揭秘水立方景观照明 蓝色光影装点梦幻夜空

灯光工程师

来源：中国建设报——金真 “水立方”是奥运场馆景观照明中惟一全部采用LED的场馆，在两万多平方米的外立面安装了11万多只LED灯具，这些节能环保型的灯具全年可节省电费84.95万元，节能率达到73.34%。 　　北京中轴线北端，“鸟巢”西面，矗立着一座占地8万平方米的水晶宫殿——国家游泳馆。白天，这座酷似水分子的建筑在阳光下，宛如一位妙龄少女，娴静温婉、柔情似水；夜幕降临，它在灯光的装扮下，顷刻间变得晶莹剔透，宛如童话故事中的水晶宫殿。“水立方”与隔街气势恢宏的鸟巢矗立在一起，遥相呼应，将主场区和谐的气氛推向高潮。 创新之举：在“水分子”中安装灯具 　　“水立方”位于奥林匹克公园B区西侧，和国家体育场“鸟巢”隔街相望。据北京国家游泳中心有限责任公司总经理赵志雄介绍，“水立方”最大的特点就是“水”，场馆承办的所有比赛项目都在水中举行；场馆外部采用了独创的多面体空间钢结构，外观看起来就像是由一个个“水分子”汇集起来的“方盒子”；场馆夜景照明的色彩上，选择以蓝色为主，呈现出海水灵动、幽静的意象。场馆的设计理念与功能结合得相当紧密。 　　按照奥运场馆的重要程度，外立面的亮度应该有所区别。如果鸟巢的照明亮度为10，那么“水立方”的亮度不能超过8，国家体育馆和会议中心的亮度应依次递减。采用哪些照明方式既能表现场馆的建筑特点，同时又不违背建设方的初衷，成为设计师关注的焦点。“水立方”电气工程师董青告诉记者，在设计之初，他们在对轮廓照明、泛光照明方式进行分析后发现，这两种照明方式适合于反射率比较低的立面上，比如石材、实体墙立面。而“水立方”外立面都是半透明的ETFE膜，如果采用这种泛光、轮廓的照明方式，灯光透过气枕进入场馆内部会削弱灯光的表现效果。而且这两种照明方式还有一个最大的缺点，就是只能照亮场馆四周，场馆顶部无法照亮。因此首先将这两种照明方式淘汰出局。 　　还有一种被设计师广泛采用的照明方式——内透式照明，它主要是在建筑物内部布置光源，灯光通过透明介质直接散射到建筑外面，这种方式适合于玻璃这样透光性比较好的建筑材质。而“水立方”的墙壁全部是由一个个规格不等的“气泡”组成，如果在场馆中采用内透光的照明方式，灯光要突出“重围”才能抵达场馆外面，在这个“艰难”的过程中，灯光损失严重，仅剩的那些灯光亮度已经不能满足设计师的要求。这三种常用的照明方式用在“水立方”上，都有一定的局限性，远不能实现通体明亮的效果。 　　在这种情况下，设计师认真地分析“水立方”的外立面构造，在屋面、外立面和内立面分别采用了四层膜、三层膜和两层膜的ETFE气枕，气枕边缘通过铝合金夹具和钢转接件固定到主体钢结构上。每个不规则的“气泡”里面充了大量的气体，形成一个相对封闭的整体，从外形上看起来，极像一个个被放大的“水分子”。设计师在外层气枕的内部钢结构内侧安装灯具，灯光透过薄薄的一层膜向外投射，亮度损失是内透光照明方式的一半。设计师在经过多次实验之后发现这种照明方式与设计理念最贴切，能够产生预期的效果。董青把这种利用中缝，在“水分子”中安装灯具的照明方式称为——空腔内透光。业界对这种照明方式给予高度评价，专家认为这种布光方式拓宽了设计师的视野，成功实现了世界上最大的膜结构建筑的LED景观照明，为今后的景观照明开辟了一条新的设计之路，在LED向规模化方向发展途中具有里程碑的意义。 节能环保：全年可节省电费85万元 　　“水立方”的照明面积共有5万多平方米，其中两万多平方米属于立面照明。建筑方对于布光要求很高，白天在场馆外面，不能透过半透明的气枕看见里面的灯具。另外安置灯光时还遇到一个客观问题，“水分子”内空间狭小，散热不畅，如果采用大功率的灯具，会对气枕上的ETFE膜产生不利影响，这些客观因素无形之中增加了布光难度。 为了达到建设方的要求，设计师通过综合考虑，将目光锁定LED。这种光源属于高科技产品，其材料不含汞，低辐射，废弃物可回收，有利于环保，这些优点在世界上取得共识，但是目前由于技术、价格等因素，只能小范围地使用，还没有哪个建筑能像“水立方”这样，大范围地采用这种光源。董青告诉记者，在分布LED的时候，他们经过大量的实验，发现一平方米的地方分布6瓦LED能够将其全部照亮，因此，在“水立方”两万多平方米的范围内，一共采用了11万多只LED灯源、3.5万只灯具。像这样大规模地采用LED，在同类建筑中是不多见的。 　　业界对于大规模的采用LED存在争议，他们认为LED在散热、二次光学设计上还有很多不完善的地方，设计师如何避免这个问题？董青说，现在LED散热不畅导致色衰的问题是业界公认的一个难题，目前其技术还没有实质性突破，因此现阶段无法做到保持原样，不出现一点儿色衰。我们能做的就是尽量选择有品质保障的公司，减少产品的色衰程度。因此在“水立方”景观照明中采用了大量CREE（科瑞）公司的光源产品，该公司是目前世界上生产蓝色LED光源元件最好的公司，其产品质量性能稳定、可靠，在业界享有很高的声誉。另外在灯光配置上，场馆内蓝色LED元件数量是红、绿色元件数量的两倍。 　　采用这种新型环保材料后，有人将T5荧光灯和LED灯拿来做比较后发现，使用LED灯之后，汞含量减少442.991克，每年可减少汞排放量113.322克，每年减少二氧化碳排放量969.179吨，全年减少电能消耗745701.88千瓦时，全年节省电费84.95万元，节能率达到73.34%。“水立方”的景观照明秉承了“绿色奥运”的理念，把环保、节能融入到到每个细微之处，为社会带来巨大的经济效益和良好的社会效益，庞大的LED数量首次用于景观照明也成为该场馆一道靓丽的风景线。 　　调出五彩缤纷的世界 　　在“水立方”的景观灯光视频中，我们可以看到外立面配合外部的场景，不时地出现一些变化，它们时而披上红色的“外衣”，让人心潮澎湃，热情洋溢；时而上演巨龙腾飞的场景；时而在蓝色中间穿插红、绿、黄等不同的颜色。据记者了解，景观照明的灯具也经过一次、二次光学设计，通过光学透镜使光投射到所需部位，集成了计算机、网络通讯、图像处理等技术，可纳秒级快速响应，瞬时场景变换，色彩丰富，照明可形成1600万种颜色。而这一切应当归功于场馆内智能照明控制系统。董青在谈起智能系统的重要性时说：“智能照明控制系统是整个景观照明的‘司令员’，它能对11万只LED发号施令。” 　　“水立方”的智能照明控制系统采用IPv6的实时以太网组网方式，它以FPGA为硬件载体，在单一芯片上实现控制节点的目标。这种以太网是目前应用最广、技术最成熟的计算机网络，它满足TCP/IP网络协议，开放性好，具有丰富的软硬件资源，一直都是计算机网络技术发展的主流方向，“水立方”采用了IPV6的网络协议，拥有128位地址长度，可以不受限制为每个光源配上一个独立的IP地址。这样管理人员只要在控制室里设定程序，“水立方”的外立面就能根据时间的变化自动改变各区域的照明亮度，而且管理人员还能通过对LED色彩的调节，在“水立方”的外立面上拼凑出形态各异的图像，为大家营造出一个浪漫的梦幻世界。 　　还有十几天奥运会就要在北京召开，来自世界各地的朋友们将亲眼目睹“水立方”的庐山真面目，我们相信这个蓝色的“水立方”不仅能为大家提供一场精彩绝伦的比赛，同时这个夜景照明也将为大家带来一场华丽的视觉盛宴，成为奥运会场上一道靓丽的风景线！

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水立方设计很独特，也非常漂亮，不像是一个建筑物，而像是一个艺术品，是所有奥运场馆中我最喜欢的，可惜我只是以前在上下班路上远观过很多次，从未有机会走近观赏，等到十一开放的时候，我一定要去看看