長沙西站照明設計

吳建云

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

引言

截至2020年年底，我國鐵路營業里程14.6萬公里，高速鐵路運營里程達3.79萬公里，穩居世界第一。高鐵已成為我國最靚麗的名片。高鐵站房作為高速鐵路的重要節點及組成部分，越發引人關注。高鐵站房建筑的主要特點是人員流動密度大、運營時間長、室內空間高大、使用功能復雜。高鐵的形象通過高鐵站房建筑直接展示在旅客面前，如何提高高鐵站房品質，提升旅客的出行體驗，照明設計在其中發揮了很大的作用。高鐵站房建筑作為交通樞紐，空間復雜多變，建筑造型立意元素眾多，照明光源、燈具的選型以及燈具的布置、安裝各有特點，選擇合理的照明燈具、科學地劃分控制方式，并從節能的角度出發充分利用自然光，將人工照明與天然采光有機地結合，是該類型建筑照明設計的重點。本文結合長沙西站項目，對高鐵站房的功能照明和應急照明設計，進行全面的分析和梳理。

1 項目概況

新建常德經益陽至長沙鐵路位于湖南省西北部，是渝長廈通道與呼南通道的重要組成部分。具有構建川渝至湘贛閩地區高速鐵路主通道、華北、中原、鄂西至華南地區高速鐵路主通道的地位。新建長沙西站是常益長鐵路的重要組成，是長株潭城際鐵路西延線終點站。長沙西站位于湖南省長沙市望城區南部金山橋街道和黃金園街道交界處，北鄰望城國家級經濟技術開發區、南靠梅溪湖片區、東連麓谷片區、西接寧鄉經濟技術開發區。

長沙西站站房及相關工程的設計范圍包含60 m標高以上鐵路站房、站前平臺、站臺雨棚、橋下車場、城市通廊及換乘通道、東西跨線送客匝道、站房范圍內站前西路和站前東路的涵洞，路基場和高架場之間的擋墻、物流通道等設施。此外還包含60 m標高及66 m標高站前北路以南至北站房站前平臺邊界地面市政工程。長沙西站樞紐建筑面積397 133 m2，市政代建工程建筑面積89 327 m2。站房設計范圍及建筑形態如圖1、圖2所示。

圖1 長沙西站鳥瞰圖Fig.1 Aerial view of Changsha west railway station

圖2 長沙西站正立面透視圖Fig.2 Front elevation perspective view of Changsha west railway station

2 建筑采光模擬分析

2.1 建筑采光設計

本項目側面設置玻璃幕墻，屋面設置花瓣形采光天窗，在候車廳均布四處采光廣廳，將室外充足的自然光引入建筑內，既能使建筑空間在視覺上更加通透明亮，又是對室內采光環境的極大補充，如圖3所示。大面積引入自然光的設計，符合綠色低碳的設計理念，與人工照明相輔相成，增強明暗對比，突出效果。

圖3 建筑屋面示意圖Fig.3 Schematic diagram of building roof

2.2 采光系數模擬

通過專業軟件對本建筑采光情況建模模擬，整體平均采光系數接近3%～4%，南北大廳局部采光有所不足，如圖4所示。由于采光窗口面積占比較小，窗洞形狀深，因此室內光線方向性強，容易形成強烈明暗對比及陰影。頂面和開窗部分亮度對比大，花瓣形窗洞邊緣對比大。整個平頂低亮度區域(除窗洞外)，亮度分布的變化小。以上的視覺印象，容易給人生硬粗獷的感覺。下一步人工照明設計過程中，需要在燈具設置及燈具控制方面改善優化。

圖4 候車廳層采光系數模擬圖Fig.4 Simulation diagram of daylighting coefficient of waiting hall floor

3 功能照明設計

3.1 光源、燈具選型

光源的顏色品質包含光源的表觀顏色、顯色性能、顏色一致性、顏色穩定性等幾個方面。照明光源的選擇，需要從顯色指數、壽命、光色、光效、啟動性能、工作的可靠性、穩定性及價格等因素綜合考慮。

本工程有大量的高大空間環境，適用光源有金鹵燈和大功率LED燈。針對兩種光源的特點，筆者進行了對比，如表1所示。

表1 金屬鹵化物光源與LED光源對比表[1]Table 1 Comparison table of metal halide light source and LED light source

金屬鹵化物光源的市場應用主要為鈉鉈銦燈和鈧鈉燈，光效在70～100 lm/W，金屬鹵化物光源顯色性好、高光效、壽命長(5 000～20 000 h)，但是金屬鹵化物光源不能瞬間點亮，不能實現智能調光控制，光效較LED光源低20%～30%左右。從綠色節能及日常使用的方便性考慮，其已不占優勢。

隨著LED技術的日漸成熟，LED光源具有體積小[2]、光效更高、壽命更長(25 000～50 000 h)、光源調光性能好、反應速度快和發光模塊體積小等優點。但LED光源體積小散熱不占優勢，在顯色性及眩光控制方面較差。近年來，LED光源技術發展非常迅猛，光效不斷提高，光源質量不斷改進，價格不斷下降，已得到廣泛應用。經過綜合比選，LED燈在綠色節能，表現手段的靈活多樣性等方面更適合在高大空間的建筑內使用，因此本項目全面采用LED光源燈具，為了規避燈具散熱不利的缺點，本項目采用了一體澆筑具有高導熱性能的全鋁燈具，燈具具有較好的熱導率，有效地控制了燈具重量和體積，同時能夠保證燈具的散熱。為降低燈具的眩光，燈具的玻璃罩采用毛面增加散射，降低燈具的表面亮度，同時增加光束的寬度，增加建筑的垂直照度，提升整個環境的亮度。

3.2 室內照度計算

站房各空間照明是為旅客和車站工作人員提供購票、候車、乘降、工作等活動的功能性為主的照明，營造交通建筑明確清晰的空間感和方位感，并通過光環境的設計和布局，展現建筑特點和地域特色，給人創造安全、舒適、富于美感的光環境。結合建筑師、室內設計師、平面設計師、藝術家對高鐵站點的定位，體現其設計理念及藝術觀念，在滿足照明功能要求的前提下，追求更優的效果以提升站房建筑的文化層次。根據不同功能區的特性來設計其對應的照明方式，同時應保證整體的燈光效果不會相差過大。室內基礎性功能照明均采用LED光源，色溫均為4 000 K，顯色指數Ra≥80，特殊顯色指數R9≥0，色容差SDCM≤5step。針對下列區域/空間的正常照明：車站進站大廳、候車大廳、出站大廳、站臺、售票大廳、出入口通道等功能空間以及高架站房下站臺及站臺雨棚進行計算分析，結果如表2所示。

表2 各空間照度標準及計算對比表[3]Table 2 Comparison table of illuminance standard and calculation of each space

經計算，進站大廳/進站廣廳①，計算結果超出標準值10%以上。考慮到天花燈具布置的一致性，且目前燈具布置滿足照明功率密度要求，燈位/燈型暫不做調整。同時該空間包含了安檢區，照度要求300 lx，適當提高該空間照度也降低了和周邊照度的對比，有利于提高建筑整體舒適性。旅服夾層②根據用途劃分為商業空間，照度標準300 lx，考慮到第三方商家自主照明補充，本次設計提供200 lx基礎照度。安檢區③地面水平照度計算結果低于標準值10%以上。 為了保持大天花燈具布置的一致性，天花燈位/燈型暫不做調整，在安檢區適當增加地面立桿照明，以保證安檢區的照度要求。中央候車大廳、基本站臺④，考慮到本站的重要性，以及設計的前瞻性，本次設計按照特大型車站照明標準設計。

3.3 室內燈具布置與安裝

高鐵站房建筑室內空間設計復雜，室內空間高度從3～30 m不等，燈具布置及選型需結合不同環境高度、照度要求、功能要求等多方面特點選擇。站房主要空間燈具設置及選型如圖5所示。

圖5 照明設計剖視圖Fig.5 Lighting design section

候車廳作為旅客的主要活動區域，對照明設計的要求相對嚴格，既要滿足功能性照度需求，還需要與建筑環境、室內設計完美地結合，并充分應用各種照明手段來表現建筑內部空間和外部形象，突出建筑環境特點[4]。為展現地方文化特色，建筑師在候車大廳設置了花瓣狀的采光天窗，此區域天花燈位布置形式采用“一字”排列和“十字”排列相結合，與天花造型協調一致。其余區域按均勻布置燈組設計。候車廳區域室內高度20～30 m不等，本次設計選用95 W 60°/40°LED嵌入式筒燈，色溫4 000 K，采用燈組設計方式，燈組間距為10 m×10 m或12 m×12 m，燈具布置圖如圖6、圖7所示。在花瓣周圍區域設置彩色燈帶，勾勒出花瓣造型。通過DIALux軟件進行模擬計算，候車廳平均照度200 lx，候車廳偽色表現圖及等照度曲線圖如圖8、圖9所示。

圖6 候車廳屋頂天花示意圖Fig.6 Schematic diagram of roof ceiling of waiting hall

圖7 候車廳局部天花燈具布置圖Fig.7 Layout of local ceiling lamps in waiting hall

圖8 候車廳偽色圖Fig.8 Pseudo color map of waiting hall

圖9 候車廳照度分析圖Fig.9 Illuminance analysis diagram of waiting hall

候車大廳休息座椅區、安檢、進站口等區域設置立桿照明，提高局部照度。候車廳內燈具安裝在承力結構上，確保牢固穩定、安全可靠。在有振動、擺動的場所，其燈具設有防震和防墜落措施。候車廳區域頂棚高度在20～30 m，燈具檢修考慮上下結合的模式，檢修升降車能到達的區域，采取下檢修。檢修車無法到達的區域，在吊頂內設置馬道，采用上檢修的模式。

自然光是人類感覺舒適的光源[5]。為了充分利用自然光，實現綠色節能的目標，本建筑設置了采光天窗，在白天引入自然光，改善室內環境，但是夜晚，采光天窗區域會出現大尺度的暗區，影響整體建筑照明效果。為了避免此現象的發生，在采光天窗內部連續布置燈帶及棱鏡板。白天，入射的自然光經棱鏡板均勻擴散透射后變為漫射光，擴大采光照明覆蓋區域范圍，改善采光效果。夜晚，燈光通過棱晶板透出，類似發光燈箱的效果，同時隱約有進深感。此照明方案優點是燈具隱蔽，對建筑室內外景觀影響最小；夜間效果比較接近自然光；通過調整燈帶強弱及光色形成效果變化，更好地體現建筑立意理念，布置示意圖如圖10所示。

圖10 天窗燈具安裝節點示意圖Fig.10 Schematic diagram of installation nodes of skylight lamps

本建筑設置了四個采光庭，光庭為本項目設計亮點之一，光庭頂部設置可調光的筒燈，燈光的強弱及光色的冷暖可通過智能照明系統調節，根據需求，可通過較高的照度對比，營造自然采光的效果。燈具安裝節點示意如圖11所示。

圖11 光庭燈具安裝節點示意圖Fig.11 Installation node diagram of daylighting court lamps

3.4 照明配電系統的設計

長沙西站為大型交通樞紐建筑，屬于大空間、人員密集場所。公共區域照明按一級負荷供電，根據《高速鐵路設計規范》(TB 10621—2014)相關要求，公共區域照明采用兩路電源交叉供電方式[6]。本工程候車廳、售票廳、城市通廊、雨棚、進出站通道等區域的一般照明，采用分區設置兩個普通照明配電箱，相關區域內的照明燈具由每個配電箱各帶一半，采取交叉供電的配電方式，兩個照明配電箱的上級電源引自兩個不同的變壓器的低壓母線段，當一路電源出現故障時，仍能保證工作場所50%的照度，使一般照明也兼具了部分應急照明的功能，可以作為公共區的備用照明。此種配電方式既滿足相關場所的照明使用需求，又節省了投資成本。

應急照明系統采用按防火分區設置區域集中電源的供電方式，由集中電源所在防火分區應急照明配電箱引來220V電源至區域集中電源箱柜，由集中電源箱柜向終端燈具集中供電，設置在距地面8 m及以下的燈具選擇A型燈具，設置在8 m以上空間燈具選用B型燈具,燈具不帶電池。集中電源帶EPS蓄電池組，應特殊消防設計要求，本項目集中電源電池的供電時間不小于60 min,初裝容量不小于180 min。消防應急照明箱的上級電源采用雙電源供電末端互投的配電方式，上級電源引自變電所低壓消防應急段。

本項目的候車廳區域為高大空間場所，為更準確地檢測故障電弧，避免由此引起的電氣火災事故，增強對電氣火災的前期防范能力，根據《火災自動報警系統設計規范》(GB 50116—2013)第12.4.6條規定：高度大于12 m空間場所的照明線路上應設置具有探測故障電弧功能的電氣火災監控探測器[7]。因此，本工程在候車廳、進站廣廳等高大空間場所的末級照明配電箱設置了電弧探測模塊FADD，避免因電弧故障引起的火災。

3.5 照明控制

長沙西站根據不同功能房間需求采用了多種照明控制方式。辦公室、會議室等房間內采用就地控制模式，辦公區走廊、候車室、貴賓門廳均采用智能照明控制系統。智能照明系統由設置在配電箱內的燈控模塊統一控制，采用總線形式連接，并預留和樓控系統的通信接口。智能照明采用了分區控制的概念，系統將建筑分為不同的控制區域：第一類為辦公區走廊；第二類包括：候車室、雨棚；第三類為貴賓門廳。場景設置：照明可分為全部開啟、1/2燈具開啟、1/4燈具開啟、1/8燈具開啟、全部關閉和分區域開啟等模式。可以對系統內的每一個燈具回路進行調光甚至調色溫控制，根據運營時間、環境變化、客流狀態以及車站和列車的運行信息，進行智能調光的場景設置，達到綠色節能的效果，并且營造氛圍舒適、引導性強的照明環境，提升旅客的體驗。

候車廳區域設置照度傳感器，根據建筑房間朝向及采光方式、節氣、時間及氣象條件，設置日間、早晚及夜間等不同工作場景模式，控制照明強度及效果。站臺雨棚設置照度傳感器，根據氣象條件設置不同工作場景同時根據列車到發時間以及站臺上人流聚集和疏散的時間和空間分布，調亮站臺部分區域的部分燈具，而其他無人使用區域降低到一個安全的低照度，在不影響乘客體驗的前提下，達到明顯的節能效果；由于在大部分中間站臺，候車旅客一般只在限定的幾節車廂上下車，當列車進站前，站臺燈光自動調至高光通量輸出直至列車駛離站臺后，站臺旅客疏散完畢；其他時間段，則保持較低的照度。結合信息系統對燈光進行明暗調光，對旅客通行有很強的引導性，提升旅客體驗和服務品質。

光庭及天窗照明光色采用可調節色溫設計，模擬天光變化。智控方式：采用感光、動靜探測器及天文時鐘等設備，通過可編程開關控制器、DALI、DMX512系統調節光照強度、色溫，由智能燈光提升至智慧照明。調光范圍：1%～100%，調節過程平滑無頻閃。

智能照明系統在監控中心的電腦能對整個照明系統進行實時的監控，包括操作各照明回路的開、關，顯示各回路燈具的位置(圖形顯示)及其運行狀態(開或關)，提供運行時間和事件記錄功能，并具有事件發生時提示功能。系統可根據一年365天或每天的需求按照程序照明控制系統進行調光或開關控制設定。系統操作功能應具有高度靈活方便性，維護與編程人員分為多級(最多五級)權限管理，并通過不同權限可在控制系統總線上的任意控制點進行監控、程序修改及編程。智能照明系統框架如圖12所示。

智能照明是實現室內照明健康、舒適與高效的重要手段[8]。智能照明控制系統的先進性及節能性不僅滿足了對長沙西站控制區域燈光的智能化管理，同時還考慮了今后整個車站燈光的管理與運營的升級預留。

4 結語

新建常德經益陽至長沙鐵路長沙西站站房及相關工程，是省會級大型高鐵站房類綜合交通樞紐建筑，集地鐵、高鐵、公路運輸于一體，對于當地的交通運輸及經濟發展將發揮重要作用。其規模大、功能復雜，本次照明設計充分融合了建筑設計理念、站房結構的特點，結合建筑天窗位置，充分利用自然光。高大空間采用大功率LED照明燈具，合理選型及布置。采用智能照明控制等節能措施，在滿足使用照度的前提下，又達到節能、美觀、舒適的照明環境效果。提升了旅客出行體驗，為本高鐵站房的高效、有序運營，取得良好社會效益、經濟效益提供了有效的保障。