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淺論“LED+智能”在城市景觀照明中的應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-04-18 17:17   來源:旭宇光電  作者:曹小兵 冉崇高 李超  瀏覽次數:366
  曹小兵  冉崇高  李超   (旭宇光電(深圳)股份有限公司,廣東深圳 518126)
 
  摘  要:LED在城市景觀照明中得到了大量推廣與應用,本文分析了城市景觀照明存在設計規劃缺失、標準滯后和光污染嚴重等問題,建議通過對城市景觀照明整體設計的優化,利用“LED+智能”照明特有優勢提升城市景觀照明形態。
 
  關鍵詞:LED  景觀照明 規劃標準光污染
 
  中圖分類號:TM 923       文獻標識碼:A
 
  Applicationof Intelligent LED in Urban Landscape Lighting

  CAO Xiaobing  RAN Chonggao  LI Cao

  Xuyu Optoelectronics Co.,Ltd, Shenzhen 518126

  Abstract:AsLED has been widely promoted and applied in urban landscape lighting, thispaper analyzes several problems in urban landscape lighting such as the lack ofdesign planning, lagging standards and serious light pollution and suggestsimproving the configuration of urban landscape lighting by optimizing its overalldesign and capitalizing on the unique advantages of “LED+ Smart” lighting.

  Keywords: LED;landscapelighting;planning;standard;light pollution
 
  引言
 
  隨著我國經濟建設突飛猛進和城市建設規模的不斷擴大,受益于國家基建投資和大力推行特色小鎮等政策的利好,景觀照明在城市基建中得到前所未有的重視,以往城市照明建設重點為單純公共設施的功能性照明,發展到具有城市和地方特色的景觀照明,高效節能的“LED+智能”在照明領域大量推廣和應用,景觀照明帶動了城市旅游業蓬勃發展,也形成了具有城市特色的名片。據國家半導體照明工程研發及產業聯盟發布的數據顯示,我國2016年半導體照明產業市場規模達到4286億元,同比增長23.2%,其中景觀照明約占總量的13.5%,預計2018年全國景觀亮化規模將達到780億。本文將介紹“LED+智能”景觀照明設計的基本準則,對未來景觀照明的發展趨勢進行展望。
 
  1城市景觀照明設計特點
 
  1.1規范及規劃
 
  城市景觀照明應遵照中華人民共和國住房和城鄉建設部行業標準JGJ/T 163-2008《城市夜景照明設計規范》進行方案設計,并選用符合國家強制認證目錄的照明產品,未納入強制認證的產品應優先選用有自愿性認證的照明產品,節能認證目錄內照明產品的能效應符合相應國家能效標準相應要求。同時應注意針對室外照明干擾光限制應依據國家標準GB/T 35626-2017《室外照明干擾光限制規范》,該標準規定了室外照明干擾光相關城市環境亮度的分區,對干擾光進行了分類及限制,并規定了相應的限制措施,是城市景觀照明方案設計、施工及驗收的重要依據。另外,正在起草的國家標準《LED夜景照明應用技術要求》編制組于2017年8月在北京成立,將對夜景照明用LED燈具的安全、規格分類、光電指標和可靠性等方面進行規范要求,該標準補充和完善了JGJ/T 163-2008關于夜景照明未涵蓋使用LED為光源的相應要求。隨著景觀照明的行業和國家標準的相繼出臺,標志著我國城市景觀建設標準化工作的逐步完善,使城市景觀照明設計、施工和驗收有據可依[1]。
 
  行業標準JGJ/T163-2008將所有室外公共活動空間或景物的夜間照明定義為景觀照明(landscapelighting)。設計師們將城市景觀特有形態與空間內涵在夜晚用燈光點綴呈現,構筑廣場、樓宇集照明與亮化形態達到觀賞目的,公共建筑、園林、廣場、交通樞紐、橋梁、公園、河道及山水湖泊等場景的景觀亮化交織成城市特有的名片,并將地標性特定主題及強調文化藝術與燈光的融合,采用的LED光源及燈具品種繁多,使用多種照明方式組合燈光載體多樣化,利用“LED+智能”控制系統讓城市景觀照明管理者的維護管理更加方便[2]。
 
  城市景觀照明走在前列的省市相繼出臺了相應規劃文件,例如上海城市景觀照明總體布局以中心城區向外環線的新城鎮輻射為核心的“一城多星,三帶多點”方案得到市委相關部門的認可。2017年10月9日,上海市人民政府批復了綠化市容局申報的《上海市景觀照明總體規劃》,這也是上海市首次編制及發布景觀照明的專項規劃,明確全市景觀照明發展的核心區域、重要區域、發展區域、一般區域和禁設區域,并提出了禁止性、控制性和限制性的要求,旨在通過專業和系統化統籌完善城市景觀照明體系。深圳市為了適應城市景觀照明建設的發展,保證景觀照明建設質量和促進技術進步,確保照明設施安全和經濟運行,市城管局組織編制及發布了《深圳市景觀照明工程技術規范(試行)》規范,為新建、改建、擴建的景觀照明項目提供了技術規范依據。
 
  1.2  “LED+智能”景觀照明典型應用
 
  夜景照明是為了滿足城市夜景效果而設置的燈光,是城市夜景照明的基礎設施,豐富的城市夜景照明有助于塑造城市景物的亮點,提升人們在夜晚對城市的感知度。2018年國內各地景觀照明齊亮相,杭州市環西湖和運河沿線景觀燈光因“G20峰會”而點亮,總投資約10億元以LED燈光、噴泉和景觀照明融入城市綻放藝術觀賞元素,用光、電、聲和水的交融打造畫卷式的視覺盛宴;北京市以長安街為中軸線以燈籠及中國結“扮靚”;西安市將中國紅的古建筑和現代雕塑被燈光映襯得五彩斑斕,展示了古城魅力的夜西安;燈光秀微電影在南昌市贛江兩岸正式亮相,絢麗奪目的燈光和醉人的音樂吸引了觀光游客和市民駐足觀看;大同市15條城市主干道達86km霓虹燈裝扮的街區、樹木、立交橋和草坪等城市亮化工程的交織,形成層次分明、錯落有致的燈光夜景讓人流連忘返。
 
  LED已發展到可見光全光譜應用階段,設計師們利用LED配光及光學透鏡等優勢進行搭配,應用光與色結合的優勢來提升景觀照明的整體效果,以見光不見燈的效果讓人們體驗光與景完美結合的意境,不僅營造出令人舒適的光照空間,景與燈光和諧的藝術效果如圖1。隨著“LED+智能”在照明行業的成熟應用,高效節能LED與智能控制結合應用在夜景照明已成為照明企業的挖掘重點,景觀照明選擇的智能控制技術一般采用基于現場總線(ProgrammableLogic Controller,PLC)系統,通過控制不同回路增減照明燈具數量來達到控制目的,“LED+智能”照明系統由可編程邏輯傳感器、環境信息探測、供電監控、照度監測、亮度調控、通信網絡與LED燈具組成,通過組網集中控制體現“LED+智能”的便捷、高效和節能優勢[3]。
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圖1  “LED+智能”景觀照明效果
Figure 1  Effect picture of lntelligentLED landscape lighting
 
  2 景觀照明存在的問題與改善
 
  2.1規劃設計缺失
 
  城市規劃的核心在于對項目調研與評估并形成方案藍圖,成為城市景觀規劃決策者的重要依據,城市照明設計與土地使用規劃及區域 規劃有著密切的關聯,因此照明是視覺空間現象,它不是簡單地依附在建筑載體上,而是可重塑空間形態的體現。由于缺少統一規劃將導致城市夜景照明設計理念千差萬別,甚至有些工程承包商為了提高工程造價,過度設計照明將導致景觀失真、能源浪費和破壞生態環境。隨著各地相應規劃的出臺,針對城市景觀照明用LED照明產品的質量、互換性、維護成本及照明效果等方面進行相應規范,城市景觀整體效果已得到明顯的改善[4]。
 
  2.2 照明質量需提升
 
  隨著LED照明和顯示屏在戶外的推廣應用,由于項目方案設計、安裝和管理不當造成光污染等質量問題日益突出,如何解決景觀亮化及顯示屏等造成的光污染問題,已成為產業和社會關注焦點。當夜色降臨城市環境亮度降低時,景觀照明或顯示屏的干擾光顯得格外刺眼,對周邊居民生活造成一定的干擾,日益突出的光污染問題已引起產業及政府相關部門的關注與重視,國外的TerrelGallaway 團隊以美國為例研究光污染,測算出每年因光污染造成損失高達70億美元[5]。
 
  2.2.1光污染
 
  生活在商業氣息特濃的都市,樓宇墻面安裝的顯示屏給人們傳遞信訊的同時也帶來一定的困擾,在夜間非熄燈時段測量某建筑的LED顯示屏表面照度達55.62lx,嚴重影響到相鄰住宅樓的住戶休息,具體測試現場及數據見圖2,LED顯示屏使用方與居民通過溝通及管理方的協調,最終達成按照深圳市LED產業標準聯盟《顯示屏光污染限值和現場測量方法》團體標準要求控制LED顯示屏的亮度在對面鄰樓住戶窗口表面垂直照度控制在5lx以內,通過標準約束來解決民眾與使用方的矛盾沖突,對提高城市夜景照明與顯示等產品的質量、安裝、使用和光污染管控具有重要意義。
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圖2  顯示屏光照度測量 (a) 現場實景圖(b)照度測試圖
Figure 2  Illumination measurement of display screen (a)Scene view (b) Illumination test chart
 
  2.2.1色溫及亮度
 
  城市廣場已成為人們工作之余休閑的重要場所,某知名中心廣場地面裝飾燈具原采用暖色溫的鈉燈地板燈看上去特別溫馨,隨著城市景觀照明改造節奏的加快,該中心廣場的地面照明全部換成了高效節能的LED地磚燈,設計者本意是想體現LED的高亮度而選用了高亮度及6000K相關色溫(CCT)的LED光源,造成圖3地板燈亮度過高的結果,現場測量其表面照度為24.86lx,當人近距離置身該區域時明顯感覺眩光明顯,特別是對長時間處于高色溫和高亮度趴在地面玩耍的小孩來講,對其眼睛具有相應的影響與傷害。無疑該中心廣場地面裝飾燈具需要從色溫及亮度方面進行整改,采用暖色發光地磚具有更好的效果。照明作為城市夜景的一種表達方式,應在方案設計、建設和應用中與城市特色同步,讓人們在休閑時具有更多的沉浸式體驗。
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圖3  廣場地面亮度測量 (a) 鈉燈實景圖(b)換LED燈后效果圖(c)照度測試圖
Figure 3  Ground brightnessmeasurement of square (a) Scene view of sodium lamp (b) Effect picture of afterinstalling LED lamp (c) Illumination test chart
 
  2.2.3 雙甲牌照稀缺
 
  全國建筑市場監管公共服務平臺數據顯示,目前持有省級住房與城建建設局頒發“城市及道路照明工程專業承包一級”資質企業450家,具有MOHURD頒發“照明工程設計專項甲級”資質的企業僅有51家,截至到2018年1月22日,持有“城市及道路照明工程專業一級資質”和“照明工程設計專項甲級資質”雙甲資質企業僅有46家。隨著我國城市景觀照明市場的不斷擴大,現有雙甲企業遠不能滿足市場需求,相關企業也希望通過行業協會及抱團拓展等途徑來提高企業的技術創新能力與獲取相應資質。
 
  2.2.4項目資金體量龐大
 
  城市景觀照明屬資金驅動型產業,企業承擔項目資金周轉能力要求很高,項目具有前期資金投入大和回款周期長的特點,企業通常要在項目投標前支付投標保證金,施工過程又要支付履約保證金,以及墊付人工和材料費用,項目完工后仍要保留相應的質量保證金,而且項目越大所需墊付資金越多,對企業資金實力與信貸能力要求極高。所以大多數景觀照明承擔企業采用輕資產運作模式,以項目組以統籌管理為主,將相應子項目的施工外包等運作模式來降低項目資金投入,具有工程能否按質、按量和按期完成難以把控的風險。
 
  3 不同類型景觀照明的設計特點
 
  3.1 設計準則
 
  城市景觀照明設計應符合行業標準JGJ/T 163-2008的相應要求,同時應注重項目的藝術目標,以及設計的基本點和出發點,以項目所在地發布的有關技術規范和標準為設計基準,方案應具有可操作性和實現性強的特點,效果圖與實際情況應基本相符。針對項目景觀重點突出個性鮮明的特色,設計采用桿式泛光燈做到“見光不見燈”的效果,巧妙地運用燈光塑造城市景觀藝術的魅力,打造優雅、溫馨及和諧的城市夜景照明,對不同區域與風格的城市建筑群應用“LED+智能”照明進行系統方案設計。
 
  3.1.1以人為本
 
  城市景觀照明應圍繞具有地方特色進行藝術創作,“以人為本”突出地方人文景觀特色為基礎進行方案設計,遵循為人服務為原則,不盲目追求美觀與造型而忽略對人們生活作息的影響,特別是住宅小區及其周邊景觀照明應以人居舒適度為中心來思考與設計,針對具有特定要求的天文臺應以觀察夜環境和暗環境為主題,再比如城市濕地公園的照明就應考慮光照會影響小動物或鳥類等群體,不能讓景觀照明的燈光去打破自然規律。
 
  3.1.2主次分明
 
  景觀照明設計應重點突出城市及景觀主題,項目設計方案須有主次之分,核心軸線的風景應重點突出,通過虛實結合突出重點區域的點綴,利用“LED+智能”調節景觀照明各區域亮度的適宜度,用柔和光照的陪襯來達到整體協調效果。景觀照明應選用中低色溫為主色調,與城市夜景照明主題相陪襯,體現城市景觀與照明的和諧及互襯。
 
  3.1.3節能環保
 
  景觀照明在展現城市亮麗景色的同時也是耗能大戶,管理方通過智能控制系統借助各種“預設置”控制方式對不同場景下的照明進行精確設置和管理,讓控制系統對照明燈具進行智能控制來實現對電能的節約。城市景觀設計理念應以綠色高效為核心,同時利用太陽能的優勢及選用節能低碳的LED照明產品,以及智能化程度高的系統方案有效節約能源。
 
  3.1.4凸顯藝術
 
  優秀的照明設計方案可以改變城市夜景的感官,把富有文化內涵的創意設計思想融入景觀照明中,并發出具有藝術感染力的“光影藝術”效果。好的照明設計可以渲染城市夜間景觀的藝術氛圍,避免千遍一律單調乏味的重復,以及缺乏整體規劃的盲目建設。個別夜景的過度照明破壞了景區整體協調性,甚至出現光污染現象,不論是色彩選擇與搭配或者照明燈具的造型設計,都需要匠心獨運與創新應用,在不影響整體效果的前提下,采用多形式照明相結合、互為補充及相互襯托的形式將景觀和場景藝術完美結合與展現[6]。
 
  3.2  LED燈具選用
 
  3.2.1園林照明
 
  照明設計可增強園林視覺效果及營造亮麗的夜景氛圍,并展現園林的建筑、雕塑、花木、山石等景物造型特點。園林照明燈具選擇因景而異,可選用定向發光和易于管控的“LED+智能”照明燈具來展現園林中景物不同的風韻,根據被照景物的位置及環境來確定燈具的位置、照射角度、數量和排布方式。在燈具類型的選配方面,大型喬木科植物可選窄角聚光或交叉照射來營造空間氛圍,枝干繁茂的植物可選用聚光與泛光照射來烘托樹葉的交錯形成縱深感,高低錯落植物選用可調色溫的燈或漸變突出立體氛圍,灌木植物采用泛光照明來強調成片與廣闊,個性植物用窄角度聚光燈突出其色調或用夸張的配色來加強色彩對比度,園林照明燈具應隱蔽安裝或與構造物混為一體避破壞園林本有的特色。
 
  3.2.2人行道照明
 
  景區人行道照明最重要是保證是人們出行的安全性, 應避免使用具有投射角度的燈具直射人眼,選用半截光配光設計的燈具來保證足夠亮度照明, 人行道照明燈具及效果如圖4。景區的小徑則要注意選用2m以內高度的庭院燈或草坪燈來提供照明, 光源應選配暖色溫調及磨砂效果的燈罩來避免眩光。
QQ截圖20190418172510
圖4  人行道路照明效果
Figure 4  Pedestrianroad lighting effect
 
  3.2.3廣場照明
 
  城市廣場為人群密集的公共場所, 較大的廣場應選用高桿燈來保持公共活動區域的地面水平照度在15~25lx, 主要出入口的地面水平照度保持在20~30lx,廣場的地面裝飾照明宜選用防水及抗壓性能滿足相應標準要求的LED地埋燈,面積較小的局部地面及臺階可用LED柱狀燈,道路及臺階的墻側面應選用配磨砂燈罩的嵌入式LED燈[7]。
 
  3.2.4水景照明
 
  水是所有景觀設計元素中最具吸引力的一種,城市景觀區通常會以河流、小溪和噴泉來展現水的靜美,當噴射的水流在可調光色的投光燈照映,是相互聯系的整體及城市景觀帶不可缺少的重要觀賞景點。水景是由物體的形象、體量形態、照明燈光、色彩變化、音樂氛圍與水交融而成的景觀,用光、色和音樂營造出動靜相承的意境構建景與光色空間,通過燈光隨著音樂節奏變化把光與水交織景色呈現給觀眾,營造燈光與水景相結合的水景燈光文化,豐富了城市景區內湖泊溪流夜景形態。
 
  (1)噴泉照明設計師利用水作為一種可以承載光的介質基礎,使本來就已經被塑造的水形態,變化出更多的造型和效果。噴泉照明通常采用紅藍黃色LED燈具應用“LED+智能”結合噴泉造型展現獨特的效果見圖5,根據設計要求安裝在水下2~3cm處與噴水方向保持一致,利用光與水產生一種在空氣中不能達到的效果對噴泉進行再造型,讓人在燈火闌珊的水景中穿行品味城市景觀照明藝術,打造成城市文化的一扇窗口展現城市夜景多彩斑斕的畫卷。
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圖5  噴泉照明效果
Figure 5  Fountain lightingeffect
 
  (2)水幕照明燈一般安裝在水流下落的水池底部, 采用單色或變色LED燈勾勒出傾瀉而下的水面輪廓, 安裝設計應有效隱藏燈具并最大限度將水流高度撞擊產生的水花照亮突出水光一片的特色,人們在聆聽流水潺潺的同時也欣賞到水幕流光溢彩的視覺盛宴如圖6。城市夜景河流湖泊的照明應根據水質和流動性來選擇照明燈具,具有潔凈水源的河流采用水下照明燈具可凸顯河水的清澈, 較混濁的河流采用造型的水上照明燈具照射河流而營造奇幻神秘的鏡像效果。
QQ截圖20190418172542
圖6  人造瀑布照明
Figure 6  Artificial waterfall lighting
 
  3.2.5建筑照明
 
  城市建筑照明設計應符合國家標準GB 50034-2013《建筑照明設計標準》相應要求,設計方案著重突出建筑個性來強調細節的重點刻畫,避免不分主次的通體照亮。城市標志性建筑物可采用泛光照明燈具埋地向上斜照,帶鏤空雕刻構筑物的燈具可安在構筑物的內部,達到見光不見燈的效果,用投射燈光將鏤空美感突現。典型案如圖7的大型建筑物沿著邊緣用LED燈條或燈帶利用夜幕背景作襯托,結合埋地射燈與洗墻燈勾勒出來建筑整體輪廓,在安投射燈時,應充分考慮投射角度所產生的陰影部分進行彌補, 可采用投射燈或在陰影處進行補充照明,燈的安裝位置要結合建筑整體造型選定, 避免不當安裝而破壞建筑整體美感。
 
QQ截圖20190418172553
圖7 大型構筑物照明效果
Figure 7  Lighting effectsof large structures
 
  4 結語
 
  2016年7月由MOHURD、發改委和財政部聯合下發《關于開展特色小鎮培育工作的通知》,提出在2020年前培育1000個特色小城鎮,景觀照明占比約為總投資的2~3%,由此推算特色小城鎮建設帶來景觀照明市場空間約在1000至4500億元間。展望我國城市景觀照明市場空間非常大,其市場經濟效益更為可觀,隨著杭州及廣州等城市夜景亮化景觀帶打造所帶來的經濟效益顯現,也為城市夜景發展帶來新的契機,未來數年內景觀照明作為城市夜景的重要構成部分將迎來持續需求。在推動點亮城市夜景照明體現城市文化的同時為城市景區和旅游業帶來了新的發展契機,例如嘉興烏鎮通過建設主打夜間活動的西柵景區,顯著地提升了游客的過夜率與再訪率,其夜間收入占全天候收入的35~50%。
 
  我國城市景觀亮化建設已全面鋪開,作為城市基礎設施中的景觀照明工程仍然存在方案設計缺少規劃、資金體量龐大及雙甲牌照稀缺等問題,建議出臺相應規劃,并通過立法及標準規范的約束構建具有“中國地方特色”的城市景觀照明,對不同區域景物和建筑物的照明亮度、色溫和色彩方面進行規定,避免照明設計過度造成的光污染,禁止使用影響植物生長的照明設施,禁止設置影響古建筑或園林等自然與歷史文化遺產保護的照明設施,禁止在自然保護區、天文臺、國家公園設置照明設施。城市景觀照明應堅持以節能環保為準則,通過應用智能控制創新技術,合理規劃與優化設計,選擇高效節能的“LED+智能”照明系統控制照明能耗,為建設具有地方特色的城市景觀照明奠定基礎。
 
  參考文獻

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  [3] 曹小兵.LED智能照明技術的發展與趨勢[J]. 中國照明電器,2014(11):6-10.

  [4] 劉鈺.淺析城市夜景照明的規劃與設計[J].經貿實踐,2017(24):327.

  [5] 房曉艷,樊明光.LED燈具在城市夜景照明中的應用分析[J].時代農機,2017,44(5):52-53.

  [6] 陳學文. 藝術視角下的城市景觀照明分析[A]. 中國照明學會.2017年中國照明論壇-半導體照明創新應用與智慧照明發展論壇論文集[C].中國照明學會:,2017:7.

  [7] 張紅云.城市廣場景觀照明設計探討[J].建材與裝飾,2017(3):101-102.
 
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