LED應用中的古建色彩呈現

陳生瓏，張倩倩，李夢華

(1.海口市市政管理局道橋科，海南 海口 570100；2.北京清華同衡規劃設計研究院有限公司，北京 100085；3.北京清城品盛照明研究院有限公司，北京 100085)

引言

目前常用的燈具評價顯色程度優劣為顯色指數(Color Rendering Index，CRI)評價方法，以Ra值1～100來評價顯色程度，這種方法始創于1946年，國際照明委員會(CIE)取光源表現8種色樣程度的平均值(圖1)，它適用于常規中低飽和度色彩顯色程度評價，簡單有效[1]。但是，如果被照物體的固有色是飽和度較高的紅、黃、綠、藍等色彩傾向時，采用此評價方法就不適合了。因為評價高飽和度色彩時，Ra值高也并不能呈現出理想的物體固有色[2]，如天安門城樓早期采用了Ra為90的大功率金鹵燈進行泛光照明，顯色性如此高的燈具設備也無法還原白天的色彩飽和度(圖2)。

圖1 CRI顯色評價方法色樣Fig.1 CRI colorimetric evaluation method color sample

圖2 天安門早期泛光照明與日間色彩對比Fig.2 Comparison of early floodlighting and daytime color at Tian’anmen Square

2015年北美照明學會(IES)發布了對于光源顯色能力的新的評價方法，評價光源顯色不再僅使用一個指標，而是Rf和Rg兩個指標，采用代表了生活中能看到的常見顏色(從飽和到不飽和、從亮到暗)的99個標準色(圖3)[3]。Rf用于表征各標準色在測試光源照射下與參考光源相比的相似程度(100代表完全相同、0代表差別很大)[1]；Rg則代表各標準色在測試光源下與參考光源相比飽和度的改變(100代表飽和度相同、大于100表示光源可以提高顏色的飽和度、低于100代表顏色的飽和度在測試光源下較低)；同時還提供了一個顏色失真圖標，可以提供更為直觀的信息，用以表示各種顏色的色漂以及飽和度的改變(圖4)[4]。

圖3 IES顯色評價方法色樣Fig.3 IES color evaluation method color sample

圖4 IES顯色評價方法Fig.4 IES color development evaluation method

上述兩種方法都是針對白光光源的顯色性評價標準，而色彩艷麗的載體，如僅使用白光表現，在夜間會明顯削弱載體色彩的飽和度，與人們的心理預期還有一定差距[5]。因此，優選顯色還原度高的白光，通常需要結合預期做適當的彩光補色主觀評價實驗，從而配合靈活定制的不同波長彩光來呈現載體艷麗的固有色[6]。針對固有色彩比較艷麗的載體，LED燈具在色彩配比方面可以靈活定制的特性，又一次證明了它在景觀照明實際應用中的優勢。本文以三個實際案例來闡述針對色彩飽和度高的載體，結合主觀評價實驗，確定燈具光色配比的經驗。

1 應用案例

1.1 天安門城樓改造提升

在2004年完成的照明建設中，整個城樓主立面采用了大量色溫為3 000 K的金鹵燈。這一選擇在當時確實提升了城樓高大城墻的整體亮度，但即便是顯色性很高的金鹵光源，整個城樓的夜間色彩呈現方面也沒有達到人們的心理預期，城樓色彩飽和度仍有提升的空間。2011年，天安門城樓重新進行改造提升設計，提升工程于2012年9月竣工。此次改造對景觀照明工程中的文物保護、控制眩光、后期維護、燈具隱藏，尤其是色彩呈現等問題進行了全面改進。

項目組人員首先去現場對紅墻的固有色測量取樣，按照樣板色制作了1.2 m×2.4 m大小的色板，用于不同光色表現紅墻的主觀評價實驗。因項目實施設計時，IES尚未發布新的顯色評價方法，該項目實驗仍選擇了Ra值大于80的高顯色LED進行實驗，用2 200 K、3 000 K色溫燈具照射紅墻色板，呈現出來的是橙黃色或偏白的紅色，仍達不到紅墻理想的飽和度。CRI顯色評價方法中除了一般顯色指數外，還有R9～R14特殊顯色指數，其中R9為飽和紅色，比較接近紅墻顏色，項目組挑選R9不同的燈具進行試驗。試驗結果表明，R9高的燈對紅色的還原性確實會高，但表現出的顏色仍不夠明艷(圖5)。為更好地呈現城樓的紅色，由8位設計師及多名項目業主組成的主觀評價團隊，經過多輪實驗達成一致，呈現色彩最好的光色配比為2 700 K白光混合波長620 nm的紅色和590 nm的琥珀色燈珠，燈珠比例為1∶1∶1,混合出定制色彩還原城樓的紅墻色彩最為理想，最終確定燈具的色坐標x/y=0.522/0.429。

圖5 紅墻主觀評價實驗Fig.5 Red wall subjective evaluation experiment

本項目竣工后，天安門城樓對比早期的亮化效果更飽滿地還原出紅墻本色，充分展現出天安門“中國紅”的標志形象(圖6)。作為精品工程，該實驗方法支持了多個同類項目的研究應用。

圖6 天安門城樓改造前后色彩飽和度對比Fig.6 Comparison of color saturation before and after the transformation of the Tian’anmen Square Citadel

1.2 江西南昌滕王閣照明改造提升

滕王閣——江南三大名樓之一。現在的滕王閣是1989年復建的建筑，并非真正的文保建筑，但因其歷史地位的重要性，滕王閣旅游區還是被文化和旅游部批準為國家5A級旅游景區。2013年啟動了對滕王閣照明的更新，作為精品項目，此次改造對景觀照明工程中的燈具隱藏和色彩呈現等問題進行了全面提升。

設計階段將古建景區在照明建設后的精致度和色彩呈現度作為最主要原則。設計中，表現紅色斗拱結構的燈具及電器管線隱藏于額枋上緣，金屬燈槽以彩繪形式與額枋本身彩繪統一。燈具經過多種光色混合實驗，由設計師、業主、專家組成約20人的主觀評價團隊，首先對比滕王閣紅墻取樣與天安門紅墻固有色的差距，紅墻取樣幾乎一致的情況下，沿用天安門紅墻照明的燈具進行實驗，并根據實驗時照射紅色立面的主觀感受，因滕王閣的綠色琉璃瓦本次也要求作為顯色重點，最終光色配比做了微調，將其紅墻照明的飽和度適當降低，避免色彩搭配不協調。最終主觀評價實驗團隊的人員達成一致，紅墻的最佳效果確定為燈珠配比以紅(620 nm)、黃(590 nm)、白色(2 700 K)組合，混光比例為1∶1∶2。

頂部綠色琉璃瓦也實驗了2 200～5 000 K不同色溫的白光對瓦的顏色還原性，因CRI評價方法采用的色樣只有一個葉綠色，與古建的綠瓦不太相符。本案例采用IES TM30標準Rg色飽和度較高的白光LED進行實驗，實驗證明了燈具的色溫冷暖情況：2 200 K和3 000 K偏暖，呈現綠瓦會偏暖黃色；5 000 K偏冷白。最終選定4 000 K的白光較為適中，更好地還原了琉璃瓦的透亮效果，并在4 000 K白光基礎上，結合綠光(530 nm)補色實驗，最終主觀評價實驗團隊的人員達成一致，確定了混光配比為4 000 K+綠色(530 nm)，比例為2∶1。

滕王閣竣工后，得到了各界的廣泛好評，夜間其如同屹立于贛江東岸的一顆璀璨明珠，璀璨的色彩在周邊高樓林立的現代建筑叢林中更加凸顯(圖7)。

圖7 滕王閣照明更新竣工后效果Fig.7 Tengwangge lighting renewal after completion effect

1.3 武漢東湖景觀照明設計

武漢東湖是中國水域面積最大的城中湖，同時也是國家5A級旅游景區，擁有著世界級別綠道。東湖范圍內主要景區以古建亭臺樓閣為主要載體，方案以岸線為卷軸，通過寫意的光手法描繪碧水浮墨的東湖畫卷，節點建筑體現楚韻風格，猶如寶石翠玉鑲嵌在長卷中。

在夜間，如何表現東湖節點建筑特色“碧色瓦面”，成為本項目燈具定制的一個重點。東湖古建的綠色屋頂對比武漢滕王閣，載體本身固有色已存在風蝕掉色的現象。為了更好地展現設計理念，凸顯寶石翠玉鑲嵌的東湖畫卷，綠色比重需要加強。通過不同光色的燈珠進行混光，最終針對瓦面的碧色確定了4 000 K白光結合波長516 nm綠色光，混光比例白色：綠色為1∶2。相比滕王閣這里增加了綠光比例，全亮色坐標x/y=0.345/0.436，在屋頂固有色上呈現出中國國畫中的“碧色”(圖8)。

圖8 東湖景觀照明提升竣工后效果Fig.8 East Lake landscape lighting enhancement after completion

2 結論

綜上案例所述，對于表現色彩艷麗的載體來說，如古建紅墻、琉璃瓦雖有相似性，但每個應用面都各有不同，精細化設計需要通過主觀實驗調色來確定色彩配比。本文通過對幾個項目的研究，以還原古建原貌為初衷，結合載體固有色和主觀預期兩大因素選取最佳配比，從而將載體色彩呈現得更璀璨、更瑰麗，像主題樂園、文旅景區及一些色彩艷麗風格鮮明的載體都適用這一方法。同時，對于古建來說，無論其本身色彩飽和程度是否存在褪色、風蝕的因素影響，人們的心理預期都已形成了“較高飽和度的預設”，定制光色也可以使用適當夸張表現色彩來迎合人們心理預期。因此，這一方法適用于這種需要加強色彩飽和度的照明應用領域。