夜景照明效果量化設計方法探究

來源：  發布日期：2018-09-17  點擊次數：3542

在城市夜景照明大量建設的階段， 經常出現實際效果與設計效果不符的情況。 本文研究導致設計無法實現的原因， 并針對原因提出改進點。

　　摘　要： 在城市夜景照明大量建設的階段， 經常出現實際效果與設計效果不符的情況。 本文研究導致設計無法實現的原因， 并針對原因提出改進點。 通過分析原因， 提出解決行業需求的設計方法。 在創意設計之后的設計步驟如下： 1) 確定建筑各部位的量化指標; 2) 燈參數增加對效果目標的要求; 3) 通過燈具實驗， 將燈具實驗結果與預期效果進行比較; 4) 根據實驗結果調整燈參數， 并調整對建筑各部位的預期值， 確保有兩至三款燈具可以達到目標。 通過國家博物館的案例， 說明效果量化設計方法的應用， 可有效提高實施效果與設計預期的契合度。 并提出方法中的效果驗證環節， 也將成為為設計行業服務的基礎。
　　關鍵詞： 建筑外立面照明; 效果量化; 設計方法
　　中圖分類號： TM923　　文獻標識碼： A　　DOI： 10.3969/j.issn.1004-440X.2015.06.013
　　 　　Abstract： In the phase of large-scale construction of urban nightscape lighting ， the implementation effect and the design effect were always not in conformity.This paper studied the reasons and gave the improvement suggestions. Through analyzing the reasons， the design method to meet the design requirements was put forward.The design steps after the creative design were as follows： 1) Determine the quantitative index for each part of the building.2) Add the effect target demand for the lighting parameters.3) Compare the test result with the expected effect after the luminaire tests .4) Adjust the lighting parameters according to the test result， adjust the expected value for each part of the building ， and ensure that 2 ～3 luminaires could reach the target.Finally， the advantages of this method would be illustrated by National Museum project， and effect verification would be brought up.Effect verification would be the new development direction of industry service .
　　Key words： building facade lighting; effect quantification; design method
　　1　現狀問題
　　現階段的照明建設， 已經基本擺脫攀比亮度的問題， 開始注重設計理念。 但是又出現了 “理念至圣”、 “唯效果圖論” 等方向， 理念高大， 效果圖很美， 落地實施和效果圖相差千里， 如圖 1 所示。 繪制效果圖只是協助業主理解方案的一種手段， 效果圖是感性的表達， 沒有亮度的指標， 這導致施工驗收等步驟沒有依據。但這些問題并不是僅是實施問題， 以下兩方面是造成設計和落實差異巨大的根本原因。
　　1.1　效果沒有量化　
      照明方案中包含的重要分析是，照明的效果層次， 比如普通的建筑外立面可分為頂中底， 或是內外部等層次。 照明效果可以通過亮度的高低、 色溫

　　的區別等手法來形成對比。 而目前的設計效果， 只有總體的形象思考， 未對各部位的亮度進行細化，深度不夠。
從城市規劃落實來看， 應對建筑群的各個建筑亮度進行設定， 這種量化可以避免無序照明和過度照明。 在北京某重要街道的調研中發現， 同等重要的建筑亮度差距5 倍， 相鄰建筑差異達到 10 倍， 無法形成街道的統一印象。
　　1.2　LED 帶來的不確定性
　　LED 作為一種新的光源形態， 產品沒有統一的工業標準， 同一品牌同一型號， 不同的批次在亮度表現上都不同。 由于芯片、 透鏡材質等不同， 即使功率、 光束角相近， 實際效果也會有很大不同。 而傳統燈具各光源廠家生產的光源都是按照功率等級、尺寸要求、 光通要求進行。 如果延用傳統燈具的選擇方式， 根據功率和光束角來確定燈具， 則無法保證達到預期的照明效果。 根據新產品的特點， 設計師應在產品選擇的技術文件上， 增加設計效果的具體量化指標， 是實現設計目標的基本保障。
　　2　量化控制設計方法
　　量化控制設計方法并不是要摒棄現在的照明設計手法， 而是在現有設計過程中， 在創意設計和燈具選型兩個階段增加量化手段， 并對重要燈具進行實驗， 調整設計目標， 保障效果實施。
　　2.1　提出效果量化指標
　　本部分是在創意方案之后進行， 是對設計方案的深入思考。 首先對周邊環境進行調研， 根據周邊建筑亮度， 對設計建筑進行初步亮度定位。 然后對設計建筑的各部位亮度分布作出有序定量的安排。除了整體的亮度控制， 還應該有最低亮度， 均勻度等要求。 只描述亮度關系 (如最亮 -次亮 -低亮等)， 也是定性的設計， 提出確定的亮度值才是制定了合理的照明設計指標。以國家博物館為例， 在對天安門周邊建筑進行調研的基礎上， 確定亮度為10 ～25 cd/m²之間， 在對稱的設計邏輯下， 結合建筑自身特點， 得出各部分的亮度。 北立面設計為： 兩側轉角最亮， 中間墻體次亮， 中間入口平日亮度再次。 亮度比例關系為10∶8∶5， 最暗的部分為 10cd/m² 。 建筑具體亮度分布如圖2 所示。 　　2.2　提出初始燈參數
　　針對傳統燈具， 常用的設計燈參數一般包括：光源參數、 燈體參數、 電器參數、 控制參數四個部分。 本文所提倡的量化設計方法， 應增加對效果目標的描述， 如燈具對應的被照面情況、 該被照面的預期亮度值等。 光源、 燈體參數設定如表1 所示。
表1　光源、 燈本參數的設定項目
Table 1　Light source and Lamp parameters

　　注： 表中加粗項可以用效果要求替代： 被照面尺寸; 照亮度要求; 其他效果要求。
　　只要達到了效果要求， 并非要規定 LED 燈具的具體單體功率、 顆粒數、 光束角等參數， 也不必強求所有的燈具參數都和設計參數完全相同。 但需要對總功率、 尺寸等設置上限， 對于色溫、 光束角等應給定范圍。 這種方式有利于業主選擇節能型產品，也可以滿足后期施工圖制作和電氣圖紙制作需求。從節能角度出發， 應鼓勵燈具在達到效果的基礎上功率盡量低。
　　2.3　燈具實驗
　　最初的照明事務所， 都有進行模擬實驗的過程，稱為 mockup， 這個過程不可或缺。 而近年設計周期不斷壓縮， 很多設計省略了這個步驟。燈具實驗可以采取模擬計算， 實驗室模擬實驗，現場實驗三種類型。 由于各公司的人力財務和面積限制， 可以采取不同的手法進行。 模擬計算是代價最小的方式， 但也是偏離最大的方式， 一方面是燈具 ies 曲線的偏差; 另一方面 ies 是將燈具視為一個發光點， 對于近距離照明， 使用計算不合測試原理。實驗室模擬實驗是介于模擬計算和現場實驗兩者之間的一種方式， 優點是可以真實的看到燈具在模擬場景下的表現， 比較適用于對比多個燈具的優劣?，F場實驗的真實性是最可靠的， 但是很多情況下，現場無法提供電力或安裝實驗條件。 實驗可以采取多個手段相結合的方式進行， 比如對最重點的燈具，盡量安排現場試驗或模擬實驗， 對于次重點燈具可以采取模擬計算的方式。 如國家博物館的燈具實驗，采取了現場實驗的方式， 見圖3。

圖 3　國家博物館試燈場景

Fig.3　The lighting test of National Museum

　　根據實驗結果， 選擇與設計結果最相近的燈具。如果都不滿足要求， 應該再廣泛征集燈具， 或改進燈具， 有時需要多次試燈。 如果多個燈具滿足要求，應盡量選擇總體能效小的燈具， 及全壽命周期內投資最小的燈具。 《綠色建筑評價標準》 中， 已經把計算書或者現場檢測報告作為評價質量的一部分，室外效果也將逐漸規范。

　　2.4　調整燈參和效果指標

　　在進行實驗后， 針對實驗模型和真實環境之間的情況進行轉換。 比如在白墻上進行了模擬實驗，同樣的燈具用于其他材質的墻體上， 亮度應該按照反射率進行轉換。 在進行參數提煉后， 調整初步燈參和效果預期值， 形成最終燈參和效果指標。 經過較合理的燈具實驗的項目， 實施效果將會非常貼合設計， 如圖4 所示。
 

圖 4　國家博物館北立面實景照片

Fig.4　Photo of the North facade of National Museum

　　3　效果量化設計方法的發展
　　照明設計包含照明創意和照明技術兩個方面，兩者缺一不可。 單純的美學設計只能停留在定性的層面， 必須有可量化的技術指標做支撐才可以落地。無論設計理念是否新穎或體現文化， 只有在效果落地的情況下， 才可以實現設計的價值。
效果量化設計方法， 協助設計師對設計效果和設計邏輯進行深化， 并為燈具參數的制定提供切實可依據的數據。 不僅解決了目前照明方案落地效果差的問題， 也解決了 LED 帶來的不確定性的問題。
燈具實驗雖然在某些建筑中需要單獨制作， 但是大多數情況下， 建筑的典型應用是普遍應用的。
由有照明設計經驗， 并了解照明技術的部門來專門負責這個環節， 可以減少不同設計部門為單一實驗耗費時間進行模型制作等成本。 效果量化設計方法將向照明服務業的方式發展， 將零散的各照明公司各自實驗的模式， 變為由專業公司進行燈具實驗，并進行分析整理， 提供給設計師使用。 這種方式已經得到行業的認可， 并將不斷的細化發展。
　　參 考 文 獻