建筑自然采光與照明實(shí)例分析

建筑自然采光與照明實(shí)例分析第1頁(yè)/共43頁(yè)金貝爾藝術(shù)博物館

路易斯·康“自然光是唯一的光，因?yàn)樗星檎{(diào)——它提供了我們共識(shí)的基礎(chǔ)，它使我們能接觸到永恒。自然光是唯一能形成建筑藝術(shù)的光?！眀y：路易斯·康時(shí)間：1966—1969—1972地點(diǎn)：美國(guó)，田納西州福特沃思市第2頁(yè)/共43頁(yè)金貝爾藝術(shù)館最為成功的地方是

對(duì)光的處理：頂采光側(cè)采光庭院采光采光手法第3頁(yè)/共43頁(yè)頂采光：

在博物館拱殼結(jié)構(gòu)單元的殼頂中央開(kāi)一條寬90厘米的縱向天窗。光線從天窗照進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)半透明鋁質(zhì)反光體均勻分散于成擺線狀的拱頂天花，從而再反射到展品上。拱頂表面布滿了乳白色的柔軟的陽(yáng)光，尤如蒙上了一層半透明的薄紗使得展室格外的寧?kù)o安詳。身處展室使人置身于一種專(zhuān)注、享受和提高的藝術(shù)氛圍中。

第4頁(yè)/共43頁(yè)怎么樣效果不錯(cuò)吧？這樣抽象的藝術(shù)作品，我是有點(diǎn)接受不了呀，不過(guò)同學(xué)說(shuō)雖然很丑，但她很值錢(qián)！我頓悟了第5頁(yè)/共43頁(yè)

側(cè)采光：在拱形結(jié)構(gòu)山墻一側(cè)，拱頂與填充墻分離，形成一條擺線狀拱形采光帶，細(xì)細(xì)的光帶增加了端部的采光效果，既揭示著展室外分割和過(guò)度又不至于產(chǎn)生眩光，這條細(xì)長(zhǎng)的光帶更進(jìn)一步說(shuō)明支撐與圍護(hù)的分離，強(qiáng)詞了單元的造型特征和結(jié)構(gòu)傳力的簡(jiǎn)明性。

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博物館內(nèi)共挖出三十內(nèi)庭，各自承擔(dān)著采光和視覺(jué)休息過(guò)渡的功能。其中一個(gè)展廳的庭院，用與墻面同樣的灰色大理石做成主題性雕塑，水在其中流淌，植物攀爬于側(cè)壁。陽(yáng)光照向內(nèi)庭，把植物的陰影灑落在墻壁和地面上，寧?kù)o中不乏自然的氣息。

庭院采光：第7頁(yè)/共43頁(yè)對(duì)于自然光的應(yīng)用，是路易斯·康在金貝爾藝術(shù)博物館設(shè)計(jì)中最為注重的一個(gè)方面，據(jù)稱為了拱頂結(jié)構(gòu)的合理采光效果，康和他的光學(xué)顧問(wèn)進(jìn)行了歷時(shí)兩年的分析、試驗(yàn)來(lái)分析光線效果。路易斯·康被譽(yù)為建筑界的詩(shī)哲,他的建筑作品通常是在質(zhì)樸中呈現(xiàn)出永恒和典雅。他在建筑作品中善于把握光線與光影，啟發(fā)著人們對(duì)存在和哲理的思考，通過(guò)路易斯·康的作品，我們可以感知建筑學(xué)的真諦——對(duì)超越物質(zhì)與技術(shù)而存在的人類(lèi)的夢(mèng)想的表達(dá)。路易斯·康還有很多建筑作品都值得我們?nèi)ゼ?xì)細(xì)品味！第8頁(yè)/共43頁(yè)國(guó)家體育場(chǎng)——鳥(niǎo)巢（夜間照明設(shè)計(jì)）sobeautiful?。?！第9頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施控制系統(tǒng)鳥(niǎo)巢夜間的照明設(shè)計(jì)都圍繞著一個(gè)概念——綠色照明方案設(shè)計(jì)一探究竟第10頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

綠色照明旨在節(jié)約電能，保護(hù)環(huán)境，改善照明質(zhì)量。鳥(niǎo)巢從建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，“外景觀”主要分為以下幾個(gè)主要部分：外層立面鋼結(jié)構(gòu)；屋頂外層膜結(jié)構(gòu)；功能區(qū)域及看臺(tái)的背墻等。

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再有觀眾看臺(tái)、屋頂內(nèi)層膜結(jié)構(gòu)以及比賽場(chǎng)地等元素形成場(chǎng)內(nèi)景觀。在進(jìn)行夜景照明方案構(gòu)想時(shí)，設(shè)計(jì)師從功能照明與效果照明的關(guān)系著手，重點(diǎn)考慮了場(chǎng)地內(nèi)外照明的相互關(guān)系。

以場(chǎng)地內(nèi)功能照明為前提，看臺(tái)四周公共空間的功能照明和應(yīng)急疏散照明為基礎(chǔ)，避免光環(huán)境的相互干擾，本著改善和提高照明質(zhì)量的原則展開(kāi)外立面景觀照明的設(shè)計(jì)。第12頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

鳥(niǎo)巢體量巨大、空間復(fù)雜，可實(shí)現(xiàn)的照明效果豐富多樣，能運(yùn)用的照明形式也多種多樣。除了建筑本身的藝術(shù)形態(tài)特征與照明效果有直接的關(guān)系之外，如何在有限的電力資源和空間資源上實(shí)現(xiàn)好的照明效果也便成為方案設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的重要因素之一。第13頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

鳥(niǎo)巢是一個(gè)極有個(gè)性的建筑，照明方案在最初提議時(shí)更是豐富多彩，設(shè)計(jì)師有許多天馬行空的思路和好的創(chuàng)意。但更多的方案在深入討論到可實(shí)施性的階段時(shí)被否決，其中最重要的一項(xiàng)原因就是能源的節(jié)約。第14頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

具體來(lái)看、鳥(niǎo)巢外立面鋼結(jié)構(gòu)是最具吸引力的建筑元素，鋼結(jié)構(gòu)由24榀門(mén)式桁架柱圍繞著體育場(chǎng)碗狀看臺(tái)區(qū)旋轉(zhuǎn)而成。鋼結(jié)構(gòu)組件相互支撐、形成網(wǎng)格狀構(gòu)架。鋼構(gòu)立面寬度在一米二左右，長(zhǎng)度隨機(jī)組合，銀灰色，設(shè)計(jì)師們主要提出了以下幾種照明方案：第15頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

以建筑外立面作為載體進(jìn)行不同顏色的投射表現(xiàn)；或者進(jìn)行數(shù)字信息系統(tǒng)投射等；此種照明型式會(huì)使原本很有吸引力的結(jié)構(gòu)更加豐富多彩，饒有趣味，但由于結(jié)構(gòu)為隨機(jī)布置狀態(tài)，精確投影會(huì)加大實(shí)施難度，增加設(shè)備成本，而簡(jiǎn)單大面積投射勢(shì)必造成對(duì)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間的光污染，也形成資源浪費(fèi)，不能符合綠色環(huán)保照明理念。第16頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

再有通過(guò)安裝燈具附著于結(jié)構(gòu)本身，使得錯(cuò)綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)自身“能夠點(diǎn)亮”，進(jìn)行自發(fā)光照明效果的表現(xiàn)，具體形式可選用點(diǎn)狀、線狀，更有大膽的想法是結(jié)構(gòu)柱自身表面能夠整體發(fā)光，這些形式的照明效果在很大程度上還原了日景建筑的景觀特征，并能在此基礎(chǔ)上作一定變化，對(duì)建筑特征的表現(xiàn)具有一定主動(dòng)性。

第17頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

但外層鋼結(jié)構(gòu)體量巨大，僅重量就約3萬(wàn)噸左右，燈具設(shè)備要在這些結(jié)構(gòu)上安裝需要巨大工作量，隨之而來(lái)的維護(hù)保養(yǎng)工作也相當(dāng)困難，對(duì)資源的浪費(fèi)是長(zhǎng)期的巨大的。雖然在這一方案中有著較多的形式和表現(xiàn)效果，但最終都在綠色照明、節(jié)約能源的理念前難以立足，不能得以實(shí)施。第18頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

還有其他很多方案在實(shí)施過(guò)程中陸續(xù)的被提出、推敲和探討，在這個(gè)過(guò)程中我們也更體會(huì)到，好的照明方案首先應(yīng)當(dāng)是必要的而不是附加的，是適當(dāng)?shù)亩皇沁^(guò)多的。在方案階段對(duì)綠色照明理念的貫徹是最有必要、最有效果的。第19頁(yè)/共43頁(yè)方案設(shè)計(jì)與綠色照明

鳥(niǎo)巢照明效果最終確定為三大部分，一是核心筒（功能區(qū)空間）外墻和觀眾看臺(tái)背墻的紅色墻面部分，用紅光投射照亮；二是外立面鋼架結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)及左右兩側(cè)形成的U形面，用白光投射照亮，外立面形成剪影效果；三是屋頂上下膜結(jié)構(gòu)及之間的鋼架結(jié)構(gòu)也由白光投射照亮。所有部位選用的照明型式是較為穩(wěn)定的投光照明，整體方案實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)約化，增強(qiáng)了可實(shí)施性，實(shí)現(xiàn)了綠色照明的初衷。第20頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

中國(guó)紅是鳥(niǎo)巢最具吸引力的照明主題之一，我們主要在使用熒光燈、金鹵燈、led三種光源的燈具間進(jìn)行了比較。除了照度均勻度指標(biāo)外，動(dòng)態(tài)效果與顯色性的表現(xiàn)成為決定此款燈具的重要指標(biāo)。熒光燈與金鹵燈明顯不能滿足動(dòng)態(tài)效果的要求，而色彩的還原在led的燈具研發(fā)中成為主要的難點(diǎn)。第21頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

紅墻在白光的投射下顯得飽和度不夠；在純紅光的照射下顯得生硬而過(guò)于艷麗，與周邊的環(huán)境欠缺融合；白光與紅光相加能表現(xiàn)較為純正的紅色，但色調(diào)偏冷過(guò)于嚴(yán)肅；經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)由紅光、白光、黃光按照4：3：3的比例進(jìn)行調(diào)配，使得墻體表現(xiàn)為暖色調(diào)紅光，喜慶祥和而具有濃郁的中國(guó)特色。第22頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

通過(guò)控制系統(tǒng)還可以在純紅與橘紅之間無(wú)級(jí)漸變，色調(diào)的冷暖與現(xiàn)場(chǎng)納燈光環(huán)境相互呼應(yīng)融合又形成適當(dāng)?shù)膶?duì)比，用led進(jìn)行紅色效果的表現(xiàn)堪稱最佳效果。第23頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

在此款燈具的研制方面我們選用進(jìn)口led芯片，通過(guò)慎密的設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的制造工藝控制來(lái)解決燈具散熱問(wèn)題，確保芯片光效能夠得到有效發(fā)揮。經(jīng)過(guò)測(cè)試燈具功率為60w，最大光強(qiáng)2580cd，燈具的效率達(dá)到63%。防護(hù)等級(jí)等各項(xiàng)指標(biāo)均通過(guò)國(guó)家相關(guān)驗(yàn)證。通過(guò)控制燈具品質(zhì)，盡量提高效率實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目的。第24頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

剪影效果是鳥(niǎo)巢夜景照明效果特有的文化主題之一，通過(guò)內(nèi)亮外暗的效果使得白天就極具吸引力的外層鋼結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出截然不同的一面，為整個(gè)建筑平添幾分魅力。第25頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

在這些功能性極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)空間中找尋適當(dāng)?shù)耐豆鉄舭仓梦恢孟喈?dāng)困難。既考慮照明效果的均勻性，又必須避免大樓體、通道、室內(nèi)空間等位置的眩光。除了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、不同方向觀察外沒(méi)有什么辦法能夠兼顧這些元素之間的平衡。在現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)核心筒的區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行了綜合試驗(yàn)，找尋結(jié)構(gòu)與安裝位置之間的規(guī)律。26第26頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

外層鋼結(jié)構(gòu)以內(nèi)到觀眾坐席之間的部分是鳥(niǎo)巢更加復(fù)雜更加立體的空間結(jié)構(gòu)。此間有用于結(jié)構(gòu)支撐的混凝土柱和鋼柱；又有最主要的通道大樓梯；有衛(wèi)生間，設(shè)備間，貴賓包間等功能性室內(nèi)空間；也有巨大的疏散大廳與其特有的功能性照明燈具；有特殊配比調(diào)制的漆面材質(zhì)；也有鳥(niǎo)巢隨機(jī)紋理的夾層玻璃隔斷墻；第27頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

投光燈具是安裝在核心筒周邊護(hù)欄的外側(cè)面邊梁上、斜向上投射的。由于不同層的邊梁形狀不同上下錯(cuò)落，所以首先要避開(kāi)燈具投射到上層的底面，僅此一條要求可以裝燈的位置就已經(jīng)大大減少；邊梁至外層鋼結(jié)構(gòu)的外邊緣距離又有10米-20米不等，鋼結(jié)構(gòu)數(shù)量疏密不等，疏處無(wú)載體可照，密處需要減小燈具功率從不同方向進(jìn)行補(bǔ)光。第28頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

由于燈具有一定角度向外投射，所以在廣場(chǎng)上一定距離范圍內(nèi)燈具的發(fā)光表面構(gòu)成了較強(qiáng)的閃光點(diǎn)，雖然燈具角度不算很大，還沒(méi)有形成刺眼的眩光，但給景觀的整體美觀性造成很大的破壞。通過(guò)分析試驗(yàn)我們調(diào)整為側(cè)配光的投光燈進(jìn)行照明，使得燈具發(fā)光面可以水平向上，而光束角又能斜向外側(cè)投射，避免了亮點(diǎn)的出現(xiàn)提高了景觀的觀賞性。第29頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

在這種復(fù)雜場(chǎng)合的投光照明項(xiàng)目中，特制防眩光格柵起到了非常大的作用，而且是必不可少的。格柵的方向、厚度經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，同時(shí)又進(jìn)行試驗(yàn)室的光效檢測(cè)，最終采用放射狀格柵橫向布置的方式進(jìn)行防眩光處理，在減少光效下降和控制眩光的權(quán)衡之間取得了較為滿意的效果。鳥(niǎo)巢內(nèi)層結(jié)構(gòu)最豐富的空間得到了充分的展示，外層鋼結(jié)構(gòu)在這些元素的映襯下，展現(xiàn)出特有的剪影效果。第30頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

多種因素綜合考慮、每種燈具逐個(gè)調(diào)整，寬配光窄賠光互相補(bǔ)充，使得立面整體有了較好的均勻度。所有燈具光束角覆蓋范圍合理分布相互補(bǔ)充，在燈具布置環(huán)節(jié)盡量降低光效的損失，也把使用燈具的數(shù)量控制在了最合理的范圍之內(nèi)。第31頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

膜結(jié)構(gòu)的燈具布置考慮到被照面的均勻度，燈具投射角度為斜向上45度，投射角度給高視點(diǎn)帶來(lái)了眩光問(wèn)題，較遠(yuǎn)距離觀看鳥(niǎo)巢時(shí)燈具表面亮點(diǎn)也對(duì)景觀的破壞較為明顯。結(jié)合屋頂結(jié)構(gòu)立柱的布置規(guī)律設(shè)置燈具投射水平軸的方向。并增加防眩光格柵，避免了眩光出現(xiàn)，達(dá)到最終設(shè)計(jì)效果。第32頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

在深化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)同一效果不同的實(shí)現(xiàn)方式的推敲也是重要的環(huán)節(jié)之一，比如在對(duì)外層鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行投光照明的方案中，曾提出了使用熒光燈安裝于邊梁之上向上投射的方案，立面整體均勻度會(huì)相對(duì)提高但燈具數(shù)量與用電量會(huì)變得巨大。安裝和維護(hù)的成本也相應(yīng)提高，使得這一方案不是最優(yōu)。最終我們選擇了250w和400w的金鹵燈鈉燈進(jìn)行鋼架的投光照明。在燈具和照明形式的選擇上堅(jiān)持了綠色照明的理念。第33頁(yè)/共43頁(yè)燈具選用、措施與綠色照明

綜合來(lái)講燈具品質(zhì)的保障、照明方式的選擇、照明效果的細(xì)致調(diào)整都是鳥(niǎo)巢實(shí)現(xiàn)綠色照明的重要控制環(huán)節(jié)。第34頁(yè)/共43頁(yè)

鳥(niǎo)巢照明控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成化控制，場(chǎng)地照明，室內(nèi)功能空間照明，外立面景觀照明共同使用同一套智能控制系統(tǒng)，將智能控制系統(tǒng)的功能充分發(fā)揮，也在一定程度上體現(xiàn)了綠色照明的宗旨。

Led照明控制系統(tǒng)為獨(dú)立的系統(tǒng)建立在總控系統(tǒng)之下，在供電正常的狀態(tài)下自行進(jìn)行節(jié)目表演控制?？刂葡到y(tǒng)與綠色照明第35頁(yè)/共43頁(yè)控制系統(tǒng)與綠色照明

鳥(niǎo)巢由12個(gè)核心筒構(gòu)建了室內(nèi)功能區(qū)域，外景觀照明的供電控制單元也正是基于這種建筑結(jié)構(gòu)而展開(kāi)的，在每一層的不同的核心筒都有著景觀照明的供電配電箱，使得我們可以對(duì)不同功能層進(jìn)行分別控制。第36頁(yè)/共43頁(yè)控制系統(tǒng)與綠色照明

外層鋼架和屋頂膜結(jié)構(gòu)有黃光和白光兩套投光系統(tǒng)，通過(guò)試驗(yàn)確定的投光燈燈具安裝位置是相同的，以確保兩個(gè)場(chǎng)景都有較好的均勻度，但供電和控制方式卻是截然分開(kāi)的，以在不同時(shí)段能夠區(qū)分金色場(chǎng)景和銀色場(chǎng)景。第37頁(yè)/共43頁(yè)控制系統(tǒng)與綠色照明

屋頂摸結(jié)構(gòu)在開(kāi)閉幕式表演期間利用膜結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)視頻演示等場(chǎng)景，所以屋頂部分的投光燈與立面的投光燈又必須分別進(jìn)行控制。紅色墻面部分作為一個(gè)整體單元實(shí)現(xiàn)供配電的控制，動(dòng)態(tài)演示的模式由led子系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定。由此形成了以下控制系統(tǒng)模式，進(jìn)行不同時(shí)段的控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。第38頁(yè)/共43頁(yè)控制系統(tǒng)與綠色照