建筑外立面光学设计的运用

2020-09-22梁双

建材与装饰 2020年26期

梁双

（北京新时空科技股份有限公司上海分公司，上海 200040）

1 概述

在当今这个夜生活丰富的时代，人们对夜景的需求也越来越旺盛，而景观照明是最直观、最有效展现时代风貌和城市文化底蕴的窗口。城市形象和市民的幸福感指数也会随着景观照明效果的提高而升高。下面我们通过一个地标建筑重庆来福士广场的典型照明节点来阐述建筑室外光学设计的运用。

2 效果需求

来福士致力于打造独具个性的现代建筑，重庆来福士亦然。项目地处重庆市渝中区长江与嘉陵江交汇处的朝天门，由世界著名建筑大师摩西萨夫迪设计，项目共有8座塔楼和1个5层商业裙楼1个横向约290m的空中连廊，其中塔楼建筑包含2座约 322m高的塔楼T3N和 T4N楼，6座约 192m塔楼 T1、T2、T3S、T4S、T5、T6 楼，是新加坡在华最大投资项目，具有“朝天杨帆”的形象名。根据项目特定的形象文化，BPI为此项目的照明设计单位。设计师以此为主题，对沿江立面进行设计，把“朝天杨帆”效果作为此项目众多效果中的点睛之笔。使之成为重庆市乃至西南地区的夜景照明地标建筑。

同样是本项目节点，裙楼部分涉及一段连接隧道，长度161.5m。双向4车道，设计时速60km/h，采用自然光灯具照明结合的方式。隧道照明尤为重要，不光要满足功能照明需求，还要考虑交通安全性，因此亮度和均匀度防眩光要求都很高。而裙楼另一个典型节点是造型新颖的定制壁灯，此壁灯体积大，既需要满足功能照明，又需要作为个性化的照明设计节点。凸显星光斑斓的效果也是该节点的最基本的视觉要求。根据设计要求在定制满足光学要求的灯具方面我们进行了大胆的探索。

本文选取以上几个典型节点进行光学设计运用中可能遇到的问题及解决方法的阐述，希望能在类似问题上提供一种参考。

3 朝天杨帆节点

项目塔楼T3N和T4N共分为5个机电设备层，其他塔楼分为4个机电设备层。每个机电设备层可以设置照明，其余楼层无法设置。相邻的设备层之间为风帆造型，风帆向外侧凸起的最大1.7m，高度45～60m。根据效果需求，照明方式采用底部投光方式，但因为风帆造型的圆弧突出立面，灯具需要悬挑出建筑墙体6.7m。灯具安装需要按照受光区域分为两排，其中弧面以下部分需要保证光源的布置间距和必要的光扩散角，灯具配光角度相对要大一些。而弧面以上部分的光线扩散距离足够，需要集中加强远距离的照射亮度，灯具配光角度应选择相对小一些的灯具。上下受光区域的灯具可以同一根悬挑钢臂安装，角度大的靠近建筑，角度小的安装在悬挑钢臂的末端。

灯具是实现效果的主体，根据DIALux模拟计算，选择了180W，2700K+5500K+RED 三色，8°和 20～40°两种配光角度。灯具为32颗2700KLED颗粒，32颗5500KLED颗粒，32颗红色颗粒，LED颗粒为1.875W/颗，共96颗灯珠，三种LED颗粒分开控制。每种颜色为同一个地址组。每种颗粒均匀交错排布至灯体内。

根据DIALux模拟计算确定宽角度灯具挑出长度为5.7m，窄角度灯具挑出长度为6.7m，距离太近光斑无法正常扩散风帆上部将出现暗区，距离太远底部将出现三角拼接暗区，也会因灯具安装而增大挑臂规格，给项目实施带来不利影响。根据模拟结果和各个建筑立面的宽度，相邻灯具挑臂确定为3.5～3.8m之间，依此确定灯具挑臂的数量为9组和11组，T3和T4楼为11组，其余楼为9组。

因建筑受光面是建筑的风帆造型，透过造型是建筑内视线可见区域，为了减小灯具眩光对室内人员的影响，灯具必须增加格栅，而内部增加格栅方式局限性太大，防眩效果大打折扣，采用外置三辐式格栅，经过现场模拟测试格栅遮光板厚度近10mm效果良好，符合设计形象。考虑到三辐式格栅是外置安装，需要保证白天的整体效果不受影响，故在设计此格栅时将其设计为一个个的标准件。内部选用亚光黑色无反射耀斑设计。外部及格栅罩采用灯具同色处理，格栅罩悬挑出灯具表面约2mm，保证灰尘雨水不会堆积黏连。安装时先将三辐式格栅卡到格栅罩上，再把灯具与外置格栅罩固定上。此方式得到照明设计师及建筑师的一致认可。然而通过这种组合式布置方式底部拼接处仍有较大拼接暗区，配光必须横向加宽，因此在灯具表面和防眩光格栅支架增加柔光玻璃膜，最终实现受光面的全覆盖。目前项目已经进入尾声，实景效果已经呈现，基本满足了前期设计方案要求。

4 连接隧道节点

连接隧道共设4车道宽度15.7m柏油路面，两侧布置灯具。设计要求平均照度不低于60lx。根据要求灯具功率选定为100W，高度选定为4.58m，双排相对布置，相邻间距为9m，悬臂长度0.25m采用60～135°光束角蝙蝠翼配光灯具进行软件模拟测试。通过伪色表现图和等照度图都可以看出照明效果相对均匀平均照度达到了70lx。最小照度42lx，最大照度85lx，最小照度与平均照度比值为0.605，最小照度与最大照度比值为0.500。

通过现场安装实测，发现灯具眩光严重，墙面聚光比较重，紧接着我们出具了改进方案。①具正装但是内部模组向外倾斜；②增加蜂窝格栅抑制眩光。改进后再次测试，效果明显好转。但是新的问题出现了，因为眩光抑制需要，蜂窝格栅截光导致墙面光斑撕裂，在墙体上留下了一道道暗区。二次改进方案我们增加了一层扩散膜，该扩散膜增加在模组和蜂窝格栅之间。可有效扩散光线，经过二次软件模拟测试平均照度依然保持在66lx，至此隧道照明方案圆满完成。

5 壁灯节点

根据设计要求，壁灯安装于裙楼室外建筑立柱位置，地面平均照度要求为30lx，星光效果展示区为灯具安装高度以上的区域的墙面上，功能照明和景观照明需要分开设置光源实现单独开闭。拟选用镂空反射板的照明形式。反射板以圆柱形光源为中心设置600mm弯曲半径，经过现场样品测试，地面照度实测满足设计要求，反光板倒角尺寸不足，造型生硬；且有明显的光斑不够柔和；星光斑点偏小部分被遮挡光线无法透出；挡光板开孔过于规则缺乏造型美感。

改进研究发现反光板倒角需要由原设计15mm扩大至50mm以上，反光板自身厚度导致部分光斑被遮挡。经二次模拟开孔直径5mm需要扩大至7mm，阵列的开孔点太过均匀，反光板开孔旋转45°，边缘的锯齿状开孔人工调整以满足视觉美感需求。对于反光板的明亮光斑采用颗粒喷涂通过凹凸不平的球面反射可以有效解决光斑影响。至此整个反光板的光学技术问题被逐一攻破。灯具最终模型如图1所示，反光板展开造型如图2所示。鉴于以上表现当年我们荣获了建设方授予的EHS管理“先进单位”奖章。