基于“修舊如故”保護(hù)理念的南京長(zhǎng)江大橋功能照明修復(fù)提升

楊 韜，王兆犢

(1.南京市路燈管理處，江蘇 南京 210013；2.江蘇未來城市公共空間開發(fā)運(yùn)營(yíng)有限公司，江蘇 南京 210013)

引言

南京長(zhǎng)江大橋位于南京城市北部，橫跨長(zhǎng)江，連接鼓樓下關(guān)和浦口橋北，是中國(guó)人自主設(shè)計(jì)、自行建造的第一座特大雙層式鐵路、公路兩用橋梁。大橋上層是4 589 m公路橋，下層為6 772 m雙軌復(fù)線鐵路橋[1](圖1)。南京長(zhǎng)江大橋在中國(guó)橋梁史上具有極其重要的地位，它是20世紀(jì)60年代中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的偉大成就，也是中國(guó)橋梁建設(shè)的重要里程碑。它在地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、建筑、材料、藝術(shù)等領(lǐng)域都具有極其重要的價(jià)值[2-5]。2014年7月，南京長(zhǎng)江大橋入選南京市登記不可移動(dòng)文物；2018年1月，南京長(zhǎng)江大橋入選中國(guó)工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)名錄[2]。

圖1 南京長(zhǎng)江大橋鳥瞰Fig.1 Nanjing Yangtze River Bridge

南京長(zhǎng)江大橋于1960年正式開始建設(shè)。1968年9月，下層鐵路橋通車運(yùn)營(yíng)，同年12月,上層公路橋正式投入使用，同期建設(shè)的玉蘭燈也正式開始服役。2015年有關(guān)部門組織對(duì)大橋進(jìn)行了全面的現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)和狀態(tài)評(píng)估，結(jié)果顯示，公路橋的整體保護(hù)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)性能較差，迫切需要整體維修，以確保其使用安全和文物本體安全[2]。2016年10月28日，建成通車近半個(gè)世紀(jì)之久的南京長(zhǎng)江大橋進(jìn)入27個(gè)月的封閉維修期，維修對(duì)象包含公路橋所有組成部分，玉蘭燈的維修保護(hù)是其中一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。

1 項(xiàng)目概況及緣由

南京長(zhǎng)江大橋公路橋橋面總寬20 m，雙向四車道，機(jī)動(dòng)車道寬2×7.5 m，人行道寬度2.5 m，道路采用雙側(cè)對(duì)稱布置玉蘭燈進(jìn)行照明。大橋公路橋面共設(shè)299根玉蘭燈。其中南引橋上游側(cè)55根，下游側(cè)54根；北引橋上游側(cè)和下游側(cè)各39根；正橋上游側(cè)和下游側(cè)各49根；回龍橋14根。玉蘭燈燈高8.24 m，整體分為三段，上段為5頭玉蘭花造型裝飾性燈具(燈頭)，采用青灰色鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌乳白色玉蘭花形塑料外殼，中段燈柱為本色鋼筋砂石混凝土空腹薄壁結(jié)構(gòu)，下段基座為青灰色鋼制整體基座(圖2)。玉蘭燈造型典雅古樸，尺度比例和諧，形式莊重大方，是北京民用燈具廠的定制產(chǎn)品[2]，樣式仿人民大會(huì)堂門前的玉蘭花燈，形式由周總理親自確定[1]。

圖2 玉蘭燈Fig.2 Yulan lamps

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)勘察，共有50根燈柱局部有混凝土剝落現(xiàn)象，61根燈柱存在長(zhǎng)度不大于40 cm的間隔性裂縫，11根燈柱多處混凝土剝落露筋或裂縫長(zhǎng)度超過1/2柱高，其余燈柱保存較好?，F(xiàn)狀路燈鋼結(jié)構(gòu)基座和上部鋼結(jié)構(gòu)燈架的銹蝕現(xiàn)象明顯,部分燈頭損毀嚴(yán)重(圖3、圖4)。玉蘭燈燈具發(fā)光效率過低，加之材料老化，燈殼發(fā)黃變脆，燈具效率大大降低，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，道路照度水平已不足3 lx。出于文物保護(hù)和交通安全考慮，玉蘭燈的修復(fù)和照明的提升迫在眉睫。

圖3 玉蘭燈基座銹蝕情況Fig.3 Corrosion condition of foundation

圖4 玉蘭燈燈頭損毀情況Fig.4 Damage situation of lamp cap

2 修復(fù)提升原則

由于長(zhǎng)江大橋?qū)儆谖奈?，玉蘭燈作為其重要組成部分同樣屬于文物。因此，照明改造無法改變?cè)瓱艟叩耐庑渭安糠盅b飾性照明功能，對(duì)大橋燈具進(jìn)行徹底的改造以滿足現(xiàn)代道路的功能性照明需求變得十分困難。在這次修繕中，整體原則就是最大限度的保留路燈文物本體，修舊如故，恢復(fù)玉蘭燈本來的模樣，延長(zhǎng)其使用年限，并盡可能提升路面照明質(zhì)量。

3 修復(fù)提升策略

功能照明的修復(fù)提升策略是通過全新的燈具設(shè)計(jì)達(dá)到路面照明質(zhì)量的提升，以及對(duì)玉蘭燈本體結(jié)構(gòu)、功能性修復(fù)加固，提升其使用壽命。

路面照明質(zhì)量的提升，關(guān)鍵問題在于如何在保持玉蘭燈文物原貌和亮燈效果的前提下，有效提升路面的照明度水平。

3.1 創(chuàng)新燈具設(shè)計(jì)提升路面的照明質(zhì)量

提升路面照明質(zhì)量是功能照明改造的核心目標(biāo)。在保護(hù)文物的前提下，為了達(dá)到提升路面照明質(zhì)量的目標(biāo)，燈具必須進(jìn)行全新的結(jié)構(gòu)和光學(xué)設(shè)計(jì)，在不改變玉蘭燈本體和輪廓外形的基礎(chǔ)上，達(dá)到安裝牢固、檢修方便的目的。原玉蘭燈屬于非截光型燈具，光線大部分散射至空中，并未分布至最需要光線的路面，無法適應(yīng)機(jī)動(dòng)車道功能照明的需求。但因文物保護(hù)要求，原有的玉蘭燈自發(fā)光裝飾照明效果必須保留。因此，燈具的光學(xué)改造分為功能性照明改造和裝飾性照明改造。

3.1.1 功能性照明改造

功能性照明改造通過燈具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)。燈具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)體現(xiàn)在獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和精確的光學(xué)設(shè)計(jì)。

1)燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

玉蘭燈燈頭分為燈殼、燈殼鋼支架、五爪裝飾鋼托架三個(gè)部分。出于文物保護(hù)的考慮，玉蘭燈不能在外形和結(jié)構(gòu)上有大的改變和調(diào)整。要達(dá)到照明提升的目的只能進(jìn)行外形的“微調(diào)整”。這就要求燈具設(shè)計(jì)必須采用“微型化”設(shè)計(jì)，與玉蘭燈頭結(jié)合為一體，以保證“修舊如故”的保護(hù)目標(biāo)的最終實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)完全參照燈殼鋼支架的結(jié)構(gòu)和尺寸將燈具設(shè)計(jì)成為“燈殼支架燈”。燈具設(shè)計(jì)充分利用LED光源小巧的優(yōu)勢(shì)，最大限度減小燈具尺寸，并結(jié)合燈殼鋼支架的弧形結(jié)構(gòu)，將燈具設(shè)計(jì)成一體化環(huán)形結(jié)構(gòu)，基本保持原燈殼鋼支架的整體造型和尺寸，使其可以與燈殼完美的融為一體。在保證光學(xué)性能、散熱需求的基礎(chǔ)上，將8顆3W-LED光源嵌入至環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)，形成完整“燈殼支架燈”(圖5)。這樣，將玉蘭燈4個(gè)輔燈頭進(jìn)行“微調(diào)整”，以實(shí)現(xiàn)整體的照明要求。

圖5 全新設(shè)計(jì)后的“燈殼支架燈”Fig.5 The new Steel support luminaire

2)燈具光學(xué)設(shè)計(jì)

每個(gè)燈頭上新設(shè)計(jì)的環(huán)形燈具是提升路面照明質(zhì)量的關(guān)鍵所在。根據(jù)道路寬度，通過嚴(yán)格的計(jì)算選擇兩種不同配光角度的透鏡適配給不同燈頭(圖6)(靠近非機(jī)動(dòng)車道側(cè)兩燈頭為近距離投射，另外兩個(gè)燈頭為遠(yuǎn)距離投射)，將光線合理分布至機(jī)動(dòng)車道，大幅提升道路照明水平。透鏡配光設(shè)計(jì)上采用C0°～C180°半截光型配光，拉大燈桿間距；C90°～C270°非對(duì)稱配光設(shè)計(jì)，滿足周圍環(huán)境比基礎(chǔ)上增加照射車道范圍，確保照度水平和照度均勻度。通過改造，將路面不足3 lx的照明水平大幅提升至30 lx，路面照度均勻度達(dá)到0.41～0.45，極大程度改善了道路照明質(zhì)量(圖7，表1)。

圖6 定制燈具透鏡Fig.6 Luminaire optical lens

圖7 橋面照明效果Fig.7 Lighting effects on the bridge

表1 改造前后路面照明質(zhì)量

3.1.2 裝飾性照明改造

原玉蘭燈5個(gè)燈頭均采用150 W高壓鈉燈光源，改造采用一體化設(shè)計(jì)的色溫3 000 K/12 W-LED光源進(jìn)行替換，既保持了玉蘭燈原有的暖白光的整體效果，又提升了光源壽命和防水性能，使整燈的穩(wěn)定性大幅改善。

通過改造，玉蘭燈由原來5×150 W高壓鈉燈光源(5燈頭)優(yōu)化為4×24 W高光效LED功能燈具光源(3×8 W-LED，4輔燈頭改造)+5×12 W裝飾燈具光源(5燈頭)。在大幅提高路面照明水平的前提下，單桿玉蘭燈功率由750 W降低至156 W(功率密度由嚴(yán)重超標(biāo)的3.125 W/m2降低至0.65 W/m2)，功耗降低至原燈的1/5，并極大提升燈具的壽命。光源的色溫由原來的2 700 K調(diào)整至3 000 K，在保留古樸意蘊(yùn)的前提下，提升現(xiàn)代感。通過光源的優(yōu)化，顯色指數(shù)由高壓鈉燈的Ra25提升至LED高顯色光源的Ra85，極大地改善了路面的照明質(zhì)量。

3.2 創(chuàng)新修復(fù)，確保玉蘭燈經(jīng)久耐用

3.2.1 燈頭

玉蘭燈燈頭為整體更換修復(fù)。除了燈殼鋼支架全部更換為“燈殼支架燈”和裝飾燈光源的更換，燈殼也進(jìn)行了整體更換。在保持外形尺寸完全一致的前提下，將原來老化發(fā)黃變脆的PC燈殼更換為新型改良耐候PC材料燈殼。通過多次試驗(yàn)，在材料中添加抗紫外線添加劑，減緩材料的老化，增強(qiáng)材質(zhì)的牢固度和穩(wěn)定性；燈殼材料中添加勻光劑，使光線均勻擴(kuò)散，在提升透射率的基礎(chǔ)上讓燈體出光更加均勻柔和，避免LED燈珠過亮出現(xiàn)光斑。

五爪裝飾鋼托架為原構(gòu)件在整體打磨除銹，整形處理后，噴涂附著力更強(qiáng)，防腐效果更好的氟碳漆，顏色保持與原燈相同的鐵青色(圖8)。既提升了構(gòu)件的耐久性，又保持了構(gòu)件的原貌。

圖8 鋼制燈架修復(fù)Fig.8 Repair for steel support

3.2.2 燈桿

燈桿采用鋼筋砂石混凝土空腹薄壁結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)、肌理是玉蘭燈的重要特征。燈桿采用原樣結(jié)構(gòu)性修復(fù)，以保持其特征。對(duì)299根白玉蘭路燈編號(hào)后拆解，運(yùn)到倉庫進(jìn)行加固修繕，然后再按照編號(hào)將其運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)一一對(duì)應(yīng)原位安裝。對(duì)混凝土剝落露筋、裂縫長(zhǎng)度超過1/2柱高的燈柱，按原結(jié)構(gòu)、原形制、原材料、原工藝進(jìn)行更換；對(duì)長(zhǎng)度在40 cm內(nèi)的間隔性裂痕，采用裂縫灌注結(jié)構(gòu)膠的方式加固；對(duì)于小孔洞以高強(qiáng)聚合物砂漿修復(fù)。所有路燈修復(fù)完成后，采用無色透明的納米級(jí)硅酸鹽混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)增強(qiáng)一體劑噴涂三遍，最后再對(duì)所有路燈桿表面做一遍無色透明的無機(jī)硅憎水處理，這樣既保持了混凝土燈桿的原有風(fēng)貌，也提高了其表面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)耐久性(圖9)。

對(duì)燈桿和燈頭、基座的鋼制連接套件還進(jìn)行了除銹、加固、噴漆防腐處理，提升了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性。

圖9 燈桿修復(fù)效果Fig.9 Repair effects of lamppost

3.2.3 基座

通車最初，玉蘭燈的基座是混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)碰撞后容易破碎，隨后被集中更換成了直徑約52 cm的鋼結(jié)構(gòu)。此次維修除了除銹、噴涂氟碳漆，更重要的是將六邊形的鋼結(jié)構(gòu)基座直徑略微縮小，把基座縮到了47 cm左右，讓人行道略微寬敞一點(diǎn)(圖10)。給行人、非機(jī)動(dòng)車通行擴(kuò)大了空間，使得人行道通行更加方便、安全。另外，基座的調(diào)整也綜合考慮城市交通智慧化發(fā)展的需求，在人行道位置預(yù)留了部分管道，方便今后智慧交通的管線需求。

圖10 基座修復(fù)效果Fig.10 Repair effects of foundation

通過玉蘭燈的修復(fù)改造，燈具外觀煥然一新，燈桿強(qiáng)度得到很大提升，燈桿玉蘭燈恢復(fù)了以往的神采，白天景觀效果整潔干凈。夜間道路照明水平大幅提高，路面照度均勻度得到改善，照明質(zhì)量大幅提升(圖11)。

圖11 亮燈效果Fig.11 Lighting effects

4 結(jié)語

南京長(zhǎng)江大橋功能照明改造提升，對(duì)燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配光設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。玉蘭燈保護(hù)性修復(fù)工作，將“修舊如故”文保理念貫穿在整個(gè)項(xiàng)目的推進(jìn)過程中。通過玉蘭燈的改造和修復(fù)，既滿足了道路照明質(zhì)量的整體提升，又最大限度地保證了玉蘭燈文物的真實(shí)性和完整性，恢復(fù)了大橋功能照明應(yīng)有的風(fēng)貌，實(shí)現(xiàn)了功能照明提升與文物保護(hù)的有機(jī)融合。

如何處理好“改造燈具提升路面照明質(zhì)量”和“文物保護(hù)要求下的玉蘭燈修繕”之間的關(guān)系，如何選擇合適的照明改造方法，真正做到合適的修復(fù)方法，都是本項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。項(xiàng)目的順利完成、取得較好的效果離不開設(shè)計(jì)、施工、材料、文物修復(fù)、業(yè)主等各單位的齊心協(xié)力，以及項(xiàng)目推進(jìn)中的實(shí)驗(yàn)和探索。其中對(duì)燈具的設(shè)計(jì)、改造的創(chuàng)新，對(duì)燈桿的修復(fù)技術(shù)的傳承。希望通過項(xiàng)目的研究和總結(jié)，為同類型的工作提供借鑒和參考。