體育建筑立面照明設計綜述

馬霄鵬 / 李俊民（中國建筑設計研究院機電院，北京 100044

體育場館由于其占地廣、體積大、建筑形式特殊等特點，一經(jīng)建成往往成為當?shù)氐臉酥拘越ㄖ臀幕瘖蕵坊顒又行模虼藢υ擃惤ㄖ牧⒚嬲彰鲬撚葹橹匾暋＿@類建筑的立面照明設計應以宏大的建筑形式為依托，結合周圍的環(huán)境藝術、并能充分體現(xiàn)當?shù)厝宋臍v史、政治經(jīng)濟和文化背景。

1 立面照明定義

所謂立面照明又稱建筑物照明，是用燈光重塑建筑物夜間景觀的照明，屬于夜景照明的一部分。目的是利用燈光重點烘托建筑特點，并有機的與周圍環(huán)境相結合，創(chuàng)造一個和諧、優(yōu)美和富有特色的夜景圖畫，以此來表現(xiàn)該建筑物的夜間形象。

2 立面照明通用設計原則

立面照明設計應遵循下列通用原則：

1) 建筑物照明設計應符合城市夜景照明專項規(guī)劃的要求，并與工程設計同步進行。

2) 照度、亮度及照明功率密度值應符合相應國家規(guī)范的規(guī)定。選擇節(jié)能型光源和高效燈具，并避免為一味追求效果，無限制的使用光源和燈具，造成能源浪費。

3) 合理選擇照明光源、燈具和照明方式；有效利用不同光源的顯色指數(shù)、燈具的配光曲線以及多變的照明控制方式，達到最佳藝術和視覺效果。

4) 合理確定燈具安裝位置、照射角度和遮光措施，以避免光污染和眩光。

5) 慎重選擇彩色光。大型露天體育場在承辦一些重要比賽及演出活動時，會引發(fā)短時間內(nèi)大量觀眾聚集和遣散問題，因此疏散指示及交通信號的突出就顯得尤為重要。另外，在舉辦活動過程中，為了能夠真實反映現(xiàn)場效果，有時還會運用航拍技術。所以在夜景照明設計中，夜景照明所選擇的光色在保證與被照對象和所在區(qū)域的特征相協(xié)調(diào)的同時，不應與交通、航運等標識信號燈造成視覺上的混淆。

6) 照明設施應根據(jù)環(huán)境條件和安裝方式采取相應的安全防范措施，避免造成不必要的人員傷亡。

3 體育建筑立面照明設計

體育建筑立面照明設計原則應突出體育建筑的功能特點，并考慮建筑主體占地廣、體型龐大等特征，結合建筑物表面色彩，利用光的不同顏色，合理選擇相適宜的視點，使其與建筑物及周邊的廣場、商業(yè)等文化環(huán)境相協(xié)調(diào)。立面照明燈具應和建筑立面的墻、柱、檐、窗、墻角或屋頂部分的建筑構件相結合，充分考慮光的投射方向、燈具安裝位置對建筑物和整體藝術效果的影響。

下面以某體育場的立面照明設計為例，詳細闡述體育類建筑立面照明的幾種表現(xiàn)形式（見圖1）。

圖1 某體育場立面照明燈具設置示意圖

3.1 泛光照明

泛光照明即利用投光裝置照射建筑物的外立面，以表現(xiàn)建筑物的外貌特征。通常用于建筑物的主立面、側(cè)面和輪廓照明。

用于主立面照明特別是立面大部分平坦時，投光燈多選用中光束（照射角在30o～70o之間）或?qū)捁馐ㄕ丈浣牵?0o）照明燈具；用于側(cè)面或輪廓照明時，投光燈多選用中光束或窄光束（照射角在10o～30o之間）照明燈具，當為突出建筑立面某一特征時，可選用窄光束或超窄光束（照射角5o）照明燈具。

根據(jù)燈具外形不同，投光燈亦可分為圓形投光燈和方形投光燈兩種。

圓形投光燈一般光束角較小，具有強指向性，為對稱泛光。

方形投光燈一般光束角大，照射面積廣，為非對稱泛光。

選擇哪種投光燈應視不同空間，不同表達效果而定。

泛光燈光源目前常用的有金鹵燈、高壓鈉燈、LED燈，白熾燈和高壓汞燈因其光效低、能耗大較少使用。

金鹵燈：即金屬鹵化物燈的簡稱。在汞和稀有金屬的鹵化物混合蒸氣中產(chǎn)生電弧放電發(fā)光的放電燈，它是在高壓汞燈基礎上添加各種金屬鹵化物制成的高效光源。充入燈管內(nèi)的低氣壓金屬鹵化物決定燈的發(fā)光性能，不同金屬鹵化物燈可制成不同特性的光源。金鹵燈以其光效高、壽命長、顯色性好、價格相對便宜等優(yōu)勢在室外照明中應用最為廣泛。

高壓鈉燈：是一種高壓鈉蒸汽放電燈泡，工作時發(fā)出金白色光，高壓鈉燈必須串聯(lián)與燈泡規(guī)格相應的鎮(zhèn)流器后方可使用。具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優(yōu)點，但顯色性較差，常應用于對顯色性能要求不高的場所。

LED投光燈：LED是一種利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，在兩端加上正向電壓，引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光。LED投光燈多是由若干1W的LED組合而成。作為新型光源因其高效、節(jié)能、低能耗、可控性好，色彩豐富等特點在室外照明中得到廣泛應用。但因其需要配套的控制芯片，價格相對昂貴。

氙燈：是一種含有氙氣的大燈，又稱高強度放電式氣體燈。其工作原理是在石英燈管內(nèi)填充高壓惰性氣體— 氙氣，取代傳統(tǒng)的燈絲。在兩段電極上有水銀和碳素化合物，通過 2.3萬V高壓電流刺激氙氣發(fā)光，在兩極間形成完美的白色電弧，發(fā)出的光接近太陽光。氙燈因其亮度高、照射范圍遠、顯色性能好，接近于日光，啟動快、壽命長等特點多用于大功率探照燈。在該體育場立面照明設計中正是利用了他的這一特點，在體育場屋頂外緣處架設若干套氙燈，通過其打出的白色光束，來烘托節(jié)日氣氛，這應該算是一種特殊形式的泛光照明。

在泛光照明設計中，應合理選擇不同的燈具和光源，利用光源的色溫和燈具不同的投射角度，巧妙利用光色變化，以體現(xiàn)建筑物特有的風格和特色。如圖1中③和⑥處所示，在屋面和體育場四周的底部設置金鹵投光燈，重點突出體育建筑的恢弘效果，并使其輪廓、邊角清晰，保證體育場建筑的完整性。另外投光燈的照射使建筑物亮度與周圍環(huán)境明顯區(qū)別，在光色選擇上形成與周圍環(huán)境的色對比，同時又保證了與周邊整體環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

表1～表3為立面照明的光源色表分組和顯色性分級以及不同環(huán)境區(qū)域建筑物泛光照明照度和亮度標準值。設計者可根據(jù)不同的表達效果選擇不同顯色指數(shù)和色溫的光源，并根據(jù)周圍環(huán)境確定照度和亮度，以確保與周圍環(huán)境的一致性。

表1 立面照明的光源色表分組

燈具安裝時應盡量選擇隱蔽燈具等照明設施，但應同時兼顧照明燈具日后的維護、保養(yǎng)。當照明設施無法隱蔽安裝時，應使其形狀、尺度和顏色與環(huán)境相協(xié)調(diào)，已達到效果上的統(tǒng)一，值得注意的是建筑物的入口不宜采用泛光燈直接照射。當建筑外墻采用玻璃幕墻或選用反射比低于0.2的表面材料時，也不應選用泛光照明。

3.2 內(nèi)透光照明

利用建筑物的孔、洞、窗將建筑物內(nèi)的光線向建筑物外透射的照明方式。這也是在體育建筑的立面景觀照明設計中常用的一種表現(xiàn)手法，特別適用于建筑外墻采用玻璃幕墻和外立面透光面積較大或選用被照面反射比低于0.2的表面材料時。

內(nèi)透光照明常用光源為熒光燈和LED燈。

熒光燈：是我們最為熟悉也是應用最為廣泛的氣體放電光源，在這里不再贅述。

LED燈可通過不同顏色的透過片，發(fā)射出不同顏色的光，色彩豐富且多變。

如圖2所示，該體育場即巧妙利用建筑外墻上的不規(guī)則孔洞，利用LED光源變化，通過內(nèi)透光的設計手法使整個建筑充滿靈動活潑的氣息。避免因體育建筑體積的過于龐大而給人帶來視覺上的壓迫感。

LED模組單元

LED投光燈

圖2 不同顏色和形狀的LED燈

此處燈具選用LED模組單元，其體積小、便于隱藏安裝，且可根據(jù)不同尺寸的孔洞調(diào)整燈具的長短。

另外由于該體育場設有一個斜拉大拱，大拱表面選擇的是一種透光性能較好的建筑材料。為了能充分表現(xiàn)她的完整性及宏大的特點，在大拱內(nèi)同樣采用了內(nèi)透光照明的手法，設置若干套150W REG LED投光燈，使大拱在夜間變成一個半圓形的自發(fā)光體。如圖1中①和④處所示。在這里選用LED燈，即充分利用LED燈可通過內(nèi)部的控制芯片改變顏色的特點，根據(jù)不同時間及場景的設定，變換色彩，使大拱與下面幕墻上的孔洞通過不同燈光色彩的變化遙相呼應，使整個建筑變得鮮活、生動。

3.3 重點照明

重點照明是為提高特定區(qū)域或目標的照度，使其比周圍區(qū)域亮的照明。其目的是重點突出建筑物上某一局部的特寫如雕塑、小品等，重點照明的光影特征、亮度和光色等應與建筑整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

在該體育場夜景照明設計中也同樣運用了此種表現(xiàn)手法，如圖1中②處所示。在每一個拉索下均設置了150W的金鹵投光燈，使大拱和下面的體育場在夜間照明中形成一個整體。

表4 不同光源技術指標

3.4 動態(tài)照明

通過對照明裝置光輸出的控制形成場景明、暗或色彩以及文字等變化的照明方式。動態(tài)照明的表現(xiàn)形式有很多，如通過LED數(shù)碼管或LED像素屏組成動態(tài)圖案，輸出影像及文字，創(chuàng)造一個光影結合的動態(tài)照明效果。

REG LED數(shù)碼管可以實現(xiàn)多種效果的變化, 達到一個很好的顯示效果。他是通過較高端的控制形式，控制一些功能較為單一的管子,在建筑幕墻上組成可變化的照明圖案，起到幕墻的裝飾作用，以米為一個計量單位。LED像素屏則是由方形像素磚或由若干LED像素管（也是一種數(shù)碼管）拼接而成的屏幕，結合LED全彩視頻控制系統(tǒng)，實現(xiàn)花樣，文字,視頻等全彩變幻，通常以m2為計量單位。特點是透光性好、色彩飽滿、表現(xiàn)力豐富，是一種高級裝飾燈具，價格相對昂貴，常應用在動態(tài)照明中。圖1所示⑤處和圖3中的笑臉即是利用LED數(shù)碼管和LED像素屏的特點設計的動態(tài)照明。

LED數(shù)碼管

圖3 笑臉

3.5 輪廓照明

利用燈光直接勾畫建筑物和構筑物等被照對象輪廓的照明方式。適用于具有豐富輪廓特征的建筑物，由于體育建筑的體積龐大，且外輪廓多以圓形為主，沒有特別復雜多變的輪廓，因此此種照明方式并不適用于對整個建筑的輪廓進行勾勒，但可應用于為重點突出的某一局部構筑物的輪廓描述。

上述幾種照明方式在立面照明設計中可全部應用，也可選擇其中幾種方式，關鍵要保證能夠清晰表述建筑物的特征和所要表現(xiàn)的照明效果。

表5 不同規(guī)格LED像素屏的技術指標

4 配電系統(tǒng)及控制

4.1 照明配電系統(tǒng)

1）立面照明負荷等級一般按三級負荷設計，采用由建筑內(nèi)的變配電室單回路放射式或樹干式的供電方式供電，其供電電壓為0.23/0.4kV，供電半徑一般不超過0.5km。照明燈具端電壓不超過其額定電壓值的+5%和-10%。一般體育類建筑特別是體育場具有占地面積大、水平管線敷設長等特點，故建議可將體育場夜景照明分為4個區(qū)域，每個區(qū)域可就近從變配電室引來一路電源，設置二級配電箱，夜景照明電源末端箱再分別從該四處二級配電箱引出。此種配電方式配電靈活，可有效減少管線敷設的數(shù)量，同時可降低后期修改的影響范圍。

2）在夜景照明的負荷計算時其需要系數(shù)通常取1，并應將電氣附件的損耗功率計入進去。

3）三相照明線路各相負荷的分配宜保持平衡，最大相負荷電流不宜超過三相負荷平均值的115%，最小相負荷電流不宜小于三相負荷平均值的85%。單相分支回路電流值不宜超過30A。

4）當采用三相四線配電時，中性線截面不應小于相線截面；室外照明線路應采用雙重絕緣的銅芯導線，照明支路銅芯導線截面不應小于2.5mm2。當線路過長，電壓損失超過允許范圍時，導線截面可適當放大以減少線路引起的電壓損失。

5）立面照明燈具均應設置接地故障保護，人員可觸及的燈具配電回路需設置剩余電流保護和短路保護，對單光源功率在250W及以上者，宜在每個燈具處單獨設置短路保護。

6）夜景照明系統(tǒng)應安裝獨立電能計量表。

4.2 照明控制方式

照明控制是夜景照明系統(tǒng)中的重要組成部分，也是實現(xiàn)夜景照明針對不同場景、時間而發(fā)生變化的必要手段。選擇良好的照明控制方式不僅可以有效表達夜景照明的藝術效果，還能降低管理人員的勞動強度，起到節(jié)約能源的功效。目前常用的照明控制方式分為手動控制和自動控制兩種。

1)手動控制：手動控制由管理人員根據(jù)需要手動關合配電回路，應用于配電回路少，場景設置簡單的小型夜景照明工程。

2)自動控制：自動控制目前較常使用的是智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)提前預設的不同場景和時間進行編程，如平日照明、休息日照明、一般活動或節(jié)日照明、重要活動或節(jié)日照明等。夜景照明的智能照明控制系統(tǒng)可作為獨立系統(tǒng)設置，也可預留標準通信接口，納入城市夜景照明控制系統(tǒng)。圖4為常用智能照明控制系統(tǒng)示意圖。

5 結束語

體育類建筑夜景照明設計屬于景觀照明設計的一個分支，其照明方式的表現(xiàn)手法包括光源及燈具的運用均與其他類別的夜景照明存在共性，但又因其建筑形式、規(guī)模及功能不同在照明方式的選擇上有其特殊的處理方式。在此僅根據(jù)以往工程設計中遇到的問題總結一二，以供參考。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部. JGJ/163-2008城市夜景設計規(guī)范[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[2] 北京照明學會照明設計專業(yè)委員會. 照明設計手冊（2版）[M].北京:中國電力出版社，2006.