体育建筑立面照明设计综述

2012-08-08马霄鹏李俊民中国建筑设计研究院机电院北京100044

智能建筑电气技术 2012年1期

马霄鹏 / 李俊民（中国建筑设计研究院机电院，北京 100044

体育场馆由于其占地广、体积大、建筑形式特殊等特点，一经建成往往成为当地的标志性建筑和文化娱乐活动中心，因此对该类建筑的立面照明应该尤为重视。这类建筑的立面照明设计应以宏大的建筑形式为依托，结合周围的环境艺术、并能充分体现当地人文历史、政治经济和文化背景。

1 立面照明定义

所谓立面照明又称建筑物照明，是用灯光重塑建筑物夜间景观的照明，属于夜景照明的一部分。目的是利用灯光重点烘托建筑特点，并有机的与周围环境相结合，创造一个和谐、优美和富有特色的夜景图画，以此来表现该建筑物的夜间形象。

2 立面照明通用设计原则

立面照明设计应遵循下列通用原则：

1) 建筑物照明设计应符合城市夜景照明专项规划的要求，并与工程设计同步进行。

2) 照度、亮度及照明功率密度值应符合相应国家规范的规定。选择节能型光源和高效灯具，并避免为一味追求效果，无限制的使用光源和灯具，造成能源浪费。

3) 合理选择照明光源、灯具和照明方式；有效利用不同光源的显色指数、灯具的配光曲线以及多变的照明控制方式，达到最佳艺术和视觉效果。

4) 合理确定灯具安装位置、照射角度和遮光措施，以避免光污染和眩光。

5) 慎重选择彩色光。大型露天体育场在承办一些重要比赛及演出活动时，会引发短时间内大量观众聚集和遣散问题，因此疏散指示及交通信号的突出就显得尤为重要。另外，在举办活动过程中，为了能够真实反映现场效果，有时还会运用航拍技术。所以在夜景照明设计中，夜景照明所选择的光色在保证与被照对象和所在区域的特征相协调的同时，不应与交通、航运等标识信号灯造成视觉上的混淆。

6) 照明设施应根据环境条件和安装方式采取相应的安全防范措施，避免造成不必要的人员伤亡。

3 体育建筑立面照明设计

体育建筑立面照明设计原则应突出体育建筑的功能特点，并考虑建筑主体占地广、体型庞大等特征，结合建筑物表面色彩，利用光的不同颜色，合理选择相适宜的视点，使其与建筑物及周边的广场、商业等文化环境相协调。立面照明灯具应和建筑立面的墙、柱、檐、窗、墙角或屋顶部分的建筑构件相结合，充分考虑光的投射方向、灯具安装位置对建筑物和整体艺术效果的影响。

下面以某体育场的立面照明设计为例，详细阐述体育类建筑立面照明的几种表现形式（见图1）。

图1 某体育场立面照明灯具设置示意图

3.1 泛光照明

泛光照明即利用投光装置照射建筑物的外立面，以表现建筑物的外貌特征。通常用于建筑物的主立面、侧面和轮廓照明。

用于主立面照明特别是立面大部分平坦时，投光灯多选用中光束（照射角在30º～70º之间）或宽光束（照射角＞70º）照明灯具；用于侧面或轮廓照明时，投光灯多选用中光束或窄光束（照射角在10º～30º之间）照明灯具，当为突出建筑立面某一特征时，可选用窄光束或超窄光束（照射角5º）照明灯具。

根据灯具外形不同，投光灯亦可分为圆形投光灯和方形投光灯两种。

圆形投光灯一般光束角较小，具有强指向性，为对称泛光。

方形投光灯一般光束角大，照射面积广，为非对称泛光。

选择哪种投光灯应视不同空间，不同表达效果而定。

泛光灯光源目前常用的有金卤灯、高压钠灯、LED灯，白炽灯和高压汞灯因其光效低、能耗大较少使用。

金卤灯：即金属卤化物灯的简称。在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光的放电灯，它是在高压汞灯基础上添加各种金属卤化物制成的高效光源。充入灯管内的低气压金属卤化物决定灯的发光性能，不同金属卤化物灯可制成不同特性的光源。金卤灯以其光效高、寿命长、显色性好、价格相对便宜等优势在室外照明中应用最为广泛。

高压钠灯：是一种高压钠蒸汽放电灯泡，工作时发出金白色光，高压钠灯必须串联与灯泡规格相应的镇流器后方可使用。具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点，但显色性较差，常应用于对显色性能要求不高的场所。

LED投光灯：LED是一种利用固体半导体芯片作为发光材料，在两端加上正向电压，引起光子发射产生可见光。LED投光灯多是由若干1W的LED组合而成。作为新型光源因其高效、节能、低能耗、可控性好，色彩丰富等特点在室外照明中得到广泛应用。但因其需要配套的控制芯片，价格相对昂贵。

氙灯：是一种含有氙气的大灯，又称高强度放电式气体灯。其工作原理是在石英灯管内填充高压惰性气体— 氙气，取代传统的灯丝。在两段电极上有水银和碳素化合物，通过 2.3万V高压电流刺激氙气发光，在两极间形成完美的白色电弧，发出的光接近太阳光。氙灯因其亮度高、照射范围远、显色性能好，接近于日光，启动快、寿命长等特点多用于大功率探照灯。在该体育场立面照明设计中正是利用了他的这一特点，在体育场屋顶外缘处架设若干套氙灯，通过其打出的白色光束，来烘托节日气氛，这应该算是一种特殊形式的泛光照明。

在泛光照明设计中，应合理选择不同的灯具和光源，利用光源的色温和灯具不同的投射角度，巧妙利用光色变化，以体现建筑物特有的风格和特色。如图1中③和⑥处所示，在屋面和体育场四周的底部设置金卤投光灯，重点突出体育建筑的恢弘效果，并使其轮廓、边角清晰，保证体育场建筑的完整性。另外投光灯的照射使建筑物亮度与周围环境明显区别，在光色选择上形成与周围环境的色对比，同时又保证了与周边整体环境的协调性。

表1～表3为立面照明的光源色表分组和显色性分级以及不同环境区域建筑物泛光照明照度和亮度标准值。设计者可根据不同的表达效果选择不同显色指数和色温的光源，并根据周围环境确定照度和亮度，以确保与周围环境的一致性。

表1 立面照明的光源色表分组

灯具安装时应尽量选择隐蔽灯具等照明设施，但应同时兼顾照明灯具日后的维护、保养。当照明设施无法隐蔽安装时，应使其形状、尺度和颜色与环境相协调，已达到效果上的统一，值得注意的是建筑物的入口不宜采用泛光灯直接照射。当建筑外墙采用玻璃幕墙或选用反射比低于0.2的表面材料时，也不应选用泛光照明。

3.2 内透光照明

利用建筑物的孔、洞、窗将建筑物内的光线向建筑物外透射的照明方式。这也是在体育建筑的立面景观照明设计中常用的一种表现手法，特别适用于建筑外墙采用玻璃幕墙和外立面透光面积较大或选用被照面反射比低于0.2的表面材料时。

内透光照明常用光源为荧光灯和LED灯。

荧光灯：是我们最为熟悉也是应用最为广泛的气体放电光源，在这里不再赘述。

LED灯可通过不同颜色的透过片，发射出不同颜色的光，色彩丰富且多变。

如图2所示，该体育场即巧妙利用建筑外墙上的不规则孔洞，利用LED光源变化，通过内透光的设计手法使整个建筑充满灵动活泼的气息。避免因体育建筑体积的过于庞大而给人带来视觉上的压迫感。

LED模组单元

LED投光灯

图2 不同颜色和形状的LED灯

此处灯具选用LED模组单元，其体积小、便于隐藏安装，且可根据不同尺寸的孔洞调整灯具的长短。

另外由于该体育场设有一个斜拉大拱，大拱表面选择的是一种透光性能较好的建筑材料。为了能充分表现她的完整性及宏大的特点，在大拱内同样采用了内透光照明的手法，设置若干套150W REG LED投光灯，使大拱在夜间变成一个半圆形的自发光体。如图1中①和④处所示。在这里选用LED灯，即充分利用LED灯可通过内部的控制芯片改变颜色的特点，根据不同时间及场景的设定，变换色彩，使大拱与下面幕墙上的孔洞通过不同灯光色彩的变化遥相呼应，使整个建筑变得鲜活、生动。

3.3 重点照明

重点照明是为提高特定区域或目标的照度，使其比周围区域亮的照明。其目的是重点突出建筑物上某一局部的特写如雕塑、小品等，重点照明的光影特征、亮度和光色等应与建筑整体协调统一。

在该体育场夜景照明设计中也同样运用了此种表现手法，如图1中②处所示。在每一个拉索下均设置了150W的金卤投光灯，使大拱和下面的体育场在夜间照明中形成一个整体。

表4 不同光源技术指标

3.4 动态照明

通过对照明装置光输出的控制形成场景明、暗或色彩以及文字等变化的照明方式。动态照明的表现形式有很多，如通过LED数码管或LED像素屏组成动态图案，输出影像及文字，创造一个光影结合的动态照明效果。

REG LED数码管可以实现多种效果的变化, 达到一个很好的显示效果。他是通过较高端的控制形式，控制一些功能较为单一的管子,在建筑幕墙上组成可变化的照明图案，起到幕墙的装饰作用，以米为一个计量单位。LED像素屏则是由方形像素砖或由若干LED像素管（也是一种数码管）拼接而成的屏幕，结合LED全彩视频控制系统，实现花样，文字,视频等全彩变幻，通常以m2为计量单位。特点是透光性好、色彩饱满、表现力丰富，是一种高级装饰灯具，价格相对昂贵，常应用在动态照明中。图1所示⑤处和图3中的笑脸即是利用LED数码管和LED像素屏的特点设计的动态照明。

LED数码管

图3 笑脸

3.5 轮廓照明

利用灯光直接勾画建筑物和构筑物等被照对象轮廓的照明方式。适用于具有丰富轮廓特征的建筑物，由于体育建筑的体积庞大，且外轮廓多以圆形为主，没有特别复杂多变的轮廓，因此此种照明方式并不适用于对整个建筑的轮廓进行勾勒，但可应用于为重点突出的某一局部构筑物的轮廓描述。

上述几种照明方式在立面照明设计中可全部应用，也可选择其中几种方式，关键要保证能够清晰表述建筑物的特征和所要表现的照明效果。

表5 不同规格LED像素屏的技术指标

4 配电系统及控制

4.1 照明配电系统

1）立面照明负荷等级一般按三级负荷设计，采用由建筑内的变配电室单回路放射式或树干式的供电方式供电，其供电电压为0.23/0.4kV，供电半径一般不超过0.5km。照明灯具端电压不超过其额定电压值的+5%和-10%。一般体育类建筑特别是体育场具有占地面积大、水平管线敷设长等特点，故建议可将体育场夜景照明分为4个区域，每个区域可就近从变配电室引来一路电源，设置二级配电箱，夜景照明电源末端箱再分别从该四处二级配电箱引出。此种配电方式配电灵活，可有效减少管线敷设的数量，同时可降低后期修改的影响范围。

2）在夜景照明的负荷计算时其需要系数通常取1，并应将电气附件的损耗功率计入进去。

3）三相照明线路各相负荷的分配宜保持平衡，最大相负荷电流不宜超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷电流不宜小于三相负荷平均值的85%。单相分支回路电流值不宜超过30A。

4）当采用三相四线配电时，中性线截面不应小于相线截面；室外照明线路应采用双重绝缘的铜芯导线，照明支路铜芯导线截面不应小于2.5mm2。当线路过长，电压损失超过允许范围时，导线截面可适当放大以减少线路引起的电压损失。

5）立面照明灯具均应设置接地故障保护，人员可触及的灯具配电回路需设置剩余电流保护和短路保护，对单光源功率在250W及以上者，宜在每个灯具处单独设置短路保护。

6）夜景照明系统应安装独立电能计量表。