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光能最大化的利用—分析奥运中心区中轴大道人工照明改造(LED照明)设计

放大字体  缩小字体 照明中国网   发布日期:2015-05-14  来源:《照明》  作者:项威 董伟雄 杜学敏 杜迎春  
  1 项目概况
 
  北京奥林匹克公园中心区是重要奥运场馆的集中地,每个奥运场馆各具特色,东侧有国家体育场(“鸟巢”)、电视转播塔、供休闲娱乐观光的下沉广场;西侧有国家游泳中心(水立方)、国家体育馆、国家会展中心、中国科技馆等。
 
  随着2008年举世闻名的北京奥林匹克运动会圆满闭幕,该区域进入了“后奥运时期”,成为新一代的北京标志性旅游景点。
 
  奥运中轴景观大道位于北京中轴线北端的奥运中心区内,南一路至辛店村路,南北距离约2.4公里,29座象征北京2008年29届奥运会的大型景观灯柱。
 
  照明设计师要贴近、追随与大自然的设汁,力图将设计变为一个隐形的概念。我们认为空间照明的目的是服务于人,照明设计更多的是与观者之间的互动,更多的是观者的感受,而不仅仅是设计本身形象,当人们沐浴在美的光空间里,感受到的是与自然和谐的舒适与优雅。奥运中心区是中国第一次举办奥运会的场所,对于中轴大道照明来说,设计一个好的舒适光环境是至关重要的,意味着人们是否产生往返逗留的欲望,很大程度上受所在照明环境的舒适度影响。无序单调的、昏暗的或过亮的灯光环境,只能使游客对旅游、休闲环境的兴趣力降低。而奥运中心区夜间的景观不同与白天,因此人工照明设计便成了奥运中心区的成功与否的要素之一。专业化的照明设计不仅具备所特有的光氛围,而且带来了良好的游览、休闲欲望。亮丽可以给人以愉悦,好感,无声的召唤;让人难忘、让人向往、让人不忍离去。主要以人的尺度-人处于不同空间中、人的感受、人的心理与生理感受,创建奥运公园的中轴线照明环境,以营建协调优美、生机勃勃的夜景形象,增强奥运中心区景观的吸引力和美誉度。
 
  2 中轴大中心区南北的夜间大道照明要素—灯光
 
  进入奥运中心区,首先映入眼帘的就是鸟巢、水立方、转播塔、中轴线,游人在这里逗留的时间虽然短暂,但是它却给人们留下了不可磨灭的印象,并且也在无言地诉说着中心区的整体氛围,以及29届奥运会举办地的雄伟和壮观。是人们选择该此地旅游、休闲的关键因素。光色亮度是照明空间的灵魂,而光(色温)决定了色彩,营造一个适合夜间人们的活动空间光起着至关重要作用,而对于中心区来说中轴大道人工照明又是举足轻重的,中轴是北京的中心线、是奥运中心区的中心主干道。
 
  3 灯光的基本知识及中轴大道灯光照明设计的原则
 
  3.1 灯光的基本知识
 
  (1)光的艺术魅力
 
  夜间光照的作用对人的视觉功能的发挥极为重要,因为没有光就没有明暗和色彩感觉,也看不到一切。光照不仅是人视觉物体形状、空间、色彩的生理的需要,而且是美化环境必不可缺少的物质条件。光照可以构成空间,又能改变空间;既能美化空间,又能破坏整体空间。不同的光照不仅照亮了各种空间,而且能营造不同的空间意境情调和气氛。光照的魅力可谓变幻莫测。
 
  (2)光构成原理
 
  光的本质是电磁波,可见光波长的范围为400~800nm.光分为人造光和自然光。我们之所以能够看到客观世界中斑驳陆离、瞬息万变的景象,是因为眼睛接收物体发射、反射或散射的光。
 
  3.2 中轴大道照明设计的原则
 
  中轴大道照明是一项综合的专业技术,必须坚持以人为本、准确定位、节能环保、突出效果。不同场景空间的照度,更需要一个专业管控(IPV6),来整合灯光的环境。大道照明看似简单,其实是一项专业的系统工程,其中涉及很多细节;功能、美观、经济、安全等范围非常广,就光束角和光色的运用就可以变化出很多种场景来,可想而知,在我们的照明设计过程中要怎么的精细和专注。所以在中轴大道照明设计时一定要遵循一些原则。
 
  3.2.1 功能性原则
 
  中轴大道灯光照明设计同其它空间一样,必须符合功能的要求,中轴线是中心区的南北线,既要体现照明功能性,又要展现景观视觉需求。
 
  (1)照明设计依据(如图1所示)
  中轴景观大道照明分区域作的规划,以原北京市建筑设计研究院的总规划设计为依据:
  1)高亮度区-国家体育场南路至国家体育场北路,水平平均照度33lx.
  2)中亮度区-国家体育场北路至大屯北路,水平平均照度25lx.
  3)低亮度区-大屯北路至科荟路,水平平均照度20lx.
 
  3.2.2 美观性原则
  灯光照明是装饰美化环境和创造艺术气氛的重要手段。为了对中轴大道空间进行装饰,增加场景层次,渲染环境气氛。改造中替换灯具十分重要,灯具不仅起到保证照明的作用,而且其造型、材料、色彩、比例、尺度、重量与原有的灯具基本一致。照明设计是通过灯具的功率选择、光束角的搭配、投射角与距离等有节奏的掌控,充分发挥每只灯具的输出光,使光作用最大化。
 
  3.2.3 经济性原则
  中轴大道照明关键是科学合理。大道照明设计是为了满足人们视觉生理和审美心理的需要,使中轴大道空间最大限度地体现实用价值和欣赏价值,并达到使用功能和美学功能的统一。科学合理地控制照明灯具输出光能,在照明所需区域内的将光最大化利用,从而达到节能减排目的。
 
  3.2.4 安全性原则
  中轴大道照明设计要求绝对是安全可靠的。由于中轴大道人群众多,中轴照度必须保证最小安全照度值,以避免有意外事件的发生。
 
  3.3 灯光在中轴大道设计中与光色的关系
  没有光就没有色,光是人们感知色彩的必要条件,夜间色来源于光。所以说:光是色的源泉,色是光的表现。有人说色彩是空间的灵魂,色彩决定着中心区的光的和谐,色彩现象是客观存在的,而且永恒,但是没有光的存在色彩即失去了它存在的意义,所以说在中心区灯光设计时一定要结合好色彩的使用。突出主题不能喧宾夺主,中轴照明灯光不能干扰鸟巢、水立方的夜景效果。
 
  4 中轴大道照明布局与功率分布
 
  4.1 照明布局的形式
  照明布局:29座景观灯柱沿中轴线的东侧布置25座、鸟巢至水立方的庆典广场布置了4座。重点照明是南北中轴线和东西线(鸟巢正门至水立方正门)。形成南北,东西光带。
  (1)基础照明
  所谓基础照明是指大空间内所需范围的全部基本的照明。重点照明在于大空间内所需范围内重点区域照明,亮度有适当的比例提高。给中轴线形成阶梯照度格调,基础照明是最基本的照明要求。除注意水平面的照度外,还要考虑适当的垂直面的照度。
  (2)功能与装饰照明
  功能照明-以原北京市建筑设计研究院的总规划设计为依据,分三个区域;
  1)高亮度区;水平平均照度33lx.
  2)中亮度区;水平平均照度25lx.
  3)低亮度区;水平平均照度20lx.
  装饰照明-通过对灯具投射角度和照射距离的控制,将中轴线照明光形成南北走向的光带,东西同样手段使鸟巢和水立方门对门形成光带,并形成南北、东西的十字照明光带的景观灯光。这样既满足了基本功能照明,又满足了景观艺术照明效果。
 
  4.2 夜间灯光在中轴线设计中的重要作用
  奥运中心区在全国已成为一个重要的著名旅游景观地,而中轴大道是中心区的重要中心主干道。夜间中轴线的照明设计显得至关重要。没有光就不存在空间。光照的作用,对人的视觉功能极为重要。表达照明空间形态、营造环境景观气氛的基本元素,是中轴照明设计主要中心,将中轴大道照明融入周边整个照明环境其中,形成空间的层次感和各建筑物的区域划分,恰到好处地把奥运中心区的南北空间已灯光串联,形成东西呼应、贯穿南北的光空间景观效果。
 
  4.3 中轴大道各段区灯光设计和照明手段(如图2所示)
  此次改造依照2008年北京市建筑设计研究院,所规划的照明设计-分为三段;
  (1)高亮度区
  (2)中亮度区
  (3)低亮度区
  景观灯柱共计29座,外形形似棵银杏树,有五个“枝叶”,“银杏树”的最大直径为12米,五片“叶片”的高度分别为P1-25米、P2-22.9米、P3-20.8米、P4-18.7米、P5-16.6米。灯具安装在“叶片”的下方。中轴大照明不同与一般的道路照明,总体规划中将大道照明定性为公园、景观照明。大道照明的灯光不能影响和干扰鸟巢、水立方的景观灯光。2008年实施该项目时,对光的合理应用进行深入研究和设计,将照明光相对分布和集中在所需照明区域。当时光源采用HID,功率分别为250W、150W、70W.改造后功率(LED)150W、100W、50W、30W。色温:4200K与HID基本类同。照度2008年测得;高亮区42lx、中亮区31lx、底亮区22lxl改造照明设计照度值为高亮区43lx、中亮区35lx、底亮区25lx.经第三方(国家建筑工程监督检测中心)检测照度值全部满足设计要求。本改造中主要作灯具一对一替换,功率分别为150W、100W、50W和30W。照明方式手段与2008年是一样的。只是在LED灯具的光束角更给于优化,使得灯具输出的光能,驱至于所需的照明区域。使光能的利用最大化,从而达到节能目的。总功率改造前为;182.62kW,改造后为103.53kW.使用LED灯具节能百分比为43.31%。
 
  4.4 电脑辅助设计(如图3所示)
  在对奥运中心区中轴大道照明改造设计前期,反复勘察现场,对原先照明方式深入分析研究,最终一致确定为南北、东西的十字照明光带的方案。再在用电脑进行模拟,刻画地将照明效果朝着设想的方向去实现。
 
  4.5 IPV6场景控制
  IPV6控制着奥运中心区的所有照明、喷泉、监控、显示屏等的控制。中轴大道照明控制分三个场景(节日、双休日、平时)。每座景观灯柱照明灯具共计五十套,分五圈控制灯具,一圈十套。各种场景的照度曲线如图4~图6所示。
 
  5 结束语
 
  北京奥林匹克公园中心区景观灯柱照明改造工程从设计到实施,周期短,时间紧,基本是边施工、边完善。项目完全保持景观灯柱原有的设计外形,满足了2008年北京市建筑设计研究院的总规划中的照明设计的各项指标。LED色温和原色温基本一致。成功地应用了高杆用小功率LED灯具作照明的案例。很好地控制光的外溢,确保了鸟巢、水立方、玲珑塔夜景灯光不受干扰,使中轴景观大道照明的亮度比得到了平衡。大道总平均水平照度30lx,中轴线照度100~50lx,眩光指数平均<27,单位能耗:为<0.68W/m2,总功率从182.62kW降到103.53kW.使用LED灯具节能百分比为43.31%.营造了一个高效、节能、舒适、安全、经济、有益的环境,并充分体现现代文明的照明“绿色、科技、人文”的理念。
 

 
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