博物館照明與展柜一體化設(shè)計(jì)方案

陶 萍

（江蘇蘇豪愛濤文化有限公司，江蘇 南京 211106）

引言

博物館照明與展柜一體化設(shè)計(jì)是基于博物館的特殊環(huán)境而進(jìn)行的，其主要目的在于將展品所需的光照條件和展示空間的整體光分布狀態(tài)等因素綜合考慮，并在此基礎(chǔ)上對(duì)照明設(shè)備及光源進(jìn)行合理選擇。由于博物館內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)、文物種類以及展覽內(nèi)容有一定差異，照明方式也會(huì)有所不同。因此，在照明與展柜一體化設(shè)計(jì)中要遵循科學(xué)原則，根據(jù)不同類型陳列展覽特點(diǎn)，采取適宜的燈光效果，達(dá)到理想藝術(shù)效果。

一、設(shè)計(jì)構(gòu)思解析

為確保展覽順利開展，場(chǎng)館照明設(shè)施施工必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，除資金問題外，也要考慮施工周期，工期要求等因素。在設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合建筑本身的功能特點(diǎn)及周邊環(huán)境條件來確定燈具選型方案。同時(shí)，為了避免光源與周圍環(huán)境產(chǎn)生干擾，應(yīng)采用合理有效的節(jié)能技術(shù)措施。首選展廳中較為突出的照明問題，包括：采光需求較高的展品區(qū)；光照環(huán)境較差的輔助區(qū)和主入口區(qū)域（如室外走廊）；光線柔和且照度適中的室內(nèi)展示廳等。對(duì)于一些大體量展品，不易搬動(dòng)的展品，應(yīng)采用就地改造為主，局部更換為輔的方法。由于一些新光源和舊設(shè)備光源存在色彩飽和度差，光色不協(xié)調(diào)等問題，應(yīng)選擇合適的LED 作為照明光源。需要注意的一點(diǎn)是，新設(shè)計(jì)改造構(gòu)件需與原展柜或展臺(tái)相適配，以免影響原有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。此外，還需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)各部件尺寸和數(shù)量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足不同場(chǎng)合下的使用要求。改造后的結(jié)構(gòu)件要經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證其合理性和安全性，并最終驗(yàn)收合格方可投入使用。

不同展品照明要求各異，需根據(jù)展品類型與空間的特點(diǎn)及文物形狀設(shè)計(jì)。初始狀態(tài)下，展柜照明效果取決于光源和燈具，光線強(qiáng)度變化范圍較大時(shí)，需要考慮照度均勻性問題[1]。由于內(nèi)部照明燈具的衰減要先于展柜淘汰速度，故在后期維護(hù)中必須對(duì)其進(jìn)行更換或調(diào)整，以滿足使用需求。通常情況下，傳統(tǒng)展柜照明改造有以下兩種方式：一是更換新展柜，但成本較高；二是更換照明設(shè)施，如燈箱等，但新光源與舊光源的匹配性欠佳。這兩種解決方法均存在一定局限性，且無法同時(shí)兼顧節(jié)能環(huán)保與經(jīng)濟(jì)合理兩大目標(biāo)。因此，在改造過程中，必須考慮各方面因素，綜合分析后選擇最優(yōu)方案。改造過程中，要解決展柜頂部發(fā)光效率低，底部散熱差以及整體亮度不足等關(guān)鍵問題，減少不必要的能源浪費(fèi)，提高整個(gè)展覽環(huán)境的光效水平。另外，可關(guān)閉部分照明設(shè)備，將新替換的光源光束聚焦于展品，設(shè)計(jì)可靈活調(diào)整的光流線使之符合陳列布置的實(shí)際需求。

隨著LED 新光源的研發(fā)應(yīng)用，在改造中可以利用新光源作為輔助光源替代原有的照明設(shè)備，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗與優(yōu)化結(jié)構(gòu)的目的。在部分展柜中保留原有光纖，將配件發(fā)光中器中的光源替換為L(zhǎng)ED 燈并結(jié)合其他配套設(shè)施，通過控制開關(guān)切換來改變光照方向，從而達(dá)到調(diào)節(jié)照射角度和光強(qiáng)大小的功能。由此一來，既能充分利用現(xiàn)有資源，又能有效提升展示效果。

二、博物館照明與展柜一體化設(shè)計(jì)策略

（一）采用三項(xiàng)照明與展柜一體化設(shè)計(jì)

在三項(xiàng)照明與展柜一體化設(shè)計(jì)中，為確保專題展覽正常展出，不移動(dòng)展品的情況下，對(duì)其進(jìn)行合理有效地布置。以四面柜為主展示空間和一個(gè)室外展廳為輔助展示空間，將四個(gè)獨(dú)立的單體燈具分別安裝于其中兩個(gè)相對(duì)應(yīng)位置上，并采用LED 光源作為主燈光源，PTC 發(fā)熱元件作為輔燈光源來實(shí)現(xiàn)整體照明設(shè)計(jì)效果。置入新展柜與照明一體化設(shè)備時(shí)，可通過改變?cè)胁季?，使整個(gè)空間內(nèi)形成統(tǒng)一而有序的光照環(huán)境[2]。同時(shí)結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)及使用需求，根據(jù)“光”“色”“形”三要素綜合運(yùn)用的原則以及人的視覺規(guī)律，提出基于色彩特性，光影特性等因素確定照明方案的方法。

首先，采用碳鋼板焊接技術(shù)制作凹槽包裹狀造型，將迷你軌道射燈鑲嵌至小凹透鏡后放置到凹槽內(nèi)部，用磁吸式軌道固定方式完成組裝。其次，利用發(fā)光二極管（LED）燈珠產(chǎn)生光效原理，選用高顯色指數(shù)的熒光燈作為主要照明光源，配合相應(yīng)顏色調(diào)變策略，達(dá)到提高照度，降低能耗，延長(zhǎng)使用壽命之目的。最后，將此構(gòu)件放置到展柜中，對(duì)展品進(jìn)行均勻補(bǔ)光，使得光線更加柔和穩(wěn)定。為滿足不同類型展品在使用過程中所需要的光照條件，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備情況及需求，設(shè)計(jì)一種可移動(dòng)和移動(dòng)式組合式燈具支架系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：底座，伸縮桿以及安裝于其上的照明燈具，電源箱等。通過調(diào)節(jié)伸縮桿長(zhǎng)度，可以改變燈具與地面之間距離。同時(shí)，通過電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)升降功能，進(jìn)而能夠使照明燈具沿一定方向上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了燈具高度可調(diào)，且具有較好的穩(wěn)定性。

總之，以照明與展柜一體化為主，融入現(xiàn)代先進(jìn)理念，實(shí)現(xiàn)新型展柜燈具的創(chuàng)新應(yīng)用和開發(fā)研究，既能夠滿足展覽需要，又能起到保護(hù)展品的作用。

（二）改造三面柜，解決光線衰弱等問題

沿三面柜進(jìn)行設(shè)計(jì)，解決柜內(nèi)光效衰減、光能利用率低、色彩不一致等問題。在保持原有功能的前提下，將現(xiàn)有產(chǎn)品中的正面板改為側(cè)面板，并對(duì)柜體結(jié)構(gòu)和材料做適當(dāng)改進(jìn)。拆除舊展柜中的照明設(shè)備，關(guān)閉舊展柜中所有照明線路，更換新光源，增加照明燈具。結(jié)合展柜比例，采用經(jīng)焊接后可彎曲安裝的鋁合金型材制作成展示臺(tái)體，嵌入泛光洗墻燈，實(shí)現(xiàn)了燈光與墻體同步變化。同時(shí)，通過改變柜門開度和調(diào)整側(cè)板厚度，滿足不同展示空間需求，優(yōu)化柜頂布局，提高柜頂采光效率。采用多燈照明時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要選擇合適數(shù)量LED 燈珠及燈具組合，以保證整體亮度均勻性和色溫一致性。在展柜的頂部、底部以及兩側(cè)設(shè)置適量LED 光源，確保各區(qū)域光照均一，避免局部照度不均導(dǎo)致光線不足或過于集中而影響效果。為防止柜內(nèi)溫濕度過高造成霉變，使用空氣對(duì)流方式降低柜內(nèi)濕度，使柜內(nèi)處于一個(gè)相對(duì)干燥環(huán)境之中[3]。為方便用戶操作，在柜體外壁增設(shè)透明蓋板，并在其上表面粘貼玻璃觀察窗，便于觀察內(nèi)部情況。

在新結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，射燈的角度和位置主要受兩個(gè)因素制約：一是被照射物體朝向；二是被照射物體高度。通過調(diào)節(jié)射燈傾角可以達(dá)到最佳照射狀態(tài)，隨時(shí)為柜內(nèi)展品進(jìn)行補(bǔ)光，提升展廳視覺效果。如此一來，不僅能滿足對(duì)三面柜外觀造型美觀的要求，而且還能達(dá)到節(jié)能減排、美化展臺(tái)、節(jié)約成本的目的。

由于臨墻三面柜數(shù)量較多，舊展柜體積較大且存在大量零部件，展柜內(nèi)燈具調(diào)節(jié)難度大。照明設(shè)計(jì)形式也大多為簡(jiǎn)單的固定式布置，不能有效地適應(yīng)復(fù)雜場(chǎng)合下展覽活動(dòng)的需求。要想實(shí)現(xiàn)理想光環(huán)境展示效果，必須合理規(guī)劃光照強(qiáng)度、分布密度等參數(shù)，才能充分發(fā)揮各種光源各自優(yōu)勢(shì)，取得良好的效果。

首先，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，明確原三面柜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解各面柜體功能分區(qū)情況，確定具體尺寸范圍，從而明確各部分間相互關(guān)系，建立起模型計(jì)算體系。具體改造流程如下：其一，分析原柜體內(nèi)各個(gè)功能區(qū)及其對(duì)應(yīng)照明燈具工作原理與應(yīng)用特性，制定出詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。依據(jù)圖紙資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，繪制三維立體平面圖和相關(guān)施工圖，完成面柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其二，基于Open GL 技術(shù)，利用VC++編程語言編程實(shí)現(xiàn)了全色、雙色、三基色三種顏色燈光控制方案，模擬不同場(chǎng)景下的光影變化過程，對(duì)比優(yōu)化后的仿真結(jié)果，驗(yàn)證所提出方法的可行性。其三，采用Lab VIEW 軟件編寫人機(jī)交互界面，以3D 圖形顯示空間光線明暗信息。根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置相應(yīng)照明亮度，最終得到最優(yōu)光照組合模式，使得整體照度均勻穩(wěn)定。其四，針對(duì)原有控制系統(tǒng)硬件設(shè)備不足以及系統(tǒng)穩(wěn)定性差問題，對(duì)該控制系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)。包括增加LED 驅(qū)動(dòng)電路，增強(qiáng)其可靠性并降低功耗。增設(shè)濕度檢測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)部濕度。

新改造后的光源能提升展品的照度均勻度，讓展品各個(gè)面均獲得充足而清晰的光線，增強(qiáng)其藝術(shù)感及美感度。此外，綜合指標(biāo)呈現(xiàn)頻閃指數(shù)也有所降低，說明在此方式下可減少電能損耗[4]。展品光環(huán)境更舒適，視覺體驗(yàn)更佳，具有層次感與立體感?？傊舜窝芯坎粌H可以完善現(xiàn)有的三面柜燈控系統(tǒng)，豐富燈具類型與數(shù)量，還可以通過全色溫型LED 光源的使用來滿足人們多樣化的觀看要求。觀眾能明顯感受到更加柔和的色彩視覺效果，同時(shí)也能清楚地看到展品上的細(xì)節(jié)，更好地體會(huì)展品內(nèi)涵與設(shè)計(jì)風(fēng)格。

（三）確保展品和展陳空間的視覺呈現(xiàn)

視覺適應(yīng)是視覺系統(tǒng)中一個(gè)重要的生理過程。它包括了對(duì)顏色，形狀和位置等方面的知覺與調(diào)節(jié)，這些因素影響著人們?cè)诳臻g上或時(shí)間上對(duì)環(huán)境的感知以及相應(yīng)行為活動(dòng)的產(chǎn)生。從博物館的室外到門廳，再到展覽的序廳、展廳，亮度、色彩、照明技術(shù)、燈光布局都會(huì)影響參觀人員對(duì)于不同場(chǎng)景的體驗(yàn)感受。展廳以外的區(qū)域亮度最高，當(dāng)觀眾從亮度強(qiáng)的區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)移到亮度較低的區(qū)域，視覺上所獲得的舒適程度也隨之下降。而且對(duì)應(yīng)亮度也是隨著光線強(qiáng)弱而變化的。因此如何有效地控制館內(nèi)光源照度以達(dá)到最佳視覺效果，已成為博物館照明與展柜設(shè)計(jì)一體化領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。要想實(shí)現(xiàn)理想的亮度過渡，需要考慮光照條件、展品結(jié)構(gòu)、陳列內(nèi)容及周圍環(huán)境等諸多因素。例如：按編年進(jìn)行的展覽和按照材質(zhì)進(jìn)行的展覽，在燈光布置上就有很大差異，前者主要體現(xiàn)為光色搭配是否合理，后者則更多強(qiáng)調(diào)展示效果。按編年進(jìn)行的展覽可能會(huì)將青銅器與彩色絲綢混合使用；按材質(zhì)進(jìn)行的展覽會(huì)可能會(huì)采用金屬文物與玻璃展柜結(jié)合的方式來表現(xiàn)主題。二者照度存在一定差異，這種差別往往導(dǎo)致觀看者產(chǎn)生主觀感覺上的反差。

為解決這一問題，必須通過研究光線分布規(guī)律來實(shí)現(xiàn)照明設(shè)計(jì)最優(yōu)化，并考慮展柜內(nèi)部空間大小及其他相關(guān)參數(shù)的影響。主要涉及以下幾個(gè)方面。其一，根據(jù)室內(nèi)光環(huán)境模擬仿真結(jié)果確定燈具最佳安裝位置。分析展柜內(nèi)各部分光強(qiáng)度值，找出最適宜的照射角度，計(jì)算出滿足各個(gè)方向要求的最大入射角度，從而確定出該展柜最優(yōu)布燈方案。其二，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的燈組形式。依據(jù)展柜內(nèi)部的采光需求和設(shè)備配置要求，綜合考慮各種光源特性，選擇相應(yīng)的LED 或其他類型發(fā)光器件作為展柜的主光源，使之符合參觀者心理對(duì)照度均勻性的要求。另外，對(duì)于不同性質(zhì)的展會(huì)，可適當(dāng)調(diào)整其布局模式，以便更好地利用空間資源。其三，解決眩光問題。眩光是展覽中普遍存在的一種現(xiàn)象，特別是大型展覽（如國(guó)際博覽會(huì)），由于展廳面積較大，觀眾人數(shù)較多，極易引起眩光，造成嚴(yán)重的視覺疲勞甚至傷害。為降低眩光帶來的危害，通常做法是在展柜面下方增加一個(gè)可以反射散射光線的玻璃板，這樣既能起到遮光板作用，同時(shí)也能夠避免眩光對(duì)展柜面形成干擾，提高了整體照明質(zhì)量。同時(shí)，也要對(duì)展柜進(jìn)行改造，如：“L”型支架，H 型支撐架等都可以很好地減小眩光程度[5]。安裝后，選擇光源深置的燈具，加裝防眩光鏡，合理布置燈光亮度，可消除一次反射眩光。

博物館陳列具有不確定性，展品本身又具有多種屬性，如何科學(xué)有效地組織展出內(nèi)容，確保展示效果，需要從多個(gè)層面去考察。在照明與展柜一體化設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)結(jié)合展柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能分區(qū)，將照明設(shè)計(jì)融入其中，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。其次要充分考慮到展柜內(nèi)展品的光學(xué)性能，盡量做到光效高，色溫適中。最后還要通過控制光線分布來調(diào)節(jié)光照方式。只有實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)方面的有機(jī)統(tǒng)一，才能最大限度地保證展品的最佳視覺效果。

三、結(jié)語

綜上所述，博物館照明與展柜一體化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工程，它涉及建筑、光學(xué)、電子等多學(xué)科領(lǐng)域。為此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)展覽內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃和布局，并根據(jù)不同展品的特性制定出相應(yīng)的照明設(shè)備配置方案，以達(dá)到提高陳列效果和觀眾體驗(yàn)感的目的。另外，博物館的燈光布置也必須遵循一定的原則，即：科學(xué)性、藝術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的原則、實(shí)用性、功能性與美觀性統(tǒng)一的原則，從而為公眾提供安全舒適的環(huán)境服務(wù)。