城市大事件下的设计探索——世博文化中心建筑室内外照明设计实践

林 怡 郝洛西 杨 秀 吴维聪

(同济大学 建筑与城市规划学院，高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室，上海 200092)

以天外来客姿态坐落于浦江南岸的世博文化中心 (原名世博演艺中心)，自2006年7月公开征集概念性设计方案位之初就受到社会各界的广泛关注。世博文化中心是世博园核心区“一轴四馆”中唯一一个以文化娱乐为功能定位的建筑。它满足了世博会期间大型文艺演出的需求，也将在世博会后常年举办各类文艺演出或庆典活动，也将成为举办NBA赛事的中国赛场。它的照明设计一方面需要体现出文化娱乐建筑的个性特征，考虑使用上的延续性;另一方面，得天独厚的地理位置，以及作为世博会开闭幕式的会场，它又被赋予多层面的期待。因此，它的照明设计从某种意义上具有了更多的社会“使命”，也受到更多方因素的影响和限制。“生态、绿色、节能环保”的世博主题是必须满足的设计要求，“创新科技”与“艺术表达”的统一也是世博建筑应具备的特质。在世博文化中心的设计建造过程中，照明设计团队在世博背景下综合各方需求进行了大量繁复的设计探索工作，完成了综合性最佳方案，实现了从概念到现实的跨越。

1 设计背景

世博文化中心位于世博园核心区，世博轴以东;西侧与庆典广场相连，与世博中心相呼应;北临黄浦江，与世博浦西园区隔江相望。整个文化中心占地面积2万多平方米，总建筑面积14万平方米。面对有限的基地以及绝佳的滨江环境，华东建筑设计研究院的建筑师团队采用的弧形曲面形态，使得建筑柔和、轻盈地悬浮于绿色基座上，演绎了滨水建筑的一种坚持，在保证强烈的自身个性的同时，又与环境完美地和谐共生 (图1)。此外，建筑设计在总体上还充分考虑了技术的合理性、可实施性及生态环保要求，通过整合绿色生态基座、节能表皮等元素实现了建筑与环境共生的完美契合。为配合绿色生态的设计理念，也建议尽可能采用可行的最新照明科技，进一步完善“绿色建筑”。

图1 世博文化中心效果图 (华东建筑设计研究院提供)

2 建筑外观照明——研究型设计

对于世博文化中心的建筑外观照明设计，建筑师团队在设计之初已有基本的设想，期望能将文化中心上下壳面通体照亮，突出表现建筑超曲面椭球体的整体造型。

然而相较一般建筑的常规外形，世博文化中心这个外观流畅的大尺度悬浮体并不利于总体投光照明。其下壳部分由中间向外升起，可采用放置在地面的LED投光灯由下而上进行投光，相对较容易实现。但大尺度上壳的投光是整个设计的难点。超曲面弧弯上壳的平面并不是个正圆形或椭圆形，边界到平面形心的距离在80～100m不等，上壳总高15m，最高点距室外地坪41m。从各个角度来看都是不对称的，要想投光均匀显然是破费周章之事。因此，照明设计团队针对世博文化中心外观半导体照明的技术手段和照明方法进行了专项研究。

团队首先利用计算机软件对于立杆投光照明方法进行了模拟分析。结果显示如要获得较好的均匀度和亮度，即便是采用大功率的金卤灯具，安装高度也至少应在46m左右，灯具总功率则达190kw。这种投光方案能耗较大，均匀度也较难控制。如改用大功率LED投光灯其投光效果及总功率则将更难保证。而且，这一照明方式所产生的立杆灯阵势必极大地影响文化中心以及世博庆典广场的日间景观，因而这一照明方案很快就被业主和相关领导否定了。

如不采用立杆投光，而在世博文化中心光滑的壳体表面放置投光灯具，显然更将破坏整个壳体表面原有的圆润光滑的质感，严重影响建筑日间景观，不宜采用。于是又有人提出了日间藏在壳体内侧，夜间升出屋面进行投光的升降式照明体系。考虑到半导体灯具的可能性，该方案设计了厚度不得超过18mm的超薄的半导体线型投光灯，沿外壳幕墙的25mm宽的水平板缝分散布置，在夜间通过牵引式传动装置升高于上壳面向上投光 (图2)。这样，理论上解决了日间景观与夜照明的矛盾，也充分发挥了半导体小体积、大功率、高光输出的特点。因此，该方案成为建筑设计团队较为认可的方案之一。但该方案照明效果究竟如何，由于灯具必须定制，安装节点也需专门设计，是否有可行性仍是需要进一步研究的课题。

图2 升降式照明体系构造节点

针对该升降式照明模式，团队又分别进行了照明总体视觉效果的计算机软件模拟研究、特制灯具实验室测试分析和等比例的模型现场实验研究，分别针对总体视觉效果、灯具技术参数以及实际效果进行论证 (图3～图6)。然而，受到机械系统的长期稳定性、灯具的出光品质、上壳的光照均匀性、眩光及逸散光控制等关键问题的影响，实验效果并不理想。考虑到某些问题短时间内难以解决，壳面升降式照明系统在现有技术水平下也并不理想。

图3 计算机模拟效果

图4 实验室测试

图5 等比例实物模型现场实验场景

图6 实验过程中从侧后方看到的强烈眩光

立杆投光影响景观，分散式升降照明系统又难以实现预期效果且可靠性难以保证，世博文化中心的上壳的照明似乎走进了“死胡同”。于是，设计团队又进行了大量的发散性设计研究论证工作，在多轮次与市委宣传部、世博局、业主单位、建筑设计团队等相关人员的讨论后，考虑到世博文化中心的重要性和示范性，最终决定通过增加散布在上壳的圆形“采光窗”洞使建筑上壳呈现繁星点点的星云效果。而在需要重点表现的节假日，则采用地面车载升降照明系统适当增加上壳的总体表面亮度(后因工期等原因暂未实现)。

世博文化中心建筑外观最终采用了上壳圆形采光窗内透照明，结合下壳投光和环廊局部内透的照明方式，实施效果较好。在世博园区中，世博文化中心夜景形象突出，并与园区环境整体协调 (图7、图8)。这次的设计过程显示出前期实验研究对于最终方案决策具有关键的指导作用，保证了良好的艺术效果，同时也实现了经济性和节能性 (外观照明总功率121.5kW)。

3 室内照明——节能型设计

照明设计团队还对于世博文化中心除多功能剧场 (以NBA赛事要求进行体育照明设计)以外的室内公共空间进行了室内照明设计，在保证视觉效果、功能需求上的同时，专门考虑了节能设计要求。照明设计团队首先根据世博文化中心的室内空间构成、功能需求以及装饰风格意向，将其室内空间分成不同的类型，分别控制在几个不同亮度水平范围内。通过总体上控制亮度水平避免了过度照明，同时又保证了明暗对比的可能性，突出了诸如多功能剧场等重点空间，从设计角度对室内照明能耗进行有效控制。而在每一个具体的室内空间中，设计团队则强调了空间的特性，有针对性地进行照明方式、光色指标、灯具配光等技术指标的选择。

图7 浦西看世博文化中心

图8 庆典广场看世博文化中心

例如，大多的公共建筑主要入口为解决大量人流疏散问题，通常会采用较高的照度指标，呈现快捷高效的视觉效果。但世博文化中心的两个主要入口大厅的照明，没有一味追求高亮度，而是将其定位于观众可驻足停留、欣赏美景、轻松交流的公共空间，选择了相关设计标准的下限值。大厅采用了直接照明与间接照明结合的方式，采用为数不多的几盏暖光色下照灯具在入口区域地面形成相对清晰的成行的圆形光晕，打破了地面原有的单调和平淡，也形成一定的场所感 (图9)。配合安装于入口立面结构桁架上的投光灯向上打亮顶部钢结构，突出了建筑自身特点，避免了形成通过性空间的视觉感觉，进而创造出一种舒适、柔和的光环境氛围。此外，大厅墙面还设有专门设计的大尺度“LED数字媒体艺术界面”，平和、柔缓地进行着艺术图像的表演，形成动静皆宜，富有强烈艺术感染力的室内场景。两个大厅现已成为世博观众最为喜爱的留影地。

图9 西入口大厅

而三层公共环廊则是形态较为狭长，相对单纯的疏散空间，通道侧墙采用的是冷色调的深蓝色墙漆饰面。为保证墙面色彩的鲜艳度，设计团队选用了较高色温的冷白光进行照明。其他层面环廊则会根据室内装饰色调适当进行调整 (图10、图11)。

图10 三层环廊

考虑到环廊使用上具有很强的时段性，进场时段、观看演出时段、散场时段、维护清洁时段分割明确，对照明的要求也都有所不同。关键是散场时段，将会有大量的人流在短时间内通过环廊疏散。为保证人流的快速、便捷地通过，设计团队以散场所需的最高照度水平设计全功率时的照明系统，通过分路控制设计调节照度水平以适应不同时段的照明需求。

图11 六层环廊

此外，设计团队还利用照明设计软件对典型空间进行模拟计算，以辅助灯具的选择与安装间距的确定等设计工作。在满足照明数量的前提下，减少灯具的安装数量和功率密度。通过具有针对性的设计考量，设计团队根据实际需要提供恰当的光照的照明策略，在兼顾照明设计质量的同时，实现节能高效的照明;在保证视觉效果的同时，从设计源头实现了照明节能设计。

4 室内装饰照明装置——创新型设计

世博文化中心室内空间总体风格简洁、明快、现代，主要表现建筑自身特点，而没有过多的装饰。但作为文化娱乐建筑，缺少装饰也可能意味着缺少兴趣点，而过于乏味。因此，在和室内设计团队经过多轮次地交流后，根据世博文化中心的室内风格定位，在西、南入口大厅设置“LED数字媒体艺术界面”装置作为视觉焦点，从视觉与光照的角度给予观众明确的方向感和空间界定，并通过改变数字图像，满足不同的气氛营造等要求。

这两个“LED数字媒体艺术界面”装置——“绽放”和“东方之梦”(图12、图13)，是从上百个同济学生光艺术装置作业中精心挑选出来，最符合世博精神，也最符合世博文化中心性质的设计原创。该设计概念是在普通的LED显示屏前增加光介质层和图像承载层，从而改变直白的数字图像，形成更丰富、更奇幻的视觉表现。例如此次采用的两个装置就分别采用了刻纹马口铁和白色、黑色半透明塑料薄膜 (实际使用了黑白垃圾袋)(图14、图15)。同样的视频文件，通过这两个光介质层则产生了完全不同的艺术效果，一个如太阳光晕般绽放，另一个则如中国水墨画般渗晕开。此外，因中间光介质层的参与，LED基层的发光点已柔和为一片光晕。进而，LED基层的像素点密度对于图像的呈现也变得不太重要。在实验室、现场的多次实验后，确定了基层LED间距为40mm×40mm，粗略估算比一般显示屏减少了70%左右的能耗。

图12 LED数字媒体艺术界面—— “东方之梦”

图13 LED数字媒体艺术界面—— “绽放”

由于装置的光介质层是重要的成像因素，需要专门进行介质层的图像设计和实验模拟才能保证最终的效果。因此，整个设计过程也经历了无数次的实验室、现场的实验模拟及测试。在室内装饰完成了LED基层和图像承载层的安装施工后，也是由设计团队在现场手工完成光介质层 (图16～图18)。从概念设计到实际施工，整个设计经过两年探索，先后共有近70名本科生、研究生参与了该项目的设计与实验工作，开拓了一种新的创新型设计方法。

图14 “东方之梦”的构造系统详图

图15 “绽放”的构造系统详图

图16 实验室实验

图17 现场实验

图18 现场制作

作为世博会永久性建筑的世博文化中心，它的设计全过程中受到了一般建筑所不曾有的关注，因而也带来了诸多的要求和限制。照明设计团体则始终坚持研究性设计，以国家863计划课题、上海市科技攻关项目为支撑，在设计全过程中秉承科学的研究态度和方法，通过计算机模拟、现场实验等方法对关键性技术难点进行研究论证;力图发挥高校设计力量的优势，敢于创新，永不放弃，在建筑中充分发挥光与照明的主导设计作用，推进照明技术在场馆中的集成应用;并将工程实践与教学实践相结合，探索新的创意设计模式。当然也正是世博会这样一个城市大事件，才提供了更为宽广的设计平台，允许更多的创新实践，也让更多的精彩创意得以展示。世博会现已落幕，但这种以实验和研究为基础，以科研成果为支撑，以创意教学为推动的设计模式仍值得我们今后继续探索和实践。

［1］郝洛西，林怡，胡国剑，杨秀，吴维聪.世博文化中心照明设计.照明设计，2010/05/06:38～41

［2］汪孝安.面向未来——2010上海世博会世博演艺中心设计.时代建筑，2009/04:49～53

［3］倪阳.永不落幕的城市舞台——2010年上海世博会世博文化中心的设计与建造过程.时代建筑，2010/03:70～75

［4］凌琳.从概念到现场——2010年上海世博会主要永久性建筑不完全工程档案.时代建筑，2010/03:13～21

［5］郝洛西.世博之光——从技术到艺术.时代建筑，2010/03:50～55