大泉洞照明設計與實踐

楊志清

(桂林理工大學博文管理學院，廣西桂林 541004)

1 前言

大泉洞位于湖北省崇陽縣青山水庫庫區上游和白崖山的東南麓，洞深約600米，由鐘乳石組成的景觀眾多，如“斗米灘”、“飲馬槽”、“水簾洞”、“海石花”、“三士相會”、“雙豬斗虎”、“二龍戲珠”、“八仙過海”、 “九龍下?！?、 “金絲龍幔”、“紅樓大觀”等，千姿百態，鬼斧神工，儼如一座奇異的藝術宮殿，具有較高的旅游價值。大泉洞于上世紀九十年代由當地村民簡易開發后對游客開放。洞內游覽設施極為簡陋、落后。供電線路空中飛架，景觀照明和游覽道照明功能不分，景點燈光沒有進行專業設計，毫無美感可言。為此，筆者依據“科學、藝術、自然、幽幻、協調、安全和方便游客”［1］的游覽洞穴設計原則，對大泉洞燈光從供電、控制、燈光效果幾方面進行全面設計改造，改造后的大泉洞燈光效果優美，控制技術先進，受到游客的好評。

2 光源的選擇

游覽洞穴照明所用的光源燈具有別于建筑物照明，既要表達洞體氣勢的宏大、層次的深遠及各類沉積物形態美、質地美、立體感等多方面。在燈光設計時，又要更多的從照明藝術裝飾效果考慮。而且，還要考慮洞穴對外開放時的成本控制。為此，大泉洞燈光改造選用了以下的光源燈具。

1)金屬鹵化物燈

金屬鹵化物燈光效高、顯色性好，主要用于洞內空間宏大、高大挺拔的景觀、景點的照明。該光源用于洞穴照明的主要缺點是不能瞬時點燃，啟動點燃熄滅后需要間隔4至8分鐘才能再次啟動。

2)高頻無極燈

高頻無極燈具有節電、光效高、瞬間點燃、亮度高等優點，是大泉洞主要使用的光源。其主要缺點是需要高頻電源，電子線路較為復雜，在潮濕環境中使用壽命不長。為此，將高頻無極燈用于游覽洞穴照明需要對其進行防潮處理，以延長其使用壽命。

3)三基色熒光燈

三基色熒光燈具有紅、綠、藍、黃、白等多種色彩，功率分為20W、30W、40W，可以瞬時點燃。不同功率、不同色彩的熒光燈搭配使用可以獲得意想不到的燈光效果，非常適用于洞穴中對光色要求較高，且空間較小景觀的照明。需要注意的是在洞穴中使用熒光燈應采用電感式鎮流器，配以防潮密封燈座，既提高安全性又可以獲得較長的使用壽命。

4)大功率激光燈

大功率激光燈用于營造洞內特殊景點的燈光效果，需要進行全密封防潮處理。

5)PAR燈、LED燈

主要用于洞內較小的景觀、景點。

6)白熾燈或小功率節能燈

主要用于洞內游覽道照明，燈具則選用造型別致、光照具有方向性的田園燈具。

3 燈光控制系統設計

3.1 大泉洞燈光控制系統設計

目前國內旅游洞穴的游覽模式普遍采用游客在導游的帶領下，沿著游覽道從洞穴進口到出口依次游覽洞內景點。對景點燈光的要求是人來燈亮，人走燈滅或者人走燈延時滅。為達上述目的，大泉洞燈光控制系統需要達到下列要求:

1)在進洞口集中控制，沿游覽道分散控制。2)控制方式靈活多變，調整方便、快捷。3)控制系統安全、可靠。要在任何情況下，均能保證燈光的正常啟動。

4)程序控制方便，易實現聲光電變化。

5)防潮性能好，可在高濕度的環境下長期工作。

根據以上要求，大泉洞燈光控制系統由三臺PLC燈光控制柜組成，每臺控制柜的核心是PLC(可編程序控制器)，相鄰控制柜之間具有雙向通信功能，可實現上下控制柜之間的聯絡，通過軟件編程可以很容易地實現各種燈光控制方式。

3.2 大泉洞燈光控制方式

3.2.1 控制元件

控制元件主要用于導游在游覽道上完成對洞內各景點燈光或各段路燈的開啟或關閉操作，分為干簧管、紅外遙控器件、聲控器件等。干簧管以其結構簡單，性能穩定可靠，誤操作率低，在洞穴燈光控制中廣為使用。大泉洞燈光操作系統的控制元件即采用干簧管。干簧管的常開觸點作為PLC的輸入信號。在游覽過程中，導游用專用磁鐵碰觸干簧管，相應景點的燈光或路燈就會自動開啟。

3.2.2 大泉洞燈光控制方式

(1)順序控制

導游員按游覽順序操作當前景點的磁控開關，當前景點的景燈即可自動開啟，與此同時已游覽過的上一個景點的景燈自動熄滅。為了獲得更好的觀賞效果，當游客安全到達某一個景點后，游覽道上的路燈自動熄滅。

(2)景燈全開全關控制

當游覽處于高峰時，只需在入洞口總控室操作景燈全開磁控開關，即可實現洞內燈光全部開啟。洞內特殊景點變化燈光，導游仍可單獨操作，實現單向游覽時的變化效果。游覽結束時在洞口將洞內燈光全部關閉，控制簡練，穩定可靠。景燈全開采用分段延時開啟，以避免所有燈光同時開啟時電流過大，對電網造成沖擊。

(3)路燈控制

①路燈分段控制:景點講解完畢后開路燈，使游客能夠順利安全地到達下一景點，與此同時當前景點燈光在開路燈的同時即時關或延時關。游客到達下一景點后關路燈的方式有兩種:開景燈即時關路燈或者開景燈延時關路燈，具體選擇那一種關路燈的方式依現場情況而定。

②路燈集中控制:在洞口設置路燈全開和路燈全關磁控開關，分別操作路燈全開和路燈全關磁控開關，即可實現洞內路燈全部開啟和關閉的目的。對高峰期電工維修、打掃洞內衛生等，此控制尤為重要。從控制級別來說，路燈集中控制的級別高于路燈分段控制，當處于路燈全開模式時，路燈分段控制不起作用。

4 供電與防雷系統設計

4.1 供電系統設計

安全可靠地向洞內供電，確保洞內燈光的正常開啟和控制系統的正常運行，是游覽洞穴向游客開放的首要條件。為此大泉洞的供電系統采用三相五線制，并采用獨立的雙回路供電系統:市電回路和備用電源回路。市電回路由洞口附近的電力變壓器供電，是主要的供電方式;備用電源回路采用柴油發電機發電，當市電出現斷電時則切換到備用電源回路由柴油發電機向洞內供電，保證洞內燈光和控制系統的正常工作，是備用供電方式。

4.2 防雷系統設計

本次設計在洞內安裝了三臺PLC控制柜，選用日本OMRON公司生產的高品質PLC。隨著高標準旅游洞穴的開發，洞內計算機網絡的建立和選用眾多高品質的電子產品，游覽洞穴防雷設計至關重要。游覽洞穴一般都位于山區，供電電源要經過較長的架空線路才能引入到變壓器高壓側，經變壓器降壓為380V/220V后向洞內供電。變壓器的中性點可采用接地或不接地方式。大泉洞洞口附近的供電變壓器采用中性點不接地方式。當變壓器高壓側供電線路遭受雷擊時，不會導致零線電位迅速抬高從而保護洞內電子設備尤其是PLC。因此，大泉洞防雷系統的第一個防雷措施是向洞內供電的配電變壓器采用中性點不接地供電方式;第二個防雷措施是PLC控制柜內PLC的工作電源由隔離變壓器提供，隔離變壓器原副邊的電壓比380V/220V，原邊電壓為380V，由雙火線直接供電，副邊電壓為220V，作為PLC的工作電源;第三個防雷措施是將PLC的接地端子按廠家的要求單獨接地，接地線和接地電阻要符合廠家的要求。

5 燈光效果設計與實施

游覽洞穴照明有較強的裝飾與藝術效果，它不僅要為廣大游客提供舒適的視覺條件，更需要通過各類光色的協調，使幽靜、漆黑的洞體環境具有某種氣氛和意境，體現洞穴沉積物形態風格，增加藝術美感，最大限度地滿足人們審美要求。大泉洞燈光效果設計主要運用人工光的揚仰、隱現、虛實、動靜及控制投光角度和范圍，以建立各景點光的構圖、秩序、節奏和渲染空間變幻效果，改善空間比例，強調趣味中心，增加空間層次，明確空間導向，在背景亮度較低的情況下，突出“明框效應”，吸引游客的注意力，以最大限度達到燈光設計意圖所刻意創造的空間和景觀。采用二維、三維布光以及電視照明、舞臺舞廳燈光、攝影燈光等綜合布光方法。運用“虛實置景”的手法，在明亮的背景燈光下，突出景物的形態，猶如“剪影”般的效果，讓游客發揮想象，各景點之間，光色過度合理。

6 結語

燈光改造后的大泉洞照明系統由景燈、路燈、控制、供電、防雷等五大子系統組成。改造后的大泉洞向游客開放后的實際運行情況表明:

1)由PLC構成的控制系統實現控制功能方便、靈活;

2)采用變壓器中性點不接地的三相五線制供電方式能夠確保洞內供電安全可靠，有效地解決了游覽洞穴照明中電子產品尤其是PLC的防雷問題;

3)解決了防潮問題的高頻無極燈可以成功地應用于游覽洞穴照明。

［1］朱學穩.游覽洞穴開發原則及芙蓉洞的游覽開發實踐［J］.中國巖溶，1995，Vol.14(增刊):69～76.

［2］朱小清.照明技術手冊 ［M］.北京:機械工業出版社，1995:53～186.

［3］楊志清.溶洞照明中金屬鹵化物燈的控制方法 ［J］.光源與照明，2004，(2):20～21.

［4］楊志清.PLC在溶洞照明燈光控制系統中的應用［J］.光源與照明，2001，(4):10～12.