國內外博物館照明標準及其綠色照明技術的比較

彭妙顏，周錫韜

(1.廣州大學聲像與燈光技術研究所, 廣東 廣州 510006;2.廣東中南聲像燈光設計研究院，廣東 廣州 510006)

引言

博物館是收集、保管、研究和陳列、展覽有關自然、歷史、文化、藝術、科學、技術和人類文化遺產等的實物或標本的場所[1]，并對那些有科學性、歷史性或藝術價值的物品進行分類，為公眾提供知識、教育和欣賞，并提供休閑娛樂的功能。因此，博物館的建筑設計必須充分考慮妥善保護這些珍貴的歷史文化財產，包括溫濕度、 防潮、 防水、光照、 防煙塵、防有害氣體、 防蟲、 防鼠、防盜、防火和防雷等要求。其中“光照”是指盡可能地使展品免受光學輻射(包括可見輻射、紫外輻射和紅外輻射)的損害。光線對展品的損害程度與光線的光譜能量分布有密切關系。隨著入射光的波長向藍光或紫外波段移動，光對展品的損害程度增大。為此，博物館展品的展覽陳列區要選用低紫外輻射的光源或加入紫外輻射過濾膜。

博物館特別是展品陳列區的照明設計，重點應達到以下三個目標：①創造一個良好的視覺環境，使觀眾能看清展品的形象和色彩，特別要能顯出被照物的“質感”；②妥善保護展品，使其免受過量光學輻射的損害；③高效節能。因此，博物館的照明設計必須融入綠色照明的概念和要求。

廣州大學聲像與燈光技術研究所開展了廣州市新建的博物館、美術館、文化館和科學館的光學專項研究技術咨詢工作，對國內外30多所博物館進行調研。本文在調研國內外博物館的基礎上，通過對比國內外博物館的照明現狀，探討了基于綠色照明理念的博物館照明設計標準和技術措施，并闡述了經驗教訓和發展趨向。

1 國內外博物館照明標準的比較

我國有關博物館照明的國家標準及行業標準包括：①GB 50034—2013《建筑照明設計標準》；②GB/T 23863—2009《博物館照明設計規范》；③JGJ 66—2015《博物館建筑設計規范》；④GB 50033—2013《建筑采光設計標準》；⑤GYJ 45—2006《電視演播室燈光系統設計規范》；⑥GB/T 5700—2008《照明測量方法》；⑦JGJ 57—2016《劇場建筑設計規范》。其中博物館陳列室展品照明的有關標準主要集中在①②③④四項。

國外有關博物館照明的常見標準有:①CIE S 008/E 《International Commission on illumination， Lighting of Indoor Work Places》 (室內作業場所的照明)；②IESNA—2000 《Illuminating Engineering Society Standards》；③CIBS—1984 《British Standards， Lighting of Indoor》(室內照明規范)；④JISZ 9110—1979 《Japanese Industrial Standards,Recommended levels of illumination》(照度推薦標準)；⑤DIN 5035-1DIN 《lighting standards Artificallighting interiors General recommendations》(人工光源室內照明一般規則)；⑥СНИП-23-05-95《俄羅斯自然照明和人工照明規范》。

國內外博物館照明相關標準的主要指標對比如表1和表2所示。

表1 國內外博物館陳列室展品照度標準對比

表2 國內外博物館相關場所照度標準對比 lx

根據表1和表2所列出的數椐及國內外博物館照明標準的有關說明，可以得出以下兩點結論：

1)我國GB 50034—2013中的博物館照明標準對展品照明的照度、眩光、色溫、顯色指數及紫外線等均有嚴格的指標要求，其中照度標準與國際照明委員會(CIE) 和發達國家的標準基本接軌，應作為新博物館建設及原有博物館升級改造工程項目中照明設計的基本依據。

2)我國博物館相關照明標準中，非展品照明場所如門廳、中央大廳、會議廳以及前臺、接待室等的照度指標明顯低于美國、日本等國家的標準。根據我國經濟和文化建設的發展現狀,建議新場館建設及原有場館升級改造工程項目中, 博物館以及美術館、科技館等觀展建筑的門廳、中央大廳、大會議廳等“形像窗口”區域宜參照美國、日本等國家的照度指標適當地提高。

2 國內外博物館綠色照明技術的比較

2.1 推廣應用太陽能、風能等綠色能源方面

太陽能的利用系統主要是應用太陽能光伏電池板，國內外博物館常采用光伏電池集成屋頂結構等成熟技術，效果良好(圖1)。太陽能和風能的綜合利用系統則是由太陽能光伏電池板、風力發電機和控制系統組成, 通稱為風光互補發電系統。 風光互補LED路燈,可廣泛應用于博物館的室外路燈照明[5，7]。我國在光伏電池板和風力發電機等設備的生產技術已比較成熟，其中的優質產品出口國際市場。目前存在的主要薄弱環節是控制系統的產品質量良莠不齊，影響運行效果。解決辦法需從采購招標到品質控制等各個環節加強管理。

圖1 某博物館的光伏電池集成屋頂Fig.1 Photovoltaic cell integrated roof of Museums

2.2 天然采光和人工照明相結合方面

天然采光可以看作是太陽能應用的一個延伸。日光的光譜均勻，色溫適宜。同時，日光與人體的生理光學、色覺心理學等有著微妙的聯系。使用天然光照明，人體的適應程度較高，眼球的疲勞度可大為降低，是最理想的光源。

圖2、圖3分別顯示美國華盛頓國家自然歷史博物館和紐約大都會藝術博物館的大面積采光天棚與人工照明結合的成功案例。白天、晴天全部采用天然光或天然光為主，人工照明為輔。夜間或陰天，通過智能控制自動轉為以人工照明為主。圖4顯示某博物館設計的智能天光采集系統示意圖。

圖2 美國自然歷史博物館(白天、陰天和晚上)Fig.2 American Museum of Natural History (daytime, cloudy, evening)

圖3 大都會藝術博物館(埃及館，白天、陰天和晚上)Fig.3 Metropolitan Museum of Art (Egypt hall，daytime, cloudy, evening)

圖4 某博物館設計的智能天光采集系統Fig.4 A museum designed intelligent natural light collection system

國內許多博物館的天然采光技術應用比較成熟(圖5、圖6)，但和前述國外案例相比，缺乏大面積采光天棚的氣勢和震撼效果。為此需強調新建博物館從建筑設計開始，就應充分考慮正確地運用天然采光。同時注意吸取某些教訓，一是要避免天然光對光敏感的展品造成損壞；二是要避免天然光對人工照明的干擾。圖7顯示天窗射入的陽光在展柜的玻璃上出現鏡像反射(絲綢之路博物館)，圖8顯示公共區的照明干擾展品的照明, 這些缺陷都對觀眾能否看清展品的形象和色彩帶來負面影響。

圖5 廣州南越王墓博物館——天然采光和人工照明結合Fig.5 The Museum of The NANYUE KING Mausoleum, Guangzhou—Natural lighting and artificial lighting combined

圖6 廣州藝術博物院的天然采光Fig.6 Guangzhou Museum of Art—Natural lighting

圖7 天然光造成鏡像反射的缺陷Fig.7 Natural light causes defects in mirror reflection

圖8 公共區照明干擾展品的照明Fig.8 Public lighting disturb with exhibits lighting

2.3 推廣應用新型光源(如LED光源)方面[5，8，9]

長期以來博物館常用的電光源有白熾燈、熒光燈和鹵鎢燈等。白熾燈具有結構簡單、價廉和顯色性好等優點，但其光效過低。熒光燈具有節能的優點，但其顯色性較差，較少用于展品的照明。

鹵鎢燈具有顯色性好、使用方便、瞬間啟動、便于調光等優點，其色溫(2 800～3 200 K)特別適于繪畫、攝影和影視舞臺照明等。但它的光效也偏低，且發熱和紅外紫外輻射會對展品造成損傷。長期以來采取的補救措施一是“高燈遠照”，把燈具嵌裝或用軌道懸掛在展廳最高的天花棚頂上(圖9, 圖10)；二是對較低的燈棚加裝紫外輻射過濾玻璃(或貼過濾膜, 圖11)。

圖9 大都會藝術博物館——高燈遠照Fig.9 Metropolitan Museum of Art—long distance lighting

圖10 瓦隆沉船博物館——高燈遠照Fig.10 The Vasa Museum—long distance lighting

圖11 大都會藝術博物館——低燈過濾Fig.11 Metropolitan Museum of Art—short distance filter lighting

LED光源的優點是光電轉換效率高，發熱小，光線中不含紫外、紅外輻射，不產生電弧干擾，壽命長、防潮、抗震動、體積小且顏色多樣。由于博物館(美術館)對貴重展品的照明燈具往往高架于天花棚頂,且對照度、色溫、顯色指數和照射角度等要求準確嚴格,每次維修更換都花費大量人力、物力和時間，因此LED光源應用于博物館(美術館)具有潛在的優勢。

我國對LED照明的推廣應用走在全球的前列。如廣州南越王宮博物館，采用可調校投射角的嵌裝LED，整潔美觀(圖12)。廣州南越王墓博物館的絲縷玉衣采用LED照明，展品下方安裝反射鏡，可看清背面情景，極具創意(圖13)。

圖12 廣州南越王宮博物館的嵌裝LEDFig.12 The Archaeological Site Museum of Nanyue Palace, Guangzhou—application of LED

圖13 廣州南越王墓博物館的絲縷玉衣Fig.13 The Museum of The NANYUE KING Mausoleum, Guangzhou—Jade silk thread

國外的成功案例如埃及國家博物館的鎮館之寶“法老黃金面具”以及木乃伊，均采用LED從下向上照明，營造神秘感(圖14、圖15)。

圖14 埃及國家博物館的法老黃金面具Fig.14 The Museum of Egyptian Antiquities of Pharaoh Gold Mask

圖15 埃及國家博物館的木乃伊Fig.15 The Museum of Egyptian Antiquities of Mummies

但LED光源目前仍存在一些弱點，如GB 50034—2013《建筑照明設計標準》的條文說明3.2.2提出：“LED照明在諸如顏色一致性、色漂移以及生物安全等領域中還存在爭議，對于辦公室等室內空間暫不將LED作為推薦使用光源”。

下面對三家不同的博物館對巨大的恐龍骨架(skeleton)采用不同的照明手段和風格，產生不同的視覺效果，作一對比(圖16、圖17、圖18)。

圖17 廣東省博物館——LED光源Fig.17 Guangdong Museum—LED light source

圖18 大都會藝術博物館——天然采光+智能控制人工照明Fig.18 Metropolitan Museum of Art—Natural lighting + intelligent control of artificial lighting

圖16顯示美國自然歷史博物館采用傳統光源鹵鎢燈照明，比較簡樸逼真，但稍感單調，且耗電較多。圖17顯示廣東博物館以LED照明為主，色彩豐富，夢幻感覺，且高效節能。但有一派意見認為過分花哨，不大真實。圖18顯示紐約大都會藝術博物館的大面積采光天棚，極具氣勢和震撼效果，同時根據白天、黑夜以及天氣陰晴的變化，設置智能控制的人工照明相配合, 高效節能，當屬較為成功的應用方案。

2.4 推廣應用智能照明控制系統方面

上述各項綠色照明措施控制和智能照明系統相結合可以獲得更佳的效能。我國在智能照明控制系統的應用方面與國外有一定的差距。從技術成熟和可操作性方面考慮，當前智能照明控制較適用于博物館的以下場所[8]：

1)人流較少的地段可采用簡單的位移感應控制：例如地下車庫，無車移動時保持較低照度，有車移動時自動跟蹤車的行蹤提高照度。

2)景觀照明和建筑外立面泛光照明：建立時間模式和光控模式結合的智能控制。按白天、黑夜和季節變化進行編程，達到高效節能和安全美觀的綜合效果。

3)劇場、會議廳等場所：智能燈光系統預置會議報告、投影、視頻會議、文藝演出和打掃衛生等場景。

4)智能調節遮陽系統：光敏傳感器控制天然采光與人工照明結合，加上人工照明的自動調光，以達到最佳的節能效果。國外成功案例如希臘雅典國家考古博物館，重要展館的采光窗全部安裝光控模式智能控制的電動遮光窗簾。荷蘭阿姆斯特丹國立博物館[10]面積1.2萬m2，藏有8 000多件展品，全館均采用LED燈具(75萬套)照明，重要的展館安裝有智能調節遮陽系統(圖19)，通過光敏傳感器控制天然采光與人工照明結合，自動調光。其點睛之筆是營造出一個全天候保持“藍天白云”的室內天花景觀效果(圖20)，值得借鑒。

圖19 智能調節遮陽系統結構示意圖Fig.19 Intelligent adjustment shade system structure diagram

圖20 荷蘭國立博物館“藍天白云”的室內天花景觀效果Fig.20 Dutch National Museum (Het Rijksmuseum Amsterdam)“blue sky and white clouds” indoor ceiling landscape effect

3 結束語

為使博物館達到綠色照明的要求，特別是要確保珍貴的展品免受過量光輻射的損害，必須從建筑設計開始，即需由裝飾設計人員與光學設計人員(或光學顧問)緊密配合，嚴格遵照有關的照明標準進行定量的照度計算和必要的計算機模擬仿真；施工過程須嚴格執行設計方案，加強專業的監理把關；最后，對場館實施嚴格的竣工驗收，其中應包括對場館環境照明指標的測量驗收和對重點展品照明指標的測量驗收兩個內容[8]。需按照相關的國家標準和國際標準，應用專業光學儀器對重點區域(如展廳、報告廳、門廳)和重點展品進行照度、色溫、顯色指數測量和輻射光譜分析,務必確保全面達標。并對展品建立照明技術檔案,在博物館的運營過程中若遇有展品布局改變或光源(燈泡)更換時，需重新測量復核調整。

按綠色照明的要求，博物館展品陳列區的視覺環境應使觀眾能看清展品的形象和色彩， 保護展品免受過量光學輻射的損害，同時達到高效節能。我國頒布的GB 50034—2013針對博物館的照明標準與國際照明委員會(CIE) 及發達國家的相關標準基本接軌，應作為新館建設及原有場館改造的照明設計基本依據。但該標準對博物館的門廳、中央大廳、大會議廳等“形象窗口”區域的照度指標明顯偏低，建議參照美國、日本等國家的照度指標適當提高。為實現博物館的綠色照明，應推廣天然采光和人工照明相結合，并應用太陽能、風能、LED照明和智能控制技術等技術措施。