夜景照明技術(shù)在城市雕塑場景中的應(yīng)用

李德俊

（廈門市市政工程中心，福建廈門 361004）

0 引言

城市雕塑反映了一個地區(qū)的經(jīng)濟文化發(fā)展?fàn)顩r，包括雕塑、浮雕等，有的是單獨的，有的是附在建筑物上的[1]，有的是放在公共場所，有的是隱藏在小路上，使用的材料包括石材、水泥、青銅等。為了提高城市雕塑夜景環(huán)境在夜間昏暗光線環(huán)境中的清晰度，提出了城市雕塑夜景空間的照明方法。在夜景環(huán)境中，城市雕塑場景空間的照明主要表現(xiàn)為滿足外部觀賞效果。夜間照明設(shè)計應(yīng)注重體量、造型、風(fēng)格、層次、細(xì)部裝飾等，是反映人們夜間視覺感受的主要景觀元素。

根據(jù)城市夜景照明的設(shè)計原則，應(yīng)該了解和掌握城市雕塑設(shè)計師的創(chuàng)意和燈光設(shè)計。城市雕塑照明設(shè)計應(yīng)綜合考慮內(nèi)外因素，把握城市雕塑的結(jié)構(gòu)類型，研究雕塑材料，綜合考慮雕塑照明對人們心理的影響，探討雕塑照明的安全性，分析光污染等內(nèi)在因素，考慮雕塑照明周邊光環(huán)境等外部因素以及季節(jié)性氣候變化的影響[2]。因此，整體的思考和把握是城市雕塑景觀空間照明設(shè)計的基礎(chǔ)。應(yīng)用夜景照明技術(shù)后，為了解決現(xiàn)階段城市雕塑場景空間照明中整體效果差、能耗高的問題，提高城市雕塑的照明效果，研究夜景照明技術(shù)在城市雕塑場景空間照明中的應(yīng)用。

1 城市雕塑場景空間夜景照明技術(shù)設(shè)計

夜景照明技術(shù)在城市雕塑場景空間的設(shè)計中應(yīng)遵循生態(tài)化、整體性、節(jié)能性和安全性的原則，力求做到人文與自然生態(tài)環(huán)境的有機結(jié)合。從整體上，梳理照明系統(tǒng)與城市雕塑場景空間環(huán)境之間的關(guān)系，使其具有整體性和連續(xù)性[3]。圖1 為城市雕塑夜景環(huán)境照明設(shè)計流程。

圖1 城市雕塑夜景環(huán)境照明設(shè)計流程

1.1 城市雕塑場景空間的組成要素

1.1.1 城市雕塑分類

從藝術(shù)手法和表現(xiàn)形式來看，城市雕塑可分為圓雕、抽象雕、靜態(tài)雕、具象雕、寫意雕、浮雕、動態(tài)雕塑等。根據(jù)功能的不同分為紀(jì)念雕塑、主題雕塑、裝飾雕塑、互動雕塑和展示雕塑5 種類型[4]。主題雕塑以某種故事性、情節(jié)性等內(nèi)容，以象征與寓意的手法，揭示特定空間環(huán)境的內(nèi)涵。裝飾雕塑更注重象征、寓意、概括等表現(xiàn)手法?；拥袼茉鰪娏巳藗兊闹黧w參與性，具有娛樂性和實用性的功能，具有整體性和藝術(shù)價值。展示性雕塑是城市雕塑的一種特殊類型，是在適當(dāng)?shù)目臻g環(huán)境中的一種陳設(shè)形式，它不包括臨時擺在戶外展出，而是指永久陳列在戶外的雕塑。

1.1.2 城市雕塑夜景的構(gòu)成要素

城市雕塑夜景場景空間的構(gòu)成要素主要有城市雕塑本體、城市燈光景觀和城市環(huán)境行為等3 個方面。根據(jù)不同的地面、垂直界面和主題內(nèi)容，城市雕塑作品在空間環(huán)境配置形式上可以分為單點式、聚合式、環(huán)形式、陣列式和群象式，綜合城市雕塑的基本結(jié)構(gòu)，從美學(xué)角度確定城市雕塑的空間布局，形成城市雕塑的本體[5]。都市燈光景觀即雕塑場景的空間內(nèi)容，作用于雕塑上的燈光照明景觀，這一部分的作用是通過藝術(shù)與光影的結(jié)合，提高城市夜環(huán)境質(zhì)量，成為城市特色的體現(xiàn)，它還反映政府機關(guān)、城市居民、商業(yè)企業(yè)的政治、經(jīng)濟、文化活動，以及城市形態(tài)的影響和作用。

1.1.3 影響城市雕塑場景空間的因素

影響城市雕塑場景空間照明效果的因素有內(nèi)部因素和外部因素兩個方面，內(nèi)在因素是城市雕塑場景空間的照明技術(shù)與整體結(jié)構(gòu)的運用，外在環(huán)境是周邊原景和季節(jié)變化的影響。城市雕塑建設(shè)中景物空間的寬高比直接關(guān)系到景物寬度和兩側(cè)建筑界面的高度，寬高比越大，空間的開敞程度越大，封閉感越弱。寬高比并沒有優(yōu)劣之分，只是為了達(dá)到不同的空間體驗，來選擇合適的寬高比，以達(dá)到舒適的尺度。燈具應(yīng)用技術(shù)具體包括照度與亮度、光色與顯色指數(shù)等。但隨著季節(jié)的溫度變化影響地面照明時間，氣候景觀特征也會隨之發(fā)生變化。因此，本文研究利用自然季節(jié)變化和自然景觀特征對城市夜景主體進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

1.1.4 城市雕塑場景色彩特征

雕塑的材料和色彩、照明有著密切聯(lián)系。由于材料本身的原色對光的吸收和反射率不同，反射率決定了在給定照度下表面的亮度，雕塑的材料種類多樣，對于反射性能好的表面，反射率越高，給定照度下的亮度越高；相反，反射率低的材料要達(dá)到相同的亮度，則需要較高的照度。一般雕塑材料為石材類和金屬類，石材類包括花崗巖、大理石、砂巖等；金屬類材料包括銅、不銹鋼等。每種材料對光的照射反應(yīng)表現(xiàn)都不一樣，城市雕塑不同顏色和材料對應(yīng)的光學(xué)特征如表1 所示。

表1 雕塑材料及其光學(xué)特性

1.2 光源照明的燈源選擇

雕塑夜景光源一般是照明光源，主要用于照明，是人類視覺可見光譜中的一種電光源；輻射光源是一種能輻射大量紫外線和紅外線的光源。綜合考慮光源色溫、顯色指數(shù)、發(fā)光效率、正常使用壽命等因素，如綠化帶植物景觀照明應(yīng)首先選擇金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、熒光燈，顏色性能好、性能穩(wěn)定的LED 白光燈和RGB 芯片燈等[6]。常用的夜景照明光源及其相關(guān)參數(shù)如表2 所示。

表2 夜景照明常用光源相關(guān)參數(shù)

考慮到城市雕塑場景的照明范圍，且光源的數(shù)量是影響是否能達(dá)到預(yù)期照明效果的關(guān)鍵因素之一，光源的數(shù)量與雕塑的具體尺寸、所需亮度有關(guān)：一般體量小的城市雕塑，所需光源的數(shù)量較少，結(jié)構(gòu)復(fù)雜體量大的雕塑，需要較多的光源[7]。因此，傳統(tǒng)照明光源的顏色、壽命等的市場檢驗時間長，性能穩(wěn)定性更高，且成本上下波動性較小，因此，結(jié)合表2 中不同傳統(tǒng)照明光源的自身特性，選擇具體的光源設(shè)備。

多種光線組合的照明方式在理想狀態(tài)下可滿足大多數(shù)雕塑的照明要求。采用這種照明方式后，通過計算射燈盞數(shù)來確定光源向某一方向的輻射光通量密度，式（1）表示雕塑立面所需的射光強度。

其中，E 是光源在立面上的垂直照度，L 和D 分別為投光燈的投射高度和與城市雕塑之間的距離，而α是立面上的入射角，可以表示為：

由此得出城市雕塑場景空間內(nèi)需要安裝的光源和照明燈具數(shù)量為：

其中，參數(shù)I0為單個光源的發(fā)光強度，將式（1）的計算結(jié)果代入式（3）便可計算出具體的安裝數(shù)值。

1.3 確定照明燈具安裝位置和投射角度

在城市雕塑場景空間配置上，夜景照明要以城市雕塑場景空間的總體規(guī)劃為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮城市雕塑各功能區(qū)的功能，努力實現(xiàn)照明燈具等設(shè)施的和諧統(tǒng)一。根據(jù)城市雕塑場景空間的縱橫比，結(jié)合城市雕塑的關(guān)鍵照明部位，確定城市雕塑燈桿高度。圖2 所示為具體的安裝過程。

圖2 空間寬高比對應(yīng)雕塑重點照明部位示意

除照明燈具的安裝位置外，還應(yīng)確定照明燈具的投影角度，以避免夜間照明時產(chǎn)生眩光。究其原因，不僅是有些光源太亮，還與光線對人眼的位置和角度有關(guān)。角度越小、眩光越強，光損失越大[8]。燈的布置仰角不能超過15°，燈的最大光強方向和垂直夾角不能超過65°。若設(shè)定光源位置較低，向四周照射的光線大致相同，則控制向上光通量比大于25%。

1.4 確定照明方式與照度

夜景中的城市雕塑應(yīng)選擇合適的照明形式、光源、照明設(shè)置和規(guī)劃設(shè)計方案。在夜景中，城市雕塑的空間環(huán)境照明形式多種多樣，給人們帶來了不同的視覺和心理感受。通過研究總結(jié)，夜間照明大致可分為泛光照明、向上照明、向下照明、內(nèi)部穿透照明和側(cè)面穿透照明[9]。其中光照法是直接用燈光照射雕塑的立面，可以展示全景造型的效果，普遍用于超大雕塑和建筑。使用提升照明可以減少陰影，多個雕塑和標(biāo)志可以通過機械和風(fēng)力控制移動。與向下照明相比，產(chǎn)生的光線更柔和，其光線是傘形投影，這是一種大型雕塑夜景照明。室內(nèi)透光照明是指當(dāng)?shù)袼軆?nèi)部被照亮?xí)r，光線從半透明材料中溢出，使雕塑夜景煥發(fā)光彩。該燈具只能用于特殊的雕塑材料，采用玻璃材料的燈具使光從外部透入，形成雕塑夜景觀。綜合性城市雕塑高度及光源安裝位置，選擇特定的照明方式。

城市雕塑的重點照度系數(shù)可以表示為：

其中，Bi和Bj分別表示基礎(chǔ)照明的亮度和聚光的亮度。綜合考慮城市雕塑的材料確定對應(yīng)的照度值，如表3 所示。

表3 不同被照面材料的最佳照度值 lx

1.5 選擇夜景照明色調(diào)

城市雕塑夜景照明是由光、影、色等豐富的內(nèi)容組成的。在照明中使用色光時，首先要考慮其色彩特性，并考慮其變化，把握色調(diào)的色彩空間[10]。

然而，在應(yīng)用色光對比度時，需要考慮不同顏色的光強比是否與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。靈活運用各種燈光色彩、燈光等手段，以達(dá)到不同夜景氛圍的目標(biāo)效果。城市雕塑場景空間最常用的光源是介于冷光和暖光之間。雕塑立面大面積采光時，應(yīng)選用淺不飽和色彩。當(dāng)兩個光源在同一空間使用時，會產(chǎn)生不同的對比效果。光的顏色對比度越大，可以獲得亮度級別，也可以獲得光顏色級別。

1.6 合理運用光影關(guān)系

因為城市雕塑中有凸凹，所以在夜晚可以用光影來反映不同的視覺效果。優(yōu)秀的城市雕塑夜景照明設(shè)計需要光影的完美結(jié)合。合理利用光影也是照明中隊照明應(yīng)用的重要組成部分。由于光線被遮擋，物體在光線照射下形成的陰影稱為陰影，在日常照明中大致可分為投影、陰影和透射三種陰影[11]。光與像是相互矛盾的。光與像相互作用的意象基礎(chǔ)是辯證關(guān)系。光線越強，圖像越明顯。陰影的清晰度和與背景的對比度受光照強度的影響，光使物體產(chǎn)生投影，光的顏色可以從兩個方面產(chǎn)生圖像：圖像本身的顏色和環(huán)境的背景色。光的位置和方向以及陰影的成像介質(zhì)改變了陰影的輪廓形狀。雕塑的輪廓線是通過光影的關(guān)系來表現(xiàn)的。光線角度的變化，即光線角度的不同，會產(chǎn)生各種物體的陰影形狀[12]。另外，通過光影的關(guān)系，可以形成空間形態(tài)的錯覺?？臻g反轉(zhuǎn)錯覺是指當(dāng)光線照射到形體上時，后面的空間形狀和輪廓會產(chǎn)生正面或反作用的錯覺現(xiàn)象。一種是形狀透視反轉(zhuǎn)，另一種是凹凸空間反演。利用光與光、光影和空間視覺之間的關(guān)系來調(diào)整夜間的照明方式和位置。

1.7 分級控制

根據(jù)城市雕塑場景空間對光照強度、色溫、顯色性和節(jié)能的不同要求，實現(xiàn)了城市雕塑場景空間夜間照明的分級控制。調(diào)光器可以安裝在城市雕塑場景空間中。調(diào)光器采用復(fù)雜的場景布局系統(tǒng)，通過計算機控制器控制多條照明線路，并通過調(diào)光器中的傳感設(shè)備實時檢測外部環(huán)境的變化，從而控制和調(diào)整城市雕塑場景空間的適宜色溫和亮度。

城市雕塑是公共景觀中的一部分，夜間照明與節(jié)能環(huán)保密不可分，提倡綠色設(shè)計是一項長期計劃[13]。綜合分析雕塑作品的空間特征、文化特征、經(jīng)濟特征等因素，使城市雕塑夜景照明以城市文化特色為基礎(chǔ)，為綠色照明提供依據(jù)。在城市雕塑景觀照明設(shè)計過程中，通過設(shè)置照明電源的功率限制，實現(xiàn)綠色節(jié)能控制。

2 應(yīng)用效果測試實驗說明

為驗證夜景照明技術(shù)在城市雕塑場景空間照明中的使用成果，安排了應(yīng)用效果測試實驗，分別從城市雕塑場景空間照明和節(jié)能照明兩個方面進(jìn)行量化對比。

2.1 實驗場地和對象的選擇

此次實驗選取了某市中央公園雕塑場景空間作為測試對象，該中心公園總面積為116 公頃，其中雕塑場景空間以16 公頃左右的面積分布在中心公園的多個區(qū)域中。測試時，場地盡量避免其他光源的干擾，影響測試照明效果的準(zhǔn)確性。選取測試點周圍環(huán)境盡可能空曠，不要讓周圍環(huán)境的反光影響雕塑，給實驗結(jié)果帶來誤差。

2.2 測量使用儀器

應(yīng)用效果的量化測試指標(biāo)設(shè)置為雕塑場景空間照度、照明面積及用電數(shù)據(jù)，因此需要分別準(zhǔn)備照度計、照相機和電量采集器。儀器選用TES-1332A 型照度計，其具有量程大、分辨率高等優(yōu)點。相機主要是用來輔助照度計測量和計算照明區(qū)域，電量采集器主要安裝在電源位置，通過電功率計算和數(shù)據(jù)采集得到最終測試結(jié)果。

2.3 應(yīng)用效果測試過程

將準(zhǔn)備好的測量儀器分別安裝在實驗場地的指定位置，并與主測量計算機相連。根據(jù)夜景照明技術(shù)的應(yīng)用模式，確定具體的照明方案，安裝具體的照明設(shè)備。夜間照明系統(tǒng)能自動控制城市雕塑場景空間的夜景照明，并獲得相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)。

（1）照度值：以表3 結(jié)合式（4），經(jīng)過實際光源的選擇，即可獲得照度值。

（2）照度均勻度：以立面上的入射角α為最小照度值約束，根據(jù)式（1）、式（4）獲取重點照度系數(shù)與單個光源的發(fā)光強度I0，獲取其與光源個數(shù)的比值，即可獲取照度均勻度=最小照度值/平均照度值。

（3）照明功率密度現(xiàn)行值：指在達(dá)到規(guī)定的照度值情況下，每平方米所需要的照明燈的功率，在光源和照明燈具數(shù)量n 的約束下，使用電量采集器獲取過電功率計算和數(shù)據(jù)采集得到最終測試結(jié)果。其中，亮度比的計算方法是雕塑照明照度與背景亮度之間的比值，在背景不變的情況下，照度值越大對應(yīng)的亮度比越大，越可能發(fā)生眩光現(xiàn)象。通過亮度比最大門限值的設(shè)置，可以判斷當(dāng)前的照明方案是否發(fā)生眩光情況。

為了形成實驗對比，在實驗中設(shè)置了一個對照組，即不采用夜景照明技術(shù)的城市雕塑場景照明方案，并利用準(zhǔn)備好的設(shè)備得到了相應(yīng)的定量測試結(jié)果。

2.4 測試結(jié)果分析

設(shè)置對象與背景的亮度比最大門限值，通過讀取設(shè)備中的相關(guān)數(shù)據(jù)，得出應(yīng)用效果實驗的測試結(jié)果（表4）。

表4 應(yīng)用效果測試對比數(shù)據(jù)

表4 中的照度均勻性是雕塑照明區(qū)域內(nèi)最亮照度與最暗照度之比，該值越小，均勻性越好。通過表4 中的定量比較結(jié)果可以看出，夜景照明技術(shù)的應(yīng)用可以有效節(jié)約城市雕塑場景空間的照明電耗，實現(xiàn)照明節(jié)能，優(yōu)化照明均勻性，避免眩光現(xiàn)象，因此照明效果較好。

3 結(jié)束語

夜景照明是建筑與美術(shù)的巧妙結(jié)合，是對城市雕塑場景空間的再美化。根據(jù)城市雕塑的文化背景、歷史沿革和結(jié)構(gòu)特點，運用夜景照明和燈光控制技術(shù)，優(yōu)化城市雕塑場景空間的夜間照明效果，節(jié)能減排，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┮归g視覺享受，也為能源可持續(xù)發(fā)展助力。