古建筑夜景照明设计和小功率LED在设计中的运用.pdf

第 2 8卷第 5期 2 0 0 6年 l 0月 重 庆 建 筑 大 学 学 报 J o u r n a l o f C h o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i t y V0 1 ． 2 8 No ． 5 0c t ． 2 0 0 6 古建筑夜景照 明设计和小功 率 L E D在设计 中的运 用 李旭佳 ， 沈天行． 马 剑 天津 大学 ， 建筑学院 ， 天津3 0 0 0 7 2 摘要 以作 者 实际参 与的具 有代表 性 的颐和 园古建 筑夜景 照明设 计 为案例 ， 通过 实例研 究和 实验 室灯具 模 拟 实验 ， 从 最 终 的 实 际效 果 来检 验 其 设 计 的 成 败 ， 为 其 他 一 般 性 古 建 筑 夜 景 照 明 设 计 提 出一 个 设 计 导 向 和 基 本 的 设 计 框 架 。 关键词 古建筑；照明；灯具设计 中图分类号 T U 1 1 3 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 6 7 3 2 9 2 0 0 6 0 5 0 0 8 6 0 4 Li g h t i n g De s i g n o f Ch i n e s e Tr a d i t i o na l Bu i l d i ng s a n d Ap p l i c a t i o n o f Ne w Ty pe o f Li t t l e Po we r LED L I X u j i a ， S H E N T i a n x i n g ，M A J i a n S c h o o l o f A r c h i t e c t u r e ， T i a n j i n U n i v e r s i t y ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ， P ．R， C h i n a Abs t r ac t Th i s pa p e r i s a pa r t o f t h e r e s e a r c h o n t h e l i g h t i ng t e c h n i q u e s o f t h e t r a di t i o na l Ch i n e s e b u i l d i n g s i n S u mme r P a l a c e ， B e i j i n g ， w h i c h i s a s u bp r o j e c t o f t h e Mu n i c i p a l R e s e a r c h P r o j e c t o n t h e C o r r e l a t i v e T e c h n i q u e s f o r B e i j i n g S u s t a i n a b l e D e v e l o p me n t Y 0 6 0 4 0 1 7 0 4 0 3 9 1 ．T h e w o r k ，w h i c h t h e a u t h o r s t o o k p a rt i n ，o n t h e mo s t r e p r e s e n t a t i v e Ch i n e s e t r a di t i o na l b u i l d i n g s i n S u mme r P a l a c e，i s t a k e n a s a c a s e s t ud y o n l i g h t i ng d e s i g n a nd l a b s i mu l a t e d e x p e fi me n t s a n d c h e c ke d b y p r a c t i c a l r e s u l t ，i l l u s t r a t i n g a wo r k i n g fla me f o r o t h e r s i mi l ar l i g h t i n g d e s i g n wo r k s ． Ke y wo r dst r a d i t i o n a l Ch i n e s e b u i l di n g s ；l i g h t i n g；l a mp s a n d l a n t e r n s d e s i g n “ 紫禁烟光一万重 ， 五门金 碧射晴空。梨园羯鼓 三千面 ， 陆海鳌 山十二峰。⋯⋯” 这首南宋 刘 昌诗的 上元词， 描写的是南宋 时期紫禁城上元灯火节 的盛 景。古代的夜晚很少有活动 ， 直到唐代还实行宵禁 ， 到 了宋以后由于经济发展， 夜市逐渐成规模 ， 夜晚的活动 才 日渐丰富起来。现在 ， 随着我国城市夜景照 明和旅 游业的发展 ， 古建筑作 为城市中重要 的历史文化载体 和旅游场所 ， 其夜间的景观价值 和商业价值 日益受到 重视。夜间逐渐成为是人们休闲活动的一个主要时 段 ， 良好 的照明成为展示古建筑夜间形象和艺术风采 的重要媒介。 目前 ， 国内外众多古建筑都在开发夜间 活动 ， 以此来推动城市旅游业的发展 ， 凸现城市的文化 特色 ， 丰富老百姓的夜 生活。但现阶段 的古建筑夜景 照明还处于起步阶段 ， 有很多古建筑的夜景照明都不 是 由专业设计人员完成 ， 不仅在照明效果上缺乏美感 ， 对于古建筑保护、 节约能源 、 眩光控制等多方面都缺少 规范化的控制和研究 。 1 照 明原则 古建 筑 照 明区别 于其 他 建筑 照 明就 在于 一个 “ 古” 字 ， 由于资源的不可再 生， 它的设 计要尽量少地 影响到古建筑本身 ， 也就是说设计的前提条件要在古 建筑保护的相关规范下进行 。在对古建筑夜景照明的 设计 当中， 作者认为需要注意两个 重点 一是最小 干 预 ， 古建筑照明要尽量少地影 响到建筑本身 的形态结 构和昼景观效果 ， 但在夜 间却能看出有别于 白天的景 观效果来 ， 真正做到 “ 令 人不觉 ， 如禅 家所谓盐 在水 中， 饮之乃知咸味， 方是妙手” ； 二是真实性 ， 这一点可 以扩展开 ， 小到细节上对灯源 、 光色 、 光强的确定 ， 大到 整体效果上如何保持和建筑风格的统一 。现在有的古 建筑夜景照明中使用的光色五彩斑斓如同时尚的夜总 会 ， 忽略了古建筑 的“ 古” 字所蕴含 的典雅 、 含蓄 的人 文色彩 ， 而颜色选择的不恰 当会对整个照 明效果产生 很大的副作用。肖辉乾教授 曾提出了中国古典建筑照 收稿 日期 2 0 0 6 0 30 2 基金项 目 北京市可持续发展相关技术研究项 目课题 颐和园古典园林夜景照明技术研 究子课题 Y 0 6 0 4 0 1 7 0 4 0 3 9 1 作者简介 李旭佳 1 9 7 3一 ， 女 ， 河北承德人 ， 博士生 ， 主要从事古建筑照 明研究 。 第5期 李旭佳 ， 等 古建筑夜景照明设计和小功率 L E D在设计 中的运用 8 7 明设计的四点原则 ， 分别是保护和利用的原则 ， 不改变 古建文物现状的原则， 按标准设计的原则和严格管理 的原则 。这对于系统化进行古建筑夜景照明设计有着 指导性 的意义。 以颐和园为例， 颐和园是皇家园林 ， 它位于北京西 北部连绵峰峦的腹心地带 ， 始建于乾 隆十五年 1 7 5 0 年 ， 历经十五年建造而成 。咸 丰十年 1 8 6 0年 英法 联军火焚清漪园， 木构建筑无一幸免 ， 直到光绪十四年 1 8 8 8年 拨款重修后改称为“ 颐和园” 。颐和园的造 园艺术风格独特 ， 在保持北方传统建筑风格的基础上 汲取了江南园林造景手法 ， 在庄严恢宏 的宫廷色彩 中 流露出清新雅致的风韵 。作 为皇家园林 的颐和园 ， 它 的整体照明设计风格应该有别于宫殿类建筑群和其他 文人园林。而在整体风格的控制下又要求针对不同的 组成部分做出不一样的照明效果 ， 使游客不仅在 白天 ， 在夜晚也能体会到其建筑本体的不同内涵。这首先要 确 立建筑的功能属性 ， 比如颐和园中的佛香阁是宗教 建筑 ， 也是颐和园的标志 ， 玉澜堂 、 宜芸馆 、 乐寿堂分别 为皇帝 的寝宫 、 皇后的寝宫和慈禧的寝宫， 德和园是一 组戏院建筑 ， 排云殿是慈禧举 行万寿庆典时接收贺拜 的地方等等。不同的功能分 区应该有不同设计方向， 这是根据原有的建筑风格和建筑功能来确定的。寝宫 的照明效果应该以雅 、 静、 幽为主 ， 亮度不能太高 ， 光色 应以暖色调为主 ， 色彩最好不超过两种 ， 同样为寝宫但 针对不同的居住对象时在亮度 、 灯具造型等方面都有 不同， 亮度的等级应按照建筑 的等级来区分 ， 灯具的造 型也要根据居住者 的不同身份来 区分； 戏院则应有节 日气氛以显得热闹喜庆 ， 在亮度上要求戏台处 的灯光 能很好地表现出细节 ， 光色最好接近 自然光的效果 ； 祭 祀和贺拜的建筑群可以把节 日和非节 日的不同表现效 果区分开。 2 照明方式 在设计构思确立以后还需要选择合理的照明方式 来表现 ， 这大致可以分为以下四个主要方式 1 远投 光； 2 近投光 ； 3 内透光 ； 4 轮廓勾边。 远投光就是采用灯杆或灯架远离建筑物来布置投 光灯具 ， 一般采用窄光束或中等光束角的灯具 ， 避免造 成较大的光损失以及眩光干扰 。直接将投光灯光线投 射到屋面， 使屋面亮度高于周围亮度 ， 它可以显示屋顶 全貌。对于中国古建筑的坡屋顶 ， 为保证其得到足够 的投射光 ， 应将投光灯设置在坡屋顶延长线外侧 。否 则离建筑物过近 ， 光线通常照不到屋顶。对于覆有金 黄色琉璃瓦的屋顶 ， 投光灯可选用色温低的高压钠灯 ， 或显色 性较 好 的金 属 卤化物 灯 ， 以突 出屋 面 色彩。 2 0 0 5年颐和园法 兰西之夜 的夜景照 明里对佛香 阁就 采取的是远投光 ， 虽然是临时性灯具 ， 但效果都比较好 图 1 。 图 1 2 0 0 5年颐和园法兰 西之夜 近投光这种投光方式使建筑物的局部突 出， 产生 虚实关系， 由于形成明暗的过渡还会产生远近的变化， 增加了建筑物的层次感 ， 也能很好地表现出古建筑的 细节 。 内透光做法适合表 现建筑物中的空透部分 ， 如雕 花门扇 、 花窗 、 斗拱 、 柱廊等。这种方式的灯光 因为有 遮挡而减弱， 表现力也较弱， 需要与其他方式相结合。 轮廓勾边这种处理方式有两种做法 ， 一是用点光 源每隔 3 0～ 5 0 e m连续安装形成光带 ， 另一种就是用 串灯 、 霓虹灯 、 美耐灯 、 导光管 、 通体发光光纤等线性灯 饰直接勾画建筑轮廓。但如果只使用这一种方式会使 建筑物的墙面发黑 ， 一般做法是使用轮廓照 明和投光 照明结合的方式 。在使用这种方式时要注意到古典建 筑的细节 ， 比如说檐 口的瓦当和滴水 ， 分别作为筒瓦和 板瓦的结束构件存在着起伏的层次关系 ， 不能把边线 简单化 ， 这样会大大削弱屋檐的古典美 。 在对颐和园的一系列建筑组群做照明设计 时， 有 的古建筑灯光设计适宜远观， 有的则是近赏 ， 这也需要 把握好“ 度” 。其 中佛香阁作为标志性建筑 ， 远投光对 其整体性表现得最为充分 ， 而且基本对古建筑本身没 有损害 ， 这也是 日本古建筑 中最 常用 的照 明方式 图 2 ， 只是这种方式缺少对细节的刻画 ， 不利于游人 的 参与性游玩和观赏。而谐趣园作为一个休闲游玩 的场 所 ， 设计构思就来源于概念上对宫廷生活的延续 ， 所以 在光源照度 、 灯具设计等具体 问题上都 以此为据 ， 例如 采用发光纤维编织成窗纱 ， 用水下鱼眼灯制造 出水 面 波光粼粼的效果等等。 3 灯具设计 在确定 了照明方式后还要对具体的灯具进行设计 8 8 重 庆 建 筑 大 学 学 报 第2 8卷 图 2日本京都 浅草寺夜景 以便更准确地达到需要 的照明效果 。在灯 具的设计 上 ． 还需要注意以下 四点 一是严格控制眩光 ， 针对远 景 、 中景 、 近景的不同观赏角度对眩光的控制要求 ， 防 止光污染 ， 光束角的控制范围以及和主要观赏角度 的 处理关系。二是古建筑材料对灯光的技术要求 ， 在模 拟实验和对比实验研究的基础上确定对人工光源的紫 外辐射量 、 红外辐射量的量化控制。古建筑经过 白天 太阳的曝晒及紫外线 的伤害 ， 夜间又要接受来 自高压 气体放电灯的紫外线伤害 ， 加速了古建筑表面外观 的 损坏程度 ， 因此对于灯光 当中的红外线和紫外线 的要 求都有限制。其中 L E D照明设备有很多优势 ， 它体积 小 、 功率小 、 颜色饱和、 节能效果明显 ， 而且不具有紫外 光 ， 夜晚不会对建筑物及夜空造成紫外线伤害。三是 灯源应选择表面温度较低 、 重量轻 、 寿命长且不易损坏 的产品。1 9 9 9年天安门城楼屋顶照明使用的灯具表 面温度为摄氏 8 0度 ， 在这样的温度下有部分屋面琉璃 瓦被烤裂损坏 ， 因此在设计时要考虑到温度对古建筑 构件的影响。四是灯具的安装方式。在古建筑屋面的 灯具安装最好使用铁夹卡在古建筑屋面的瓦垄上 ， 不 能在瓦上钉钉子 ， 否则会造成漏雨和瓦面大面积脱落 ， 安装在其他木构件处的灯具也要注意尽量减少对木构 件的损坏 。 在对古建筑照明的研究过程 中， 针对其夜景照 明 的相关要求， 研究小组还设计了几种灯具 ， 其 中一种是 钉帽形小型投光灯。中国古建筑 中屋面的面瓦按材质 分为琉璃瓦和布瓦两种。面瓦按用途又分为筒瓦和板 瓦。古建筑用瓦也分等级 ， 黄色琉璃瓦为最高等级 ， 只 能用于皇室和庙宇 ； 绿色次之 ， 布筒瓦又次之 ， 一般民 众只能使用布板瓦。琉璃瓦屋面一般都设有钉帽， 布 瓦则没有 ， 我们研制 的这 种钉帽灯主要针对布筒 瓦。 对于已经安设有钉帽的琉璃瓦屋面来说 ， 我们可以把 设计的钉帽灯去掉外面 的玻璃 灯罩 ， 而将 内部的反光 罩和 L E D灯 头用树脂 浇注在一起 ， 安装在钉 帽 的后 方， 可以达到相同的照明效果。钉帽投光灯是参照古 建筑上的钉帽样式制造的， 灯 的样式 、 大小都与古建筑 上琉璃瓦钉帽相同 ， 外壳 材料采用 4 mm厚的玻璃制 成 ， 局部磨砂 ， 里面放置两个 L E D灯头 ， 光源色都为橘 黄色， 一个为宽光束角 ， 一个为窄光束角。窄光束角的 灯头对着透明玻璃面朝屋脊投射 ， 宽广束角的灯头对 着磨砂玻璃面 ， 朝檐 口方向。灯具安装在筒瓦上 ， 跟钉 帽的安装位置一致 ， 钉帽灯的安装考虑采用粘合剂与 筒瓦粘接或者使用金属卡子夹住瓦面来 固定 的方式。 由于其体积小 ， 非常容易隐蔽安装 ， 对古建筑的昼景观 几乎没有影响， 而到了夜间， 由于安装位置的隐蔽和灯 具本身的小体量 ， 基本上做 到了“ 见光不见灯” 的照明 效果， 防止了眩光的产生。在实验过程中， 我们把灯具 放置在等比例建造的建筑古建模型上进行灯具模拟试 验 ， 来测试其实际的照明效果。通过图片可以看 出， 由 于朝檐 口的方向采用了磨砂玻璃 ， 外部看 到的灯光 没 有眩光产生， 又 由于照亮屋脊部分使用 的是窄光束角 的灯头 ， 即使屋面较长， 也不影响照明效果 图 3 。而 且整个灯具 的能耗只有 0 ． 0 9 W， 也就是说每 1 0 0个灯 具才消耗 9 W， 节能效果明显。 图 3 古亭钉帽灯灯具 实验 另外 ， 还有条形 L E D灯 图 4 ， 它是将 一组 发光 二极管按顺序焊接在控光 的线路板上， 用树脂将线路 板和 L E D灯密封在一起 ， 做为条形射灯。其断面尺寸 不大于 2 c m 。 ， 长度可以根据需要决定 ， 还可 以根据需 要与一些半透明材料组合 ， 可形成发光带 、 宫灯 、 灯笼 、 柱灯等 ， 每米的能耗为 4 ． 3 w。在选择 L E D灯时要先 5期 旭焦 ， 等 古建筑夜景照明设计和小功率 L E D在设计 中的运用 8 9 对使用的 L E D灯头进行配光 曲线测试 ， 确定其照度角 的范围， 再根据数据来排列灯头 ， 做到以最合理的间距 来达到有效的光照。其 色彩也可以调整， 可做成单色 或彩色 ， 控光电路还可使灯光显现不同的闪烁效果。 图 4 古亭条形灯灯具实验 从使用寿命上看 ， L E D光源为 4 0 0 0 0 5 0 0 0 0 h ， 相对于 5 0 0 0 8 0 0 0 h的节能灯 、 1 2 0 0 0 2 0 0 0 0 h的 金属 卤化物灯 、 1 5 0 0 0 2 0 0 0 0 h的高压钠灯 ， 它 的使 用寿命是最长的， 减少了更换灯具的频率。 上接第 8 5页 定出此时此地的更新度。 参考文献 迈克 - 詹克斯 ， 伊丽莎白 伯顿， 凯蒂 - 威廉姆斯． 紧凑 城市 一种可持续发展城市[ M] ． 北京 中国建筑工业出 版社 ， 2 0 0 4 ． 赵民，陶小马． 城市发展和城市规划的经济学原理[ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 3 ． 阳建强 ， 吴明伟． 现代城市更新[ M] ． 南京 东南大学出 版社 ， 1 9 9 9 ． 夏南凯． 城市经济与城市开发[ M] ． 北京 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 3 ， 吴畏． 实践合理性[ M] ． 南宁 广西人民出版社， 2 0 0 3 ． 总的来说， 古建筑做照明设计是一个新的课题， 对 古建筑来说 ， 我们不仅仅是去追溯过去沧桑 的往事 ， 更 重要的是延续 民族文化未来不能消失的心跳 ， 如何从 发展的眼光来保护 ， 延长古建筑的生命力 ， 才是根本所 在。古建筑夜景照明是对古建筑在保护和发展的基础 上的再利用 ， 它需要在体现古建筑本身结构美的同时 注重与文化的有机结合 ， 既要保护古建 筑、 尊重传统 、 继承文脉， 又必须站在现代的视点 ， 有所创新 ， 有所发 展 ， 实现真正意义上的历史延续和文脉相传。 参考文献 [ 1 ] 北京市地方志编纂委员会编． 颐和园志[ M] ． 北京 北京 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 李允稣． 华夏意匠[ M] ． 天津 天津大学出版社， 2 0 0 5 ． 肖辉乾． 中国古建筑夜景照明的特征、 原则和设计要点 [ A] ． 古建筑照明技术研讨会论文集[ C ] ． 北京， 2 0 0 3 ． 侯兆年． 文物建筑照明的几个应该注意的问题[ A] ． 古建 筑照明技术研讨会论文集[ C] ． 北京， 2 0 0 3 、 陈晏清，李淑梅． 马克思主义哲学高级教程 [ M] ． 天津 南开大学出版社， 2 0 0 1 ， 张京祥． 西方城市规划思想史纲[ M] ． 南京 东南大学出 版社 ， 1 9 8 7 ． 肯尼斯 。 鲍威尔． 城市的演变[ M] ． 北京 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 2 ， 简 雅各布斯． 美国大城市的死与生[ M] ． 南京 译林 出 版社 ， 2 0 0 5 ． 秦红岭， 试论城市规划应遵循的普遍伦理[ J ] ． 城市规 划 ， 2 0 0 5 ， 5 6 6 7 0 ． 马武定． 城市规划本质的回归[ J ] ． 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