淺談建筑投影的設計與實施中應注意的要素

王 儉

（北京贏康科技股份有限公司，北京 100176）

建筑投影是一種投影映射（Projection Mapping），其借助投影技術和三維動畫技術，結合建筑體結構，將極具立體空間感的視頻內容投射到建筑體表面，讓建筑“活”起來。由于建筑投影具有畫面大、酷炫、震撼、沉浸感和科技感強等特點，能給觀眾帶來強烈的視覺沖擊，被廣泛應用于城市亮化、旅游景區、夜游等文旅領域。

近年來，戶外建筑投影不斷發展，并逐步趨于成熟，在文旅項目中發揮舉足輕重的作用，一些成功的應用案例，甚至成為整個項目的“點睛之作”。但也有不少項目，由于不具備安裝條件，或者投影基站對景觀造成很大影響，導致方案無法落地而“夭折”；而有些項目，由于在設計或施工過程中，對建筑投影的諸多因素考慮不周，導致實際效果達不到預期，從而不被業主認可。

筆者以參與設計和實施的《魅力蕪湖》臨江橋塔投影秀項目為例，探討建筑投影設計時需要考慮的幾個要素，分享在設計及實施中遇到的問題及解決方案。

1 建筑投影的關鍵要素

建筑投影的環境通常比較復雜，會受到很多要素的影響和制約，如何保證項目從規劃、設計到實施都能達到預期效果，需要對影響建筑投影的每一要素進行充分的分析和考量。

1.1 建筑成像面

對于建筑投影的成像面即建筑表面，主要考慮建筑表面的幾何形狀和建筑表面的材質，特別是建筑表面材質的反射系數。材質的反射系數是決定投影機的亮度選擇、最終照度是否足夠的關鍵。

建筑表面材質種類繁多，如常見的有混凝土、陶瓷類、石材類、木制、玻璃、鋁扣板、外墻涂料等。不同材質的反射系數不一，對建筑投影效果起著至關重要的作用。若建筑表面為穿孔鋁板，反射系數高，光損小，則成像效果較佳（見圖1）；若建筑表面為玻璃幕墻，透過率高，光損大，則成像效果較差（見圖2）。

圖1 穿孔鋁板的建筑外墻

圖2 玻璃外墻的建筑

蕪湖臨江橋位于青弋江和長江交匯口處，為單塔的斜拉索橋，橋塔高73.5 m，最寬處16 m，呈魚的形狀，寓意“魚米之鄉”（見圖3）。江兩側是濱江公園，有長達幾公里的棧道，供市民和游客觀光，長江航線有旅游觀光船，可以欣賞沿岸亮化的夜景。

橋塔成像面有約三分之二為玻璃幕墻，其他部分為灰色鋁合金面板（見圖4）。現場通過白場測試，用照度計和亮度計測量，實際測量結果：玻璃幕墻反射系數約為0.3，鋁合金面板反射系數約為0.8。很明顯，由于玻璃存在反射和透射雙重損失，光損嚴重，會導致該區域圖像照度不足，整體畫面照度不均為等問題。為了減少玻璃幕墻區域的光損，在玻璃幕墻背面做了貼膜處理。最終測試結果表明，經過貼膜處理后，玻璃幕墻反射系數提升到約0.5。

圖3 斜拉索橋的魚形單塔

圖4 橋塔的成像面

圖5 《魅力蕪湖》投影機的位置

圖6 A點投射光和成像面的關系

1.2 場地條件

建筑成像面問題解決后，確定場地條件是否符合要求是重要的環節。場地條件主要有以下幾方面：

（1）是否有適合的安裝空間位置；

（2）投影基站和建筑物之間是否有阻擋物；

（3）投影基站是否有限高條件（在古建筑投影中比較重要）；

（4）投影基站的建設安裝是否會對周邊景觀造成較大影響。

除了上述需要考慮的因素之外，還要考慮建筑體自身或周邊環境燈光是否可控；投影基站建設安裝點是否可行，是否需要跨部門之間的協調等問題。

在對《魅力蕪湖》投影機位置的選擇過程中，甲方選擇A點，如圖5所示，因為建筑成像面實際和中軸線約有20°夾角，A點投影光和建筑面接近正相交，如圖6所示，光損最小，成像效果最佳，理論上A點是最佳投影點位。

但根據甲方提供的現場照片，通過衛星地圖觀察分析，筆者所在技術團隊認為，A點不是最佳安裝點。如果投影機安裝在A點，投影基站和旁邊的中江塔（距今有400多年歷史）很不協調，如圖7（a）所示，嚴重破壞整體景觀環境；另外，A點跨江投影，投影距離遠，也增加了光損，如圖7（b）所示。

通過衛星地圖，確定位于觀光棧道旁的一片綠化地作為投影機安裝位置，即B點。雖然該位置投影光和成像面不是正交（約有20°夾角，見圖6），會造成一定光損，但該位置周邊開闊，對景觀環境影響不大，如圖8所示；同時，該點位投影距離縮短了一倍，降低了光損。

經過實地考察和綜合考量，確定B點是更為合適的投影位置。

圖7 A點場地條件

1.3 投影基站的建設

防護箱或投影機房及其附屬的基礎建設，在業內習慣稱為投影基站。投影基站的設計、建造，首先要考慮能滿足投影機安全運行的環境；其次，要考慮安裝維護的便捷性，更重要的是要考慮對景觀環境的影響降到最低限度。

投影基站的安裝位置、高度，決定了投影機傾斜角度和畫面失真的問題，應選取最佳位置減少亮度損失。

投影基站外觀應與周圍環境的建筑風格相協調，盡量選擇隱蔽的安裝點，避免給周邊景觀造成大的影響，如青島黃島區政府水秀項目的投影基站，如圖9所示，安裝在綠化帶中，與“中國結”相呼應，有一定的隱蔽性；必要時，需要進行藝術處理、美化包裝，如珠海長隆鯨鯊雕塑投影投影基站，設計成仿古建筑風格，如圖10所示，融入周邊景觀環境；又如鄭州美盛地產項目示，結合書院街的主題，對投影基站進行藝術包裝，將其設計為“書”的造型，如圖11所。

圖8 B點的場地條件

圖9 青島黃島區政府水秀項目投影基站

圖10 珠海長隆鯨鯊雕塑投影投影基站

圖11 鄭州美盛地產項目

如果投影基站的設計、造型及安裝位置不合理，與周邊環境不協調，會對景觀造成很大影響，嚴重的甚至會導致項目被叫停。筆者曾經歷過這類不成功的項目（基站是甲方設計的，業主不滿意），因投影基站安裝位置隱蔽性差，設計缺乏藝術美感，與周邊景觀不協調，最終被叫停整改（見圖12）。

吸取成功的經驗和失敗的教訓，針對《魅力蕪湖》，在確定了投影基站的安裝位置后，提供了投影基站的技術要求（包括基站的高度、安裝點位、空間尺寸等），并要求甲方對基站做必要的藝術包裝，最終方案必須要業主認可，而且要具備可實施性。對此，甲方也非常重視，綜合考慮整個周邊環境，提出了多種方案，一種為中西結合風格造型，如圖13（a），體現開放的人文，與古塔遙遙呼應；另一種為現代抽象派雕塑造型，如圖13（b），體現歷史、現代科技，并展望未來。

但上述方案均被業主否定，經過多輪論證，最終提出了明確的建設原則：“簡樸實用”。配合這一原則，在滿足投影機安裝、運行及維護便捷的基礎上，盡量避免對景區環境造成影響。經過現場勘察，并采用計算機仿真模擬投影基站和周邊景觀的空間位置，提出了簡樸、接地氣的投影基站建設方案，柱體高10 m，投影房高3 m，整體材質以鋼結構為主，外表仿實木，并做噴漆防銹處理，如圖14所示。實踐證明，整體設計方案達到了預期效果：簡樸實用。對景觀環境影響最小，實景圖如圖15所示，最終被業主方認可。

圖12 不成功的投影基站

圖13 《魅力蕪湖》投影基站的多種設計方案

圖14 《魅力蕪湖》投影基站的最終設計方案

圖15 《魅力蕪湖》投影基站的實景圖

圖16 不同照度指標的實際效果對比

表1 公共場所環境照度標準

1.4 環境照度

針對戶外投影，在設計及實施過程中，要充分考慮環境光對建筑體的影響。根據光比及實踐經驗總結，要獲得良好的畫面效果，投射到建筑體表面的照度要高于環境照明5倍以上；并盡量避免周邊環境光直接照射到投影顯示區域。必要時，需要對周邊環境照明進行適當控制。

結合多年戶外建筑投影的經驗積累，以及公共場所環境的照度（見表1）情況，總結建筑投影照度標準如下①：

（1）建筑投影設計照度≥ 300 lx，可以獲得完美的效果；

（2）建筑投影設計照度≥ 200 lx，可以獲得優秀的效果；

（3）建筑投影設計照度≥ 150 lx，可以獲得良好的效果；

（4）建議最低照度不低于120 lx，可以達到基本效果。

不同照度指標的實際效果對比如圖16所示。

在《魅力蕪湖》的投影設計中，根據現場環境照度指標，綜合考慮項目投資預算的場地范圍，在滿足項目需求的基礎上，照度指標按照理論值為120 lx進行設計，光路模擬如圖17所示。采用6臺Crimson WU25投影機，1×3三通道融合投形成整幅畫面，每通道雙機疊加，照度在90 lx～140 lx，平均照度115 lx。

圖17 《魅力蕪湖》投影的光路模擬

圖18 《魅力蕪湖》投影的場地燈光環境

通過《魅力蕪湖》現場照片來分析一下環境照度對投影畫面質量的影響。圖18（a）是在投影秀播放時間段周邊道路照明、景觀照明等環境光直接投影到建筑體的情景，橋塔左側的黃色光是中江塔的景觀照明燈的散射光，橋塔下方還有橋體路燈的直射光。這些都來自于城市必須的照明，是不允許關閉的。圖18（b）為深夜時所有景觀照明關閉的情景。圖19是投影表演時環境照明對畫面的影響情況，包括塔橋和周邊建筑照明、塔橋的拉索燈、古塔的照明光，這些直接投射到橋塔表面；周邊樓體亮化燈光，造成背景光亮，導致圖像對比度下降，給觀眾的視覺感覺畫面不夠亮。從現場對比可以看出，環境照度對橋塔圖像對比度的影響非常大。

圖19 投影表演時環境照明對畫面的影響情況

圖20 觀眾視點——近距離觀眾

圖21 觀眾視點——遠距離觀眾

1.5 觀眾視點

戶外建筑投影，從投影設計到視頻影像的制作，都要考慮觀眾視點——受眾人群。

（1）若觀看區與成像面距離較遠、建筑物很高，實際場地寬闊，首先要考慮觀看者的視角，設計合適的整屏分辨率。

（2）若觀看區與成像面距離很近，就要重點考慮成像面的整屏分辨率的像素，保證觀看人員看到清晰的圖像。

（3）根據建筑物位置，畫面的尺寸、觀看人員的視角、觀看距離，確定投影區域的整體分辨率，與視頻影像協調一致，避免浪費和失真，保證主觀看區效果。

《魅力蕪湖》在設計時兼顧了兩部分觀看點的受眾人群，一部分為兩岸固定觀看點，觀眾視點與橋塔距離在50 m ～150 m；另一部分為在長江航線的旅游觀光船上欣賞，距橋塔在300 m左右。總之，需要確保遠近觀眾都能看到理想的畫面效果，如圖20、圖21所示。

2 工程實施中常見的問題

戶外建筑投影除了要注意上述的幾個要素，還要保證嚴格按標準工藝施工。無論是投影機、媒體播放、信號傳輸、控制及線纜等設備、器材，都要求選取高品質的產品，保障系統能達到設計指標。

該項目從設計到產品選型，嚴格遵從上述準則，但最初調試結果并不理想。綜合分析，如前文闡述的因素，整個環境照度過高，造成圖像視覺效果不夠亮。針對這個問題，對各環節逐一深化解決。

在工程實施中發現，甲方外協單位制作的投影房的投影窗口玻璃沒有按照提供的技術標準建設，采用了普通玻璃，導致亮度損失過大。經過整改，采用高透射率的光學玻璃后，亮度提升近20%，圖22為更換光學玻璃前后的對比。

圖22 更換光學玻璃前后對比的效果

圖23 調整圖像色度及飽和度前后對比的效果

另一個存在的問題是，由于橋塔整體面板材料呈灰色，導致視頻畫面色彩失真嚴重。對視頻影像的色彩飽和度等參數進行現場調整，畫面亮度及色彩改善明顯，圖23為調整圖像色度及飽和度前后的對比效果。

3 結語

當下，雖然戶外投影技術發展趨于成熟，得到廣泛應用，但效果突出并能長期運行的精品項目不多。筆者認為，造成這種情況的主要原因是，在從事項目設計和實施的過程中，對戶外投影的關鍵要素不了解或者不夠重視，簡單地把投影當作“燈具”使用，項目前期規劃、預算、設計、施工都不夠細致和深入，未能充分地平衡各要素之間的關系，導致效果不佳。希望本文中所述內容能對業界有所啟發和裨益。

注釋：

① 引用的參數標準源自《贏康科技2012年技術手冊》。