夜景照明效果量化设计方法探究

来源：  发布日期：2018-09-17  点击次数：5810

在城市夜景照明大量建设的阶段， 经常出现实际效果与设计效果不符的情况。 本文研究导致设计无法实现的原因， 并针对原因提出改进点。

　　摘　要： 在城市夜景照明大量建设的阶段， 经常出现实际效果与设计效果不符的情况。 本文研究导致设计无法实现的原因， 并针对原因提出改进点。 通过分析原因， 提出解决行业需求的设计方法。 在创意设计之后的设计步骤如下： 1) 确定建筑各部位的量化指标; 2) 灯参数增加对效果目标的要求; 3) 通过灯具实验， 将灯具实验结果与预期效果进行比较; 4) 根据实验结果调整灯参数， 并调整对建筑各部位的预期值， 确保有两至三款灯具可以达到目标。 通过国家博物馆的案例， 说明效果量化设计方法的应用， 可有效提高实施效果与设计预期的契合度。 并提出方法中的效果验证环节， 也将成为为设计行业服务的基础。
　　关键词： 建筑外立面照明; 效果量化; 设计方法
　　中图分类号： TM923　　文献标识码： 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　现状问题
　　现阶段的照明建设， 已经基本摆脱攀比亮度的问题， 开始注重设计理念。 但是又出现了 “理念至圣”、 “唯效果图论” 等方向， 理念高大， 效果图很美， 落地实施和效果图相差千里， 如图 1 所示。 绘制效果图只是协助业主理解方案的一种手段， 效果图是感性的表达， 没有亮度的指标， 这导致施工验收等步骤没有依据。但这些问题并不是仅是实施问题， 以下两方面是造成设计和落实差异巨大的根本原因。
　　1.1　效果没有量化　
      照明方案中包含的重要分析是，照明的效果层次， 比如普通的建筑外立面可分为顶中底， 或是内外部等层次。 照明效果可以通过亮度的高低、 色温

　　的区别等手法来形成对比。 而目前的设计效果， 只有总体的形象思考， 未对各部位的亮度进行细化，深度不够。
从城市规划落实来看， 应对建筑群的各个建筑亮度进行设定， 这种量化可以避免无序照明和过度照明。 在北京某重要街道的调研中发现， 同等重要的建筑亮度差距5 倍， 相邻建筑差异达到 10 倍， 无法形成街道的统一印象。
　　1.2　LED 带来的不确定性
　　LED 作为一种新的光源形态， 产品没有统一的工业标准， 同一品牌同一型号， 不同的批次在亮度表现上都不同。 由于芯片、 透镜材质等不同， 即使功率、 光束角相近， 实际效果也会有很大不同。 而传统灯具各光源厂家生产的光源都是按照功率等级、尺寸要求、 光通要求进行。 如果延用传统灯具的选择方式， 根据功率和光束角来确定灯具， 则无法保证达到预期的照明效果。 根据新产品的特点， 设计师应在产品选择的技术文件上， 增加设计效果的具体量化指标， 是实现设计目标的基本保障。
　　2　量化控制设计方法
　　量化控制设计方法并不是要摒弃现在的照明设计手法， 而是在现有设计过程中， 在创意设计和灯具选型两个阶段增加量化手段， 并对重要灯具进行实验， 调整设计目标， 保障效果实施。
　　2.1　提出效果量化指标
　　本部分是在创意方案之后进行， 是对设计方案的深入思考。 首先对周边环境进行调研， 根据周边建筑亮度， 对设计建筑进行初步亮度定位。 然后对设计建筑的各部位亮度分布作出有序定量的安排。除了整体的亮度控制， 还应该有最低亮度， 均匀度等要求。 只描述亮度关系 (如最亮 -次亮 -低亮等)， 也是定性的设计， 提出确定的亮度值才是制定了合理的照明设计指标。以国家博物馆为例， 在对天安门周边建筑进行调研的基础上， 确定亮度为10 ～25 cd/m²之间， 在对称的设计逻辑下， 结合建筑自身特点， 得出各部分的亮度。 北立面设计为： 两侧转角最亮， 中间墙体次亮， 中间入口平日亮度再次。 亮度比例关系为10∶8∶5， 最暗的部分为 10cd/m² 。 建筑具体亮度分布如图2 所示。 　　2.2　提出初始灯参数
　　针对传统灯具， 常用的设计灯参数一般包括：光源参数、 灯体参数、 电器参数、 控制参数四个部分。 本文所提倡的量化设计方法， 应增加对效果目标的描述， 如灯具对应的被照面情况、 该被照面的预期亮度值等。 光源、 灯体参数设定如表1 所示。
表1　光源、 灯本参数的设定项目
Table 1　Light source and Lamp parameters

　　注： 表中加粗项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。
　　只要达到了效果要求， 并非要规定 LED 灯具的具体单体功率、 颗粒数、 光束角等参数， 也不必强求所有的灯具参数都和设计参数完全相同。 但需要对总功率、 尺寸等设置上限， 对于色温、 光束角等应给定范围。 这种方式有利于业主选择节能型产品，也可以满足后期施工图制作和电气图纸制作需求。从节能角度出发， 应鼓励灯具在达到效果的基础上功率尽量低。
　　2.3　灯具实验
　　最初的照明事务所， 都有进行模拟实验的过程，称为 mockup， 这个过程不可或缺。 而近年设计周期不断压缩， 很多设计省略了这个步骤。灯具实验可以采取模拟计算， 实验室模拟实验，现场实验三种类型。 由于各公司的人力财务和面积限制， 可以采取不同的手法进行。 模拟计算是代价最小的方式， 但也是偏离最大的方式， 一方面是灯具 ies 曲线的偏差; 另一方面 ies 是将灯具视为一个发光点， 对于近距离照明， 使用计算不合测试原理。实验室模拟实验是介于模拟计算和现场实验两者之间的一种方式， 优点是可以真实的看到灯具在模拟场景下的表现， 比较适用于对比多个灯具的优劣。现场实验的真实性是最可靠的， 但是很多情况下，现场无法提供电力或安装实验条件。 实验可以采取多个手段相结合的方式进行， 比如对最重点的灯具，尽量安排现场试验或模拟实验， 对于次重点灯具可以采取模拟计算的方式。 如国家博物馆的灯具实验，采取了现场实验的方式， 见图3。

图 3　国家博物馆试灯场景

Fig.3　The lighting test of National Museum

　　根据实验结果， 选择与设计结果最相近的灯具。如果都不满足要求， 应该再广泛征集灯具， 或改进灯具， 有时需要多次试灯。 如果多个灯具满足要求，应尽量选择总体能效小的灯具， 及全寿命周期内投资最小的灯具。 《绿色建筑评价标准》 中， 已经把计算书或者现场检测报告作为评价质量的一部分，室外效果也将逐渐规范。

　　2.4　调整灯参和效果指标

　　在进行实验后， 针对实验模型和真实环境之间的情况进行转换。 比如在白墙上进行了模拟实验，同样的灯具用于其他材质的墙体上， 亮度应该按照反射率进行转换。 在进行参数提炼后， 调整初步灯参和效果预期值， 形成最终灯参和效果指标。 经过较合理的灯具实验的项目， 实施效果将会非常贴合设计， 如图4 所示。
 

图 4　国家博物馆北立面实景照片

Fig.4　Photo of the North facade of National Museum

　　3　效果量化设计方法的发展
　　照明设计包含照明创意和照明技术两个方面，两者缺一不可。 单纯的美学设计只能停留在定性的层面， 必须有可量化的技术指标做支撑才可以落地。无论设计理念是否新颖或体现文化， 只有在效果落地的情况下， 才可以实现设计的价值。
效果量化设计方法， 协助设计师对设计效果和设计逻辑进行深化， 并为灯具参数的制定提供切实可依据的数据。 不仅解决了目前照明方案落地效果差的问题， 也解决了 LED 带来的不确定性的问题。
灯具实验虽然在某些建筑中需要单独制作， 但是大多数情况下， 建筑的典型应用是普遍应用的。
由有照明设计经验， 并了解照明技术的部门来专门负责这个环节， 可以减少不同设计部门为单一实验耗费时间进行模型制作等成本。 效果量化设计方法将向照明服务业的方式发展， 将零散的各照明公司各自实验的模式， 变为由专业公司进行灯具实验，并进行分析整理， 提供给设计师使用。 这种方式已经得到行业的认可， 并将不断的细化发展。
　　参 考 文 献