弧形釉面陶板的燈光處理設計
——VR虛擬現實技術在夜景照明上的嘗試

沈 俊

上海市建工設計研究總院有限公司，上海 200235

0 引言

外立面泛光照明一般被列入夜景照明或景觀照明的范疇，常用的照射方式為投光[1]，隨著越來越多LED產品的介入，外立面泛光照明根據建筑外立面材質的不同分為兩種模式：一是以實體化材質為載體的表現模式，如石材類多用外投光為主手段來達到洗亮效果；二是以虛透化材質為載體的表現模式，如玻璃幕墻多用內嵌光為主手段來達到點綴或勾邊的效果。文章探討的問題是結合具體項目，將立體化材質這一新型建筑外立面作為研究對象，從只注重形式的設計轉移至探究本源的更深層次的設計解決方案。

1 項目概況

某建筑外立面為多曲面流動造型，建筑風格與紐約古根海姆博物館類似，線條相當優美典雅，與臨邊一路之隔的標志性建筑外立面相互呼應。緊臨建筑采用黃色琉璃瓦，在陽光的照射下熠熠生輝，在夜晚燈光下呈現出巍峨、莊重、神圣的氛圍。建筑師考慮到外立面豐滿而極具張力的曲面造型感，在大膽嘗試并論證后選用弧面造型的陶板為基底，為了得到理想、合適的顏色，采用上釉的手法，因為釉的顏色可以任意調制，而且在光的映襯下會變得更有光澤。

建筑朝向城市級主干道，改造成釉面陶板的弧形連續立面為主要表現面。改造前的外立面為平面型，年代久遠，缺乏保養，存在嚴重的破損，急需進行改造升級。設計師在綜合考慮效果、成本及養護后，選擇米黃色的弧形釉面陶板，此類材質極少在商業類型的項目中使用，這是一次設計創新。

2 項目重難點

釉面陶板是一種特殊的、非常規的材料。如果建筑外立面大規模選用米黃色釉面陶板（見圖1），其具備的高反射率特質會減弱對光的附著性。如何更好地為夜景照明增光添彩，是項目的一大課題。通過實測可以清楚地觀察到，在燈光照射下，釉面上會產生光斑，距離、入射角不同，產生的情況也略有不同。從個體上升到整體，立面上數以萬計的釉面陶板之間的拼接結構如果控制不好，甚至會形成大面積規則性的連續光斑。同時，如在同一高度的水平線上進行近距離的直射，照明效果會大打折扣，產生嚴重的反射光斑，類似于白天建筑外立面的玻璃幕墻光污染。陶板的曲面拼裝結構會影響燈光的可控性，從而影響整體泛光照明的均勻性。對此，需要重點考量建筑的流動造型和弧形陶板的角度問題。

圖1 弧形釉面陶板（實物圖）

為了確保建筑外立面燈光的均勻性，必須充分考慮燈具的隱藏性、合理性。燈具照射角度過大，容易造成單塊陶板的強烈陰影；過小，又沒有足夠的安裝位置。作為建筑外立面照明的重點，建筑師對連續的弧形陶板進行了精細的設計，實現白天、夜晚的雙重視覺效果。陶板本身的弧形曲面角度不大，經反復研究后，需要對陶板與陶板扣接的重要部件——豎向肋條引起重視。另外，業主在方案確定后多次提出訴求：工程周期緊張，不允許返工或施工中臨時調改。在這樣復雜而特殊的情況下，為了確保最終實景效果趨近于燈光效果圖，不單需要進行照度模擬的數值論證，更需要關注實景效果論證。

綜上，項目的重難點可歸結為兩點：一是解決弧形釉面陶板材質光附著性差的問題；二是確保高還原性的夜間燈光效果。

3 VR虛擬現實技術的特點

3.1 優勢

在時間緊、工程復雜且前期不存在大面積樣板段的情況下，嘗試使用VR虛擬現實技術。VR虛擬現實技術的優點如下。

3.1.1 高還原度

VR虛擬現實技術是夜景照明領域最核心的技術，可以徹底解決燈光效果的問題。此項技術已經廣泛用于游戲制作、模型制作等領域，具有高還原度的特點，讓人身臨其境[2]?；跓艟弋a品的光效數據化、材質參數導入的無損性，這項技術具有可行性。隨著國內外燈具產品的不斷迭代，相關參數準確并兼容更多的軟件，可供設計運用。在材質的模擬中，可將外立面釉面陶板的相關參數導入計算機，基于燈具IES文件內配光曲線，通過VR虛擬現實技術，計算機可模擬燈光效果，并實現極高的精確度和現場即視感（VR模擬成圖如圖2、圖3、圖4所示）。如帶上VR頭盔，更能達到“所見既所得”的高感觀。

圖2 一層立桿投光燈具照射范圍示意圖（出自VR模擬成圖）

圖3 六層露臺投光燈具照射范圍示意圖（出自VR模擬成圖）

圖4 七層至頂層分層立面投光燈具照度彩顯圖（出自VR模擬成圖）

3.1.2 高靈活性

立體的材質須搭配立體的光，在計算機中可以輕易地切換每個燈具的色溫、亮度、照射角度等系數，這是現實中無法實現的[3]。

無論是均勻統一的效果、由亮漸暗的效果還是忽明忽暗的效果，都可以通過VR虛擬現實技術實現。不僅可以讓人在不同的角度察看效果，還能模擬不同燈光場景的變化。各類虛擬場景確定后，可以反向運用技術（用技術指導現實），確定每個燈具的功率與色溫及需要照射的位置與亮度，為現場的施工和調試節約時間和成本。

3.2 不足

應用VR虛擬現實技術不代表可省去現場的試燈環節。雖然VR虛擬現實技術有著強大的優勢，但也不是萬能的，通過實測可彌補技術上的不足?，F場夜環境存在不可復制性，周邊光對項目存在干擾和疊加，這在模擬場景中無法模擬；VR虛擬現實技術偏重于對數據的驗證，但是數據只是工具而不是答案，光的藝術效果需要根據建筑本身的特點進行設計。

4 設計方案及現場論證

4.1 多角度疊加的綜合式照明設計

整個西南立面陶板墻面呈現弧形，2層裙房與5～8層的非顧客上人平臺可利用空間較小，1層地面南側庭院燈位置不能移動與新增，還要兼有投光補光的功能作用。面對如此復雜的多層漸退臺階式建筑，采用多角度疊加的綜合式照明打光方式，技術難度高且對產品配光的精準度十分講究。

2～4層的陶板立面在最早的設計中采用1層庭院燈桿加裝投光燈及2層裙房沉入女兒墻內嵌泛光燈相結合的設計方案。之后，現場確定在2層裙房不可內嵌燈光井，無法安裝泛光燈，只能采用1層庭院燈桿加裝投光燈的方式。原1層南一桿庭院燈從6 m的高度延伸至9.5 m，投光燈安裝于燈桿高度7.9 m以上的位置，既要確保最高位置處的燈具不伸入龐大的樹冠內，又要確保最低位置處的燈具不被2層裙房女兒墻遮擋。同時，須考慮每盞燈桿的投光燈具數量，單桿上最多可使用8盞燈具，需要計算出整體完成后的燈桿綜合總負載，復核燈桿基座的擴大加固對地底原有的管線不會造成干擾，避免不可實施性。一層燈桿結合投光燈的設計方案及效果圖如圖5所示。

圖5 一層燈桿結合投光燈的方案及實景照片

6層的陶板照明需要結合原有女兒墻側進行泛光燈的安裝；7層、8層的陶板照明采用落地照明與洗墻式照明結合的方式。女兒墻內側燈具的安裝如圖6所示，增加防水插座，可實現單燈檢修，100 mm×50 mm的熱浸鋅橋架和不銹鋼定制支架采用一體化設計，同時解決燈具安裝和電源敷設接線的問題；雙拼40 mm×40 mm鋁合金軌道落地支架如圖7所示，既不會破壞屋面防水層，又可后續靈活調整照射點位，一舉兩得。

圖6 結合原有女兒墻側的泛光燈節點圖

圖7 滑軌式落地支架燈具安裝非固定節點圖

在南面的1層燈桿點位，考慮到過街斑馬線，為了不影響過徑人流，取消南立面原有西一燈桿位置，從原有的西二桿立起；東邊正對東南大臺階的燈桿位置需要平移，以避讓出入人流，最東側的立桿保留在車行入口中間，取代原來的停車標識桿。所有燈桿盡量往北側靠，并且盡量等距布置，以減少樹木對燈光的影響。此外，所有立桿及泛光燈頭應與廣告標識牌、綠化座椅等進行一體化的協同設計，以保證整體景觀效果的協調、整潔與統一。立桿同時融合了攝像頭、音響、臨時投影燈與廣告旗等設備。南側模擬的實景圖如圖8所示。

圖8 南側模擬的實景圖

在西側的人行過廊上，原有立桿點位比較雜亂，靠南側更是布置了2排燈桿，既不美觀，也不實用。結合泛光效果，對此處燈桿進行重新設計，考慮到最大地利用率和價值，只保留1排燈桿，取消原北1桿，最南側的燈桿為了安裝投光燈，做到10.5 m高，如圖9所示。

圖9 項目燈桿分布圖

4.2 夜晚試燈的現場論證

在初步確定落實燈光效果的若干方向與選型原則后，結合現場陶板幕墻的局部成型，在多方配合下，針對不同品牌、不同光源、不同色溫、不同角度及照射方案進行了多輪的大規?，F場實測。為了找出最合理的方案，從最初的17款燈中篩選出效果最佳的5款，并配備不同的光學配件進行實測，結果如圖10所示。燈光實測同時驗證了虛擬現實平臺的照明原則的可行性，并提供了正向反饋。

圖10 測試實景照片

4.3 現場實測與VR虛擬現實技術的二次優化

現場的多次測試讓夜間泛光效果趨近于合理化，項目設計方案也得到了改善。讓光創造不一樣的美感及更高的價值，是照明設計師始終在追求的目標，需要創造立體的光，突破質的枷鎖。燈具照射角度過大，容易造成單塊陶板的強烈陰影，利用VR虛擬現實技術的靈活性，可調配出最佳夜景。

關于建筑外立面的質感呈現，白天通過太陽光，晚上運用人造光，同一款、同一排燈可以創造不一樣的“夜感美”。選擇底層的商業裙房立面和7層以上的頂部建筑立面作為項目最核心的區域，在滿足原有均勻度的前提下，確定采用雙燈疊加照射的方式，一燈作為底光鋪墊（如圖11所示），一燈作為疊加（如圖12所示），進行重點照明，洗出陰影，可以增加照明的意境之美。

圖11 底光的鋪墊（實景照片）

圖12 疊光的意境（實景照片）

5 結束語

隨著新穎大膽的建筑外立面造型設計，燈光由平面化逐步轉變為立體化，由顏色之變、動態之舞轉向注重立體和內涵，由創造方案轉變為對材質的細究和應用。

越來越多的燈光設計帶有本源研究的性質，運用產品數據化的精確參數、科技工具提升光影的整體品質，從簡單的打好光拓展至材質特征的重塑，并融合試燈測試的再次反饋，將技術與實踐用于設計，得到注重嚴謹、把控細節的整體解決思路，帶有高度的感知性和通融性，暗合自然界的本質，與人的需求相互聯系和適應，這將是新一輪燈光設計中的常態。