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【技术】浅谈建筑幕墙与灯光一体化设计

    1.引言

  在环境艺术设计中,光是一种必不可少的设计元素,也可以说,没有光就没有空间。建筑物除了普通物理意义上的三个维度以外,还存在一个“时间”的第四维,因而通过灯光变换,从心理逻辑出发大家可将某种时间色彩重组。灯光结合其外在动势感使建筑物体的内在情感扩大、延伸,感染观者。

  “光是万物之源,光照到物体表面,勾勒出它们的轮廓,在物体背后聚集阴影,给予他们以深度。沿着光明与黑暗的界限,物体被清晰的表现出来,获得自身的形式,显现相互之间的关系,处于无限的联系之中。”这是日本著名建筑师安藤忠雄的一段话。

  柯布西耶在《走向新建筑》里曾经把建筑划分为体量,表皮和平面这三个要素,他认为“体块被表皮包裹......建筑师的任务是使包裹体块的表皮生动起来,防止它们成为寄生虫,遮没了体块并为他们的利益而把体块吃掉。”

  建筑的内心是抽象的又是意象的,很难用某种比较直接的方式来表达。灯光就是要抓住这一点,利用“弦外之音”的手段外化建筑的内在抽象的情感。

  2.幕墙与灯光的一体化设计

  21世纪后,随着照明技术的迅速发展,特别是LED的发明与发展,它明亮可变,节能环保的特性,与轻巧的幕墙体系能自由的结合在一起,为建筑师在建筑表皮的材料选择上提供了新的自由度,使传统上厚重的建筑表皮逐步向轻质的外墙体系转变,并达到虚实之间的相互转化。

  2.1光的特性及其在建筑外立面中的运用

  光色的基础是冷暖,暖色光会给人以积极的情绪,并且有亲近感,冷色光则反之。用照度适中的中性色(白光)照射白色或者接近白色的墙面,会出现清洁,明亮醒目的效果。

  光色与幕墙材料的颜色和质感也有相辅相成的关系,一般说来,经砖和黄褐色的石材会较适合用暖色光来照射,用高压钠灯或者卤素灯;白色或者淡色的大理石可以用色温较高的冷白色光(复金属灯)来照射,但用高压钠灯也未尝不可。灯具方面,一般来说方形的投光灯的光线分布角度较大,圆形灯具的广角较小。广角灯具效果较均匀,但不适合做远距投射。

  光的表达虽然不像物体一样具有实体固定性,但是它能控制光域范围、强弱、色彩变化,又能随时间空间进行不同方式的选择与对应。因此,人工照明能更好的为空间还原出自然光的本色,实现光与建筑,人与建筑最和谐的关系。

  2.2LED灯具的特性

  LED灯是固体光源,也称为半导体光源,它不但寿命长,而且环保节能,是近年来在照明业发展最快的光源,是最具有发展潜力的光源之一。它除了有坚固耐用,体积小,耗电量低,使用寿命长和高亮度低热量的优点外,还便于施工,易造型,低辐射,可回收利环保。另外,其光分布易于控制,集计算机,网络通讯和图像处理等技术与一体,可在线编程,急速响应及瞬间变化且色彩丰富。可以实现很多无法实现的神奇效果。

  基于以上优点,LED灯在近年来被广泛的运用到建筑的外立面照明上。

  2.3LED灯具与幕墙外立面结合的基本形式

  在其与建筑外立面相结合的形式上,一般可分为以下的方式:

  1.在骨架和支撑结构上安装LED灯。如与幕墙相结合的设计,将在后面章节中有较为详细的描述。

  将灯具隐藏在建筑的梁或者楼板下,对实体墙照明创造出背光的效果。上海佘山天主教堂(图1)始建于1871年,扩建于1925,是上海西南部地标性建筑,因其建筑本身为无钉无木无梁无钢的构造,并且毗邻天文观测台,其外立面照明设计必须严格控制亮度和眩光,不能影响天文观测台的相关测试。所以,设计师没有用传统的卤素灯,而是采用LED灯,采用从下往上打光的方式,将白天不受光的一面打亮,增加了古建筑的透明感;同时,用彩色泛光灯具照亮了教堂塔楼,圆顶和塔顶,呈现出琉璃翠瓦,琥珀清透的效果。

                       

  3.双层表皮内透光的方式。采用空腔内透光照明,既达到了最佳光照效果,节约光能,又可以避免眩光及很好的遮挡灯具。如水立方(图2),用蓝色的LED灯,突出了场馆的功能,对其进行了新颖的诠释。

  4.立面材料嵌入方式(图3)和立面投光方式。

                      

  5.天幕,如北京的世贸天阶(图4)。长200m,宽30m,打破传统的屏幕模式,带来的视觉新体验。

  2.4幕墙与灯光整合设计的要点

  在建筑布局上,LED灯有以下的方式:

  1.点,点状LED又称led智能灯,每个像素点完全独立,有独立的控制信号,点可以任何形式,大小和形状任意分布,可以用点突出节点,用点去形成个性独特的图形和变化,呈现出繁华的效果。

  2.线,将若干LED像素点安装在条形构件上,就变成了线,即人们所说的条形灯。可以用线来强调建筑的轮廓,造型更灵活。

  3.面,在建筑立面上,让灯光以面的形式出现,用面的方式去营造商业气氛,用面去区分建筑的功能区域,将整个面立体化。

  但是,在具体的幕墙设计中,灯光的设计需要与幕墙设计协调考虑。

  1.石材幕墙:可考虑在顶部或者底部设置射灯以突出石材的质感和建筑物的气势,或在立面上设置隐藏的灯带(图5)或将灯带作为石材幕墙的装饰线条与幕墙结合设计(图6)。

                       

  2.铝板幕墙:石材幕墙和铝板幕墙上灯带的走线较为方便,可直接在面板内侧走线和安装开关,可根据不同的外立面要求设置不同的灯型,图7为铝板幕墙上设置条形灯的一个案例。图11是在铝板幕墙的龙骨上安装射灯,打亮上部的玻璃幕墙。

                                 

  1.玻璃幕墙:玻璃幕墙可分为框架式和单元式,其中框架式又可分为明框和隐框。

  1)隐框框架式玻璃幕墙:一般不建议在隐框幕墙上设置灯带,一方面是由于灯带外露影响幕墙的美观,另一方面是由于设置灯带,会对隐框幕墙的水密性有较大的影响。

  2)明框框架式玻璃幕墙:灯带要与幕墙的主受力结构合理连接,灯带的设置不能破坏幕墙的整体效果,在外立面设计中,可以考虑到将灯带作为外装饰的一部分(图9),横向和纵向上都是每20m要设置一个出线孔,孔径大小和所用灯的功率相关(图10)。灯具固定不能破坏幕墙的水密性。

  3)单元式幕墙:不建议直接在幕墙面层上做灯带,这是由于单元板块为一个整体,任何在型材上的钻孔都会破坏其铝合金型材的等压腔从而影响幕墙整体的水密性能。一般考虑做室内泛光照明,同样能达到建筑物夜景装饰的效果。比如将灯具融入幕墙体系之中,通过计算机控制把灯光投射在内层的铝板反射面上,最终以光面的形式在建筑物上呈现。

                              

  4.在追求建筑美观的同时,大家还应考虑到是否破坏了光环境,造成光污染,为了避免光污染产生的眩光,大家可以改变灯具的位置和高度,角度以及灯具的形状来避开人正常活动时的视觉范围,也可以采用间接照明的方式,使光源不再进入视域中,避免眩光。

  2.5幕墙与灯光一体化设计的意义

  幕墙系统作为外围护结构,对水密性和气密性要求很高,灯光在后期安装,容易造成幕墙的漏气和漏水问题。特别是玻璃幕墙,一体化设计能从根本上解决幕墙性能下降和失效的问题。

  灯具作为立面组成的一部分,与幕墙系统结合设计,既解决了建筑外立面的夜间景观照明,又不影响白天建筑物的艺术效果,尤其是能减少灯具的专门布线环节而造成的幕墙部位位置拆装的重复工作。同时,不同形状的灯具也可以作为幕墙装饰的亮点,从而提高幕墙产品的性价比。

  从经济层面上看,当大家强调了光和影的关系,通过构图,合理的使用光影关系,使建筑物虽然受光面少,但层次却能得到更好的效果。通过设计来减少了灯具的使用量,或将大功率灯变成了小功率的灯,则单项工程的造价就会降下来,总体灯光项目的造价也会下降。

  3.结语

  LED灯在幕墙系统上使用的普遍原则是:1,灯具具有可藏匿性;2.尽量不影响采光和通风;3.避免眩光;4.不影响幕墙的水密和气密性能。灯具并不是简单的依附在建筑的表皮,而是通过对表皮系统进行整合设计而展现出建筑物最美的一面。

  无论是从建筑整体效果的把控上还是从节约成本的角度上,或是从幕墙整体性能的实现上讲,灯光和幕墙的整合设计都是一个更好的选择。恰当的灯光设计,能在保证外部空间完整性的同时,也能消除原建筑中很多由于施工不善所产生的缺陷,同时满足幕墙关键性能的要求。

  本文更多的是从细部设计的角度来阐述灯光和幕墙整合设计的必要性。恰当的设计可以更好的体现建筑物的特质,促进.建筑灯光与环境的和谐,展现建筑的人文魅力。

  延伸阅读:

  “玻璃幕墙+植物幕墙+光电板”160米巴黎法院成欧洲最大的法院

  提到巴黎,最先想到的建筑必定埃菲尔铁塔,这是巴黎人公认的最美、最高的建筑。而今天中国幕墙网小编ALwindoor.com跟大家分享的工程同样来自于法国巴黎。日前,皮亚诺在巴黎设计的司法大楼已接近完工,该建筑的最新照片也随之大量曝光,这是雄心勃勃的大巴黎12栋摩天大楼之一,建成之后,它将成为欧洲最大的法院。

                              

                                                                 巴黎法院实景图

                            

                                                                     巴黎法院实景图

  巴黎法院位于巴黎北部边缘的克里希-巴蒂尼奥勒的城市开发区内,这是巴黎不同行政区和郊区之间的一个重要的十字路口,并且它也与公共交通有着很好的连接,其中包括向北延伸的新轨道电车。该大楼是一个公私合作的项目,目的是缓解巴黎市中心周边的几个不同服务部门日益拥挤的情况,包括地区法院、警察法院、检察院和与该市各部门(各行政区)相连的地区法院,它将将这些分散在巴黎各区域的各种设施重新整合起来。

                           

                                                                 巴黎法院实景图

  这幢建筑设计成一个狭窄型的、透明的塔状结构,由于巴黎市所有新建筑限高180米的政策,巴黎法院最终被设计成了160米高,总建筑面积6.2万平方米,它由4个由大到小的体量堆叠起来,通过精心的布置,极大的提高了使用效率和方便性。

                          

                                                                 巴黎法院效果图

  这个建筑的四个体量中,第一个体量长而低,与巴黎豪斯曼建筑的比例相一致。后面的三个体量每个都大约包含十层楼。这种分层结构会产生大型的屋顶露台——总共大约有一公顷的面积,并计划在这些露台上面进行园林美化,种植大约500棵树,这会让建筑变得更加的柔和,并创造出了舒适的空间用于人们在此思考问题和讨论事情,同时与能起到“植物幕墙”的作用,为建筑带来良好的遮阳效果。

                        

                                                               巴黎法院实景图

                        

                                                                巴黎法院实景图

  建筑的第一个体量是一座高27米的“基座”,而建筑的其余部分,从外面通过其水晶透明的玻璃幕墙完全可以看清楚,这同时也突出了建筑的透明度和明显的辨识度。透过建筑的栏杆和结构让人们沐浴在一片阳光之中,大楼内几乎所有的法庭和审判室,都可享受到自然光线,整个建筑也都有着自然通风。

                        

                                                                 巴黎法院实景图

                       

                                                                 巴黎法院实景图

  在这个“基座”上面的楼层上,有90个法庭,几乎所有的房间都充满了自然光线。再通过一个垂直和水平的循环系统,人们可以在几分钟之内进入到这些法庭中去。在另外的体量中还设有办公室和会议室:第二个体量是地方法庭,第三个体量是检察长办公室,第四个体量是主审法官办公室。

                        

                                                               巴黎法院实景图

                       

                                                          巴黎法院实景图

  该建筑具有热惯性,并且还采用了自然通风系统,建筑外墙还采用了光电板和雨水收集系统,这是该项目采用的一些环境解决方案,也为高层建筑的能源消耗设定了新的基准。

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