2015年意大利米兰世博会中国馆照明设计详解

项目名称：2015年意大利米兰世博会中国馆照明设计

项目地址：意大利米兰世博园区

设计单位：清华大学美术学院

施工单位：北京永一格展览展示有限公司

业主单位：中国国际贸易促进委员会

项目简介

2015 年米兰世博会的主题为“滋养地球，生命的能源”，旨在体现世界对人与自然和谐均衡发展的关注，为合理利用资源、保护环境、滋养人类、反哺地球探寻有效途径。本次世博会中国首次以自建馆的形式在境外世博会中亮相，并以占地4590 平米成为除德国馆以外的最大国家馆。中国馆的主题是“希望的田野，生命的源泉”，围绕着与世界可持续发展方向相一致的“天、地、人和”的思想理念，通过建筑设计、建筑技术、展陈设计等，向世界展示中国的过去、呈现中国的现在、描绘中国的未来。

中国馆凝练了中华民族伟大的农业文明与民族希望。建筑设计采用场域的概念，室内与室外空间相互贯通，通过建筑的屋顶、地面和空间，将“天、地、人”的概念融入其中。自然天际线与城市天际线交融的屋顶，似祥云飘浮在空中，象征自然与城市和谐发展;室内田野装置与景观绿化完美呈现，意喻中国广袤而生机勃勃的土地;“天”和“地”之间的展陈空间，向世人展现中国人的勤劳智慧和中国古老灿烂的农业文明。中国馆前区景观，是中国960 多万平方公里土地所构成广义的“田野”，引导参观者去探究中国的过去、现在和未来。

本次世博会中国馆是一个综合性的整体设计项目，正因为有这样难得的机会，在组织设计之初，就开始尝试突破各专业之间的界面，将各专业放在同一个平台上进行讨论，甚至技术性的问题都会拿出来进行跨专业讨论。正是在这样的机制下，中国馆光环境设计在建筑设计之前就确定设计目标和方向，这一目标和方向也成为建筑设计遵守的原则，也正因为遵循了这样的原则，光与建筑、光与麦田才有了高度的契合。

对于光环境设计来说，“低碳环保、绿色节能”是我们当代设计价值观的重要指标，也是本次中国馆光环境设计的主要出发点之一。还有一个方面，就是照明不仅仅是满足视觉功能的作用，光还具有情感，具有叙事性，具有美学价值，如何在满足功能的同时实现美学价值，同样是我们追求的目标。

照明技术指标

2015 意大利米兰中国馆总占地面积为4590 平方米，照明设计包括了景观照明，建筑照明和室内照明三个部分，全馆使用的所有灯具均为LED 光源。在满负荷运行时，景观部分的灯具总功率的设计值为2820W，建筑照明部分的灯具总功率的设计值为2647W，室内照明的灯具总功率的设计值为8634W，因此中国馆人工照明部分的总功率的设计值约为14000W。

为了表现建筑的主体，突出中国馆夜间景观的整体效果，整体的照明设计中尽量减少了景观照明部分的灯具种类和光环境的布置。景观照明主要是通过LED 线性灯带来强调和勾勒出主通道所表达的江河的形态，引导参观者进入中国馆的内部去探究中国的过去、现在和未来。台阶上布置的线性灯带既能够表现主通道的河流形态，又避免了眩光的产生，还为路面和台阶提供了一定的照度，从而满足了该区域照明的基本功能需求。此台阶部分所使用的LED 硬质线性灯带的功率是12W /m，3000K 的色温与建筑主体照明光色相呼应。为了保证景观区域的安全，景观照明设计还考虑了穿插在景观区域中的疏散通道，该疏散通道以抽象的方式诠释了北京的胡同，由于胡同的宽度限制，照明设计方面紧选择了正对主流线方向的一侧，通过线性地埋灯洗亮疏散通道内该侧的胡同矮墙，地埋灯同样选择了色温3000K，功率为10W/m 的LED 光源灯具。为了减少眩光同时还能够保证较好的照明效果，通过多次模拟实验，最后将此款定制的地埋灯内增加了防眩光光栅，该地埋灯运行时的总功率为约为400W。

通常情况下，建筑照明和室内照明分开独立设计，可减少相互之间的干扰，有利于对光的控制。对于中国馆建筑的照明设计，我们首先想到的是在建筑周边及屋顶设置泛光照明灯具，这样对光的控制比较容易，也使屋顶的形态和竹编表皮肌理更具有表现力。但很快我们就决定取消该设计方向，原因有两方面：一是建筑照明与室内照明是两套系统，这样不够节能;二是无论在建筑周边设置灯杆，还是在屋顶安装灯具，都会对建筑外观构成一定的影响，甚至会破坏建筑的完整性。

最终的照明设计方案中，基于低碳节能这一大的设计目标，我们大胆地提出室内照明与建筑照明相结合，用一种照明形式来解决两个方面的问题，做到一箭双雕，因此屋顶所使用的投光灯不仅能够用来表现建筑屋顶造型和屋内顶部梁架结构，同时还为主展厅提供基础功能照明。在该方案的设计中我们把注意力放在了内透光的可行性研究上。如果按照一套照明灯具同时解决建筑照明和室内照明的设想，室内灯具的安装位置、投射角度，以及灯具的参数虽然至关重要，但对于建筑内透光起决定作用的不是灯具，而是建筑屋顶防水膜的材质。当采用半透光材料时，竹编的影子映射在PVC 膜上，会形成水墨画一样的光影肌理，艺术表现力好于全透光材料，且夜晚室内灯具对屋顶的泛光照明，以及麦田所发出的泛光，使屋顶PVC 膜形成一个完整的发光体，发光体的完整性有益于竹编呈现完整的剪影效果。

该建筑照明设计方案所使用的灯具是位于建筑室内顶部梁架上的91 只LED 可调光的投光灯，其最大额定功率15W。用于表现两个侧峰轮廓的室外投光灯具LB-05 共10 只，被分别设置在建筑竹编屋顶和侧峰的梁架之上，其最大额定功率为25W。该部分LED 灯具均使用的是高光效的COB 光源，输出功率可根据光环境和现场情况进行调节。灯具外形及颜色则根据建筑的表现需求定制而成，且灯具的投射角度可以根据建筑顶部的形态任意调节。通过前期的照明模拟计算，使用DIALux evo 模拟照明效果，最终确定选择配光曲线为36°光束角的投光灯来表现该建筑得屋顶造型，并根据建筑木制梁架结构的颜色和中国馆“希望的田野，生命的源泉”的表达主题，确定了3000K 色温的光色，该部分满负荷运行时的总功率为1615W。在室外东西两侧和麦田内，用于投射建筑檐口的投光灯，根据建筑檐口的高度和灯具布置位置的限制分别选择了12W 的LG-01A 和36W 的LG-01B 两种灯具，为保证檐口的最终照明效果、减少向上投射的溢出光，灯具的配光设计为20°×60°的带状光斑，运行时的总功率为1032W。

米兰博览会的举办时间是2015 年5 月1 日至10 月31 日，地中海气候使得米兰的夏季炎热干燥，但拥有充足的阳光。博览会每天从上午10 点至晚上11 点的开放时间内，有近8-9 个多小时的日照，为引入自然光作为室内照明提供了稳定的条件。初步估算，将人工光引入到主展馆的方案在展会期间将节省人工照明电量约5040kw*h。虽然采用自然光进行室内照明会产生不稳定的光环境，但全天候的自然光变化与室内光环境形成同步，所形成的交互性场景变化，更容易使参观者获得身处自然当中的体验，这也是对中国人与自然和谐共生观念的表达方式。中国馆屋顶由钢木结构梁、PVC 膜和竹编表皮组成，竹编表皮的密度越大，进光量越小;竹编表皮的密度越小，进光量就越大(参见图)。通过对竹编表皮透光系数的指标计算，最终确定其透光系数为15%，在该标准下白天的室内照度值基本控制在800-3500lx 之间，在室内视域范围内所呈现出来的各界面和屋顶结构，以及LED 麦田的影像形成了很好的亮度平衡关系，形成了麦田、屋顶、周边环境三个层级的主次表现关系。

建筑室内人工照明部分，按照功能分区，对不同的区域空间选择了不同的照明方式并给出了对应的照明设计指标，以满足不同区域的使用需求。餐厅操作间的照明按照基本操作面为300lx 的照度进行设计，并且选择了色温为4000K 的白光，以保证操作间工作人员的工作效率。餐厅部分，为保证人流拥挤的点餐区域的夜间安全，此处的平均水平照度控制在了200lx 以上，并且选择了有防眩光角度的内嵌灯具，而餐厅的其他用餐区域的水平照度则相对此区域略有降低。

参观流线上，主出口阶梯部分参照国际相关标准进行设计，选择了四只30W 筒灯向下照射，从而满足平均水平照度达到50lx 的标准，以确保参观者的安全，通过模拟计算确定该向下照射的筒灯的光束角在45°，从而既保证了到达地面的有效光通量又确保了对该区域照度均匀度的要求。建筑内部的残疾人坡道和疏散通道均采用LED 硬质灯带作为栏杆扶手灯，该LED 灯带的额定功率为10w/m，色温同样选择的是3000K 的暖黄光，该部分总功率能耗约为1400W，此设计既可以达到对本区域内基本照度及照度均匀度的要求，还减少了空间中眩光的产生，且美观、安装方便快捷。

为了使参观者在卫生间内有更好的视觉体验，此空间的光环境设计以点、线、面结合的方式进行设计，减少了眩光，增加了空间层次，并且在化妆镜上方均配有10W 的镜前灯，以方便参观者整理妆容。建筑内部从一层展区通向二层的坡道采用了台阶灯处布置线性灯带的照明方式，以减少溢出光对LED 麦田装置的干扰，以实现建筑内部较好的整体光环境效果。同时为了在能够保障坡道安全的基础上并尽量降低线性灯带与周边环境的亮度对比，提高视觉舒适度，该部分的灯具选择为3W/m 的LED 硬质灯带，色温3000K，灯具表面的弱光处理有效降低了该部分的峰值光强，提升了整体的视觉效果。

节能措施及效果

节能是中国馆照明设计中最主要的考虑因素。在本项目中，前期的照明设计使用了DIALux evo 照明设计模拟软件，根据不同使用空间对光环境的需求，通过模拟计算，确定灯具参数和布灯方式，以实现较小的功率密度值的照明设计方案。

通过对建筑顶部的竹编板和PVC 防水膜的分析，选择了以内透光的建筑照明手法来表达建筑，从而实现了建筑主体的景观照明与建筑主展厅的基础功能照明的完美结合，大大的降低了夜间建筑照明的能耗。并且此处选用的投光灯具的输出功率是0-16W 的可调光灯具，因此建筑顶部的人工光可以根据日然光的变化和不同的情景模式进行调整，从实现而降低能耗的目的。

中国馆中所选用的灯具全部是高光效的LED 灯具，且其电源的转换效率均为0.95 以上，二次配光透镜发光利用率也高达0.92，结构件上的玻璃透光利用率也达到了0.9，绝大部分灯具整灯的光效可以达到80lm/w。

照明设计创新点

新技术与新设备：

本照明设计项目中选择的所有灯具均为高光效的LED 光源，室内部分以COB 光源为主，且多半以上的灯具是根据建筑表现的具体需求，对灯具的外观和光源的二次配光进行了研发和深入设计的：

A. 建筑主峰处使用的LED 向下的投光灯的二次配光应用的是Focus Reflection 光学系统(专利证书号：201210088097.7)，可以让光得到充分利用，以至于17 米高的浪尖屋顶上使用的30W 投光灯便能为地面提供足够的照度。并且在Focus Reflection 光学系统下，衍生设计出特殊的椭圆形光斑的光照效果，特别适用于过道、楼梯等债范围空间照明使用。

B. 照明设计时在东西侧的麦田中设置了向上投射建筑檐口的投光灯，但是由于东西两侧的檐口的高度变化较大，所以该部分的照明设计便根据建筑表现需求，采用了12W 和36W 两种功率投光灯具(LG-01A 和LG-01B)。为了更好的表现建筑檐口，该灯具选择了20°×60°的带状配光以求尽量减少向天空投射的溢出光。

C. 为了减少灯具的热辐射对建筑的PVC 防水膜的影响，对于所有靠近建筑顶部防水膜部分的灯具的光源热辐射和灯具的散热问题都做了多个方案及多次的模拟实验，研发团队对产品针对性的增加散热面积，加强空气的对流，最终达到了高于CE 认证的控制指标，该部分所有灯具的表面温度均控制在50 度以下。

D. 为了保证照明质量，消除LED 灯带上光源的峰值光斑点在地面上产生的点状光斑，中国馆室内及室外所有的台阶和扶手灯的线性光源，均根据自身需求，选用了表面亮度均匀且具有一定配光角度的硬质的线性灯带。

新材料与新工艺：

中国馆室外建筑照明所使用的防水产品上增加了防水透气阀，除了防水透气外，还平衡内外气压，防止熄灯时产生负压吸力把外部水汽吸入灯具内部凝结而影响光效及寿命。为确保该款灯具外观的美观，灯具研发小组还做了新的技术调整，将内部带电件及光学件做了最小范围的防水设计，以达到内部散热通道保通畅。为满足现场照明效果，部分灯具研发在二次配光上通过一次次的反复模拟实验，最终创新性的在户外洗墙灯上使用了窄光束的一体光学非对称透镜，实现了通过二次配光，达到较好的洗墙投射效果。部分灯具再光学设计上采用了高精密光学一体透镜，采用模块化结构设计。无玻璃密封防水设计，比传统灯具光输出提高15%。

在灯具安装方面，绝大部分线性灯带采用了3M 背胶方式，在确保了建筑材质不受到破坏的同时又提高了施工效率。