上海世博會(huì)石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)研究

南昌美霓光環(huán)境科技發(fā)展有限公司

目   錄

1.引言

2.石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)創(chuàng)意

3.石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)研究

3.1異形PC板光學(xué)特性研究

3.1.1相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義

3.1.2透光率和霧度測(cè)試方法

3.1.3透光率和霧度測(cè)試步驟

3.1.4影響透光率和霧度的因素分析

3.1.5透光率和霧度的選擇

3.1.6透光率和霧度選擇效果的驗(yàn)證

3.2 異形PC板LED照明方式研究

3.2.1光源形式的確定

3.2.2像素點(diǎn)數(shù)及功率匹配

3.2.3異形PC板光源位置與排列方式研究

3.3LED光源相關(guān)參數(shù)研究

3.3.1 LED光源分類

3.3.2 LED晶片選擇

3.3.3 LED光源封裝形式選擇

3.3.4 LED光源功率研究

3.3.5 LED光源出光角研究

3.3.6 LED光源亮度研究

3.3.7 LED光源光衰研究

3.3.8 LED光源的確定

3.4異形PC板亮度（照度）分析

3.4.1相關(guān)參數(shù)和術(shù)語(yǔ)

3.4.2城市照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

3.4.3相關(guān)照明設(shè)施照度測(cè)試

3.4.4環(huán)境亮度（照度）標(biāo)準(zhǔn)的參照

3.4.5結(jié)論

3.5異形PC板LED色彩研究

3.5.1色度學(xué)相關(guān)術(shù)語(yǔ)

3.5.2 LED晶片發(fā)光特性

3.6異形PC板立面視覺(jué)效果分析

3.6.1相關(guān)術(shù)語(yǔ)

3.6.2上海石油館建筑環(huán)境平面分析

3.6.3石油館建筑及異形PC板結(jié)構(gòu)平面分析

3.6.4異形PC板立面視角分析

3.6.5異形PC板立面視距分析

3.6.6異形PC板景觀照明立面視覺(jué)效果分析

3.7控制系統(tǒng)研究

3.7.1控制系統(tǒng)技術(shù)要求

3.7.2控制系統(tǒng)方案概述

3.7.3系統(tǒng)控制方式

3.7.4系統(tǒng)控制具體方案（具體施工圖紙,、電路控制圖紙等）

3.8其他

3.8.1技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)

3.8.2維護(hù)系數(shù)選擇

4.石油館建筑景觀照明燈具制造及安裝施工技術(shù)

4.1 LED點(diǎn)光源燈具生產(chǎn)工藝

4.2鋁制反光板加工技術(shù)

4.3 LED點(diǎn)光源與反光板組合技術(shù)

4.4 石油館建筑景觀照明施工工藝

4.5電源及控制系統(tǒng)安裝技術(shù)

4.6系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)

上海世博會(huì)石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)研究（1）

1.引言

上海世博會(huì)石油館是由中國(guó)石油,、中國(guó)石化,、中國(guó)海油三家石油公司投資建設(shè)的企業(yè)館。石油館建筑景觀照明的創(chuàng)意設(shè)計(jì),、燈具制造和安裝施工全過(guò)程由南昌美霓光環(huán)境科技發(fā)展有限公司負(fù)責(zé)實(shí)施,。

石油館建筑外立面采用異形PC板材裝飾，面積達(dá)4000余平方米,，這是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)采用如此大面積的異形PC板材作為建筑外立面,。石油館造型簡(jiǎn)潔、大氣,、穩(wěn)重,、現(xiàn)代,，極富時(shí)代感和行業(yè)特色。一根根管道狀異形PC板材縱橫交錯(cuò)編織在一起,，象征著石油石化行業(yè)蓬勃向上,、持續(xù)發(fā)展的美好愿景，喻示著石油石化行業(yè)與未來(lái)城市和美好生活密不可分的關(guān)系,。

2.石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)創(chuàng)意

采用面積達(dá)4000余平方米的異形PC板材作為建筑外立面,，其規(guī)模與形式是前所未有、獨(dú)一無(wú)二的,。如何進(jìn)行石油館建筑異形PC板景觀照明創(chuàng)意設(shè)計(jì),，是我國(guó)景觀照明設(shè)計(jì)面臨的全新課題。尤其是在2008奧運(yùn)水立方建筑景觀照明取得了家喻戶曉,、交口稱贊的效果,，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)影響力的情況下，對(duì)具有同樣重要意義的上海世博會(huì)石油館建筑景觀照明的創(chuàng)意設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性,。

2009年1月,，南昌美霓光環(huán)境科技發(fā)展有限公司承擔(dān)了石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)的任務(wù)，并提出了高起點(diǎn),、高水平,、高質(zhì)量、爭(zhēng)取達(dá)到甚至超過(guò)水立方建筑景觀照明效果的,、國(guó)內(nèi)乃至世界一流的設(shè)計(jì)要求和目標(biāo),。為了充分體現(xiàn)石油館建筑設(shè)計(jì)特征，達(dá)到完美的景觀照明設(shè)計(jì)效果,，根據(jù)甲方提供的石油館建筑效果圖,、結(jié)構(gòu)圖、建筑設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)等資料,，我們對(duì)石油館建筑景觀照明進(jìn)行了積極的探索和獨(dú)特的創(chuàng)意設(shè)計(jì),。

首先,，我們對(duì)國(guó)內(nèi)眾多的類似案例進(jìn)行了調(diào)研、考察,、分析和論證,，其中包括北京西單大悅城、奧運(yùn)場(chǎng)館鳥(niǎo)巢,、水立方以及上海,、廣州、深圳,、長(zhǎng)春,、沈陽(yáng)等樓體的大型燈屏等等，并在北京,、上海,、廣州等大型國(guó)際照明展會(huì)上收集了相關(guān)資料，為石油館建筑景觀照明的創(chuàng)意設(shè)計(jì)做好了充分的案例經(jīng)驗(yàn)和資料準(zhǔn)備,。

在此基礎(chǔ)上,，我公司組織設(shè)計(jì)人員結(jié)合市場(chǎng)調(diào)研和案例分析，根據(jù)異形PC板材的特征,，對(duì)石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)進(jìn)行了反復(fù)的研究,、討論和一系列的實(shí)驗(yàn)論證。經(jīng)過(guò)我公司對(duì)各種有益構(gòu)思和創(chuàng)意的集中,，將整個(gè)創(chuàng)意過(guò)程進(jìn)行認(rèn)真梳理之后,，形成了一個(gè)完整的創(chuàng)作思路：將異形PC板以整體LED燈屏顯示與掃描效果疊加的景觀照明方式，制作表現(xiàn)宇宙爆炸——地球形成——史前動(dòng)植物——自然現(xiàn)象與氣候變遷——石油生成——石油開(kāi)采——現(xiàn)代生活等過(guò)程的視頻影像,，穿插史前自然現(xiàn)象等震撼人心的畫(huà)面,，烘托世博會(huì)場(chǎng)館環(huán)境的景觀照明氛圍，同時(shí)結(jié)合石油館所展示的內(nèi)容,，達(dá)到獨(dú)特的景觀照明設(shè)計(jì)效果,。

設(shè)計(jì)思想確立后，我們立即組織設(shè)計(jì),。1月30日（農(nóng)歷正月初五）完成了設(shè)計(jì)初稿,，由董事長(zhǎng)親赴大慶向甲方主要領(lǐng)導(dǎo)作了詳細(xì)匯報(bào)。領(lǐng)導(dǎo)對(duì)整體設(shè)計(jì)思想給予充分肯定,，并提出將設(shè)計(jì)內(nèi)容整合為四個(gè)部分：石油——城市——夢(mèng)幻——科技,。在初步設(shè)計(jì)方案被確認(rèn)后，我們繼續(xù)進(jìn)行方案的深化和完善,，往返于北京,、上海、廣州,、杭州等地,，收集獲取大量的視頻,、圖片等技術(shù)資料,，尋求相關(guān)廠商的技術(shù)協(xié)作,，并及時(shí)向甲方匯報(bào)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)展情況,。經(jīng)過(guò)對(duì)初步設(shè)計(jì)方案十余次的反復(fù)修改,，最后將設(shè)計(jì)內(nèi)容確定為：石油、城市,、夢(mèng)幻三部曲,。

石油館建筑景觀照明以聲,、光,、電結(jié)合的現(xiàn)代高科技手段,，以“石油，延伸城市夢(mèng)想”為表現(xiàn)主題,，營(yíng)造夜幕下石油館晶瑩剔透,、精美絕倫、異彩紛呈,、玄妙奇幻的三維影像效果,，生動(dòng)體現(xiàn)了石油館建筑設(shè)計(jì)的功能特征和石油石化行業(yè)的發(fā)展特色,，讓觀眾在震撼與驚嘆中,，經(jīng)歷一次充滿神奇色彩的時(shí)空之旅，了解石油的歷史及其給人類文明進(jìn)步和城市發(fā)展作出的重要貢獻(xiàn),，了解三家石油公司的人文精神,、社會(huì)責(zé)任和未來(lái)發(fā)展的美好前景。同時(shí),，石油館建筑景觀照明首次將如此大面積的異形PC板材作為建筑外立面裝飾材料,，并采用LED作為背景光源，在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際上都是一個(gè)創(chuàng)舉,，因此,，石油館建筑景觀照明的設(shè)計(jì)，將以其獨(dú)有的創(chuàng)意,、新穎的方式,、空前的規(guī)模以及巨大的體量，在我國(guó)景觀照明建設(shè)史冊(cè)中寫(xiě)下濃墨重彩的一筆,。

3.石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)研究

石油館建筑景觀照明的設(shè)計(jì)創(chuàng)意只是整體設(shè)計(jì)的起步,。要使設(shè)計(jì)創(chuàng)意付諸實(shí)施，還有更多的問(wèn)題需要研究,，更多的難關(guān)需要攻克,，還需付出更大的努力。

3.1異形PC板光學(xué)特性研究

合理選擇石油館外立面異形PC板材主要的光學(xué)特性指標(biāo)——透光率和霧度,，是實(shí)現(xiàn)石油館建筑景觀照明設(shè)計(jì)效果的前提條件,，也是國(guó)內(nèi)景觀照明設(shè)計(jì)研究課題的空白,。為此，我們與上海復(fù)旦大學(xué)電光源研究所合作,，參照國(guó)家最新標(biāo)準(zhǔn)《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》（GB／T2410-2008,，2008年8月4日發(fā)布，2009年4月1日實(shí)施）的相關(guān)規(guī)定,，采用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)試設(shè)備和方法,，以試樣測(cè)試為主，結(jié)合理論計(jì)算,，確定了異形PC板材透光率和霧度的相關(guān)指標(biāo),。

3.1.1相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義

3.1.1.1透光率 luminous transmittance

透過(guò)試樣的光通量與射到試樣上的光通量之比，用百分?jǐn)?shù)表示,。

3.1.1.2霧度 haze

透過(guò)試樣偏離入射光方向的散射光通量與透射光通量之比,，用百分?jǐn)?shù)表示。

3.1.2透光率和霧度測(cè)試方法

按照上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，我們采用的測(cè)試方法是霧度計(jì)測(cè)試法,。

3.1.2.1測(cè)試儀器（霧度計(jì)）

（1）光源

光源和光檢測(cè)器輸出的混合光經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后應(yīng)為符合CIE標(biāo)準(zhǔn)比色法測(cè)定要求的標(biāo)準(zhǔn)光源，其輸出信號(hào)在所用光通量范圍內(nèi)與入射光通量成比例,。

（2）積分球

用積分球收集透過(guò)的光通量,，出口窗和入口窗的中心在球的同一最大圓周上，兩者的中心與球的中心構(gòu)成的角度應(yīng)不小于170°,。當(dāng)光陷阱在工作位置上而沒(méi)有試樣時(shí),，入射光柱的軸線應(yīng)通過(guò)入口窗和出口窗的中心，光檢測(cè)器應(yīng)置于與入口窗呈90°的球面上,，以使光不直接投入到入口窗,。

（3）聚光透鏡

通過(guò)聚光透鏡照射在試樣上的光束基本為單向平行光，光線不能偏離光軸的3°以上,，光束在球的任意窗口處不能產(chǎn)生光暈,。

（4）反射面

積分球的內(nèi)表面、擋板和標(biāo)準(zhǔn)反射板應(yīng)具有基本相同的反射率并且表面不光滑,，在整個(gè)可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)具有高反射率,。

（5）光陷阱

當(dāng)試樣不在時(shí)應(yīng)可以全部吸收光，否則儀器無(wú)需設(shè)計(jì)光陷阱,。

3.1.2.2測(cè)試原理

霧度計(jì)采用平行照射,、半球散射、積分球光電接收方式,，測(cè)量原理如下圖,。

由光源1（鹵鎢燈）發(fā)出的光經(jīng)過(guò)聚光鏡2，通過(guò)光攔3，經(jīng)遮光式調(diào)制器4射到物鏡5上,。物鏡5射出一束平行光束,，其光線偏離角不大于3°，并將光欄3成像在出射窗口10上,。出射窗對(duì)入射窗口中心的張角為8°,，光斑邊緣與出射窗形成1.3°的環(huán)帶。 積分球7內(nèi)裝有一可擺動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器9,，當(dāng)測(cè)定透光率及總透射光時(shí),，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器被控在位，擋住出射窗,；當(dāng)測(cè)散射光時(shí),，從出射窗處讓開(kāi)。固定在積分球上的硒光電池８將球內(nèi)的光照吸收后轉(zhuǎn)換成光電流,，經(jīng)檢波放大Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換,，微機(jī)處理后顯示透光率和霧度的測(cè)定值。

3.1.3透光率和霧度測(cè)試步驟

實(shí)驗(yàn)過(guò)程共分五個(gè)步驟,，分別為：

選擇無(wú)缺陷試樣,，切割成一定尺寸——取下保護(hù)罩，裝上樣品架——接通電源,，儀器預(yù)熱,，指示燈綠光時(shí)進(jìn)行測(cè)量——待測(cè)樣品裝在樣品架上測(cè)試，指示燈轉(zhuǎn)為紅光后顯示屏顯示出透光率和霧度數(shù)值——如一樣品已測(cè)3次,，則計(jì)算機(jī)打印出的測(cè)定結(jié)果是3次測(cè)量平均值,。

3.1.3.1試樣要求和測(cè)試方法

試樣不應(yīng)有影響材料性能的缺陷,，避免對(duì)測(cè)試和計(jì)算造成偏差,；試樣尺寸應(yīng)大到可以遮蓋住積分球的入口窗，兩側(cè)表面應(yīng)潔凈,、平整且平行,，無(wú)可見(jiàn)的內(nèi)部缺陷和顆粒；一般情況下每組測(cè)試三個(gè)試樣,。本測(cè)試采用1號(hào)（國(guó)產(chǎn)）,、2號(hào)（進(jìn)口）和3號(hào)（進(jìn)口）三種PC板材試樣進(jìn)行。無(wú)阻擋時(shí),，調(diào)節(jié)檢流計(jì)的指示為100,，然后根據(jù)試樣、光陷阱,、反射板等不同位置的情況,，反復(fù)讀取入射光通量T1、通過(guò)試樣的總透射光通量T2、儀器散射光通量T3,、儀器和試樣的散射光通量T4,，取得試樣、光陷阱,、反射板等不同位置情況下的測(cè)試數(shù)據(jù),。

3.1.3.2計(jì)算結(jié)果

將每塊樣品測(cè)量3次，則測(cè)試結(jié)果應(yīng)將試樣的3次測(cè)量的平均值作為測(cè)定結(jié)果,；將三塊試樣的透光率值和霧度值取算術(shù)平均值,，即為該批試樣的測(cè)定結(jié)果。

（1）透光率

第一次測(cè)試結(jié)果：

數(shù)據(jù)處理按“GB2410-80”試驗(yàn)方法,，本機(jī)透光率和霧度值計(jì)算方法如下：

透光率：Tt=T2/ T1×100%,；其中T1為100

霧度：H=T4/Tt×100%；T3為0

對(duì)于每個(gè)試樣,，以百分?jǐn)?shù)表示的透光率按下式計(jì)算：

T=(T2/T1)×100%

式中：

T—透光率,；

T2—通過(guò)試樣的總透射光通量；

T1—入射光通量,。

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的算術(shù)平均值,，得到三組數(shù)據(jù)如下：

（a)1號(hào)試樣：T1=1050lm，T2=353.85lm,，

代入公式,，得到1號(hào)試樣透光率為：

T=(T2/T1)×100%=（353.85／1050）×100%=33.7%

（b)2號(hào)試樣：T1=1050lm，T2=531.30lm,，

代入公式,，得到2號(hào)試樣透光率為：

T=(T2/T1)×100%=（531.30／1050）×100%=50.6%

（c)3號(hào)試樣：T1=1050lm，T2=454.65lm,，

代入公式,，得到3號(hào)試樣透光率為：

T=(T2/T1)×100%=（454.65／1050）×100%=43.3%

同理得出1、2,、3號(hào)試樣第二,、三次的測(cè)試結(jié)果，如表所示,。

（2）霧度

第一次測(cè)試結(jié)果

對(duì)于每個(gè)試樣,，以百分?jǐn)?shù)表示的霧度按下式計(jì)算：

H=( T4/T2－ T3/T1) ×100%

式中：

H—霧度；

T4—儀器和試樣的散射光通量,；

T2—通過(guò)試樣的總透射光通量,；

T3—儀器散射光通量（因數(shù)值較小，可以忽略不計(jì),，即 T3=0）,；

T1—入射光通量。

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的算術(shù)平均值，得到三組數(shù)據(jù)如下：

（a)1號(hào)試樣：T1=1050lm,，T2=353.85lm,，T4=333.86lm，T3=0,，

代入公式,，得到1號(hào)試樣霧度為：

H=( T4/T2－ T3/T1) ×100%=（333.86／353.85）×100%=94.35%

（b)2號(hào)試樣：T1=1050lm，T2=531.30lm,，T4=498.52lm,，T3=0，

代入公式,，得到2號(hào)試樣霧度為：

H=( T4/T2－ T3/T1) ×100%=（498.52／531.30）×100%=93.83%

（c)3號(hào)試樣：T1=1050lm,，T2=454.65lm，T4=429.96lm,，T3=0,，

代入公式，得到3號(hào)試樣霧度為：

H=( T4/T2－ T3/T1) ×100%=（429.96／454.65）×100%=94.57%

同理得出1,、2,、3號(hào)試樣第二、三次的測(cè)試結(jié)果,，如表所示,。

將以上測(cè)試計(jì)算結(jié)果列表如下：

PC板測(cè)試測(cè)試計(jì)算數(shù)據(jù)比照表

注：1.以上參數(shù)是由三臺(tái)不同單位的光電霧度儀測(cè)試的結(jié)果，測(cè)試設(shè)備均具有國(guó)家頒發(fā)的生產(chǎn)許可證書(shū),，符合GB2410-80,、ASTMD1033-61(1997)、JISK7105-81D等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，霧度計(jì)采用C光源（DC12V 50W 鹵鎢燈+色溫片）,。

2. 板材試樣厚度：6mm；測(cè)量范圍：透光率0～100%,，霧度0～99%（0～30%絕對(duì)測(cè)量,、31～99%相對(duì)測(cè)量）；廠家提供的霧度數(shù)值不在《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》（GB／T2410-2008）關(guān)于霧度定義的范圍之內(nèi),。

3.國(guó)家規(guī)定的準(zhǔn)確度誤差：透光率±1%、霧度±0.5%,。

首次測(cè)試和計(jì)算后,，我們對(duì)1—3號(hào)試樣分別進(jìn)行了LED點(diǎn)光源照明現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，其中1號(hào)試樣取得了較好的實(shí)際效果,。經(jīng)過(guò)第二,、三次的測(cè)試、計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比，證明1號(hào)試樣的透光率和霧度參數(shù)較適宜作為選擇石油館建筑外立面異形PC材料的參考依據(jù),。

3.1.4影響透光率和霧度的因素分析

3.1.4.1試樣因素

透光率和霧度與試樣的厚度,、潔凈程度、兩側(cè)表面的平行度,、表面平整度等多種因素有關(guān),，這些因素從不同程度影響光源的入射、反射與透射,。比如對(duì)有紋理的PC板材透光率和霧度測(cè)試,，由于紋理影響了板材表面的平整度，同時(shí)由于紋理的不規(guī)則性,，每次在不同位置時(shí)測(cè)試板材試樣的結(jié)果都有不同程度的誤差,。

3.1.4.2方法因素

由于測(cè)試儀器及測(cè)試方法的不同，測(cè)試結(jié)果可能產(chǎn)生一定誤差,。在廠家提供的試樣中,，1號(hào)試樣有兩組數(shù)據(jù)，數(shù)值差異較大（測(cè)試計(jì)算數(shù)據(jù)比照表中僅列出一組數(shù)據(jù)）,；而且三個(gè)廠家提供的霧度指標(biāo)都有達(dá)到和超過(guò)100%的數(shù)值,，有兩家甚至達(dá)到108%，這一指標(biāo)不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)表述的霧度術(shù)語(yǔ)和定義,。

3.1.4.3標(biāo)準(zhǔn)因素

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》（GB／T2410-2008）雖然已經(jīng)發(fā)布實(shí)施,，但該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試范圍只適合于低霧度（如0—30%）的透明塑料，對(duì)霧度達(dá)到90%以上,、作為景觀照明透光材料PC板材的測(cè)試和計(jì)算,，目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)際上也還是一個(gè)新的課題,。因此,，各廠家提供的PC板材霧度數(shù)據(jù)必然存在一定的差異。

3.1.5透光率和霧度的選擇

參考國(guó)家對(duì)于透光率和霧度及其測(cè)試設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn),，結(jié)合對(duì)試樣多次測(cè)試,、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、理論計(jì)算,，按照國(guó)家關(guān)于透光率和霧度準(zhǔn)確率誤差的規(guī)定,，我們推薦選擇透光率為35±1%、霧度94.5±0.5%的PC板材作為石油館外立面景觀照明的透光材料——前提是采用相同方法,、利用符合中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),、并得到國(guó)家認(rèn)可的專業(yè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

3.1.6透光率和霧度選擇效果的驗(yàn)證

根據(jù)以上研究,，甲方于10月底最終提供了透光率為35±1%,、霧度94.5±0.5%的PC板材,，對(duì)此我們?cè)俅芜M(jìn)行了測(cè)試，取得了較為理想的效果