彩虹效果在桥梁夜景照明中的应用
2020-07-18何杰上海莱奕亭照明科技股份有限公司上海201803
何杰 上海莱奕亭照明科技股份有限公司,上海 201803
0 引言
卢浦大桥于2003年建成,大桥全长约3.8km,主桥为主跨550 m全钢结构中承式系杆拱桥,是当今世界跨度第二长的钢结构拱桥,也是世界上首座完全采用焊接工艺连接的大型拱桥。桥身呈优美的弧形,如长虹卧波,飞架在浦江之上。对于夜景照明来说,好的照明效果的呈现离不开照明载体。卢浦大桥本身的特色为:视野开阔,是世博之眼;独特的拱形,是空中的彩虹。因此,卢浦大桥夜景照明方案依托于大桥本身的特色,夜景灯光表现空中彩虹,桥两端表现桥梁结构美,悬锁则与整体桥梁形成刚、弹美。桥腹部采用灯光打亮,在水面形成倒影。重大节庆表演模式可在桥腹进行动态投影。卢浦大桥夜景照明的重点是如何将灯光与大桥结构紧密结合,呈现出彩虹桥的效果。文章将结合卢浦大桥景观照明提升工程的实施,阐述彩虹桥的实现。
1 彩虹灯照明设计
1.1 工程背景
卢浦大桥主拱长度为620m(如图1所示),拱肋外侧立面高度为8m(如图2所示)。此次针对卢浦大桥主拱拱肋外立面进行夜景照明设计,采用传统LED变色投光灯和LED彩虹图案灯投射,在主拱位置形成流光溢彩(如图3所示)和真彩虹(如图4所示)两种效果展示。
图1 卢浦大桥主拱立面图
图2 拱肋截面图
图4 卢浦大桥真彩虹效果图
1.2 设计分析
采用传统LED变色投光灯(如图5所示),灯具参数为170W、AC220V、RGBA、35°光束角、DMX512控制,投射主拱拱肋外立面,形成连续均匀的光斑,通过控制,在拱肋外立面形成流光溢彩的追逐效果。
采用LED彩虹图案灯(如图6所示),灯具参数为165W、AC220V、7500K、90°光束角、DMX512控制,内置彩虹涂层玻璃片。采用 DMX线性调焦,0-100%线性调光,通过投射在主拱拱肋外立面形成连续的彩虹光斑。
图5 LED变色投光灯
图6 LED彩虹图案灯
通过以上两款灯具投射,呈现两种彩虹效果。照明效果呈现的难点在于:(1)两款灯具如何集成在1根灯杆;(2)灯杆悬挑距离的确定;(3)LED彩虹图案灯如何完美地呈现效果。
为了解决上述难点,工程实施前,利用现场原有安装支架做了大量实验。首先,两款灯具每款点亮3套灯具,通过调节灯杆悬挑的长度,捕获最佳效果。根据现场的试验,对于LED变色投光灯,灯杆悬挑距离在2.5-3 m范围内,照明效果均能符合设计需求。LED彩虹图案灯的实现原理既是利用LED图案灯成像,通过定制的彩虹图案片,在卢浦大桥主桥拱投射出彩虹图案。单灯实现彩虹效果不难,难点在于多套灯投射的彩虹光斑边界能够很好地融合,呈现出一道完整的彩虹。为此,在现场试灯的同时,做了诸多数据的测量。
通过试灯,测算出灯具投射的彩虹光斑将主拱拱肋外立面面覆盖满(如图7所示),同时考虑投光灯的投射效果以及悬挑结构的安全性及可靠性,最佳的投射距离为2.8 m。
图7 LED彩虹图案灯试灯照片
2010年,为了迎接上海世博会,卢浦大桥曾实施过夜景照明工程。当时,大桥的主拱位置只设计了LED变色投光灯,灯具安装支架采用的方式是小方管套大方管形式,固定灯具的小方管悬挑杆为抽拉式。该安装支架的弊端在于,由于前段悬挑杆为抽拉式,无法做好所有的悬挑杆悬挑距离的一致性,且抽拉式支架固定方式不利于后期的维护。此次卢浦大桥夜景照明设计中加入了LED彩虹图案灯以实现彩虹表演模式对卢浦大桥主拱灯具安装支架做了针对性的优化。
所有LED彩虹图案灯投射距离的一致性是实现彩虹效果连贯性的第一要素。考虑到后期维护的便利性,结合LED变色投光灯和LED彩虹图案灯的最佳投射距离,两款灯具同时满足安装的要求,设计出了1款可旋转双灯头安装支架,如图8所示。
图8 双灯头可旋转灯具安装支架
LED彩虹图案灯光斑投射在主拱拱肋外立面,通过调节镜头与彩虹图案片的距离来调整彩虹光斑的清晰度。通过调焦,将彩虹灯光斑从清晰调节到模糊,形成朦胧的彩虹效果,如图9所示。
图9 DMX调焦
主拱灯具支架的固定点为卢浦大桥钢箱梁的锚耳,其间距并不是一致的。为此,测量了每个灯具支架之间的间距,给出了详细的尺寸作为彩虹图案片(宽度)制作尺寸,如图10所示。
图10 (a)灯杆支架测距示意;(b)测量数据图
根据测量出来的灯具间距数据,设计了4款图案片规格,如图11所示。根据测量出来的灯杆之间的间距,分别制作在2.8 m悬挑距离投射形成光斑的宽度为2.8 m、2.6 m、2.0 m和1.8 m的彩虹图案片。
图11 彩虹图案片制作图
2 工程实施与调试
卢浦大桥主拱长度680 m,上下游两侧主拱拱肋外立面安装定制旋转双灯头,安装支架486套,每套支架安装LED变色投光灯,LED彩虹图案灯各1套。灯具遵循DMX512协议,每款灯具可设置地址,可以控制到每个单灯。
安装顺序为:桥架安装,电源线、信号线敷设,双灯头旋转支架安装,灯具安装,灯具电源、信号接线,分段上电调试(电路部分),旋转支架推出,角度调试,整体效果调试。
LED变色投光灯与LED彩虹图案灯为独立两套系统,现场敷设了两排桥架,一排桥架对应LED变色投光灯,一排桥架对应LED彩虹图案灯。桥架内加装隔板,用于配电和信号回路敷设[1]。
配电回路采用三相五线制供电,灯具间隔接入A、B、C相。信号回路采用超5类网线。每个分控器采用单模光纤连接到桥头堡控制中心。
双灯头支架为分体式组装支架,分为基座杆和旋转杆两部分。先安装基座杆,再安装旋转杆,如图12所示。
灯具安装在旋转支架前端横担上,横担上按照灯具自身支架的螺丝孔距预先开好螺丝孔,采用止退螺母拧紧,如图13所示,灯具自带防坠落钢丝绳[2]。
图12 双灯头支架安装照片
图13 灯具安装照片
为了保证灯具接线在接线盒完成,灯具生产时就对厂家提出了灯具出线长度要求。对于LED变色投光灯,要求灯具出线长度为8m,对于LED彩虹图案等,要求灯具出线长度为4 m,灯具出线采用不锈钢金属软管保护,从灯具安装支架方管空腔内敷设至接线盒,完成接线。
灯具安装完毕后,开始进行调试。调试分为3步。第1步进行分段电路调试,即按照每个控制回路上电进行调试;针对单个控制回路,每款灯具按照其地址逐个点亮,检查整个回路信号传输是否正常,灯具地址码是否与预设地址一致。第2步根据当初试灯时获取的基础数据,进行灯具偏转角度的设定,即灯具与自身安装支架之间的角度,此角度直接影响投射彩虹光斑垂直方向的尺寸;同时检查灯具自身安装支架与双灯头安装支架横担是否保持平行,此位置偏差直接影响投射彩虹光斑的垂直度。完成前两步调试工作后,第3步就是将旋转灯杆推出,再次检查彩虹光斑在卢浦大桥主拱拱肋外立面的投射成像效果,针对个别有问题的地方在进行微调。
LED变色投光灯和LED彩虹图案灯变化效果编辑的首要条件是要制作灯具布线图。灯具布线图的绘制基于根据控制架构图和弱电控制图。每个DMX512分控器尤其对应的IP地址,每个DMX512分控器的端口有其对应的ID,每个端口带载的灯具有其地址[3]。从而,现场每套灯具的安装位置将映射到布线图上唯一的位置,如图14所示。
图14 灯具布线图
在形成的灯具布线图基础上,制作动画画布。根据 LED变色投光灯和 LED彩虹图案灯的效果需求,导入对应的动画效果,从而形成流光溢彩、彩虹追逐的绚丽效果。
此次卢浦大桥夜景照明中选用的LED变色投光灯和LED彩虹图案灯除遵循标准的DMX512协议外,还遵循RDM管理协议。通过RDM管理反馈,可以从主控电脑端查看每套灯具的电流、工作温度,实现故障报警等功能,方便灯光的运营及维护。最终效果如图15所示。
3 结论
文章在LED彩虹图案灯效果设计时,采用了定制可旋转双灯头安装支架设计,解决了灯具投射距离一致性的问题。同时,根据灯具之间间距的测量数据,定制了4套规格的彩虹灯图案片。调试时,分3个步骤逐步调试,确保了彩虹图案的完美的边界融合。最终,让彩虹效果在卢浦大桥完美呈现。真彩虹的照明效果为国内首次应用在桥梁夜景照明当中,为以后彩虹效果在桥梁夜景照明中大范围的应用提供了经验参考。
图15 实景效果图