弧形釉面陶板的灯光处理设计——VR虚拟现实技术在夜景照明上的尝试

沈 俊

上海市建工设计研究总院有限公司，上海 200235

0 引言

外立面泛光照明一般被列入夜景照明或景观照明的范畴，常用的照射方式为投光[1]，随着越来越多LED产品的介入，外立面泛光照明根据建筑外立面材质的不同分为两种模式：一是以实体化材质为载体的表现模式，如石材类多用外投光为主手段来达到洗亮效果；二是以虚透化材质为载体的表现模式，如玻璃幕墙多用内嵌光为主手段来达到点缀或勾边的效果。文章探讨的问题是结合具体项目，将立体化材质这一新型建筑外立面作为研究对象，从只注重形式的设计转移至探究本源的更深层次的设计解决方案。

1 项目概况

某建筑外立面为多曲面流动造型，建筑风格与纽约古根海姆博物馆类似，线条相当优美典雅，与临边一路之隔的标志性建筑外立面相互呼应。紧临建筑采用黄色琉璃瓦，在阳光的照射下熠熠生辉，在夜晚灯光下呈现出巍峨、庄重、神圣的氛围。建筑师考虑到外立面丰满而极具张力的曲面造型感，在大胆尝试并论证后选用弧面造型的陶板为基底，为了得到理想、合适的颜色，采用上釉的手法，因为釉的颜色可以任意调制，而且在光的映衬下会变得更有光泽。

建筑朝向城市级主干道，改造成釉面陶板的弧形连续立面为主要表现面。改造前的外立面为平面型，年代久远，缺乏保养，存在严重的破损，急需进行改造升级。设计师在综合考虑效果、成本及养护后，选择米黄色的弧形釉面陶板，此类材质极少在商业类型的项目中使用，这是一次设计创新。

2 项目重难点

釉面陶板是一种特殊的、非常规的材料。如果建筑外立面大规模选用米黄色釉面陶板（见图1），其具备的高反射率特质会减弱对光的附着性。如何更好地为夜景照明增光添彩，是项目的一大课题。通过实测可以清楚地观察到，在灯光照射下，釉面上会产生光斑，距离、入射角不同，产生的情况也略有不同。从个体上升到整体，立面上数以万计的釉面陶板之间的拼接结构如果控制不好，甚至会形成大面积规则性的连续光斑。同时，如在同一高度的水平线上进行近距离的直射，照明效果会大打折扣，产生严重的反射光斑，类似于白天建筑外立面的玻璃幕墙光污染。陶板的曲面拼装结构会影响灯光的可控性，从而影响整体泛光照明的均匀性。对此，需要重点考量建筑的流动造型和弧形陶板的角度问题。

图1 弧形釉面陶板（实物图）

为了确保建筑外立面灯光的均匀性，必须充分考虑灯具的隐藏性、合理性。灯具照射角度过大，容易造成单块陶板的强烈阴影；过小，又没有足够的安装位置。作为建筑外立面照明的重点，建筑师对连续的弧形陶板进行了精细的设计，实现白天、夜晚的双重视觉效果。陶板本身的弧形曲面角度不大，经反复研究后，需要对陶板与陶板扣接的重要部件——竖向肋条引起重视。另外，业主在方案确定后多次提出诉求：工程周期紧张，不允许返工或施工中临时调改。在这样复杂而特殊的情况下，为了确保最终实景效果趋近于灯光效果图，不单需要进行照度模拟的数值论证，更需要关注实景效果论证。

综上，项目的重难点可归结为两点：一是解决弧形釉面陶板材质光附着性差的问题；二是确保高还原性的夜间灯光效果。

3 VR虚拟现实技术的特点

3.1 优势

在时间紧、工程复杂且前期不存在大面积样板段的情况下，尝试使用VR虚拟现实技术。VR虚拟现实技术的优点如下。

3.1.1 高还原度

VR虚拟现实技术是夜景照明领域最核心的技术，可以彻底解决灯光效果的问题。此项技术已经广泛用于游戏制作、模型制作等领域，具有高还原度的特点，让人身临其境[2]。基于灯具产品的光效数据化、材质参数导入的无损性，这项技术具有可行性。随着国内外灯具产品的不断迭代，相关参数准确并兼容更多的软件，可供设计运用。在材质的模拟中，可将外立面釉面陶板的相关参数导入计算机，基于灯具IES文件内配光曲线，通过VR虚拟现实技术，计算机可模拟灯光效果，并实现极高的精确度和现场即视感（VR模拟成图如图2、图3、图4所示）。如带上VR头盔，更能达到“所见既所得”的高感观。

图2 一层立杆投光灯具照射范围示意图（出自VR模拟成图）

图3 六层露台投光灯具照射范围示意图（出自VR模拟成图）

图4 七层至顶层分层立面投光灯具照度彩显图（出自VR模拟成图）

3.1.2 高灵活性

立体的材质须搭配立体的光，在计算机中可以轻易地切换每个灯具的色温、亮度、照射角度等系数，这是现实中无法实现的[3]。

无论是均匀统一的效果、由亮渐暗的效果还是忽明忽暗的效果，都可以通过VR虚拟现实技术实现。不仅可以让人在不同的角度察看效果，还能模拟不同灯光场景的变化。各类虚拟场景确定后，可以反向运用技术（用技术指导现实），确定每个灯具的功率与色温及需要照射的位置与亮度，为现场的施工和调试节约时间和成本。

3.2 不足

应用VR虚拟现实技术不代表可省去现场的试灯环节。虽然VR虚拟现实技术有着强大的优势，但也不是万能的，通过实测可弥补技术上的不足。现场夜环境存在不可复制性，周边光对项目存在干扰和叠加，这在模拟场景中无法模拟；VR虚拟现实技术偏重于对数据的验证，但是数据只是工具而不是答案，光的艺术效果需要根据建筑本身的特点进行设计。

4 设计方案及现场论证

4.1 多角度叠加的综合式照明设计

整个西南立面陶板墙面呈现弧形，2层裙房与5～8层的非顾客上人平台可利用空间较小，1层地面南侧庭院灯位置不能移动与新增，还要兼有投光补光的功能作用。面对如此复杂的多层渐退台阶式建筑，采用多角度叠加的综合式照明打光方式，技术难度高且对产品配光的精准度十分讲究。

2～4层的陶板立面在最早的设计中采用1层庭院灯杆加装投光灯及2层裙房沉入女儿墙内嵌泛光灯相结合的设计方案。之后，现场确定在2层裙房不可内嵌灯光井，无法安装泛光灯，只能采用1层庭院灯杆加装投光灯的方式。原1层南一杆庭院灯从6 m的高度延伸至9.5 m，投光灯安装于灯杆高度7.9 m以上的位置，既要确保最高位置处的灯具不伸入庞大的树冠内，又要确保最低位置处的灯具不被2层裙房女儿墙遮挡。同时，须考虑每盏灯杆的投光灯具数量，单杆上最多可使用8盏灯具，需要计算出整体完成后的灯杆综合总负载，复核灯杆基座的扩大加固对地底原有的管线不会造成干扰，避免不可实施性。一层灯杆结合投光灯的设计方案及效果图如图5所示。

图5 一层灯杆结合投光灯的方案及实景照片

6层的陶板照明需要结合原有女儿墙侧进行泛光灯的安装；7层、8层的陶板照明采用落地照明与洗墙式照明结合的方式。女儿墙内侧灯具的安装如图6所示，增加防水插座，可实现单灯检修，100 mm×50 mm的热浸锌桥架和不锈钢定制支架采用一体化设计，同时解决灯具安装和电源敷设接线的问题；双拼40 mm×40 mm铝合金轨道落地支架如图7所示，既不会破坏屋面防水层，又可后续灵活调整照射点位，一举两得。

图6 结合原有女儿墙侧的泛光灯节点图

图7 滑轨式落地支架灯具安装非固定节点图

在南面的1层灯杆点位，考虑到过街斑马线，为了不影响过径人流，取消南立面原有西一灯杆位置，从原有的西二杆立起；东边正对东南大台阶的灯杆位置需要平移，以避让出入人流，最东侧的立杆保留在车行入口中间，取代原来的停车标识杆。所有灯杆尽量往北侧靠，并且尽量等距布置，以减少树木对灯光的影响。此外，所有立杆及泛光灯头应与广告标识牌、绿化座椅等进行一体化的协同设计，以保证整体景观效果的协调、整洁与统一。立杆同时融合了摄像头、音响、临时投影灯与广告旗等设备。南侧模拟的实景图如图8所示。

图8 南侧模拟的实景图

在西侧的人行过廊上，原有立杆点位比较杂乱，靠南侧更是布置了2排灯杆，既不美观，也不实用。结合泛光效果，对此处灯杆进行重新设计，考虑到最大地利用率和价值，只保留1排灯杆，取消原北1杆，最南侧的灯杆为了安装投光灯，做到10.5 m高，如图9所示。

图9 项目灯杆分布图

4.2 夜晚试灯的现场论证

在初步确定落实灯光效果的若干方向与选型原则后，结合现场陶板幕墙的局部成型，在多方配合下，针对不同品牌、不同光源、不同色温、不同角度及照射方案进行了多轮的大规模现场实测。为了找出最合理的方案，从最初的17款灯中筛选出效果最佳的5款，并配备不同的光学配件进行实测，结果如图10所示。灯光实测同时验证了虚拟现实平台的照明原则的可行性，并提供了正向反馈。

图10 测试实景照片

4.3 现场实测与VR虚拟现实技术的二次优化

现场的多次测试让夜间泛光效果趋近于合理化，项目设计方案也得到了改善。让光创造不一样的美感及更高的价值，是照明设计师始终在追求的目标，需要创造立体的光，突破质的枷锁。灯具照射角度过大，容易造成单块陶板的强烈阴影，利用VR虚拟现实技术的灵活性，可调配出最佳夜景。

关于建筑外立面的质感呈现，白天通过太阳光，晚上运用人造光，同一款、同一排灯可以创造不一样的“夜感美”。选择底层的商业裙房立面和7层以上的顶部建筑立面作为项目最核心的区域，在满足原有均匀度的前提下，确定采用双灯叠加照射的方式，一灯作为底光铺垫（如图11所示），一灯作为叠加（如图12所示），进行重点照明，洗出阴影，可以增加照明的意境之美。

图11 底光的铺垫（实景照片）

图12 叠光的意境（实景照片）

5 结束语

随着新颖大胆的建筑外立面造型设计，灯光由平面化逐步转变为立体化，由颜色之变、动态之舞转向注重立体和内涵，由创造方案转变为对材质的细究和应用。

越来越多的灯光设计带有本源研究的性质，运用产品数据化的精确参数、科技工具提升光影的整体品质，从简单的打好光拓展至材质特征的重塑，并融合试灯测试的再次反馈，将技术与实践用于设计，得到注重严谨、把控细节的整体解决思路，带有高度的感知性和通融性，暗合自然界的本质，与人的需求相互联系和适应，这将是新一轮灯光设计中的常态。