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光·建筑·城市 --呼唤建筑师关注光环境设计

詹庆旋 (清华大学建筑学院)

摘要:本文概述了光对人类生存的重要性。文章回顾了20世纪照明科技的进步并分析了光对建筑,城市和建筑艺术的重要作用。在评述我国照明工程建设发展状况以后,作者呼唤建筑师关注光环境设计。

  人类的生活天天与光相伴,建筑和城市与光息息相关。华灯映盛世,光彩照京城,新中国50年华诞之际,京城的灯光夜景吸引了数百万市民,显示出光的巨大艺术感染力,激发了建筑师,城市规划师对夜景照明创作的冲动。光是生命的源泉,光是人居环境的要素,为人类居住的建筑和城市创造明亮、舒适。优美的光环境是建筑师、规划师义不容辞的责任。

  一、人类生存之光 人类的生存离不开阳光的哺育。

  光刺激视觉,使我们看见并认知周围的环境,从而获得 80%赖以生存的外界信息。

  自然光昼夜复始地更迭控制着人体生物钟,使我们的生命节奏保持平衡。

  日光制造维生素和众多迄今未知的营养物质,使我们的机体生生不息,保持健康。

  光,明亮的、愉悦的、活跃的光振奋人的精神,使我们心理上感到满足。

  当夕阳西下,夜幕降临时,人们仍留恋着日光带来的光明,从远古时代钻木取火,照亮山洞,草棚,到现代城市高楼大厦灯光辉煌,人类一直追求利用人工光源延续自己活动的时间,扩大自己活动的空间。现在全球每年要消费2万亿KW.h的电力(相当于24个三峡电站的发电量)用于人工照明。生产这些电力要排放十几亿吨的 VICO2和一千多万吨的SO2。电气照明在为人类造福的同时,也消耗了大量能源并对人类生存环境造成严重的污染。

  二、建筑、城市与光

  1.光与建筑和城市共生从公元初年(125年)罗马万神庙屋顶上简陋的采光圆洞(直径8.9米)到20世纪末(1999)柏林国会大厦以宏大的镜面和晶莹的玻璃建构的天穹(直径40米);从古代一直延续到19世纪的户户昏冥烛火到今天处处灯光理现的不夜城,回首城市和建筑发展的历史进程,我们可以清楚地看到光技术和光文化同城市和建筑同步发展前进的足迹,也能看到采光照明的技术进步对城市和建筑面貌及现代城市生活产生了多么重要的影响。

  2.20世纪照明科技获得卓越成就 20世纪照明科技的成就主要包括以下三个方面:

  第一、在光环境质量评价方面进行了大量的研究,为现代照明设计奠定了科学基础。主要有:

  ①对视觉功效的实验研究一视觉功效是指在一定的照明条件下完成视觉作业的速度和精度。为了获得良好的功效,需要提供相应的照明水平。此项研究确定了不同视觉作业特征(对象大小,对角与其背景亮度的对比,观察时间长短等)与其所需照度水平的相关关系,为制订合理的照明标准找到了科学依据。

  ②对眩光效应的研究一眩光如同噪声一样,是一种环境污染。轻微眩光使视觉感到不适,重则降低可见度,甚至损伤视力,这项研究的重点是提出预测眩光的方法,制定防止眩光的措施。

  ③对光色爱好及光源显色性影响的研究一现代制灯技术可以制造不同光色(冷、暖和中性)的电光以以适应各种环境的需要。研究不同地区,不同民族,不同文化背景的人群对光色爱好的差异对于实现光环境较高的心理满意度和营造适宜的光气氛具有指导意义。电光源显色性能与自然光的差异是由于电光源光谱能量组成显色性能与日光不同而造成。气体放电灯的这种差异尤为明显。在致力提高电光源显色性能的同时,探究光源显色性不佳造成的颜色"失真"对视觉感官的影响对照明设计很有参考价值。

  根据上述研究成果,世界各国提出了评估照明质量的各类定量指标,制订并逐步完善了照明设计的标准,法规或建议。国际照明委员会(CIE)和国际标准化组织(ISO)最近联合制订的《室内工作照明标准(草案)》提出统一照度(E),统一眩光等级(UGR)和一般显色指数(Ra)三项定量指标作为照明设计的依据,使照明设计更科学化,规范化。

  第二、在创建天然光环境方面:

  ①开发了各种模型实验和计算机仿真的先进设计工具,不但可以准确预测天然采光的照度水平,而且能真实,细微地模拟建筑物在天空光和日照下的造型效果。

  ②生产出集光,热优良性能于一体的各种透光材料,并掌握了复杂的加工和安装技术。1999年建成的柏林国会大厦直径40m,高23.5m的玻璃穹顶就是现代采光技术的一个杰作。为了把光线导入下面的议会大厅,在圆穹中心设置了一个近20m高由360块镜面组成的倒锥体,在施工过程中每块镜面都被仔细地调整过角度。

  ③发明了导光管系统,能把自然光输送到地下和任何自然光线不足的地方。

  ④利用电子技术和精巧的机构自动控制室内天然光,调整光的分布。

  第三、照明电气的突出成就:

  ①气体放电灯的普及与提高:1939年发明荧光灯,1960年代末又相继出现了高压钠灯和金属卤化物灯(后两种统称高强气体放电灯,即HID灯)。它们借助气体放电发光,是与热辐射光源白炽灯完全不同的第二代光源,其光效和寿命远优于白炽灯。1970年代中期以后,由于重视照明节能,气体放电灯生产激增,快速普及。同时灯的质量显著提高,品种规格也日益丰富,齐全。以荧光灯为例。三基色荧光粉的应用,紧凑型小功率荧光灯的普及以及用28W16mm直径的细管径荧光灯替代26mm、38mm直径的旧型灯管,使荧光灯品质大为改善,适用范围更广,制灯材料更加节省,光效也进一步提高了。

  ②第三代光源的发明和应用一1990年以后无极灯(QL灯)、硫灯、微波灯、发光二极管等第三代光源已逐步由实验室进人市场,实现商品化。这些灯的发光机理彻底革新,其寿命更长,光效更高,将推动未来的照明方式产生革命性变化。

  ③电子技术应用到照明器件,智能化照明控制和照明设计,大幅度节约了能源,拓展了照明的灵活性、机动性和多样性,经过优化组合,灯光得到更合理的应用,照明设计更为便捷,精确和形象。

  ④城市公共照明和景观照明日趋扩大与完善,建筑照明手法不断创新。如反射照明(间接照明)光纤照明,导光管照明,变色灯照明,激光照明等,照明形式绚丽多彩。

  3.光对于建筑和城市有重要的功能和艺术价值良好的照明改善建筑的功能效益和环境质量,提高视觉功效,加强展示效果,营造环境气氛,适应个人需要,保证人身和财物安全。

  光给城市注人活力,保证夜间车辆畅通,行人安全,扩大城市夜生活时间和空间,丰富城市居民户外的文化娱乐和休闲活动,促进商业繁荣,展示城市历史文化风貌,吸引旅游观光。

  光是建筑艺术的灵魂

  光塑造形象:物的形象只有在光的作用下才能被视觉感知正确地设光(指光量,光的性质和方向)能加强建筑造型的三维立体感,提升艺术效果,反之则导致形象平淡或歪曲。

  光建构空间,明和暗的差异自然地形成室内外不同空间划分的心理暗示。光的微妙的强弱变化造就空间的层次感。

  光渲染气氛:晴日当空,阴雨连绵,雷鸣闪电带给我们不同的心情,这当中光的变故起着重要作用。光渲染的气氛对人的心理状态和光环境的艺术感染力有决定性的影响。

  光突出重点:没有重点就没有艺术而落人平庸。强化光的明暗对比能把表现的艺术形象或细节实现出来,形成抢眼的视觉中心。极高的对比还能产生戏剧性的艺术效果,令人激动。

  光演现色彩:显色性好的人工光源可以象天然光一样真实地演现环境,人和物的缤纷色彩;显色性差的灯则造成颜色变异,丧失环境色彩的勉力。彩色灯光赋于光环境情感意识,使一些颜色响亮,但也会使一些颜色受到扭曲。

  光装饰环境:光和影编织的图案,光洁材料反射光和折射光所产生的晶莹光辉,光有节奏的动态变化,灯具的优美造型都是装饰环境的宝贵元素,引人入胜的艺术焦点。

  三、光环境的建设和发展

  随着国民经济的蓬勃发展,近年来城市景观照明和建筑照明逐渐受到国人的重视。许多城市结合环境整治和重大庆典活动实施了"城市亮化"或"灯光工程",成绩斐然。城市居民对自己家庭的采光照明也讲究起来。据我们调查,从1986至1996年10年间,每户安装的灯数由6.5个增加到14个,照明容量也由165W上升到500W。起居室的照度原来半数以上不足30lX,现在一半以上超过75lX,厨房、卫生间的照亮则由普遍低于10lX,提高到401X。这充分反映出人们追求健康和生活质量的普遍愿望。

  我国照明工程近10年有了长足发展。照明器材(光源,灯具和照明电器)的产量已居世界前列。各类光源的年产量现已达到60亿只,灯具年产 20亿台。照明器材出口额每年增长40%以上, 1999年达28亿美元。全国照明耗电量2000年预计将达到1200亿kw.h。

  照明产品标准与照明设计标准序列已经建立。产品标准基本上向国际标准看齐。照明设计标准与发达国家尚有较大差距。规定的照度水平大约为发达国家同类水平的1/3-1/2,实际上已经不适应经济发展的步伐,需要修订。为了节约照明能源,减少环境污染,由国家经贸委领导的"中国绿色照明工程"正在顺利实施。

  我国城市和建筑照明工程建设的空前规划和巨大发展空间吸引了众多世界著名的照明公司和厂商进驻中国市场,如荷兰的飞利浦公司(Philips),美国通用电气照明(GE),英国索恩照明(Thorn),德国欧司朗(Osrarn),日本松下电工等。他们带来了先进的照明产品和生产技术,也传播了西方的设计理念和工程经验,使我们的照明工程能逐步与国际接轨。

  虽然我国照明工业生机勃勃,产品市场兴旺发达,工程项目源源不断,但是当前光环境的建筑仍存在许多不尽人意之处和制约发展的梗结。例如照明产品的产量虽居世界前列,出口量也不小,但产品档次不高,质量良旁不齐,照明理论和应用的研究几乎陷于停顿;照明能源浪费和光污染的现象也令人堪忧。

  在照明设计方面,专业的照明设计队伍和机构尚待培育。照明设计单纯依靠电气工程师或照明器材供应商或装修公司完成的局面应当改变。根据国外经验,重大的照明工程,特别是景观和装饰照明工程的设计大都是具备照明专业知识的建筑师,艺术家主持完成,从方案构思开始,贯彻到城市设计和建筑设计的全过程。当前我国建筑师,规划师的照明专业知识不足,特别是缺乏参与光环境设计的意识和主动性,因此现实的照明工程中设计精品寥寥无几。

  四、呼唤建筑师关注光环境设计

  光是一种语言,向我们述说建筑师的设计理念和艺术追求;光是隐形的软件,控制是城市和建筑的功能运作及形象和色彩的演现;光是设计工具,也是建筑材料,建筑师可以用它编绘理想,展示才华。还有人说:"光是建筑的第四维空间",光是建筑三维创作之外的另一个广阔的天地。

  光环境的设计绝不应当局限于满足照度标准这个水平上。它有明亮,舒适和具有艺术感染力三个层次,在每个层次上建筑师都能发挥主导作用。为了优化自己的创作,建筑师和规划师应当主动地了解光,体察光,运用光,积极参与光环境的设计,从方案构思到施工图完成,全过程地把光融人到自己的规划和创作之中,为城市和建筑增"光"添"彩"。

  新世纪的城市与建筑需要光亮、宜人、典雅、优美、更富个性、创意新颖,既没有光污染,又节约能源的人居光环境。时代的发展和对高质量生活环境的企盼呼唤建筑师关注光环境设计,为建筑设计和照明设计之间的缝隙搭桥,加强建筑师,规划师同照明专业人员之间联系。

  让我们共同努力!让我们做得更好!
 

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