弧形釉面陶板的燈光處理設(shè)計
——VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在夜景照明上的嘗試

沈 俊

上海市建工設(shè)計研究總院有限公司，上海 200235

0 引言

外立面泛光照明一般被列入夜景照明或景觀照明的范疇，常用的照射方式為投光[1]，隨著越來越多LED產(chǎn)品的介入，外立面泛光照明根據(jù)建筑外立面材質(zhì)的不同分為兩種模式：一是以實體化材質(zhì)為載體的表現(xiàn)模式，如石材類多用外投光為主手段來達到洗亮效果；二是以虛透化材質(zhì)為載體的表現(xiàn)模式，如玻璃幕墻多用內(nèi)嵌光為主手段來達到點綴或勾邊的效果。文章探討的問題是結(jié)合具體項目，將立體化材質(zhì)這一新型建筑外立面作為研究對象，從只注重形式的設(shè)計轉(zhuǎn)移至探究本源的更深層次的設(shè)計解決方案。

1 項目概況

某建筑外立面為多曲面流動造型，建筑風格與紐約古根海姆博物館類似，線條相當優(yōu)美典雅，與臨邊一路之隔的標志性建筑外立面相互呼應(yīng)。緊臨建筑采用黃色琉璃瓦，在陽光的照射下熠熠生輝，在夜晚燈光下呈現(xiàn)出巍峨、莊重、神圣的氛圍。建筑師考慮到外立面豐滿而極具張力的曲面造型感，在大膽嘗試并論證后選用弧面造型的陶板為基底，為了得到理想、合適的顏色，采用上釉的手法，因為釉的顏色可以任意調(diào)制，而且在光的映襯下會變得更有光澤。

建筑朝向城市級主干道，改造成釉面陶板的弧形連續(xù)立面為主要表現(xiàn)面。改造前的外立面為平面型，年代久遠，缺乏保養(yǎng)，存在嚴重的破損，急需進行改造升級。設(shè)計師在綜合考慮效果、成本及養(yǎng)護后，選擇米黃色的弧形釉面陶板，此類材質(zhì)極少在商業(yè)類型的項目中使用，這是一次設(shè)計創(chuàng)新。

2 項目重難點

釉面陶板是一種特殊的、非常規(guī)的材料。如果建筑外立面大規(guī)模選用米黃色釉面陶板（見圖1），其具備的高反射率特質(zhì)會減弱對光的附著性。如何更好地為夜景照明增光添彩，是項目的一大課題。通過實測可以清楚地觀察到，在燈光照射下，釉面上會產(chǎn)生光斑，距離、入射角不同，產(chǎn)生的情況也略有不同。從個體上升到整體，立面上數(shù)以萬計的釉面陶板之間的拼接結(jié)構(gòu)如果控制不好，甚至會形成大面積規(guī)則性的連續(xù)光斑。同時，如在同一高度的水平線上進行近距離的直射，照明效果會大打折扣，產(chǎn)生嚴重的反射光斑，類似于白天建筑外立面的玻璃幕墻光污染。陶板的曲面拼裝結(jié)構(gòu)會影響燈光的可控性，從而影響整體泛光照明的均勻性。對此，需要重點考量建筑的流動造型和弧形陶板的角度問題。

圖1 弧形釉面陶板（實物圖）

為了確保建筑外立面燈光的均勻性，必須充分考慮燈具的隱藏性、合理性。燈具照射角度過大，容易造成單塊陶板的強烈陰影；過小，又沒有足夠的安裝位置。作為建筑外立面照明的重點，建筑師對連續(xù)的弧形陶板進行了精細的設(shè)計，實現(xiàn)白天、夜晚的雙重視覺效果。陶板本身的弧形曲面角度不大，經(jīng)反復研究后，需要對陶板與陶板扣接的重要部件——豎向肋條引起重視。另外，業(yè)主在方案確定后多次提出訴求：工程周期緊張，不允許返工或施工中臨時調(diào)改。在這樣復雜而特殊的情況下，為了確保最終實景效果趨近于燈光效果圖，不單需要進行照度模擬的數(shù)值論證，更需要關(guān)注實景效果論證。

綜上，項目的重難點可歸結(jié)為兩點：一是解決弧形釉面陶板材質(zhì)光附著性差的問題；二是確保高還原性的夜間燈光效果。

3 VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點

3.1 優(yōu)勢

在時間緊、工程復雜且前期不存在大面積樣板段的情況下，嘗試使用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)。VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)點如下。

3.1.1 高還原度

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)是夜景照明領(lǐng)域最核心的技術(shù)，可以徹底解決燈光效果的問題。此項技術(shù)已經(jīng)廣泛用于游戲制作、模型制作等領(lǐng)域，具有高還原度的特點，讓人身臨其境[2]。基于燈具產(chǎn)品的光效數(shù)據(jù)化、材質(zhì)參數(shù)導入的無損性，這項技術(shù)具有可行性。隨著國內(nèi)外燈具產(chǎn)品的不斷迭代，相關(guān)參數(shù)準確并兼容更多的軟件，可供設(shè)計運用。在材質(zhì)的模擬中，可將外立面釉面陶板的相關(guān)參數(shù)導入計算機，基于燈具IES文件內(nèi)配光曲線，通過VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，計算機可模擬燈光效果，并實現(xiàn)極高的精確度和現(xiàn)場即視感（VR模擬成圖如圖2、圖3、圖4所示）。如帶上VR頭盔，更能達到“所見既所得”的高感觀。

圖2 一層立桿投光燈具照射范圍示意圖（出自VR模擬成圖）

圖3 六層露臺投光燈具照射范圍示意圖（出自VR模擬成圖）

圖4 七層至頂層分層立面投光燈具照度彩顯圖（出自VR模擬成圖）

3.1.2 高靈活性

立體的材質(zhì)須搭配立體的光，在計算機中可以輕易地切換每個燈具的色溫、亮度、照射角度等系數(shù)，這是現(xiàn)實中無法實現(xiàn)的[3]。

無論是均勻統(tǒng)一的效果、由亮漸暗的效果還是忽明忽暗的效果，都可以通過VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)。不僅可以讓人在不同的角度察看效果，還能模擬不同燈光場景的變化。各類虛擬場景確定后，可以反向運用技術(shù)（用技術(shù)指導現(xiàn)實），確定每個燈具的功率與色溫及需要照射的位置與亮度，為現(xiàn)場的施工和調(diào)試節(jié)約時間和成本。

3.2 不足

應(yīng)用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)不代表可省去現(xiàn)場的試燈環(huán)節(jié)。雖然VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)有著強大的優(yōu)勢，但也不是萬能的，通過實測可彌補技術(shù)上的不足。現(xiàn)場夜環(huán)境存在不可復制性，周邊光對項目存在干擾和疊加，這在模擬場景中無法模擬；VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)偏重于對數(shù)據(jù)的驗證，但是數(shù)據(jù)只是工具而不是答案，光的藝術(shù)效果需要根據(jù)建筑本身的特點進行設(shè)計。

4 設(shè)計方案及現(xiàn)場論證

4.1 多角度疊加的綜合式照明設(shè)計

整個西南立面陶板墻面呈現(xiàn)弧形，2層裙房與5～8層的非顧客上人平臺可利用空間較小，1層地面南側(cè)庭院燈位置不能移動與新增，還要兼有投光補光的功能作用。面對如此復雜的多層漸退臺階式建筑，采用多角度疊加的綜合式照明打光方式，技術(shù)難度高且對產(chǎn)品配光的精準度十分講究。

2～4層的陶板立面在最早的設(shè)計中采用1層庭院燈桿加裝投光燈及2層裙房沉入女兒墻內(nèi)嵌泛光燈相結(jié)合的設(shè)計方案。之后，現(xiàn)場確定在2層裙房不可內(nèi)嵌燈光井，無法安裝泛光燈，只能采用1層庭院燈桿加裝投光燈的方式。原1層南一桿庭院燈從6 m的高度延伸至9.5 m，投光燈安裝于燈桿高度7.9 m以上的位置，既要確保最高位置處的燈具不伸入龐大的樹冠內(nèi)，又要確保最低位置處的燈具不被2層裙房女兒墻遮擋。同時，須考慮每盞燈桿的投光燈具數(shù)量，單桿上最多可使用8盞燈具，需要計算出整體完成后的燈桿綜合總負載，復核燈桿基座的擴大加固對地底原有的管線不會造成干擾，避免不可實施性。一層燈桿結(jié)合投光燈的設(shè)計方案及效果圖如圖5所示。

圖5 一層燈桿結(jié)合投光燈的方案及實景照片

6層的陶板照明需要結(jié)合原有女兒墻側(cè)進行泛光燈的安裝；7層、8層的陶板照明采用落地照明與洗墻式照明結(jié)合的方式。女兒墻內(nèi)側(cè)燈具的安裝如圖6所示，增加防水插座，可實現(xiàn)單燈檢修，100 mm×50 mm的熱浸鋅橋架和不銹鋼定制支架采用一體化設(shè)計，同時解決燈具安裝和電源敷設(shè)接線的問題；雙拼40 mm×40 mm鋁合金軌道落地支架如圖7所示，既不會破壞屋面防水層，又可后續(xù)靈活調(diào)整照射點位，一舉兩得。

圖6 結(jié)合原有女兒墻側(cè)的泛光燈節(jié)點圖

圖7 滑軌式落地支架燈具安裝非固定節(jié)點圖

在南面的1層燈桿點位，考慮到過街斑馬線，為了不影響過徑人流，取消南立面原有西一燈桿位置，從原有的西二桿立起；東邊正對東南大臺階的燈桿位置需要平移，以避讓出入人流，最東側(cè)的立桿保留在車行入口中間，取代原來的停車標識桿。所有燈桿盡量往北側(cè)靠，并且盡量等距布置，以減少樹木對燈光的影響。此外，所有立桿及泛光燈頭應(yīng)與廣告標識牌、綠化座椅等進行一體化的協(xié)同設(shè)計，以保證整體景觀效果的協(xié)調(diào)、整潔與統(tǒng)一。立桿同時融合了攝像頭、音響、臨時投影燈與廣告旗等設(shè)備。南側(cè)模擬的實景圖如圖8所示。

圖8 南側(cè)模擬的實景圖

在西側(cè)的人行過廊上，原有立桿點位比較雜亂，靠南側(cè)更是布置了2排燈桿，既不美觀，也不實用。結(jié)合泛光效果，對此處燈桿進行重新設(shè)計，考慮到最大地利用率和價值，只保留1排燈桿，取消原北1桿，最南側(cè)的燈桿為了安裝投光燈，做到10.5 m高，如圖9所示。

圖9 項目燈桿分布圖

4.2 夜晚試燈的現(xiàn)場論證

在初步確定落實燈光效果的若干方向與選型原則后，結(jié)合現(xiàn)場陶板幕墻的局部成型，在多方配合下，針對不同品牌、不同光源、不同色溫、不同角度及照射方案進行了多輪的大規(guī)模現(xiàn)場實測。為了找出最合理的方案，從最初的17款燈中篩選出效果最佳的5款，并配備不同的光學配件進行實測，結(jié)果如圖10所示。燈光實測同時驗證了虛擬現(xiàn)實平臺的照明原則的可行性，并提供了正向反饋。

圖10 測試實景照片

4.3 現(xiàn)場實測與VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的二次優(yōu)化

現(xiàn)場的多次測試讓夜間泛光效果趨近于合理化，項目設(shè)計方案也得到了改善。讓光創(chuàng)造不一樣的美感及更高的價值，是照明設(shè)計師始終在追求的目標，需要創(chuàng)造立體的光，突破質(zhì)的枷鎖。燈具照射角度過大，容易造成單塊陶板的強烈陰影，利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的靈活性，可調(diào)配出最佳夜景。

關(guān)于建筑外立面的質(zhì)感呈現(xiàn)，白天通過太陽光，晚上運用人造光，同一款、同一排燈可以創(chuàng)造不一樣的“夜感美”。選擇底層的商業(yè)裙房立面和7層以上的頂部建筑立面作為項目最核心的區(qū)域，在滿足原有均勻度的前提下，確定采用雙燈疊加照射的方式，一燈作為底光鋪墊（如圖11所示），一燈作為疊加（如圖12所示），進行重點照明，洗出陰影，可以增加照明的意境之美。

圖11 底光的鋪墊（實景照片）

圖12 疊光的意境（實景照片）

5 結(jié)束語

隨著新穎大膽的建筑外立面造型設(shè)計，燈光由平面化逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw化，由顏色之變、動態(tài)之舞轉(zhuǎn)向注重立體和內(nèi)涵，由創(chuàng)造方案轉(zhuǎn)變?yōu)閷Σ馁|(zhì)的細究和應(yīng)用。

越來越多的燈光設(shè)計帶有本源研究的性質(zhì)，運用產(chǎn)品數(shù)據(jù)化的精確參數(shù)、科技工具提升光影的整體品質(zhì)，從簡單的打好光拓展至材質(zhì)特征的重塑，并融合試燈測試的再次反饋，將技術(shù)與實踐用于設(shè)計，得到注重嚴謹、把控細節(jié)的整體解決思路，帶有高度的感知性和通融性，暗合自然界的本質(zhì)，與人的需求相互聯(lián)系和適應(yīng)，這將是新一輪燈光設(shè)計中的常態(tài)。