。

2 效果需求

來(lái)福士致力于打造獨(dú)具個(gè)性的現(xiàn)代建筑，重慶來(lái)福士亦然。項(xiàng)目地處重慶市渝中區(qū)長(zhǎng)江與嘉陵江交匯處的朝天門，由世界著名建筑大師摩西薩夫迪設(shè)計(jì)，項(xiàng)目共有8座塔樓和1個(gè)5層商業(yè)裙樓1個(gè)橫向約290m的空中連廊，其中塔樓建筑包含2座約 322m高的塔樓T3N和 T4N樓，6座約 192m塔樓 T1、T2、T3S、T4S、T5、T6 樓，是新加坡在華最大投資項(xiàng)目，具有“朝天楊帆”的形象名。根據(jù)項(xiàng)目特定的形象文化，BPI為此項(xiàng)目的照明設(shè)計(jì)單位。設(shè)計(jì)師以此為主題，對(duì)沿江立面進(jìn)行設(shè)計(jì)，把“朝天楊帆”效果作為此項(xiàng)目眾多效果中的點(diǎn)睛之筆。使之成為重慶市乃至西南地區(qū)的夜景照明地標(biāo)建筑。

同樣是本項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)，裙樓部分涉及一段連接隧道，長(zhǎng)度161.5m。雙向4車道，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，采用自然光燈具照明結(jié)合的方式。隧道照明尤為重要，不光要滿足功能照明需求，還要考慮交通安全性，因此亮度和均勻度防眩光要求都很高。而裙樓另一個(gè)典型節(jié)點(diǎn)是造型新穎的定制壁燈，此壁燈體積大，既需要滿足功能照明，又需要作為個(gè)性化的照明設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)。凸顯星光斑斕的效果也是該節(jié)點(diǎn)的最基本的視覺(jué)要求。根據(jù)設(shè)計(jì)要求在定制滿足光學(xué)要求的燈具方面我們進(jìn)行了大膽的探索。

本文選取以上幾個(gè)典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)運(yùn)用中可能遇到的問(wèn)題及解決方法的闡述，希望能在類似問(wèn)題上提供一種參考。

3 朝天楊帆節(jié)點(diǎn)

項(xiàng)目塔樓T3N和T4N共分為5個(gè)機(jī)電設(shè)備層，其他塔樓分為4個(gè)機(jī)電設(shè)備層。每個(gè)機(jī)電設(shè)備層可以設(shè)置照明，其余樓層無(wú)法設(shè)置。相鄰的設(shè)備層之間為風(fēng)帆造型，風(fēng)帆向外側(cè)凸起的最大1.7m，高度45～60m。根據(jù)效果需求，照明方式采用底部投光方式，但因?yàn)轱L(fēng)帆造型的圓弧突出立面，燈具需要懸挑出建筑墻體6.7m。燈具安裝需要按照受光區(qū)域分為兩排，其中弧面以下部分需要保證光源的布置間距和必要的光擴(kuò)散角，燈具配光角度相對(duì)要大一些。而弧面以上部分的光線擴(kuò)散距離足夠，需要集中加強(qiáng)遠(yuǎn)距離的照射亮度，燈具配光角度應(yīng)選擇相對(duì)小一些的燈具。上下受光區(qū)域的燈具可以同一根懸挑鋼臂安裝，角度大的靠近建筑，角度小的安裝在懸挑鋼臂的末端。

燈具是實(shí)現(xiàn)效果的主體，根據(jù)DIALux模擬計(jì)算，選擇了180W，2700K+5500K+RED 三色，8°和 20～40°兩種配光角度。燈具為32顆2700KLED顆粒，32顆5500KLED顆粒，32顆紅色顆粒，LED顆粒為1.875W/顆，共96顆燈珠，三種LED顆粒分開(kāi)控制。每種顏色為同一個(gè)地址組。每種顆粒均勻交錯(cuò)排布至燈體內(nèi)。

根據(jù)DIALux模擬計(jì)算確定寬角度燈具挑出長(zhǎng)度為5.7m，窄角度燈具挑出長(zhǎng)度為6.7m，距離太近光斑無(wú)法正常擴(kuò)散風(fēng)帆上部將出現(xiàn)暗區(qū)，距離太遠(yuǎn)底部將出現(xiàn)三角拼接暗區(qū)，也會(huì)因燈具安裝而增大挑臂規(guī)格，給項(xiàng)目實(shí)施帶來(lái)不利影響。根據(jù)模擬結(jié)果和各個(gè)建筑立面的寬度，相鄰燈具挑臂確定為3.5～3.8m之間，依此確定燈具挑臂的數(shù)量為9組和11組，T3和T4樓為11組，其余樓為9組。

因建筑受光面是建筑的風(fēng)帆造型，透過(guò)造型是建筑內(nèi)視線可見(jiàn)區(qū)域，為了減小燈具眩光對(duì)室內(nèi)人員的影響，燈具必須增加格柵，而內(nèi)部增加格柵方式局限性太大，防眩效果大打折扣，采用外置三輻式格柵，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬測(cè)試格柵遮光板厚度近10mm效果良好，符合設(shè)計(jì)形象。考慮到三輻式格柵是外置安裝，需要保證白天的整體效果不受影響，故在設(shè)計(jì)此格柵時(shí)將其設(shè)計(jì)為一個(gè)個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)件。內(nèi)部選用亞光黑色無(wú)反射耀斑設(shè)計(jì)。外部及格柵罩采用燈具同色處理，格柵罩懸挑出燈具表面約2mm，保證灰塵雨水不會(huì)堆積黏連。安裝時(shí)先將三輻式格柵卡到格柵罩上，再把燈具與外置格柵罩固定上。此方式得到照明設(shè)計(jì)師及建筑師的一致認(rèn)可。然而通過(guò)這種組合式布置方式底部拼接處仍有較大拼接暗區(qū)，配光必須橫向加寬，因此在燈具表面和防眩光格柵支架增加柔光玻璃膜，最終實(shí)現(xiàn)受光面的全覆蓋。目前項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入尾聲，實(shí)景效果已經(jīng)呈現(xiàn)，基本滿足了前期設(shè)計(jì)方案要求。

4 連接隧道節(jié)點(diǎn)

連接隧道共設(shè)4車道寬度15.7m柏油路面，兩側(cè)布置燈具。設(shè)計(jì)要求平均照度不低于60lx。根據(jù)要求燈具功率選定為100W，高度選定為4.58m，雙排相對(duì)布置，相鄰間距為9m，懸臂長(zhǎng)度0.25m采用60～135°光束角蝙蝠翼配光燈具進(jìn)行軟件模擬測(cè)試。通過(guò)偽色表現(xiàn)圖和等照度圖都可以看出照明效果相對(duì)均勻平均照度達(dá)到了70lx。最小照度42lx，最大照度85lx，最小照度與平均照度比值為0.605，最小照度與最大照度比值為0.500。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)燈具眩光嚴(yán)重，墻面聚光比較重，緊接著我們出具了改進(jìn)方案。①具正裝但是內(nèi)部模組向外傾斜；②增加蜂窩格柵抑制眩光。改進(jìn)后再次測(cè)試，效果明顯好轉(zhuǎn)。但是新的問(wèn)題出現(xiàn)了，因?yàn)檠９庖种菩枰?，蜂窩格柵截光導(dǎo)致墻面光斑撕裂，在墻體上留下了一道道暗區(qū)。二次改進(jìn)方案我們?cè)黾恿艘粚訑U(kuò)散膜，該擴(kuò)散膜增加在模組和蜂窩格柵之間?？捎行U(kuò)散光線，經(jīng)過(guò)二次軟件模擬測(cè)試平均照度依然保持在66lx，至此隧道照明方案圓滿完成。

5 壁燈節(jié)點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，壁燈安裝于裙樓室外建筑立柱位置，地面平均照度要求為30lx，星光效果展示區(qū)為燈具安裝高度以上的區(qū)域的墻面上，功能照明和景觀照明需要分開(kāi)設(shè)置光源實(shí)現(xiàn)單獨(dú)開(kāi)閉。擬選用鏤空反射板的照明形式。反射板以圓柱形光源為中心設(shè)置600mm彎曲半徑，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)樣品測(cè)試，地面照度實(shí)測(cè)滿足設(shè)計(jì)要求，反光板倒角尺寸不足，造型生硬；且有明顯的光斑不夠柔和；星光斑點(diǎn)偏小部分被遮擋光線無(wú)法透出；擋光板開(kāi)孔過(guò)于規(guī)則缺乏造型美感。

改進(jìn)研究發(fā)現(xiàn)反光板倒角需要由原設(shè)計(jì)15mm擴(kuò)大至50mm以上，反光板自身厚度導(dǎo)致部分光斑被遮擋。經(jīng)二次模擬開(kāi)孔直徑5mm需要擴(kuò)大至7mm，陣列的開(kāi)孔點(diǎn)太過(guò)均勻，反光板開(kāi)孔旋轉(zhuǎn)45°，邊緣的鋸齒狀開(kāi)孔人工調(diào)整以滿足視覺(jué)美感需求。對(duì)于反光板的明亮光斑采用顆粒噴涂通過(guò)凹凸不平的球面反射可以有效解決光斑影響。至此整個(gè)反光板的光學(xué)技術(shù)問(wèn)題被逐一攻破。燈具最終模型如圖1所示，反光板展開(kāi)造型如圖2所示。鑒于以上表現(xiàn)當(dāng)年我們榮獲了建設(shè)方授予的EHS管理“先進(jìn)單位”獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

6 結(jié)語(yǔ)

圖1 壁燈模型

圖2 反光板展開(kāi)造型

從以上幾個(gè)節(jié)點(diǎn)分析可以看出，因項(xiàng)目特性各不相同，實(shí)施過(guò)程中往往會(huì)遇到不同的問(wèn)題。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都將對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)效果產(chǎn)生影響。而效果保障需要認(rèn)真做好每一個(gè)環(huán)節(jié)。本文以這幾個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行論述，不成熟之處還請(qǐng)指正。

當(dāng)今科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，我們需要保持學(xué)習(xí)的態(tài)度，不斷積累知識(shí)、沉淀經(jīng)驗(yàn)。保持創(chuàng)新思維，運(yùn)用“四新技術(shù)”，不斷提高自我認(rèn)知能力，做一個(gè)對(duì)國(guó)家對(duì)社會(huì)有用的人。勇于承擔(dān)時(shí)代賦予我們的責(zé)任。相信經(jīng)過(guò)我們不懈的努力，未來(lái)光學(xué)設(shè)計(jì)的運(yùn)用一定會(huì)越來(lái)越廣泛。