數理關系在文化建筑公共空間照明設計中的應用
——以天津市濱海文化中心市民中心為例

王 晅，于 娟，高元鵬，王立雄

(天津大學，天津市建筑物理環境與生態技術重點實驗室，天津 300072)

數理關系在文化建筑公共空間照明設計中的應用
——以天津市濱海文化中心市民中心為例

王 晅，于 娟，高元鵬，王立雄

(天津大學，天津市建筑物理環境與生態技術重點實驗室，天津 300072)

文化建筑作為公眾業余休閑重要場所，人們對文化建筑的需求量也越來越大。大眾在物質生活得到滿足后，對更高精神場所需求更加強烈。文化建筑的建筑空間照明更注重空間氛圍的營造。本文以天津市濱海文化中心市民中心為例，在對市民中心的公共空間進行照明設計時，從空間氛圍中提煉出其內涵的數理關系，并將這套數理關系應用到燈具的布置中，通過提煉和轉化，使感性的設計意向和理性的布燈方式結合在一起。通過這種方式，更好的烘托文化建筑公共空間的環境氛圍，并有效的轉化為忠實于設計理念的室內光環境。為室內照明設計提供了一種切實可行的操作方式，豐富了室內照明的設計方法。

照明設計；公共空間；環境氛圍；數理關系；建筑照明

引言

人類對外界信息的獲取，80%來源于視覺，只有20%來源于聽覺觸覺等[1]，夜間的照明質量，很大程度上決定了人們夜間活動的質量。伴隨著文化建筑的興建和公眾審美品質的提高，對文化建筑的照明提出了更高的要求。社會大眾已經不僅僅滿足于常規的功能照明，而渴望根據不同的功能性質、空間氛圍，針對性的配以不同的照明方式。

隨著社會經濟的進步和人們生活水平的提高，公眾對文化生活的要求也逐步提高，大量的文化設施拔地而起，各地紛紛興建文化館、市民活動中心、藝術中心等，文化類建筑設計十分繁榮。文化建筑公共空間面積較大、使用率較高。文化建筑的公共空間，由于其承擔了建筑空間和城市空間的雙重屬性，除了承擔一定的疏散交通作用以外，人們往往會在這里駐足、休憩、交往等。另外，文化建筑的公共活動空間面積較大，出現在流線的各個位置上。針對不同空間的氛圍配以特定的照明方式，對提高文化建筑的使用體驗和使用質量有極大幫助。

1 項目概況

濱海新區文化中心位于天津市濱海新區核心區，濱海新區文化中心規劃總用地45.2公頃，總建筑面積51.3萬m2，包括地上建筑面積39.9萬m2，地下建筑面積11.4萬m2，由濱海東方演藝中心、濱海市民活動中心、現代工業博物館、濱海現代美術館、濱海圖書館等組成(見圖1)[2]。

圖1 濱海文化中心總平面圖*圖1～圖4源于天津華匯工程建筑設計有限公司天津濱海文化中心市民中心室內設計。Fig.1 Master plan of Binhai culture center

本文主要介紹濱海市民活動中心主要公共空間的照明設計，包括：主入口直跑樓梯以及電影院門廳、4～7層中空綠色庭院、2～4層多功能共享大廳。從建筑功能特點出發和整體的環境氛圍出發，力求創造舒適怡人的建筑室內光環境。

2 設計理念

根據馬斯洛的層級需求理論，人類在生理需求之上，還需要情感和歸屬的需求。[3]所以在進行公共空間照明的過程中，不僅僅應該滿足功能的需求，更應該注重挖掘空間內在的特征，滿足人的精神需求，渲染出合適的空間氛圍。

2.1總體設計理念

市民活動中心是城市的起居室，是市民之間相互交流和舉辦市民活動的場所。市民活動中心也是公眾與城市的紐帶，有較大的城市展示空間，可以使公眾可以更好的了解城市的變化和發展。同時，市民活動中心中也有部分電影院、健身房等公共娛樂的場所。

市民中心存在的價值在于為公眾提供城市的歸屬感。在社會高速運轉、生活節奏日趨緊張、商業快速發展的時代中，人們厭倦了聚光燈帶來的過度的感官刺激，對繁復的彩光廣告牌有時也感到麻木。市民渴望逃離高娛樂性、高刺激感的夜間環境，尋找舒適、溫和的夜間環境。

在設計市民中心內部照明環境時，從公眾的心理出發，避免高亮度、復雜變化的空間，挖掘市民的精神需求，提煉出每個空間特有的空間氛圍，配合建筑空間的變化和室內的材質、色彩，營造舒適、融洽的室內光環境。

2.2空間特征分析及氛圍提煉

濱海文化中心是多個建筑的組團，建筑的間隙覆蓋了以四角錐網架撐起的灰空間。市民中心的主入口的直跑樓梯與組團的灰空間相連，直接通向四樓的門廳，門廳向左與電影院的休息廳相連，向右連接4～7層的中空綠色庭院，庭院周圍分布著市民體驗中心、健身房等市民公共活動空間。入口直跑樓梯、電影院休息廳以及綠色庭院三部分空間各具特色又相互滲透，直跑樓梯部分是連接室外的灰空間，電影院的休息廳是純粹的室內空間，綠色庭院雖然是室內空間，但是庭院內種滿了綠植，并設計了天窗，將天空的景色收入室內。三個空間各有特色，并圍繞著門廳相互連通，空間相互滲透。

在對這三個空間進行照明設計時，不僅要考慮每個空間的特點，更要考慮空間的連貫性，貫徹總體設計設計理念，使三個空間的亮度保持一致，弱化空間之間的獨立性，讓市民在其間穿行時不會有不適感。

圖2 濱海文化中心市民中心主入口Fig.2 Main entrance of citizen zoon of Binhai culture center

當公眾由城市空間通過直跑樓梯進入到市民中心時，會感受到很強的進深感，同時由公共城市空間到達門廳，建筑凈高也不斷壓縮，這種進深感便被大大加強(見圖2)。在進行照明設計時，顯然更應該強調這種進深感，同時讓公眾由城市空間進入到建筑的過程中，情緒逐步被調動起來。將入口處的空間亮度與城市空間的亮度保持一致，隨著人們拾階而上，空間亮度逐步增大，人們的情緒隨著亮度的增強變得活躍起來；亮度的變化對空間的進深感也有加強，入口空間更具導向性，符合入口空間的功能特點。

人們由門廳轉入電影院的休息廳，休息廳是由框架支撐，面向入口和城市空間由玻璃幕墻包裹，空間勻質，符合人們在等待電影入場時所需的平靜、舒緩的氣氛。為配合休息廳舒適的氛圍，空間照明也應該勻質、統一，亮度不宜變化過大，照度滿足室內照明的規范要求即可。

共享綠色庭院與多功能共享大廳分別位于建筑中同一位置的不同標高上，平面輪廓也很相似。基于其位置和功能，兩個空間的氛圍很相似，但是也有區別。綠色庭院中種植了大量的綠植，在北側設置了垂直綠化的墻體，緊挨著綠墻是一條直跑樓梯，其余部分均為草坪等室內綠化，有小徑穿插其中(見圖3)。多功能共享大廳中相對純粹，除去通往四樓的自動扶梯外，沒有附加過多的裝飾，賦予了空間更多可能性；常規條件下，共享大廳作為在周邊活動的市民散步和交流的空間，更需要一種舒適平和的空間氛圍。整個空間由兩個立方體夾一個楔形空間組成，空間帶有舒緩的動感(見圖4)。室內設計師也提前為共享大廳設計了楔形燈槽，燈具的安裝位置相對固定。

圖3 濱海文化中心市民中心綠色庭院Fig.3 Inner garden of citizen zoon of Binhai culture center

圖4 濱海文化中心市民中心地下共享大廳Fig.4 Sharing hall of citizen zoon of Binhai culture center

基于綠色庭院的設計，將綠色庭院分為活躍區和靜謐區，活躍區根據照明規范要求設計照度較高；由活躍區的高照度向靜謐區的低照度平穩過渡，并進入一個穩定狀態。活躍區和靜謐區的照明均在整個建筑舒適、融洽的設計理念的控制之下，照度合適即可，不追求高亮度高照度。對于地下大廳純粹的空間，空間亮度應該更加均勻。楔形的燈槽會產生見光不見燈，光“撒”下來的感覺，很像天然光照射的感覺，這為我們設計提供了很好的啟發，整體空間的楔形部分不斷擴大，人的空間感受也逐漸變得開闊，這種“撒”下來的光將空間膨脹的效果有所加強，極大的激發了人在空間中的好奇心，增加空間的趣味性，為了增強“撒”的趣味，在整個空間的四周墻體也“撒”燈光，使整個空間“撒”滿光。

3 設計方案深化

3.1設計理念與燈具布置的數理關系轉化

在確定室內空間獨特的光環境氛圍之后，設計時需要選擇合適的燈具，并通過合理的布置實現先前的設計理念。然而燈具只是冰冷的產品，并不具備任何主觀傾向，更不會自己創造出合適的光環境。我們在進行照明設計時試圖尋找一個橋梁，用來聯系室內光環境氛圍和燈具排布的邏輯關系。

古希臘的畢達哥拉斯學派的學者認為：“數是萬物的本質，是存在由之構成的原則，而整個宇宙是數及其關系的和諧的體系。”[4]我們無意去深究他們的學說是否正確，不過這個原理顯然很適用于我們當前的項目。我們從主觀的光環境設計意象之中提煉出其內涵的數理關系，在設計中我們把每個燈具都看作一個單獨的元素，然后將這個元素帶入到之前提煉的數理關系中，經過這個過程，燈具的布置便和環境的氛圍產生了內在的邏輯聯系，主觀的設計意向與客觀的燈具排布之間的聯系由此建立起來。

休息廳與主入口之間有很強的聯系；門廳與主入口的吊頂形式相同，有休息廳自然延伸至室外的主入口，有很強的延續性。當主入口的亮度逐步提高，在門廳的平臺達到高潮。為保證空間的延續性，亮度需要與門廳保持一致，同時休息廳舒緩的空間氛圍不需要過亮，由此對門廳的照明也提出了限制。

斐波那契數列從第3項開始，每二項都等于前兩項之和，后一項的數值與之前的數字存在內在的邏輯聯系，并且逐步增大[5]。斐波那契數列內在的邏輯恰巧符合主入口光感逐步增強的設計意圖。依據之前確定的設計意圖，電影院的休息廳等距布置燈具，并將布燈的縱向間距作為基礎參數，門廳依然采用這種基礎間距，隨后將斐波那契數列帶入到布燈間距中，使燈具間的間距逐步增大，以降低空間亮度。

綠色共享庭院分為活躍區和靜謐區，為了保證環境氛圍的統一和諧，活躍區的空間亮度與門廳和電影院的休息廳保持一致，靜謐區則采用微光照明的方式，由活躍區向靜謐區平穩過渡，然后達到穩定。共享大廳閑適、慢節奏的光環境需要均勻的光，空間亮度不需要太高。空間高度不斷升高的的楔形空間給我們的布光帶來了一定的麻煩。同時，安裝燈具的燈槽已提前由室內設計專業設計完成，無形中也限制了燈具的布置。面對這種情況，我們試圖尋求空間高度和燈具數量之間的數理關系，通過增加燈具的數量謀求空間亮度的一致，從而達到整個空間光環境均勻，舒適。

3.2模擬及調整

我們使用Dialux對深化方案進行模擬。在布置休息廳和入口大廳的燈具時，依據吊頂的構造形式和尺寸，我們將兩個條形定制防眩LED條形燈和兩個筒燈組成一個單元，布置在吊頂上，燈盤光通量為2 000 lm，筒燈光通量為6 000 lm。休息廳的燈具均勻布置，燈具橫向間距為3.6 m(即吊頂格柵的單位寬度)，縱向間距為3 m，相鄰的兩排燈具相互錯開3.6 m。入口及門廳空間以2 m為基礎量，以1 m為增量，帶入到斐波那契數列中，燈具的縱向間距以此為3 m、3 m、4 m、5 m、7 m，之后根據柱子的位置對燈具為止進行調整，避免柱子對光的遮擋(模擬結果見圖5～圖8)。根據模擬結果發現，入口亮度依據1∶2的比例可以分出三個層級，人們在樓梯上前行時可以明顯感覺到亮度的變化。并且樓梯緣端和門廳處的亮度比大于1∶10，這樣人在期間行走的時候不會有不適感；環境亮度均勻變化，并未因燈光間距變化而形成暗區。休息廳布光較為均勻，達到規范照度要求。入口和休息廳達到之前的設計意圖。

圖5 市民中心入口模擬效果圖Fig.5 Rendering image of main entrance of citizen zoon

圖6 市民中心入口亮度模擬偽色圖Fig.6 Luminance false color image of main entrance of citizen zoon

圖7 市民中心電影院休息廳模擬效果圖Fig.7 Rendering image of lounge of citizen center theater

圖8 市民中心電影院休息廳模擬亮度偽色圖Fig.8 Luminance false color image of lounge of citizen center theater

圖9 市民中心綠色庭院模擬效果圖Fig.9 Rendering image of inner garden of citizen center

綠色大廳的照明設計依然延續門廳和電影院休息廳的燈具單元，橫向間距為6 m，縱向間距依次為3 m、3 m、4 m、5 m、7 m，相鄰兩排相互錯動3 m。由于先前對靜謐區的設想為低照度、低亮度照明，所以將靜謐區的筒燈去除，只是用燈管照明。活躍區東側由于空間高度較低，也減少了部分筒燈的使用。參考模擬后的偽色圖(圖10)，由活躍區向靜謐區亮度逐步降低，靜謐區未形成暗區，活躍區的地面照度也符合規范要求。

圖10 市民中心綠色庭院亮度模擬偽色圖Fig.10 Luminance false color image of inner garden of citizen center

共享大廳的燈具數量隨著空間高度的升高逐步增加，我們根據空間高度，逐步增加燈具數量，每個燈槽采用定制防眩LED條形燈，隨著空間高度的升高，根據燈槽的尺度，燈管的數量依次是 1、1、1、3、3、5、5、7。根據空間的高度，調整燈管的光通量分別是2 000 lm、3 000 lm、3 500 lm。同時兩側墻體配合折板結構安裝250 lm的射燈，橫墻上安裝6 000 lm的洗墻燈。經過模擬(圖11、圖12)，空間整體亮度較為勻質，同時得益于燈槽的設計和有效的燈具隱藏措施，整個共享大廳“撒”滿了燈光。

圖11 市民中心共享大廳模擬效果圖Fig.11 Rendering image of sharing hall of citizen center

圖12 市民中心共享大廳亮度模擬偽色圖Fig.12 Luminance false color image of sharing hall of citizen center

4 結束語

本文通過濱海文化中心市民中心的照明實踐，分析公共建筑空間空間特性，了解公眾的心理需求，提煉出每個空間所內涵的空間氛圍。使用理性的數理關系，搭建空間氛圍與布燈方式的橋梁，忠實反應之前的設計理念。經過實踐探索，凝練出一套操作方式，將感性的設計理念與理性的操作方式相結合，豐富了室內照明設計的方法。

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ApplicationofMathematicalRelationinLightingDesignofPublicSpaceCulturalArchitecture—TakingtheExampleoftheCivicCenterofTianjinBinhaiCulturalCenter

WANG Xuan, YU Juan, GAO Yuanpeng, WANG Lixiong
(TianjinUniversity,TianjinKeyLaboratoryofArchitecturalPhysicsandEnvironmentalTechnology，Tianjin30072，China)

Cultural buildings are more and more demanded by the citizens, because of the importance in public amateur leisure. The demand for a higher spiritual place is even stronger when the material life of the masses has been met. The architectural space lighting of cultural architecture pays more attention to the creation of space atmosphere. This paper takes the example of the civic and cultural center in Binhai Tianjin. Combining design sensibility with reasonable lamp arrangement, in the lighting design of the public space of the Civic Center, the mathematical relation of the connotation is extracted from the spatial atmosphere, through refining and transforming. By this way, it foils the atmosphere of cultural architecture and public space better and effectively converts to the interior light environment that is loyal to the design concept. It provides a kind of feasible operation mode for interior lighting design, and enriches the design method of interior lighting.

lighting design; public space; environment atmosphere; mathematical relation; architecture lighting

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.05.023

王立雄，E-mail:wlixiong0011@sina.com