超高層建筑景觀照明設計重點及難點實例分析

金 坤

(中國建筑設計研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

伴隨中國經濟的健康穩速發展，“城市化”進程有序進行，近年來超高層建筑在各地不斷涌現。“超高層建筑”顧名思義就是建筑主體高(100m以上)、建筑體量大、功能復雜、系統繁多、技術要求高。超高層建筑往往會成為地區的地標式建筑，高質量的景觀照明將會提升建筑品質，使其成為城市夜間形象不可或缺的靚麗部分，增加城市魅力。

本文結合筆者負責設計的一項超高層建筑景觀照明工程實例，圍繞“綠色照明”介紹了在此類建筑景觀照明電氣設計中應予以重視的要點，并依據規范、標準及設計經驗提出了相應的解決方案及實施建議，旨在提升超高層建筑景觀照明電氣設計的科學性、合理性、安全性、可行性。

1 超高層建筑的“綠色照明”設計

“綠色照明”理念于1991年由美國環保局(EPA)率先提出，隨后在聯合國等國際組織機構積極推廣下，獲得世界各國共同關注與支持。其核心理念是節約能源、保護環境、提高照明品質。我國政府1996年啟動實施“綠色照明”工程，并將節能環保作為一項國策，在國務院頒布的《節能減排“十二五”規劃》中對照明節能作了重點論述。住房與城鄉建設部于2011年底發布了《“十二五”城市綠色照明規劃綱要》，在國家大力倡導“綠色照明”及推廣半導體照明產業背景下，各地方政府也相應出臺具體實施意見。這些政策及照明設計規范應作為建筑景觀照明設計的依據，設計人員需嚴格遵守規范中照明節能指標并選用節能照明產品。

超高層建筑由于結構特性與系統功能的復雜性，在運用“綠色照明”理念進行景觀照明方案及電氣設計時，與一般建筑體相比，應重點關注如下幾方面：(1)照明方案設計避免出現過度照明，防止出現光污染；(2)選型燈具應能滿足環保與節能要求；(3)照明配電系統的可靠性與合理性要求；(4)燈光控制方式的先進性與實用性要求；(5)燈具安裝方式的安全性與維護檢修的便捷性要求。

1.1 照明方案階段的“綠色照明”設計

工程實例為新建某超高層商業寫字樓綜合體，位于某城市繁華商圈的核心地段，總建筑面積12.5萬m2，建筑主體45層，裙房8層，地下3層；主樓建筑高度199.8 m，裙房建筑高度46.6 m。

依據《城市夜景照明設計規范》JGJ/T 163-2008(以下簡稱“《夜景照明規范》”)，該超高層建筑所處區域屬于E4高亮度環境區，樓體建筑立面采用鋁框玻璃幕墻，反射比ρ為0.2～0.3，參考標準照度值300 lx。對于本新建項目案例，為更好做到夜景照明設計與建筑的融合，方案設計在整體建筑初設階段就已經開展。在與建筑師溝通后，基于“綠色照明”理念，避免建筑夜景照明可能產生的光污染應作為方案設計的重點內容。在本實例中，為做到有效防治光污染，初步方案中采用針對性智能化集中管理、分散控制的方案，并選用高光效、節能環保、壽命長、性能穩定的LED光源，同時通過給光源加裝遮光防護板，達到有效控制照明燈具遮光角，防止直射光線的溢散和眩光產生。

作為重點展示的建筑主體結構特征，并結合建筑的主題設計理念，提出兩套照明初步設計方案。方案一：建筑立面選用LED洗墻燈，采用內透照明方式，此方案需借用室內窗簾作為反射面；方案二：主要采用節能LED輪廓燈勾勒建筑外形，運用線條方式展現建筑的整體感。

但是，由于建筑體量大，采用方案一后照明效果的整體統一性較難滿足，通過技術經濟比較、與業主和建筑師討論溝通后，最終選定方案二，并重點從三種空間尺度對LED燈具進行選型。(1)城市尺度、遠景視角：塔樓頂部縱向安裝L01-LED輪廓燈A，燈具色溫選擇6 000K，體現建筑的樓冠部分及建筑縱深感；(2)街道尺度、中景視角：塔樓立面橫向安裝L02-LED輪廓燈B，燈具色溫選擇4 200K，展現挺拔、俊朗的建筑風格；(3)近人尺度、近景視角：裙樓部分橫向安裝L03-LED輪廓燈C，燈具色溫選擇3 000K，營造溫馨、舒適、富有親和力的燈光氛圍。

工程實例選用的高效節能LED燈具，光效達到65 lm/W，通過照度計算軟件模擬計算，滿足設計規范關于建筑物夜景照明照度的要求；經計算此超高層建筑體的照明功率密度值(LPD)為3.40 W/m2。《夜景照明規范》中規定E4高亮度環境區域內LPD最大限值為13.3 W/m2，但是由于該規范制定于2008年，LED光源技術距今發展已更為成熟，原定的LPD值已明顯偏大。因此，筆者建議修正E4高亮度環境區域內的LPD值，最大限值6～8 W/m2為宜。

需要強調的是，本項目受日照環境及建筑結構特征的影響約束，未能選用光導管照明技術方案，但由于其具有良好的經濟性又無需消耗能源，所以在未來“綠色照明”發展中，光導管照明將會同LED半導體照明一并成為“綠色照明”應用技術的重要選擇。

1.2 電氣圖環節的“綠色照明”設計

超高層建筑景觀照明電氣設計要求的質量高，施工難度大，因此合理穩定的配電設計、簡便安全的燈具安裝是建筑“綠色照明”設計的基本要求。

(1)配電系統的設計

超高層建筑的照明負荷大、分布范圍廣、供電半徑大，進行配電系統設計需合理規劃，包括配電箱的布置及管線的路由。

本實例通過工程現場實地踏勘，依照設計規范并結合業主需求，確立景觀照明電氣設計方案。項目按三級負荷進行配電設計，景觀照明總負荷為139kW。根據配電箱容量及宜布置在負荷中心的設計原則，共設置4臺照明配電箱，最大供電半徑125.5m：JGAL-1布置于5層裙房的強電間，為裙房部分燈具供電；JGAL-2布置于塔樓10層、JGAL-3布置于塔樓26層、JGAL-4布置于塔樓42層(設備層)的強電間內，為塔樓立面及頂部燈具供電。照明線路沿鍍鋅線槽、套接緊定式鋼導管敷設，從各照明配電箱至室外幕墻燈具處線纜的路由設計盡可能走直線，少走彎路，以減少導線長度；其次，低壓線路不走或少走回頭線，以減少來回線路上的電能損失。

(2)線纜截面的選擇

超高層建筑供電半徑大，在配電線纜選擇設計時，按經濟電流密度選擇導線截面后，還應進行電壓降復核校驗。依據《夜景照明規范》要求，照明燈具端電壓不宜高于其額定電壓值的105%，并不宜低于其額定電壓值的90%。電壓過高，會影響光源壽命；電壓低于額定值，會使光通量下降，照度降低。

以配電系統中最長線路JGAL-3配電箱3W18支路為例進行電壓降校驗，回路平面線纜至LED驅動電源路由長度78m，縱向經強電井至配電箱線纜路由長度35m，考慮路由遇到無法穿越的結構、線纜拐彎及建筑高程落差的長度，按總長度的1%計算，則3W18回路的線纜總長度為125.5m，終端照明負載為2.1kW，支路計算電流為10.6A，接相電壓的單相負荷線路的電壓損失計算，終端負荷用電流矩Il(A·km)如公式(1)所示：

2Δua%·Il

(1)

表1所示為單相220V及直流聚氯乙烯絕緣銅芯電線的電壓損失值，分別代入公式(1)進行計算。

單相220V及直流聚氯乙烯絕緣銅芯電線的電壓損失(%/A·km) 表1

得出，截面為2.5mm2的電壓損失為9.17%，截面為4mm2的電壓損失為5.69%，截面為6mm2的電壓損失為3.83%。最終選用截面為4mm2的低煙無鹵阻燃交聯聚乙烯絕緣銅芯線(WDZ-BYJ(F)-3×4)。

立面LED燈具采用恒流型24V驅動電源供電，此段線路電壓損失的計算可參照公式(2)：

(2)

實例選用某公司出品的350W驅動電源，功效為87%，LED驅動電源集中布置在建筑四角公共區域吊頂處，集中開出線孔，此項工作應由幕墻工程公司配合并做好開孔處的防水處理，在室內吊頂需預留300mm×300mm檢修口，方便安裝及日后的檢修維護。

(3)照明控制系統的設計

照明控制方式按照其實現方式可分為：傳統照明控制、基于DDC的自動照明控制和智能照明控制。合理選擇照明控制系統，不僅可以實現建筑不同照明效果，而且可達到“綠色照明”節能目的。

此項目選用的某公司智能照明控制系統是一個基于開放式的EIB/KNX總線標準，通過一條總線將各個分散的元件連接起來，各個元件均為智能化模塊。通過電腦編程的各個元件既可獨立完成控制工作，又可根據要求進行不同組合，從而實現不增加元件數量而使功能倍增的效果。系統主機放置中控室，經OPC Server網關接入樓宇自控系統(BA)或其他物業管理系統(BMS)，依據建筑照明方案預先設置的平時、節假日以及重大節日等不同場景模式集中智能控制，在滿足建筑景觀照明效果，渲染節日氛圍同時達到節能要求。圖1所示為該智能控制系統的原理圖。

圖1 i-bus智能照明控制原理圖

2 超高層建筑照明燈具的安裝

燈具的安裝方式是超高層建筑照明施工的重點及難點，在進行燈具安裝方式設計時需對燈具安裝條件、安裝支架研究，其中包括固定支架的材質及強度，還應考慮燈具室外防護等級、防雷措施及高空作業等因素。

2.1 幕墻LED輪廓燈安裝方式

建筑外立面一般采用不同類型框架幕墻裝飾，燈具安裝方式需結合幕墻結構設計。在工程實例中，建筑立面燈光設計方案采用大量LED輪廓燈，合計7 156套，通過與幕墻設計師、幕墻施工人員交流溝通，確定LED燈具安裝條件。

幕墻LED輪廓燈采用成品燈具，安裝方式一參見圖2。

安裝方式需輔助固定支架，經內部討論，存在一些弊端：(1)輔助安裝支架有較長懸挑結構，無法保證安裝的穩定性，支架斷裂可導致高空墜落，且燈具安裝外觀的一致性較難保證；(2)在幕墻鋁裝飾框上開槽孔，整體強度降低，槽孔下方是開敞狀態，經風霜雨雪等天氣易存污垢，破壞建筑外觀效果，且易造成線路配電安全問題；(3)若按照此方式安裝燈具，會出現“鎖死”狀況，LED輪廓燈需緊接安裝，在后期維護或檢修中，很難拆卸下來。

鑒于以上弊端，筆者與燈具廠家的技術人員多次溝通后，設計出第二種安裝方式：綜合考慮幕墻鋁框的結構特征，在保證安裝強度前提下，對燈具外觀及聯接方式、固定方式均做出調整，參見圖3。

圖3 L02-LED輪廓燈B安裝節點(方式二)

LED特制燈具的燈罩采用亞克力面板材質，可提高光效20%～30%，保證綜合性能并有效控制成本，外觀貼合幕墻鋁框做成方形，增加了發光面，燈具連接對接頭密封處理；因安裝于立面幕墻鋁框裝飾條上，出光面朝向室外不會產生眩光。采用20mm×15mm×3mm規格的角鋁作固定支架，間隔500mm用M4不銹鋼螺釘頂壓固定LED燈具，此方式可提高室外高空作業效率，有效保證燈具安裝質量；為增加固定可靠性，在頂絲的對側型材面可點涂適量的金屬結構膠。

通過試樣對比，安裝方式二不僅保證了LED燈具安裝的可靠性、便捷性，同時也解決了安裝方式一中存在的易存污垢、不易維護拆卸等諸多問題，而且參照幕墻鋁框外觀進行的LED輪廓燈具外觀設計，保持了建筑外觀的一致性及完整性，更好地體現建筑結構特征。實例說明，經與燈具廠家協商，根據安裝條件特制的LED燈具在現場安裝及日后維護檢修等方面都具有一定優勢。

2.2 LED點光源安裝方式

L04-LED點光源安裝在裙樓部分的玻璃幕墻上，具體安裝節點可參見圖4。此種安裝方式對白天玻璃幕墻的外觀效果影響較小，同時減小對玻璃幕墻的擠壓應力。

圖4 LED點光源安裝節點

LED點光源安裝方案具有普遍性，可在相同或相近安裝環境下參考。

以上是實例項目中一些典型燈具的安裝節點，其他燈具安裝方式在此不再詳述。建筑景觀照明中，燈具安裝方式是電氣設計圖紙的重要組成部分，需引起電氣設計人員的重視。

3 結束語