彩虹效果在橋梁夜景照明中的應用

何杰 上海萊奕亭照明科技股份有限公司，上海 201803

0 引言

盧浦大橋于2003年建成，大橋全長約3.8km，主橋為主跨550 m全鋼結構中承式系桿拱橋，是當今世界跨度第二長的鋼結構拱橋，也是世界上首座完全采用焊接工藝連接的大型拱橋。橋身呈優(yōu)美的弧形，如長虹臥波，飛架在浦江之上。對于夜景照明來說，好的照明效果的呈現(xiàn)離不開照明載體。盧浦大橋本身的特色為：視野開闊，是世博之眼；獨特的拱形，是空中的彩虹。因此，盧浦大橋夜景照明方案依托于大橋本身的特色，夜景燈光表現(xiàn)空中彩虹，橋兩端表現(xiàn)橋梁結構美，懸鎖則與整體橋梁形成剛、彈美。橋腹部采用燈光打亮，在水面形成倒影。重大節(jié)慶表演模式可在橋腹進行動態(tài)投影。盧浦大橋夜景照明的重點是如何將燈光與大橋結構緊密結合，呈現(xiàn)出彩虹橋的效果。文章將結合盧浦大橋景觀照明提升工程的實施，闡述彩虹橋的實現(xiàn)。

1 彩虹燈照明設計

1.1 工程背景

盧浦大橋主拱長度為620m（如圖1所示），拱肋外側立面高度為8m（如圖2所示）。此次針對盧浦大橋主拱拱肋外立面進行夜景照明設計，采用傳統(tǒng)LED變色投光燈和LED彩虹圖案燈投射，在主拱位置形成流光溢彩（如圖3所示）和真彩虹（如圖4所示）兩種效果展示。

圖1 盧浦大橋主拱立面圖

圖2 拱肋截面圖

圖4 盧浦大橋真彩虹效果圖

1.2 設計分析

采用傳統(tǒng)LED變色投光燈（如圖5所示），燈具參數為170W、AC220V、RGBA、35°光束角、DMX512控制，投射主拱拱肋外立面，形成連續(xù)均勻的光斑，通過控制，在拱肋外立面形成流光溢彩的追逐效果。

采用LED彩虹圖案燈（如圖6所示），燈具參數為165W、AC220V、7500K、90°光束角、DMX512控制，內置彩虹涂層玻璃片。采用 DMX線性調焦，0-100%線性調光，通過投射在主拱拱肋外立面形成連續(xù)的彩虹光斑。

圖5 LED變色投光燈

圖6 LED彩虹圖案燈

通過以上兩款燈具投射，呈現(xiàn)兩種彩虹效果。照明效果呈現(xiàn)的難點在于：（1）兩款燈具如何集成在1根燈桿；（2）燈桿懸挑距離的確定；（3）LED彩虹圖案燈如何完美地呈現(xiàn)效果。

為了解決上述難點，工程實施前，利用現(xiàn)場原有安裝支架做了大量實驗。首先，兩款燈具每款點亮3套燈具，通過調節(jié)燈桿懸挑的長度，捕獲最佳效果。根據現(xiàn)場的試驗，對于LED變色投光燈，燈桿懸挑距離在2.5-3 m范圍內，照明效果均能符合設計需求。LED彩虹圖案燈的實現(xiàn)原理既是利用LED圖案燈成像，通過定制的彩虹圖案片，在盧浦大橋主橋拱投射出彩虹圖案。單燈實現(xiàn)彩虹效果不難，難點在于多套燈投射的彩虹光斑邊界能夠很好地融合，呈現(xiàn)出一道完整的彩虹。為此，在現(xiàn)場試燈的同時，做了諸多數據的測量。

通過試燈，測算出燈具投射的彩虹光斑將主拱拱肋外立面面覆蓋滿（如圖7所示），同時考慮投光燈的投射效果以及懸挑結構的安全性及可靠性，最佳的投射距離為2.8 m。

圖7 LED彩虹圖案燈試燈照片

2010年，為了迎接上海世博會，盧浦大橋曾實施過夜景照明工程。當時，大橋的主拱位置只設計了LED變色投光燈，燈具安裝支架采用的方式是小方管套大方管形式，固定燈具的小方管懸挑桿為抽拉式。該安裝支架的弊端在于，由于前段懸挑桿為抽拉式，無法做好所有的懸挑桿懸挑距離的一致性，且抽拉式支架固定方式不利于后期的維護。此次盧浦大橋夜景照明設計中加入了LED彩虹圖案燈以實現(xiàn)彩虹表演模式對盧浦大橋主拱燈具安裝支架做了針對性的優(yōu)化。

所有LED彩虹圖案燈投射距離的一致性是實現(xiàn)彩虹效果連貫性的第一要素?？紤]到后期維護的便利性，結合LED變色投光燈和LED彩虹圖案燈的最佳投射距離，兩款燈具同時滿足安裝的要求，設計出了1款可旋轉雙燈頭安裝支架，如圖8所示。

圖8 雙燈頭可旋轉燈具安裝支架

LED彩虹圖案燈光斑投射在主拱拱肋外立面，通過調節(jié)鏡頭與彩虹圖案片的距離來調整彩虹光斑的清晰度。通過調焦，將彩虹燈光斑從清晰調節(jié)到模糊，形成朦朧的彩虹效果，如圖9所示。

圖9 DMX調焦

主拱燈具支架的固定點為盧浦大橋鋼箱梁的錨耳，其間距并不是一致的。為此，測量了每個燈具支架之間的間距，給出了詳細的尺寸作為彩虹圖案片（寬度）制作尺寸，如圖10所示。

圖10 （a）燈桿支架測距示意；（b）測量數據圖

根據測量出來的燈具間距數據，設計了4款圖案片規(guī)格，如圖11所示。根據測量出來的燈桿之間的間距，分別制作在2.8 m懸挑距離投射形成光斑的寬度為2.8 m、2.6 m、2.0 m和1.8 m的彩虹圖案片。

圖11 彩虹圖案片制作圖

2 工程實施與調試

盧浦大橋主拱長度680 m，上下游兩側主拱拱肋外立面安裝定制旋轉雙燈頭，安裝支架486套，每套支架安裝LED變色投光燈，LED彩虹圖案燈各1套。燈具遵循DMX512協(xié)議，每款燈具可設置地址，可以控制到每個單燈。

安裝順序為：橋架安裝，電源線、信號線敷設，雙燈頭旋轉支架安裝，燈具安裝，燈具電源、信號接線，分段上電調試（電路部分），旋轉支架推出，角度調試，整體效果調試。

LED變色投光燈與LED彩虹圖案燈為獨立兩套系統(tǒng)，現(xiàn)場敷設了兩排橋架，一排橋架對應LED變色投光燈，一排橋架對應LED彩虹圖案燈。橋架內加裝隔板，用于配電和信號回路敷設[1]。

配電回路采用三相五線制供電，燈具間隔接入A、B、C相。信號回路采用超5類網線。每個分控器采用單模光纖連接到橋頭堡控制中心。

雙燈頭支架為分體式組裝支架，分為基座桿和旋轉桿兩部分。先安裝基座桿，再安裝旋轉桿，如圖12所示。

燈具安裝在旋轉支架前端橫擔上，橫擔上按照燈具自身支架的螺絲孔距預先開好螺絲孔，采用止退螺母擰緊，如圖13所示，燈具自帶防墜落鋼絲繩[2]。

圖12 雙燈頭支架安裝照片

圖13 燈具安裝照片

為了保證燈具接線在接線盒完成，燈具生產時就對廠家提出了燈具出線長度要求。對于LED變色投光燈，要求燈具出線長度為8m，對于LED彩虹圖案等，要求燈具出線長度為4 m，燈具出線采用不銹鋼金屬軟管保護，從燈具安裝支架方管空腔內敷設至接線盒，完成接線。

燈具安裝完畢后，開始進行調試。調試分為3步。第1步進行分段電路調試，即按照每個控制回路上電進行調試；針對單個控制回路，每款燈具按照其地址逐個點亮，檢查整個回路信號傳輸是否正常，燈具地址碼是否與預設地址一致。第2步根據當初試燈時獲取的基礎數據，進行燈具偏轉角度的設定，即燈具與自身安裝支架之間的角度，此角度直接影響投射彩虹光斑垂直方向的尺寸；同時檢查燈具自身安裝支架與雙燈頭安裝支架橫擔是否保持平行，此位置偏差直接影響投射彩虹光斑的垂直度。完成前兩步調試工作后，第3步就是將旋轉燈桿推出，再次檢查彩虹光斑在盧浦大橋主拱拱肋外立面的投射成像效果，針對個別有問題的地方在進行微調。

LED變色投光燈和LED彩虹圖案燈變化效果編輯的首要條件是要制作燈具布線圖。燈具布線圖的繪制基于根據控制架構圖和弱電控制圖。每個DMX512分控器尤其對應的IP地址，每個DMX512分控器的端口有其對應的ID，每個端口帶載的燈具有其地址[3]。從而，現(xiàn)場每套燈具的安裝位置將映射到布線圖上唯一的位置，如圖14所示。

圖14 燈具布線圖

在形成的燈具布線圖基礎上，制作動畫畫布。根據 LED變色投光燈和 LED彩虹圖案燈的效果需求，導入對應的動畫效果，從而形成流光溢彩、彩虹追逐的絢麗效果。

此次盧浦大橋夜景照明中選用的LED變色投光燈和LED彩虹圖案燈除遵循標準的DMX512協(xié)議外，還遵循RDM管理協(xié)議。通過RDM管理反饋，可以從主控電腦端查看每套燈具的電流、工作溫度，實現(xiàn)故障報警等功能，方便燈光的運營及維護。最終效果如圖15所示。

3 結論

文章在LED彩虹圖案燈效果設計時，采用了定制可旋轉雙燈頭安裝支架設計，解決了燈具投射距離一致性的問題。同時，根據燈具之間間距的測量數據，定制了4套規(guī)格的彩虹燈圖案片。調試時，分3個步驟逐步調試，確保了彩虹圖案的完美的邊界融合。最終，讓彩虹效果在盧浦大橋完美呈現(xiàn)。真彩虹的照明效果為國內首次應用在橋梁夜景照明當中，為以后彩虹效果在橋梁夜景照明中大范圍的應用提供了經驗參考。

圖15 實景效果圖