世博会主题馆建筑外观照明的一体化设计实践

2011-05-28罗奕本

照明工程学报 2011年1期

林怡曹东罗奕本王刚

(1.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;2.上海松耳照明工程有限公司，上海 200010;3.上海光联照明科技有限公司，上海 200010)

主题馆位于上海世博会规划围栏区B片区世博轴西侧，与中国馆遥相呼应。主题馆东西总长约290米，南北总宽约190米，为亚洲第一大跨度大空间展示建筑。主题馆南北两侧出挑的近20米的超大屋檐、近4000平方米的东西双面垂直生态绿化墙以及达3万平方米的屋面集中太阳能电池板都是其极具标志的建筑特征 (图1)。

然而，这个超大体量的建筑在世博园区中却是难得的低调与内敛。与临时展馆不同，主题馆是世博永久性建筑，世博会期间展出“城市、人馆”、“城市生命馆”、 “城市星球馆”的三个主题展览;世博会后还将作为多功能展览场馆，与周边中国馆、世博中心、演艺中心等建筑形成以展览、会议、活动和住宿为主的现代服务业聚集区。因此，主题馆的建筑设计更注重建筑的功能性、适应性以及细节的品质与完成度。它的建筑设计团队也更加注重各工种间的相互配合，在技术初步设计阶段就明确提出了基本的照明设计理念，并在后续的设计过程中配合相关技术团队逐步深入和完善，最终完美地实现了建筑照明一体化设计。

1 建筑照明一体化设计概念

主题馆的建筑设计通过雅致的立面分割、细腻的材质对比与凝练的构件造型，体现出一种典型的上海城市文化特质，不张扬、精致而自律。建筑设计团队以“中国2010上海世博会园区夜景照明总体规划”的相关设计导则为依据，提出以展现主题馆的建筑艺术理念为主的夜景照明概念，并提出了相对细致的设计要求，诸如，夜景照明应主要表现出挑的屋檐、南北立面的建筑肌理以及屋面菱形母题的立体形态特征;东西绿化立面照明则不宜太亮;适当采用彩色光，可进行简单的媒体表现;主题馆建筑景观照明应主要采用LED技术实现，以体现绿色节能的设计理念。尤其对于原本已相当洗炼的建筑外观，建筑设计不希望因照明需要增加构件或影响建筑外观。因而，建筑设计团队始终强调主题馆的建筑照明一体化的设计，所有灯具和附属设备应妥善隐蔽，力图做到“见光不见灯”。因此，在整个设计、施工过程中，建筑团队作为设计主导和总控有效地指导并协调了照明技术团队的技术深化过程，较完美地实现了建筑一体化设计，在灯具与建筑构件 (幕墙)结合设计方面尤为突出。

图1 主题馆夜景

2 建筑外观照明解决方案

2.1 建筑南、北立面

南北立面是夜景照明表现最为重要的一个面。建筑师为避免室内产生布展设计忌讳的直射阳光，设计了双层幕墙体系:中空丝网印刷玻璃幕墙 (内层)+不锈钢板外遮阳幕墙 (外层)。外侧不锈钢板上开设方孔，尺寸从下至上由一米至二十公分见方依次减小，在室内、户外产生图底反转式的生动韵律感。

照明设计则依托其疏密向上递减的幕墙镂空孔，在其下方布置不同规格的全彩LED线形洗墙灯，强调立面光的节奏感。灯具安装在建筑最外层的两层皮肤之间，完美隐藏在镂空不锈钢殷钢板和中空釉点玻璃之间180mm的间隙内 (图2)。灯光柔和地照亮每一个四方形的釉点玻璃，并通过控制设计，产生光色的渐变，并形成长达288米的媒体立面。虽产生的是非常低像素的图形效果，在世博园区并不十分突出。但对于世博主题馆这个超大体量建筑，如此尺度的媒体立面却是更为符合其建筑属性及特点的。远在100米外高架步道上的游客，主题馆建筑南北立面全景映入眼帘，可感到中国世博会大尺度的震撼;但对于近距离的参观者，缓缓变化的图像却不曾带来任何视觉干扰。这也是设计团队最为乐见的效果了 (图3)。

图2 南北立面LED线型灯具节点详图

图3 南北立面双层幕墙内部的LED线型灯具

2.2 建筑东西立面

如果说南北立面良好的建筑照明一体化设计主要依托建筑设计自身所提供的设计空间，而东西立面则是进行了专门的建筑照明一体化设计和研发。

主题馆东西与通透的南北立面不同，是大面积实体墙面。为避免形成“大城墙”生硬的空间界面，设计团队用植物来柔化界面。通过协调土建、安装、幕墙、园林等团队，在斜交的幕墙格构间种植不同品种的小灌木，并形成与南北立面呼应的由下至上渐变效果，成为达5000平方米的“城市绿篱”。为配合表现这一生态绿墙，产生更为纯粹的立面效果，上海光联特别开发、生产了一款边长为91mm的菱形LED全彩点状灯具，安装于建筑结构交叉节点的菱形位置上。幕墙设计也专门设计了覆盖于格构上的铝合金装饰扣板用于照明电缆的走线(图4、图5)。通过团队协作，LED全彩贴片光源、抗紫外线PC2407注塑灯罩、铝压铸底座与建筑装饰线槽和整个墙面绿化完美结合在一起，白天几乎找不到灯具 (图6);夜幕来临后，星光灯的闪烁犹如漫天繁星的闪耀。整体的色彩变化又寓意着季节的变化，诠释了人与自然的互动。

图4

图5 菱形LED星光灯

2.3 建筑屋面

图6 东西立面格架上的菱形LED星光灯

主题馆屋顶部模仿石库门“老虎窗”正面开、背面斜坡的特点，将跨度为36m达屋面设计成为5跨连续折板结构，形成强烈的韵律感呼应着上海城市里弄肌理的韵律。照明设计为强化屋面凹凸的菱形单元，采用窄光束白光金卤灯对屋顶三角形的采光窗进行内透光照明，使得其建筑设计理念在夜晚也可得以清晰展现 (图7)。

图7 主题馆鸟瞰夜景

出挑18m的屋面大挑檐让人联想到中国古建筑传统的大屋檐，同时也给人现代建筑独有的视觉震撼。南北立面建筑挑檐分别采用立杆投光的方式打亮，烘托出展翅欲飞的动感。南北屋檐下设置的投光立杆可能是此次设计中最不“一体化”的部分了，这是为了避免向上的投光产生眩光干扰不得已而为之的做法。但为了尽量减少对建筑日间景观的干扰，照明团队通过对灯具配光的选择、投光角度的设计，在保证投光均匀度的前提下，将灯杆数量最终控制在8根以内。

3 灯光控制系统解决方案

为实现主题馆夜间多场景的灯光变幻，上海光联专为此项目开发了一套灯光控制系统。根据主题馆的建筑立面构成，将各个立面所有可控的LED灯具集中整合。以南、北立面的一个方形窗口和东西立面LED菱形灯具作为基本控制单元，组成一个超大画面，模拟飘动国旗、海宝图像、2010 Expo等动态灯光效果 (图8)。

为了使各个部分的LED灯具能够完美同步，协调演示，灯光控制系统进行了专项平面图像控制系统升级。在控制软件中将灯具在建筑立面上所处的位置与控制画面中的点位一一对应，每个小点就代表一套灯具。系统默认AVI文件是各种场景效果的子程序。设计师可通过常规的 FLASH、AFFTER EFFECT等平面动画设计软件完成图案画的创意表达，生成AVI格式文件，在系统中播放。也可通过专门开发的控制软件，对预存的多个程序进行节目编组，预先设置未来的某一天的某个时间段应该表演什么样的灯光场景效果。

图8 主题馆灯光控制系统软件界面

此外，由于不同灯具以及对不同类型LED光源的硬件驱动技术有所不同，设计团队还进行了有机整合。通过开发了嵌入式信号转接模块，将计算机输出的信号通过转接模块转换成各种类型灯具所识别的机器语言信号，最终实现各种类型灯具的同步调控，按照软件中的图像约定，变换色彩与亮度，在控制系统的硬件方面，解决了协调控制难题 (图9)。