城市地球馆的灯光效果及系统方案

胡燕燕

（上海戏剧学院， 上海 200040）

2008年末，笔者接受上海复旦上科多媒体有限公司的邀约，加入了2010年上海世博会主题馆中城市地球馆的工作团队，主要承担场馆效果灯光及系统深化设计的任务。地球馆的总策划方为德国的柏林德立策划公司，德国人缜密的逻辑思维和严谨的工作态度给笔者留下深刻的印象，整个工作过程让笔者受益良多。借本文对城市地球馆的设计工作做个总结，将这次难得的工作经历与业内同仁分享。

1 城市地球馆的主题及展馆设计理念

“哪里有危险，哪里就有救赎”，这是德国18世纪诗人弗里德里希·荷尔德林的一句名言，也是城市地球馆所要传达的哲学理念。2008年城市居民数量在历史上第一次超过农村居民，而且这个增长仍以迅猛的速度继续着。城市地球馆的主题是表现地球城市化所带来的环境污染、材料分解、交通运输和城市基础设施的问题。一方面，工业产品和城市发展对生物界造成了严重的环境污染和无法弥补的损失，另一方面，如今的城市又是政治、技术创新和知识累积的中心。“城市既是问题的制造者，又是问题的解决者”，这两个既对立又相互呼应的命题，融化渗透在整个场馆展示的结构中。

俯瞰地球馆，其内部是一个圆形的盘旋式通道结构，这是由一个上升螺旋和一个下降螺旋所组成的双螺旋结构。场馆设计构思引入了中国传统道家思想的“阴阳五行”概念，体现了宇宙万物都处在不断变化和发展中，五行相生相克，阴阳在一定条件下可以相互转化。整个展馆共分为五个章节：（1）序曲：城市蔓延，世界的孩子；（2）危机之道；（3）蓝色星球；（4）解决之道；（5）尾声：

天下一宇，走向光明。参观者可身临其境地目睹地球所遭受的破坏，经历星球危机的意识觉醒，接着开始为地球的可持续发展做出努力，探索国际性的解决方案及最佳实践经验。

2 灯光效果设计及系统解决方案

2.1 灯光的整体设计构思与原则

地球城市化是本馆所表现的主题，大都市夜晚流光溢彩的霓虹和广告灯箱、林立的楼宇和路灯、万家灯火、璀璨的建筑照明等最能体现城市灯光的特征，因此，我们提取了城市夜景照明的部分元素作为贯穿整个地球馆的灯光元素，以不同的形式出现在各部分展项中，展示主体有图文的部分以自发光即内透光为主，重点照明及气氛渲染以外部投光为主。

展馆的五个章节是以起承转合的节奏层层推进的，先以“城市蔓延”表现1 800年来城市的发展进程，引起参观者的好奇心；再以“危机之道”拉动情节张力向上发展，以“水、火、金、木、土”五行相克的顺序为线索，讲述城市对地球资源的贪婪和掠夺；参观者在经历了一系列震撼人心的图像和数据后，走到了圆形结构的顶端，视野豁然开朗，中心展项“蓝色星球”映入眼帘，五行的转变融入了全球的交通、数字化、通讯及能量等主题，在直径长达40 m的半球结构上，以多媒体的形式向观众展开一个交互关联的视听空间，让参观者保护地球的意识达到高峰阶段；从展馆顶端盘旋而下，“解决之道”以生态桃花源的面貌向参观者介绍保护地球的国际性的解决方案及最佳实践经验，按照五行相生的顺序排列，三维仿生学结构和城市剪影交错排布，将观众引入到地球的内部；“天下一宇”是在半球内部穹顶上播放视频影像，是对“危机之道”和“解决之道”的核心总结，同时引发参观者的思考，带着希望和信心走向光明，离开展馆。

馆内展示灯光的节奏也是紧紧围绕着这五个章节，分别从色彩、亮度、方向及图案等方面进行艺术设计上的布局，力图使灯光从视觉上能够准确传达展示的主题，与展示空间融为一体。

根据展示情节的发展，指导灯光设计的主要原则是由暗及明、由冷及暖、由点及面的节奏进程。根据五行的属性及在展区内所代表的元素，设计者为五行定义了五个类别的色系，在“危机之道”及进入每个五行元素的通道里加以贯彻实施：水区——蓝/蓝紫；火区——红/橙/红紫；金区——金属色/金/银；木区——绿；土区——黄/褐/棕色。

2.2 主要展区的设计方案及效果体现

2.2.1 篇章一：城市蔓延、世界的孩子

“城市蔓延”和“世界的孩子”是地球馆的序篇部分，色彩基调以深蓝和灰白为主。

“城市蔓延”展区（见图1）的顶部是一幅巨大的蓝色的世界地图，嵌入了70多颗白色LED，每颗LED对应的位置都是世界上人数最多的城市之一，共分由少到多的三组变化，分别表现的是19世纪、20世纪及21世纪世界上超大都市数量及分布。展区入口的左侧墙面上是21个大城市名字的灯箱，右侧墙面是城市天际线。地面上立有21个自发光的有机玻璃信息球，记录了21个大城市的历史或现在，以及城市的人口变化数据。展区顶部有几十个悬垂下来的发光球体，配合音效，体现一天之内晨昏交替的城市街道场景，球体内部用的是白炽灯泡，发出暖黄色的柔和光线，有万家灯火的含义。此外，在顶部间或悬垂下来几个自转镜面球，反射发光球体的光线，产生一定的动态效果。

在“世界的孩子”展区（见图2），除了标题外，没有使用任何外打灯光，整个展项主要依靠图文灯箱的自发光作为展区照明的主体，方便观众集中注意力关注图文主体，沿途在墙角铺设隐蔽的LED光带，作为观众路线引导。

2.2.2 篇章二：危机之道——水、火、金、木、土

图1 “城市蔓延”展区

图2 “世界的孩子”展区

图3 火、金、木区之前的通道

“危机之道”按照五行相克的顺序排列，进入每个元素空间之前，参观者都会先经过一个代表这个元素的通道（见图3），通道内均有一个玻璃箱体构成的钟摆，摆锤匀速地来回摆动，一方面表现的是时间的流逝和紧迫性，另一方面比喻五行之间相生相克的运动着的能量。玻璃箱体的两侧上方各放置了一个45°～ 70°的变焦成像灯，切出略大于玻璃箱体的长方形进行主体部分照明，摆锤由内装的白色LED自发光，随着摆动，可以将观众的影子投射在墙面上，并且产生左右来回运动的变化。每个元素通道都按照五行所定义的颜色加以区分，如水区用蓝色，火区用红色，金区用冷灰色，木区用绿色，土区用黄色。

（1）水区

水区（见图4）的左侧是投影在波浪形曲面的视频，地面上分布着4个代表不同地区水体污染的“水塘”，上方悬垂着参差的绿色水滴状灯具，表面标有解释水体污染的化学公式。展区的中央立有一个巨大的圆形水柱，内贮清水，水柱表面嵌着大小不一的水龙头表示不同国家地区的水消耗量。展区顶面悬挂着形状、角度不规则的镜面，观众抬头的话，就能从镜面的多角度反射中看到水展区的不同样貌。

水区的重点照明部分为水立柱和水塘，水立柱代表的是洁净的水源和生命之泉，因此，用了浅蓝色，且亮度比较高，聚光光源把水珠内产生的气泡和水波纹清晰地投射在水柱周围的地面上，形成涟漪状，与右侧墙面的图案相互呼应。而水塘代表的是水体污染，因此，采用了几种不同色调的灰来体现被污染的水源，亮度很低，造成昏暗晦涩的感觉，与明亮的水立柱形成亮度和色彩反差。

（2）火区

火区（见图5）的主题是“我们燃烧自己的未来”，场景将城市设计成一个发着红光的、吞噬着能量的、炎热的充满废气的生存空间。展示主体是几个红色的烟雾立柱雕塑，由层叠的片状结构旋转排列而成，内部安装了LED光带，以点阵的方式模拟出火焰跃动升腾的效果。

火区的设计方案经历了数度修改，由于空间和预算的局限，最终确立为目前的方案。观众通道的左侧外部有一片弧形的墙面，中心有一个圆形立柱将墙面一分为二，墙面为黑色，立柱为橙色。利用灯光将全球变暖的“气候杀手”的形象投射在墙面和立柱上：鳞次栉比的高楼大厦，冒着烟的工厂，摩肩接踵的高压电塔等。根据时间的变化，立柱上投射的图案会交替变化。虽然火区安装的灯具数量不多，但是由于投射的图案需要拼接，且灯具安装位置条件不理想，增加了安装和对光的难度。

右侧墙嵌了许多排烟管道，利用红色LED洗墙灯将管道内部的墙面打亮，透过排烟管道，观众可以看到红光透射出来。

（3）金区

金区（见图6）被设计成一个废弃坑道的样子，弧形顶面有一道不规则的裂缝，象征地球的伤口。裂缝里是背投影像，表现的是机械挖掘的画面，挖土机、齿轮、钻头在繁忙地工作着，嘈杂、尖锐、刺耳的音效造成了坑道内令人局促不安的感觉。坑道两侧是圆形舷窗，内部为自发光灯箱结构，展示的内容为各种挖矿、开采的照片，地面中线位置为一排沙漏，内置与两边舷窗内采矿照片相对应的所采的矿石。

整个金区没有使用任何外部投射的灯具，而是采用了展项自发光的形式，如沙漏、舷窗等。

（4）木区

木区（见图7）体现的是城市森林和物种的消失，一幢幢做成摩天大楼形状的长方体灯箱错落地摆在展区内，右侧墙面是濒危物种的图表，由于灯箱体积比较大，发光面也非常大，所以灯箱本身所发出的光线就足以将周围的墙面图文打亮，因此，这个展区也未设置其他的外部投射灯具。

（5）土区

图4 水区的灯光效果

图5 火区的灯光效果

图6 金区的灯光效果

城市吞食资源、制造垃圾，土区（见图8）将观众置身于一个充斥着生物、塑料、电子、化学垃圾的垃圾场内，中心矗立着两个垃圾反应箱，箱体上部的LED显示屏中显示着各国垃圾产生的数据及各种垃圾降解需要的周期。

两个垃圾反应箱采取的是两种不同的照明形式。第一个反应箱利用展项本身结构的特点，在周围竖立的圆形围栏中内嵌LED条带，照亮内部悬挂的电子垃圾，通过反应堆顶面和底面的镜面多重反射，形成一个无限延展的空间；第二个垃圾反应箱是封闭式的，内部有许多轮胎、钢管之类的垃圾堆，需要通过灯光将这些垃圾的剪影投射在磨砂玻璃的表面，因此，设计者在箱体的顶面开设了6个孔，安装了6个短筒PAR64，由于投射距离太短，除了使用宽光束的灯泡外，另加了柔光纸以扩大投射面积，按照不同的角度进行投射，并依照时间的推移，产生此起彼伏的明暗变化。

两侧墙面的“垃圾场”采用嵌入式金卤泛光灯进行均匀照明。

2.2.3 篇章三：蓝色星球——意识转变（中心展项）

“蓝色星球”是地球馆的中心展项（见图9），也是整个场馆中最重头的部分。展项由一个直径为28 m的球冠和直径为40 m的不规则镂空的环形纱幕构成。球冠表面由多台大功率投影机组成，通过影像拼接融合，完成球幕电影的表现。而灯光的主要“战场”在球冠周围的环形纱幕上。

球幕投影的灯光方案数易其稿，最初按照德方的要求，只需要把纱幕用绿色灯光照亮即可，不想让纱幕抢夺观众的视线。后来考虑到6分钟的影片播放过程中，巨大的环形纱幕若没有变化，未免使球幕投影显得呆板孤立，因此，需要灯光渲染配合视频内容，表述主题思想。经过多次讨论，最终决定用电脑图案灯作为主要照明设备，完成纱幕的艺术表现。

球冠顶部，也就是地球馆的最高点，是一个高14 m的环状马道，投影机安装在马道内侧，电脑灯安装在马道外侧。为了切合视频内容，设计者精心绘制了15套图案片，替换了原有的出厂标配。

配合球幕视频中的五行元素和动态画面内容，挑选出最匹配的图案，细腻地调节每一台灯的色彩，使得画面层次丰富多变。由于马道承重和空间位置问题，灯具数量比较少，未将整个纱幕完全打满，而且需要通过半数灯具交替淡出淡入完成两个图案间的转换，也就是说，一个图案的转换要拆解成两步完成，好在光斑位置分布得当，并没有让观众产生突兀的感觉，反倒是这种柔和的、悄无声息的变化，为整个球幕投影增添了几分灵动气息。

2.2.4 篇章四：解决之道——生态桃花源

“解决之道”是地球投影空间的延伸（见图10），通道两边错落摆放着许多形态各异的三维仿生学结构模型，体积大小不一，大的高达五六米，银色亚光表面，中空结构，穿插着众多拯救地球的可持续性方案。侧墙上是连续的城市天际线剪影。

“解决之道”主要采用的是点面结合的照明方式。单个三维仿生学结构用光斑可切割的成像灯从多个角度投射，利用角度和亮度的差异增强仿生学结构的立体感，基本上每个仿生学结构都有3～4个灯从不同的角度加以照明。为了使银色的表面色彩能够得到正确体现，在灯前加装了雷登82B的色纸，升高出射光线色温，使银色表面看上去干净、纯正。

墙面上的城市天际线剪影及标题文字基本采用面的形式照明。使用了500 W的菲涅耳螺纹聚光灯作为主要照明灯具。

图7 木区的灯光效果

图8 土区的灯光效果

图9 “蓝色星球”的投影及灯光效果

图10 “解决之道”的灯光效果

2.2.5 篇章五：天下一宇

“天下一宇”位于“地球”的“内部”，即观众走到了地球的里面，仰望的是一个巨大的穹顶。穹顶上是一个巨型的360°凹面球幕电影。这个部分除了穹顶底部周围的一圈观众引导灯带，未使用任何灯光设备。

3 控制系统架构及现场技术执行

通常，舞台演出灯光程序都是由人工实时控制的，城市地球馆的技术运营要求实现无人控制的目标，为此，我们采用了一套以以太网络传输为基础的控制系统来实现调试阶段的灵活性和运营阶段的无人化管理。

以较为复杂的多媒体项目“蓝色星球”为例，灯光控制系统主要是解决灯光、音频、视频的同步以及实现实时热备份的问题。控制系统结构示意图见图11。

总控的核心部分是Medialon的表演控制器，由其分别控制视频和音频多轨机，再由多轨机给出SMPTE time code，在灯光控制台及备份设备之间实现灯光程序变化与前两者的同步。灯光控制系统采用了COMPULITE的Vector Oringe控制台作为主控台，Vector Node重放单元作为从属备份控制，两者同时经由eSync接收轨机发出的远程同步控制信号（time code）。灯具安装在离地面14 m高的环形马道上，360°均匀分布，为了减少控制线路的数量和距离，以90°角为单位将放大器放置在马道的4个方位，方便电脑灯DMX512信号的接入，放大器均与Ethernet-to-DMX转换器E-port连接。主控台、重放单元、E-port以及eSync都接入网络交换机，由于主控台和重放单元同时接收同步控制信号，也同时对E-port输出两个相同的程序控制命令，因此，当主控台发生故障的时候，重放单元依然可以同步接收time code，不间断地发出灯光程序指令，完成真正意义上的程序热备份。

控制系统的合理配置，不仅在场馆运营的时候实现了无人化管理，而且在调试编程阶段，配合无线路由器灵活组合应用，大大提高了现场程序编辑的便捷性。“蓝色星球”是一个巨大的球冠，现场编辑程序的时候，受视野的局限，设计师无法看清楚球冠对面的内容，按照以前传统的方式，每编辑一个程序就要推着控制台环球一周，试想面对这样一个直径40 m的大球，要完成所有的程序编辑将会消耗大量的时间和体力。因此，在程序编辑阶段，把E-port临时放置到马道，与控制台一起接入无线路由器，通过笔记本电脑上的Vector on PC离线编辑器，实现便携式操作，设计师可以在任意位置进行观察和修改，大大提高了工作效率。

城市地球馆的灯光控制系统以较小的投入完成了无人化管理和实时热备份的任务，并且通过设备的灵活组合，搭建便捷的工作平台，以省时、省力、高效的工作方式体现了艺术设计构思。

4 结语

笔者在城市地球馆的灯光设计工作前后历时一年半，在专业知识方面收获良多，片言只字无法将这个项目的众多经验和体会完整总结。借用荷尔德林的一句诗“人，诗意地栖居在大地上”，将城市地球馆的美好愿望寄予其中，向所有为地球馆建设贡献过力量的工作者们致敬！

图11 灯光控制系统结构示意图