建筑外立面光學(xué)設(shè)計(jì)的運(yùn)用

梁雙

（北京新時空科技股份有限公司上海分公司，上海 200040）

1 概述

在當(dāng)今這個夜生活豐富的時代，人們對夜景的需求也越來越旺盛，而景觀照明是最直觀、最有效展現(xiàn)時代風(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)也會隨著景觀照明效果的提高而升高。下面我們通過一個地標(biāo)建筑重慶來福士廣場的典型照明節(jié)點(diǎn)來闡述建筑室外光學(xué)設(shè)計(jì)的運(yùn)用。

2 效果需求

來福士致力于打造獨(dú)具個性的現(xiàn)代建筑，重慶來福士亦然。項(xiàng)目地處重慶市渝中區(qū)長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5層商業(yè)裙樓1個橫向約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，長度161.5m。雙向4車道，設(shè)計(jì)時速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)用中可能遇到的問題及解決方法的闡述，希望能在類似問題上提供一種參考。

3 朝天楊帆節(jié)點(diǎn)

項(xiàng)目塔樓T3N和T4N共分為5個機(jī)電設(shè)備層，其他塔樓分為4個機(jī)電設(shè)備層。每個機(jī)電設(shè)備層可以設(shè)置照明，其余樓層無法設(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顆粒分開控制。每種顏色為同一個地址組。每種顆粒均勻交錯排布至燈體內(nèi)。

根據(jù)DIALux模擬計(jì)算確定寬角度燈具挑出長度為5.7m，窄角度燈具挑出長度為6.7m，距離太近光斑無法正常擴(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)，也會因燈具安裝而增大挑臂規(guī)格，給項(xiàng)目實(shí)施帶來不利影響。根據(jù)模擬結(jié)果和各個建筑立面的寬度，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，透過造型是建筑內(nèi)視線可見區(qū)域，為了減小燈具眩光對室內(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)過現(xiàn)場模擬測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)此格柵時將其設(shè)計(jì)為一個個的標(biāo)準(zhǔn)件。內(nèi)部選用亞光黑色無反射耀斑設(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，保證灰塵雨水不會堆積黏連。安裝時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，雙排相對布置，相鄰間距為9m，懸臂長度0.25m采用60～135°光束角蝙蝠翼配光燈具進(jìn)行軟件模擬測試。通過偽色表現(xiàn)圖和等照度圖都可以看出照明效果相對均勻平均照度達(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。

通過現(xiàn)場安裝實(shí)測，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)后再次測試，效果明顯好轉(zhuǎn)。但是新的問題出現(xiàn)了，因?yàn)檠９庖种菩枰涓C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)方案我們增加了一層擴(kuò)散膜，該擴(kuò)散膜增加在模組和蜂窩格柵之間。可有效擴(kuò)散光線，經(jīng)過二次軟件模擬測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設(shè)置光源實(shí)現(xiàn)單獨(dú)開閉。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)過現(xiàn)場樣品測試，地面照度實(shí)測滿足設(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法透出；擋光板開孔過于規(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)二次模擬開孔直徑5mm需要擴(kuò)大至7mm，陣列的開孔點(diǎn)太過均勻，反光板開孔旋轉(zhuǎn)45°，邊緣的鋸齒狀開孔人工調(diào)整以滿足視覺美感需求。對于反光板的明亮光斑采用顆粒噴涂通過凹凸不平的球面反射可以有效解決光斑影響。至此整個反光板的光學(xué)技術(shù)問題被逐一攻破。燈具最終模型如圖1所示，反光板展開造型如圖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?wù)隆?/p>

6 結(jié)語

圖1 壁燈模型

圖2 反光板展開造型

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

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、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，做一個對國家對社會有用的人。勇于承擔(dān)時代賦予我們的責(zé)任。相信經(jīng)過我們不懈的努力，未來光學(xué)設(shè)計(jì)的運(yùn)用一定會越來越廣泛。