大泉洞照明设计与实践

2012-08-15杨志清

照明工程学报 2012年1期

杨志清

(桂林理工大学博文管理学院，广西桂林 541004)

1 前言

大泉洞位于湖北省崇阳县青山水库库区上游和白崖山的东南麓，洞深约600米，由钟乳石组成的景观众多，如“斗米滩”、“饮马槽”、“水帘洞”、“海石花”、“三士相会”、“双猪斗虎”、“二龙戏珠”、“八仙过海”、 “九龙下海”、 “金丝龙幔”、“红楼大观”等，千姿百态，鬼斧神工，俨如一座奇异的艺术宫殿，具有较高的旅游价值。大泉洞于上世纪九十年代由当地村民简易开发后对游客开放。洞内游览设施极为简陋、落后。供电线路空中飞架，景观照明和游览道照明功能不分，景点灯光没有进行专业设计，毫无美感可言。为此，笔者依据“科学、艺术、自然、幽幻、协调、安全和方便游客”［1］的游览洞穴设计原则，对大泉洞灯光从供电、控制、灯光效果几方面进行全面设计改造，改造后的大泉洞灯光效果优美，控制技术先进，受到游客的好评。

2 光源的选择

游览洞穴照明所用的光源灯具有别于建筑物照明，既要表达洞体气势的宏大、层次的深远及各类沉积物形态美、质地美、立体感等多方面。在灯光设计时，又要更多的从照明艺术装饰效果考虑。而且，还要考虑洞穴对外开放时的成本控制。为此，大泉洞灯光改造选用了以下的光源灯具。

1)金属卤化物灯

金属卤化物灯光效高、显色性好，主要用于洞内空间宏大、高大挺拔的景观、景点的照明。该光源用于洞穴照明的主要缺点是不能瞬时点燃，启动点燃熄灭后需要间隔4至8分钟才能再次启动。

2)高频无极灯

高频无极灯具有节电、光效高、瞬间点燃、亮度高等优点，是大泉洞主要使用的光源。其主要缺点是需要高频电源，电子线路较为复杂，在潮湿环境中使用寿命不长。为此，将高频无极灯用于游览洞穴照明需要对其进行防潮处理，以延长其使用寿命。

3)三基色荧光灯

三基色荧光灯具有红、绿、蓝、黄、白等多种色彩，功率分为20W、30W、40W，可以瞬时点燃。不同功率、不同色彩的荧光灯搭配使用可以获得意想不到的灯光效果，非常适用于洞穴中对光色要求较高，且空间较小景观的照明。需要注意的是在洞穴中使用荧光灯应采用电感式镇流器，配以防潮密封灯座，既提高安全性又可以获得较长的使用寿命。

4)大功率激光灯

大功率激光灯用于营造洞内特殊景点的灯光效果，需要进行全密封防潮处理。

5)PAR灯、LED灯

主要用于洞内较小的景观、景点。

6)白炽灯或小功率节能灯

主要用于洞内游览道照明，灯具则选用造型别致、光照具有方向性的田园灯具。

3 灯光控制系统设计

3.1 大泉洞灯光控制系统设计

目前国内旅游洞穴的游览模式普遍采用游客在导游的带领下，沿着游览道从洞穴进口到出口依次游览洞内景点。对景点灯光的要求是人来灯亮，人走灯灭或者人走灯延时灭。为达上述目的，大泉洞灯光控制系统需要达到下列要求:

1)在进洞口集中控制，沿游览道分散控制。2)控制方式灵活多变，调整方便、快捷。3)控制系统安全、可靠。要在任何情况下，均能保证灯光的正常启动。

4)程序控制方便，易实现声光电变化。

5)防潮性能好，可在高湿度的环境下长期工作。

根据以上要求，大泉洞灯光控制系统由三台PLC灯光控制柜组成，每台控制柜的核心是PLC(可编程序控制器)，相邻控制柜之间具有双向通信功能，可实现上下控制柜之间的联络，通过软件编程可以很容易地实现各种灯光控制方式。

3.2 大泉洞灯光控制方式

3.2.1 控制元件

控制元件主要用于导游在游览道上完成对洞内各景点灯光或各段路灯的开启或关闭操作，分为干簧管、红外遥控器件、声控器件等。干簧管以其结构简单，性能稳定可靠，误操作率低，在洞穴灯光控制中广为使用。大泉洞灯光操作系统的控制元件即采用干簧管。干簧管的常开触点作为PLC的输入信号。在游览过程中，导游用专用磁铁碰触干簧管，相应景点的灯光或路灯就会自动开启。

3.2.2 大泉洞灯光控制方式

(1)顺序控制

导游员按游览顺序操作当前景点的磁控开关，当前景点的景灯即可自动开启，与此同时已游览过的上一个景点的景灯自动熄灭。为了获得更好的观赏效果，当游客安全到达某一个景点后，游览道上的路灯自动熄灭。

(2)景灯全开全关控制

当游览处于高峰时，只需在入洞口总控室操作景灯全开磁控开关，即可实现洞内灯光全部开启。洞内特殊景点变化灯光，导游仍可单独操作，实现单向游览时的变化效果。游览结束时在洞口将洞内灯光全部关闭，控制简练，稳定可靠。景灯全开采用分段延时开启，以避免所有灯光同时开启时电流过大，对电网造成冲击。

(3)路灯控制

①路灯分段控制:景点讲解完毕后开路灯，使游客能够顺利安全地到达下一景点，与此同时当前景点灯光在开路灯的同时即时关或延时关。游客到达下一景点后关路灯的方式有两种:开景灯即时关路灯或者开景灯延时关路灯，具体选择那一种关路灯的方式依现场情况而定。

②路灯集中控制:在洞口设置路灯全开和路灯全关磁控开关，分别操作路灯全开和路灯全关磁控开关，即可实现洞内路灯全部开启和关闭的目的。对高峰期电工维修、打扫洞内卫生等，此控制尤为重要。从控制级别来说，路灯集中控制的级别高于路灯分段控制，当处于路灯全开模式时，路灯分段控制不起作用。

4 供电与防雷系统设计

4.1 供电系统设计

安全可靠地向洞内供电，确保洞内灯光的正常开启和控制系统的正常运行，是游览洞穴向游客开放的首要条件。为此大泉洞的供电系统采用三相五线制，并采用独立的双回路供电系统:市电回路和备用电源回路。市电回路由洞口附近的电力变压器供电，是主要的供电方式;备用电源回路采用柴油发电机发电，当市电出现断电时则切换到备用电源回路由柴油发电机向洞内供电，保证洞内灯光和控制系统的正常工作，是备用供电方式。

4.2 防雷系统设计

本次设计在洞内安装了三台PLC控制柜，选用日本OMRON公司生产的高品质PLC。随着高标准旅游洞穴的开发，洞内计算机网络的建立和选用众多高品质的电子产品，游览洞穴防雷设计至关重要。游览洞穴一般都位于山区，供电电源要经过较长的架空线路才能引入到变压器高压侧，经变压器降压为380V/220V后向洞内供电。变压器的中性点可采用接地或不接地方式。大泉洞洞口附近的供电变压器采用中性点不接地方式。当变压器高压侧供电线路遭受雷击时，不会导致零线电位迅速抬高从而保护洞内电子设备尤其是PLC。因此，大泉洞防雷系统的第一个防雷措施是向洞内供电的配电变压器采用中性点不接地供电方式;第二个防雷措施是PLC控制柜内PLC的工作电源由隔离变压器提供，隔离变压器原副边的电压比380V/220V，原边电压为380V，由双火线直接供电，副边电压为220V，作为PLC的工作电源;第三个防雷措施是将PLC的接地端子按厂家的要求单独接地，接地线和接地电阻要符合厂家的要求。

5 灯光效果设计与实施

游览洞穴照明有较强的装饰与艺术效果，它不仅要为广大游客提供舒适的视觉条件，更需要通过各类光色的协调，使幽静、漆黑的洞体环境具有某种气氛和意境，体现洞穴沉积物形态风格，增加艺术美感，最大限度地满足人们审美要求。大泉洞灯光效果设计主要运用人工光的扬仰、隐现、虚实、动静及控制投光角度和范围，以建立各景点光的构图、秩序、节奏和渲染空间变幻效果，改善空间比例，强调趣味中心，增加空间层次，明确空间导向，在背景亮度较低的情况下，突出“明框效应”，吸引游客的注意力，以最大限度达到灯光设计意图所刻意创造的空间和景观。采用二维、三维布光以及电视照明、舞台舞厅灯光、摄影灯光等综合布光方法。运用“虚实置景”的手法，在明亮的背景灯光下，突出景物的形态，犹如“剪影”般的效果，让游客发挥想象，各景点之间，光色过度合理。