三维玻璃幕墙外立面装饰照明的研发和实践

2012-05-28 01:01蒋乃群

照明工程学报 2012年3期

关键词：反光膜外立面样板

蒋乃群

(深圳市创先照明科技有限公司，广东深圳518000)

1 引言

上世纪中期玻璃幕墙建筑物问世以后，由于种种原因，其外立面装饰照明的设计和研发一直滞后于建筑的发展，现已成为国内外业界的难题。

3) HTTP应用响应时间:选择全局统计量Object Response Time及Page Response Time，以观察HTTP应用时对象及页面的响应时间．

为了解决这一难题，从本世纪初开始，照明工程技术人员先后试用建筑物直接内透光的照明方法，推出建筑物内光外透装饰照明专利，采用大功率LED“洗墙”等方式进行装饰照明，取得一定的成果，也出现了一些乱象。本文对二维或三维的玻璃幕墙外立面装饰照明解决方案进行对比分析，有助于照明设计人员理清概念，走出误区，正确合理地进行照明设计。

2 玻璃幕墙建筑物

玻璃幕墙建筑自问世以来，以其外立面自重轻、工期短及外观时尚的特点，受到不少建筑商的青睐。1984年上海出现国内第一幢玻璃幕墙建筑——联谊大厦以來，在20多年时间里，我国迅速发展成世界第一玻璃幕墙生产大国和使用大国。大面积采用玻璃幕墙装饰的建筑不仅在北京、上海、广州、深圳等大中城市中随处可见，在市中心或城市主干道沿线还分布着大大小小的玻璃幕墙建筑群。一般玻璃幕墙建筑物的特征之一，是其外立面与地平面垂直，本文称其为二维玻璃幕墙建筑物。

2011年建成使用的深圳市大运中心一场两馆具有“水晶石”造型，采用了新颖独特的单层折面空间网格结构，它标志着一种造型新颖的玻璃幕墙建筑物开始出现，它的外立面由多个折面拼接而成，靠近地面的玻璃幕墙不是与地平面垂直，而是与地平面呈仰角，见图1。

图1 建设中的深圳市大运中心主体育场，2010年

2008年，深圳大运中心主体育场、主体育馆和游泳馆开工建设［9］。建筑设计方为德国gmp公司。大运中心一场两馆均采用折面网格结构，具有“水晶石”造型，都是三维玻璃幕墙建筑物:依靠用主梁和次梁焊接构成的大三角形钢结构框架，外挂大三角形浅绿色玻璃幕墙，内衬米白色大三角形PTFE张拉膜，以大角度的、大尺寸的折面形成外立面。大尺寸折面的大三角形边长约12～16m，直接形成大尺寸的玻璃幕墙。大尺寸玻璃幕墙和整张大尺寸的张拉膜平行，间距约1.2m。张拉膜的材质为玻璃纤维，反射率为0.70，兼有遮阳、散热和反光的功能，又称为反光膜。2011年8月竣工后的主体育馆外景见图7。

人们一般认为，玻璃幕墙建筑物的造型仅仅是外观好看，或是不好看的问题。让建筑师和照明设计师始料不及的是，玻璃幕墙建筑物的二维或三维造型不同，会对其外立面的装饰照明设计带来重大影响。

3 玻璃幕墙外立面装饰照明特点

由于大部分玻璃幕墙外立面是完全透光的，夜间“照不亮”;那是因为照明光线穿透玻璃，都照进室内去了。另有小部分镀膜玻璃幕墙外立面则完全相反，像镜子一样是反光的，照明光线被镀膜玻璃反射到周边环境中，会产生耀眼的光斑，所以镀膜玻璃幕墙外立面在夜间“不宜被照亮”。因此，对于玻璃幕墙建筑物无法采用传统的泛光照明来进行装饰。

一方面是玻璃幕墙建筑物起步快，其外立面的装饰照明从一开始就“输在起跑线上”;另一方面是玻璃幕墙建筑物发展变化快，照明设计师还在忙于解决二维玻璃幕墙外立面的装饰照明时，三维玻璃幕墙外立面的照明问题又接踵而来。目前的现状是，玻璃幕墙外立面装饰照明明显滞后于建筑的发展，成为行业的技术难题。

式(2)中第一项为顺时针光束的一次环行，Sagnac相移是φR/2，φ是Y波导上/下分支尾纤输出的平行线偏振光的初始相位，偏置相位是-π/4；第二项为二次环行，Sagnac相移是φR，偏置相位也是-π/4；第三项为三次环行，Sagnac相移是3φR/2，偏置相位是零，所以三次环行对解调输出无影响.同理，由式(3)(4)(5)可知，一次环行影响5、7时隙的解调输出，三次环行影响6、8时隙.

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安全、轻便、高光效的大功率LED器件问世，为实施和推广两件专利创造了良好的条件。

4 玻璃幕墙外立面直接内透光照明

2001年，上海市开始推广景观建筑“内光外透”工程，让“楼内照明灯光晚上也要开启，建筑物的外观通过泛光照明表现出来，建筑物内灯光透过玻璃窗折射出去，使整栋大楼显得晶莹剔透，充分表现建筑物的内部结构和风格”［2］。从室外观察，这种玻璃幕墙外立面直接内透光的照明方式具有“见光又见灯”的特点，见图2。

同时期，美国BELLSOUTH、日本西武(SEIBU)等国际著名大厦在室内特别设计成百上千盏卤钨灯、荧光灯、闪光灯和氙灯，透过玻璃幕墙外立面直接向室外投光，或组成图案进行装饰，导致耗电更多，眩光更大，见图3、图4(a)和图4(b)［3］。

图2 上海市力宝广场玻璃幕墙外立面直接内透光照明，2001年

图3 美国BELLSOUTH大厦直接内透光照明，1998年

图4

由于室内灯光通过玻璃幕墙自然外透的装饰照明方式具有“直接看见光源，见光又见灯”的缺点，有眩光，不节能，这种玻璃幕墙外立面直接内透光照明方式不宜称作玻璃幕墙外立面装饰照明解决方案。

5 对玻璃幕墙外立面装饰照明解决方案的期待

2000年前后，建筑照明专家分析研究我国玻璃幕墙建筑物外立面装饰照明的现状后指出，直接内透光照明方式“完全利用建筑物室内灯光的外溢形成装饰照明，很难保证整体效果”，“期待另一种在建筑靠窗的玻璃幕墙、柱廊、阳台等处设置内透光装置，形成透光发光面或发光体来实现，效果好，可通过智能控制来实现图形变化。”，“在有条件的情况下，适当运用一些特殊的照明手法，创造出更具魅力的夜景作品。”［3，4，5］

用技术语言诠释，专家对玻璃幕墙外立面装饰照明解决方案的期待是:人眼看不见光源发出的直接光，只能看见经过漫射或反射以后，从玻璃幕墙外立面内部透出的间接光。

用通俗的一句话来代表专家的期待，就是:看不见光源，见光不见灯。

用一个业内熟悉的词汇来表达专家的期待，就是:“内光外透照明”。

6 二维玻璃幕墙外立面内光外透装饰照明

2002年，中国发明专利《建筑物内光外透装饰照明方法及其装饰照明系统》和中国实用新型专利《建筑物内光外透装饰照明装置》(以下简称:两件专利)提出一种玻璃幕墙外立面内光外透装饰照明解决方案［6，7］。

本文作者即两件专利发明人的原始创意是，将一种照明装置隐藏在玻璃幕墙建筑物窗口内侧，白天不可见;天黑以后该装置可以启动、发光，让窗口“变”成一个不眩目的发光面，让建筑物“变”成一个不产生光污染的发光体;夜间，该装置可以随时关闭、回收，第二天天亮之前窗口又可以自动“变”回原样。两件专利中，由发光器和反光器组成照明装置。照明装置中的发光器和反光器可以是一体的，也可以是分体的;可以同时，也可以单独启动和回收。发光器包括光源和反光罩。光源可以是荧光灯管、冷阴极管等各种发光体。发光器发出的光线通过反光器的反光板和反光贴纸，严格按照H、J和K三个途径反射到玻璃幕墙外。两件专利能美化建筑物夜景景观，形成大型广告，节约能源，保护环境，消除光污染，见图5。

图5显示，以光源为中心，反光罩的工作位置可以任意调节，使得从光源发出的、有可能射入周边环境的，或者有可能沿着垂直的外立面从下而上射入太空的光线统统被隔断。从二维的垂直外立面以外的任何角度，只能看见被光源和反光罩发出的光线照亮的反光板，看不见光源，见光不见灯。反过来说，只有当反光罩工作位置不当、或者是调节没有到位时，观察者登上二维的建筑物的屋顶，沿着垂直的外立面从上往下看，有可能看见少许溢出的、垂直射向太空的光线。即使如此，这种垂直向上射向太空的少量溢出光既不容易被人们看见，对建筑物周边的环境也不会造成影响，可以忽略不计。

两件专利为现代城市提供了一种有整体效果的，省电、安全、没有眩光的玻璃幕墙外立面照明解决方案。两件专利实现了人的眼睛看不见光源发出的直接光，只能看见经过漫射或反射以后，从玻璃幕墙内部透出的、清晰柔和的间接光。实现了看不见光源、见光不见灯，实现了专家对玻璃幕墙外立面装饰照明解决方案的期待。

图5 两件专利的照明装置和光线通过H、J、K三个途径传播示意图

2) T公司样板LED灯具的安装方法

7 LED为推广玻璃幕墙外立面照明创造了良好的条件

本世纪初，单粒直径5mm草帽型、功率约0.03W的LED开始在国内市场上出现，替代白炽灯、石英灯、荧光灯，成功用于建筑物点缀、勾边等装饰照明。2005年前后，单粒功率0.5W及以上的大功率LED开始出现，替代荧光灯、气体放电灯成功用于建筑物泛光照明。

大功率白光的LED器件封装结构见图6［8］。

图6证明，凡是照明设计提到投光型“LED光源”，就是指投光型“LED器件”，其中必然包括反光杯。既然“具有复合抛物线形状的反光杯会聚效果最好”，大功率LED器件中必然采用抛物线形状的反光杯。根据抛物线的光学性质，LED器件中的反光杯将光源发出的光线反射，产生平行于抛物线对称轴的光线，发送至透镜，再向外发散。

图6 大功率白光LED器件的封装结构

在tk时刻，船舶i与船舶j之间的距离为d(i,j)(tk)，船舶i与船舶j之间的相对方位为rb(j,i)(tk)，rb(j,i)(tk)为从船舶i与船舶j中心连线到船舶i航向线之间逆时针方向的夹角，其范围为0°～360°，且rb(i,j)(tk)≠rb(j,i)(tk)。

8 深圳大运中心一场两馆玻璃幕墙外立面LED内光外透装饰照明

以主体育场为例，它的玻璃幕墙外立面单元为沿水平方向凸出的大型六面锥体，锥体下层的大三角形外立面与地平面约呈55°仰角，锥体中层的大三角形外立面与地平面垂直，锥体上层的大三角形外立面与地平面约呈55°俯角。本文称这种外立面的建筑物为三维玻璃幕墙建筑物。

深圳大运中心一场两馆LED建筑景观照明系统(以下简称:项目)的装饰照明由G公司(化名)设计，并负责项目LED灯具的制作、安装和照明装置的调试，项目的照明装置全部安装在玻璃幕墙外立面中，白天隐藏起来不可见，夜晚LED灯具通电点亮，照明装置开始工作，照明方法得以实施，项目主体育馆的实景见图8［10］。

图7 深圳大运中心主体育馆竣工并投入使用，2011年8月

图8显示，从室外远处平视，项目的单片大尺寸三角形玻璃幕墙上的亮度不足;有亮线，有暗区。随着平行次梁的走向，可以分出三个亮暗的层次，导致亮度的均匀度较差，“水晶石”的晶莹剔透没有显示出来。由于缺乏航拍照片，关于项目是否有眩光、产生光污染，还有待进一步考察。

2.删——删去重复作业，变多练为精炼。课堂40分钟，既要进行新课的教学，又要完成课堂作业，时间很紧，这就要求课堂作业“少”而“精”。删去书本与作业本中同类型的题型，选择具有针对性、典型性的，能举一反三、触类旁通的题目，力求小题量获得最好的训练效果。

图8 深圳大运中心主体育馆项目实景，2011年8月

项目的样板、以及项目的照明装置和照明方法具有以下特点:

1) 项目样板的照明实景

项目采用的样板，包括玻璃幕墙、钢结构、反光膜、LED灯具等，完全按项目图纸1∶1制作。从室外观察，项目的照明实景见图9［11］。

图9 项目样板的照明实景

项目招标曾经征集到T公司(化名)提交的一种针对三维玻璃幕墙外立面装饰照明研发的、对反光膜垂直投光，再向玻璃幕墙外发散光线的照明方式。本文作者参与了研发的全过程，并负责申报有关的四件专利，它们是:

项目的LED灯具外观，见图10。

图10 项目的照明装置包括LED灯具

图10中，LED灯具安装在主梁上，灯具上方透空处为玻璃幕墙，可见局部钢结构次梁。观察者处于反光膜所在的位置，此时反光膜待安装。反光膜安装以后，其与LED灯具、钢结构一起构成项目的照明装置。由于该处的玻璃幕墙和反光膜平行且与地平面呈仰角约55°，LED灯具的安装必须相应前倾同样的角度，以实施对反光膜的平行投光。

3) 项目的LED器件

项目的LED器件见图11。

(3)目标价格政策带来的福利损失高达35.46%，且替代弹性越大，福利损失越高。从目标价格提高带来的福利水平变化来看，由于生产者福利和消费者福利的增加都来自政府补贴，而生产者福利和消费者福利增加量占政府支出的比重分别为12.82%和51.71%，这意味着有35.46%的政府支出成为无谓效率损失，并且国产大豆和进口大豆的替代性越强，这种效率损失就越高。替代弹性越大，意味着实际的市场开放程度越高，此时对生产者补贴越多则对市场扭曲越严重，无谓效率损失的增加可以理解为市场开放的代价。

图11 项目的条形LED灯具、圆形灯和其中的LED器件

断电时，可见项目的条形LED灯具中包括多个圆形的LED灯，每个圆形灯中又包括8粒LED。

4) 项目的圆形LED灯中有反光罩

LED灯具通电点亮以后，其中圆形灯中的LED器件及其外围的反光罩见图12。

LED灯具通电点亮之后，圆形灯中的LED器件发光，其外围的反光罩反射光线，也向外发光。

5) 次梁下平面被LED灯具照亮

“由于健康需求的迫切性和多样化，我国特殊食品市场潜力巨大。”中国营养保健食品协会秘书长刘学聪说，随着中国居民生活水平和健康意识增强，人们的观念正在从吃得饱、满足基本生理需要，向均衡营养摄入、利于身体健康的方向转变；从有病治病向无病预防、提高健康质量转变，这些都将促进特殊食品产业迅猛发展。

LED灯具通电点亮之后，项目主体育馆玻璃幕墙外立面中钢结构中的、与LED灯具平行的多根次梁下平面均可以被LED灯具发出的光线直接照亮，见图13中发白的部分。

图12 项目的圆形灯中的LED器件及其外围的反光罩

以图13为例，安装在钢结构主梁上的一排LED灯具隐蔽不可见，但明显可见其发出的光线不仅照亮反光膜，同时还从右向左、从右下方投向左上方，直接照亮钢结构中与主梁平行的第一根次梁的下平面，使其呈现白色。仔细观察可见，被照亮的白色平面不仅包括次梁下平面，还包括安装在次梁内侧边上一排的LED灯具的底平面。

6) 对项目样板的评审意见［11］

图13 深圳大运中心主体育馆任一出入口右侧、与地面的夹角为仰角的外立面照明实景

德国gmp公司对项目样板照明实景的评审意见是:“均匀的照明。平缓角度近似平行的投光。……，必须特别注意的是解决光线亮度的递减现象以及避免光线照亮屋架的次钢结构。可以预见的是，在实际情况中体育场上较大的三角面上，采用从三角形一边投射光线的方案，会出现亮度递减的效果。”

7) 项目样板与两件专利具有相同的技术特征

绿色植保理念指的是运用全方位的防治虫害与病害举措来保障植被的健康成长，确保将绿色与环保的思路融入全过程的作物培育中。在当前现状下，有关部门针对绿色植保理念给予了更多的认同与关注，同时也在尝试适用于当地的绿色植保相关举措。具体在涉及到防控作物病虫害时，可以有如下运用：

项目样板技术说明的两个原始图与两件专利对比，见图14。

图14 项目样板技术说明的两个原始图与两件专利实施例之一对比图

图14证明，除了照明装置的发光器和反光器采用了分体式结构之外，项目样板技术说明的两个原始图与两件专利的实施例之一具有相同的技术特征。项目则按样板设计、施工。

8) 项目样板，以及项目与两件专利的权利要求完全相同

进一步分析示意图15，项目样板，以及项目的LED灯具，其所处位置和功能与两件专利发光器的位置与功能完全相同;反光膜所处位置和功能与两件专利的反光板的位置与功能完全相同;钢结构次梁表面涂装的防火涂料具有反光特性，次梁下平面的位置和功能与两件专利中的反光贴纸的位置和功能完全相同。

图15 项目样板，以及项目的照明装置和光线通过H、J、K三个途径传播示意图

再分析图15，LED芯片发出的光线被反光膜反射及漫射，按H方向透出幕墙外;LED芯片发出的光线被反光杯和反光罩反射到反光膜，经反光膜反射及漫射，按J方向透出幕墙外;LED芯片发出的光线被钢结构次梁的下平面反射及漫射到反光膜，经反光膜反射及漫射，按K方向透出幕墙外。

根据JYP中各药味所含已知成分及相关药理作用，采用5/6肾切除方法制备大鼠CRF模型进行制备工艺的筛选。

因此，项目样板，以及项目的光线通过H、J、K三个途径传播与两件专利的光线通过H、J、K三个途径传播完全相同。由于图15与本文图5完全相同，导致项目的反光膜亮度随照射距离不同，具有逐渐递减的风险;灯光照亮钢结构次梁下平面并有可能绕过次梁，从下向上窜向室外溢出，具有产生光污染的风险;照明装置和光线通过H、J、K三个途径传播与两件专利的权利要求完全相同，存在专利侵权的风险。

9) 项目样板，以及项目落入两件专利的保护范围

项目样板，以及项目的照明装置并没有箱体，其发光器和反光器是分体配置的，属于两件专利权利要求中规定的分体式结构。也就是说，尽管项目样板，以及项目的照明装置没有箱体，也落入了两件专利的保护范围。

9 三维玻璃幕墙LED内光外透装饰照明

2) 项目的LED灯具

——发明专利:《建筑物玻璃幕墙的背景光和点阵图案实现方法及其系统》［12］;

——发明专利:《LED三维像素诱导屏用照明灯具》［13］;

——实用新型专利:《建筑物玻璃幕墙的背景光和点阵图案实现系统》［14］;

——实用新型专利:《三维像素诱导屏用照明灯具》［15］。

（1）认真贯彻“安全第一，预防为主、综合治理”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成项目专职安全生产管理员和班组兼职安全员以及现场临时用电安全负责人共同参与的安全生产管理体系，明确各级安全管理人员的职责，认真执行安全生产责任制，抓好工程的安全生产。

（二）独具特色的土家民俗文化。一是土家风俗。土家人习惯住杆栏式建筑吊脚楼，喜欢吃面面饭、包海椒、渣菜，穿戴方面头系白帕或戴披披帽，身穿青布超襟、对襟衣，红白喜事搞得热热闹闹。二是土家节庆。包括春节过赶年，端午节吃粽子，六月十九拜观音、扯神药、取神水，七月半过鬼节等。

1) T公司样板的照明装置和照明方法

提高回收率、节约能源不仅仅可促进煤炭行业可持续发展，也是降低污染的需要。提高回收率、节约能源我们可以从以下几个方面着手：首先，我们要本着扶持优秀企业，淘汰不合法企业的原则，对小型采煤企业采取合并、连营等方式进行改造，达到整合资源规模生产的目的。其次，根据各个地区的不同，制定煤层的回收率最低限值，对于达不到最低值的企业，要勒定暂停生产，限定时间，过期仍旧不达标的部门要下令对其进行强制关闭。最后，将煤炭产品商品化和有偿使用。政府要向企业征收一定数量的产前资源占用税，让企业所有人更加珍惜利用资源，降低浪费。

T公司样板的照明装置和照明方法见图16。

图16显示，T公司样板的照明装置中，玻璃幕墙2与其内侧的反光膜1之间安装若干直条LED灯具3，三者相互平行。LED灯具3正面朝向反光膜，每个灯具能从其正面和两个侧面共三个方向发射光，其内部装有控制电路、恒流驱动电路、以及能发射白光和RGB彩光的光源模块。当直条LED灯具从其正面垂直向反光膜发射白光或RGB彩光时，均匀发亮的反光膜发出均匀、柔和且方向相反的漫射光，光线再穿透玻璃幕墙射出室外。这种照明装置巧妙地利用了大幅玻璃幕墙钢质联结件上60mm宽的平面，将娇小、轻盈的直条LED灯具紧贴上去，对反光膜垂直投光，发亮的反光膜再向玻璃幕墙外发射光线。该照明装置和照明方法不仅适用于三维玻璃幕墙装饰照明，也适用于二维玻璃幕墙装饰照明，使玻璃幕墙建筑物外立面成为均匀、柔和的发光面。不仅白天看不见灯具，晚上从室外任何角度都看不见光源。

在班干部竞选成功后，班主任指导与训练班干部，采用班干部轮流值周的办法，采用中医疗法“望、闻、问、切”带动班级其他同学的行规表现与学习态度，调动全班同学的学习积极性，增强班级学习氛围；同时班主任时刻关心班干部的工作、学习、生活，一次次鞭策他们在工作中自律自强，成为班级建设的功臣，同时发挥班干部团结协作的“大雁精神”，班干部虽各自有分工，但是分工不分家，劲往一处使，全心全意为班级做实事，更好地服务于班级建设与管理。

以下将这种用于三维玻璃幕墙LED内光外透装饰照明的解决方案简称为:四件专利，其技术特征在T公司的投标样板中表述如下:

图16 T公司样板的照明装置和照明方法

当年，两件专利是针对二维的玻璃幕墙建筑物、即外立面与地面垂直的玻璃幕墙考虑的，它的适用范围具有局限性。八年后的今天，玻璃幕墙建筑物从二维向三维发展，玻璃幕墙的外立面从垂直平面向折面发展、从小尺寸向大尺寸发展，如果不当使用上述两件专利，存在一定的风险。

T公司样板灯具的安装方法，见图17。

图17 T公司样板LED灯具的安装方法

图17中，T公司样板直条LED灯具3采用铝合金外壳，宽度小于60mm，长度0.8m，其断面为矩形，紧贴在玻璃幕墙组件中的钢质工字形檩(读音:lin)条4上安装，隐蔽性好，利于散热，保证LED器件长时间稳定运行。

3) T公司样板LED灯具中LED的定位

T公司样板LED灯具中LED的定位，见图18。

图18 T公司样板LED灯具中LED的定位

图18 LED灯具中，件332是LED灯具正面的LED灯，共4套，垂直正对反光膜发光。两个332灯中分别内含4粒1W全白光LED;另外两个332灯中各含1粒1W白光和1W R、G、B彩光各1粒，共4粒，全白和彩色灯间隔均布。单条灯具的功率约为16W。件332灯中LED的组合、功率、分布密度和数量根据檩条的平行间距和LED的光束角优选确定，满足反光膜表面照度值及其均匀度值要求，保证最佳的照明效果。

件336 LED灯分布在每条LED灯具的两侧，各2套，共4套，作为附加的诱导装饰照明，备用。

4) T公司样板的照明实景

从室外观察，T公司应用四件专利，其样板的照明实景见图19。