國內(nèi)外博物館照明標(biāo)準(zhǔn)及其綠色照明技術(shù)的比較

彭妙顏，周錫韜

(1.廣州大學(xué)聲像與燈光技術(shù)研究所, 廣東 廣州 510006;2.廣東中南聲像燈光設(shè)計研究院，廣東 廣州 510006)

引言

博物館是收集、保管、研究和陳列、展覽有關(guān)自然、歷史、文化、藝術(shù)、科學(xué)、技術(shù)和人類文化遺產(chǎn)等的實物或標(biāo)本的場所[1]，并對那些有科學(xué)性、歷史性或藝術(shù)價值的物品進行分類，為公眾提供知識、教育和欣賞，并提供休閑娛樂的功能。因此，博物館的建筑設(shè)計必須充分考慮妥善保護這些珍貴的歷史文化財產(chǎn)，包括溫濕度、 防潮、 防水、光照、 防煙塵、防有害氣體、 防蟲、 防鼠、防盜、防火和防雷等要求。其中“光照”是指盡可能地使展品免受光學(xué)輻射(包括可見輻射、紫外輻射和紅外輻射)的損害。光線對展品的損害程度與光線的光譜能量分布有密切關(guān)系。隨著入射光的波長向藍光或紫外波段移動，光對展品的損害程度增大。為此，博物館展品的展覽陳列區(qū)要選用低紫外輻射的光源或加入紫外輻射過濾膜。

博物館特別是展品陳列區(qū)的照明設(shè)計，重點應(yīng)達到以下三個目標(biāo)：①創(chuàng)造一個良好的視覺環(huán)境，使觀眾能看清展品的形象和色彩，特別要能顯出被照物的“質(zhì)感”；②妥善保護展品，使其免受過量光學(xué)輻射的損害；③高效節(jié)能。因此，博物館的照明設(shè)計必須融入綠色照明的概念和要求。

廣州大學(xué)聲像與燈光技術(shù)研究所開展了廣州市新建的博物館、美術(shù)館、文化館和科學(xué)館的光學(xué)專項研究技術(shù)咨詢工作，對國內(nèi)外30多所博物館進行調(diào)研。本文在調(diào)研國內(nèi)外博物館的基礎(chǔ)上，通過對比國內(nèi)外博物館的照明現(xiàn)狀，探討了基于綠色照明理念的博物館照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)措施，并闡述了經(jīng)驗教訓(xùn)和發(fā)展趨向。

1 國內(nèi)外博物館照明標(biāo)準(zhǔn)的比較

我國有關(guān)博物館照明的國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括：①GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》；②GB/T 23863—2009《博物館照明設(shè)計規(guī)范》；③JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計規(guī)范》；④GB 50033—2013《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》；⑤GYJ 45—2006《電視演播室燈光系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》；⑥GB/T 5700—2008《照明測量方法》；⑦JGJ 57—2016《劇場建筑設(shè)計規(guī)范》。其中博物館陳列室展品照明的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要集中在①②③④四項。

國外有關(guān)博物館照明的常見標(biāo)準(zhǔn)有:①CIE S 008/E 《International Commission on illumination， Lighting of Indoor Work Places》 (室內(nèi)作業(yè)場所的照明)；②IESNA—2000 《Illuminating Engineering Society Standards》；③CIBS—1984 《British Standards， Lighting of Indoor》(室內(nèi)照明規(guī)范)；④JISZ 9110—1979 《Japanese Industrial Standards,Recommended levels of illumination》(照度推薦標(biāo)準(zhǔn))；⑤DIN 5035-1DIN 《lighting standards Artificallighting interiors General recommendations》(人工光源室內(nèi)照明一般規(guī)則)；⑥СНИП-23-05-95《俄羅斯自然照明和人工照明規(guī)范》。

國內(nèi)外博物館照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)對比如表1和表2所示。

表1 國內(nèi)外博物館陳列室展品照度標(biāo)準(zhǔn)對比

表2 國內(nèi)外博物館相關(guān)場所照度標(biāo)準(zhǔn)對比 lx

根據(jù)表1和表2所列出的數(shù)椐及國內(nèi)外博物館照明標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)說明，可以得出以下兩點結(jié)論：

1)我國GB 50034—2013中的博物館照明標(biāo)準(zhǔn)對展品照明的照度、眩光、色溫、顯色指數(shù)及紫外線等均有嚴格的指標(biāo)要求，其中照度標(biāo)準(zhǔn)與國際照明委員會(CIE) 和發(fā)達國家的標(biāo)準(zhǔn)基本接軌，應(yīng)作為新博物館建設(shè)及原有博物館升級改造工程項目中照明設(shè)計的基本依據(jù)。

2)我國博物館相關(guān)照明標(biāo)準(zhǔn)中，非展品照明場所如門廳、中央大廳、會議廳以及前臺、接待室等的照度指標(biāo)明顯低于美國、日本等國家的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國經(jīng)濟和文化建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀,建議新場館建設(shè)及原有場館升級改造工程項目中, 博物館以及美術(shù)館、科技館等觀展建筑的門廳、中央大廳、大會議廳等“形像窗口”區(qū)域宜參照美國、日本等國家的照度指標(biāo)適當(dāng)?shù)靥岣摺?/p>

2 國內(nèi)外博物館綠色照明技術(shù)的比較

2.1 推廣應(yīng)用太陽能、風(fēng)能等綠色能源方面

太陽能的利用系統(tǒng)主要是應(yīng)用太陽能光伏電池板，國內(nèi)外博物館常采用光伏電池集成屋頂結(jié)構(gòu)等成熟技術(shù)，效果良好(圖1)。太陽能和風(fēng)能的綜合利用系統(tǒng)則是由太陽能光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電機和控制系統(tǒng)組成, 通稱為風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)。 風(fēng)光互補LED路燈,可廣泛應(yīng)用于博物館的室外路燈照明[5，7]。我國在光伏電池板和風(fēng)力發(fā)電機等設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)已比較成熟，其中的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品出口國際市場。目前存在的主要薄弱環(huán)節(jié)是控制系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，影響運行效果。解決辦法需從采購招標(biāo)到品質(zhì)控制等各個環(huán)節(jié)加強管理。

圖1 某博物館的光伏電池集成屋頂Fig.1 Photovoltaic cell integrated roof of Museums

2.2 天然采光和人工照明相結(jié)合方面

天然采光可以看作是太陽能應(yīng)用的一個延伸。日光的光譜均勻，色溫適宜。同時，日光與人體的生理光學(xué)、色覺心理學(xué)等有著微妙的聯(lián)系。使用天然光照明，人體的適應(yīng)程度較高，眼球的疲勞度可大為降低，是最理想的光源。

圖2、圖3分別顯示美國華盛頓國家自然歷史博物館和紐約大都會藝術(shù)博物館的大面積采光天棚與人工照明結(jié)合的成功案例。白天、晴天全部采用天然光或天然光為主，人工照明為輔。夜間或陰天，通過智能控制自動轉(zhuǎn)為以人工照明為主。圖4顯示某博物館設(shè)計的智能天光采集系統(tǒng)示意圖。

圖2 美國自然歷史博物館(白天、陰天和晚上)Fig.2 American Museum of Natural History (daytime, cloudy, evening)

圖3 大都會藝術(shù)博物館(埃及館，白天、陰天和晚上)Fig.3 Metropolitan Museum of Art (Egypt hall，daytime, cloudy, evening)

圖4 某博物館設(shè)計的智能天光采集系統(tǒng)Fig.4 A museum designed intelligent natural light collection system

國內(nèi)許多博物館的天然采光技術(shù)應(yīng)用比較成熟(圖5、圖6)，但和前述國外案例相比，缺乏大面積采光天棚的氣勢和震撼效果。為此需強調(diào)新建博物館從建筑設(shè)計開始，就應(yīng)充分考慮正確地運用天然采光。同時注意吸取某些教訓(xùn)，一是要避免天然光對光敏感的展品造成損壞；二是要避免天然光對人工照明的干擾。圖7顯示天窗射入的陽光在展柜的玻璃上出現(xiàn)鏡像反射(絲綢之路博物館)，圖8顯示公共區(qū)的照明干擾展品的照明, 這些缺陷都對觀眾能否看清展品的形象和色彩帶來負面影響。

圖5 廣州南越王墓博物館——天然采光和人工照明結(jié)合Fig.5 The Museum of The NANYUE KING Mausoleum, Guangzhou—Natural lighting and artificial lighting combined

圖6 廣州藝術(shù)博物院的天然采光Fig.6 Guangzhou Museum of Art—Natural lighting

圖7 天然光造成鏡像反射的缺陷Fig.7 Natural light causes defects in mirror reflection

圖8 公共區(qū)照明干擾展品的照明Fig.8 Public lighting disturb with exhibits lighting

2.3 推廣應(yīng)用新型光源(如LED光源)方面[5，8，9]

長期以來博物館常用的電光源有白熾燈、熒光燈和鹵鎢燈等。白熾燈具有結(jié)構(gòu)簡單、價廉和顯色性好等優(yōu)點，但其光效過低。熒光燈具有節(jié)能的優(yōu)點，但其顯色性較差，較少用于展品的照明。

鹵鎢燈具有顯色性好、使用方便、瞬間啟動、便于調(diào)光等優(yōu)點，其色溫(2 800～3 200 K)特別適于繪畫、攝影和影視舞臺照明等。但它的光效也偏低，且發(fā)熱和紅外紫外輻射會對展品造成損傷。長期以來采取的補救措施一是“高燈遠照”，把燈具嵌裝或用軌道懸掛在展廳最高的天花棚頂上(圖9, 圖10)；二是對較低的燈棚加裝紫外輻射過濾玻璃(或貼過濾膜, 圖11)。

圖9 大都會藝術(shù)博物館——高燈遠照Fig.9 Metropolitan Museum of Art—long distance lighting

圖10 瓦隆沉船博物館——高燈遠照Fig.10 The Vasa Museum—long distance lighting

圖11 大都會藝術(shù)博物館——低燈過濾Fig.11 Metropolitan Museum of Art—short distance filter lighting

LED光源的優(yōu)點是光電轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)熱小，光線中不含紫外、紅外輻射，不產(chǎn)生電弧干擾，壽命長、防潮、抗震動、體積小且顏色多樣。由于博物館(美術(shù)館)對貴重展品的照明燈具往往高架于天花棚頂,且對照度、色溫、顯色指數(shù)和照射角度等要求準(zhǔn)確嚴格,每次維修更換都花費大量人力、物力和時間，因此LED光源應(yīng)用于博物館(美術(shù)館)具有潛在的優(yōu)勢。

我國對LED照明的推廣應(yīng)用走在全球的前列。如廣州南越王宮博物館，采用可調(diào)校投射角的嵌裝LED，整潔美觀(圖12)。廣州南越王墓博物館的絲縷玉衣采用LED照明，展品下方安裝反射鏡，可看清背面情景，極具創(chuàng)意(圖13)。

圖12 廣州南越王宮博物館的嵌裝LEDFig.12 The Archaeological Site Museum of Nanyue Palace, Guangzhou—application of LED

圖13 廣州南越王墓博物館的絲縷玉衣Fig.13 The Museum of The NANYUE KING Mausoleum, Guangzhou—Jade silk thread

國外的成功案例如埃及國家博物館的鎮(zhèn)館之寶“法老黃金面具”以及木乃伊，均采用LED從下向上照明，營造神秘感(圖14、圖15)。

圖14 埃及國家博物館的法老黃金面具Fig.14 The Museum of Egyptian Antiquities of Pharaoh Gold Mask

圖15 埃及國家博物館的木乃伊Fig.15 The Museum of Egyptian Antiquities of Mummies

但LED光源目前仍存在一些弱點，如GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的條文說明3.2.2提出：“LED照明在諸如顏色一致性、色漂移以及生物安全等領(lǐng)域中還存在爭議，對于辦公室等室內(nèi)空間暫不將LED作為推薦使用光源”。

下面對三家不同的博物館對巨大的恐龍骨架(skeleton)采用不同的照明手段和風(fēng)格，產(chǎn)生不同的視覺效果，作一對比(圖16、圖17、圖18)。

圖17 廣東省博物館——LED光源Fig.17 Guangdong Museum—LED light source

圖18 大都會藝術(shù)博物館——天然采光+智能控制人工照明Fig.18 Metropolitan Museum of Art—Natural lighting + intelligent control of artificial lighting

圖16顯示美國自然歷史博物館采用傳統(tǒng)光源鹵鎢燈照明，比較簡樸逼真，但稍感單調(diào)，且耗電較多。圖17顯示廣東博物館以LED照明為主，色彩豐富，夢幻感覺，且高效節(jié)能。但有一派意見認為過分花哨，不大真實。圖18顯示紐約大都會藝術(shù)博物館的大面積采光天棚，極具氣勢和震撼效果，同時根據(jù)白天、黑夜以及天氣陰晴的變化，設(shè)置智能控制的人工照明相配合, 高效節(jié)能，當(dāng)屬較為成功的應(yīng)用方案。

2.4 推廣應(yīng)用智能照明控制系統(tǒng)方面

上述各項綠色照明措施控制和智能照明系統(tǒng)相結(jié)合可以獲得更佳的效能。我國在智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用方面與國外有一定的差距。從技術(shù)成熟和可操作性方面考慮，當(dāng)前智能照明控制較適用于博物館的以下場所[8]：

1)人流較少的地段可采用簡單的位移感應(yīng)控制：例如地下車庫，無車移動時保持較低照度，有車移動時自動跟蹤車的行蹤提高照度。

2)景觀照明和建筑外立面泛光照明：建立時間模式和光控模式結(jié)合的智能控制。按白天、黑夜和季節(jié)變化進行編程，達到高效節(jié)能和安全美觀的綜合效果。

3)劇場、會議廳等場所：智能燈光系統(tǒng)預(yù)置會議報告、投影、視頻會議、文藝演出和打掃衛(wèi)生等場景。

4)智能調(diào)節(jié)遮陽系統(tǒng)：光敏傳感器控制天然采光與人工照明結(jié)合，加上人工照明的自動調(diào)光，以達到最佳的節(jié)能效果。國外成功案例如希臘雅典國家考古博物館，重要展館的采光窗全部安裝光控模式智能控制的電動遮光窗簾。荷蘭阿姆斯特丹國立博物館[10]面積1.2萬m2，藏有8 000多件展品，全館均采用LED燈具(75萬套)照明，重要的展館安裝有智能調(diào)節(jié)遮陽系統(tǒng)(圖19)，通過光敏傳感器控制天然采光與人工照明結(jié)合，自動調(diào)光。其點睛之筆是營造出一個全天候保持“藍天白云”的室內(nèi)天花景觀效果(圖20)，值得借鑒。

圖19 智能調(diào)節(jié)遮陽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.19 Intelligent adjustment shade system structure diagram

圖20 荷蘭國立博物館“藍天白云”的室內(nèi)天花景觀效果Fig.20 Dutch National Museum (Het Rijksmuseum Amsterdam)“blue sky and white clouds” indoor ceiling landscape effect

3 結(jié)束語

為使博物館達到綠色照明的要求，特別是要確保珍貴的展品免受過量光輻射的損害，必須從建筑設(shè)計開始，即需由裝飾設(shè)計人員與光學(xué)設(shè)計人員(或光學(xué)顧問)緊密配合，嚴格遵照有關(guān)的照明標(biāo)準(zhǔn)進行定量的照度計算和必要的計算機模擬仿真；施工過程須嚴格執(zhí)行設(shè)計方案，加強專業(yè)的監(jiān)理把關(guān)；最后，對場館實施嚴格的竣工驗收，其中應(yīng)包括對場館環(huán)境照明指標(biāo)的測量驗收和對重點展品照明指標(biāo)的測量驗收兩個內(nèi)容[8]。需按照相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用專業(yè)光學(xué)儀器對重點區(qū)域(如展廳、報告廳、門廳)和重點展品進行照度、色溫、顯色指數(shù)測量和輻射光譜分析,務(wù)必確保全面達標(biāo)。并對展品建立照明技術(shù)檔案,在博物館的運營過程中若遇有展品布局改變或光源(燈泡)更換時，需重新測量復(fù)核調(diào)整。

按綠色照明的要求，博物館展品陳列區(qū)的視覺環(huán)境應(yīng)使觀眾能看清展品的形象和色彩， 保護展品免受過量光學(xué)輻射的損害，同時達到高效節(jié)能。我國頒布的GB 50034—2013針對博物館的照明標(biāo)準(zhǔn)與國際照明委員會(CIE) 及發(fā)達國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)基本接軌，應(yīng)作為新館建設(shè)及原有場館改造的照明設(shè)計基本依據(jù)。但該標(biāo)準(zhǔn)對博物館的門廳、中央大廳、大會議廳等“形象窗口”區(qū)域的照度指標(biāo)明顯偏低，建議參照美國、日本等國家的照度指標(biāo)適當(dāng)提高。為實現(xiàn)博物館的綠色照明，應(yīng)推廣天然采光和人工照明相結(jié)合，并應(yīng)用太陽能、風(fēng)能、LED照明和智能控制技術(shù)等技術(shù)措施。