博物馆展陈照明设计的常见问题与对策

刘显明，李相迪，张 军，李毅东，陈伟民

(1.重庆大学光电工程学院，光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；2.中国四联仪器仪表集团有限公司，重庆 400700)

博物馆展陈照明设计的常见问题与对策

刘显明1，李相迪1，张 军2，李毅东2，陈伟民1

(1.重庆大学光电工程学院，光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；2.中国四联仪器仪表集团有限公司，重庆 400700)

展陈照明是博物馆展陈设计的关键一环，目前国内博物馆在展陈照明布置方面的水平参差不齐，有些眩光严重、均匀性差，甚至让观众产生严重不适影响观感，而有些则光照均匀舒适无干扰，让观众能赏心悦目欣赏展品。本文基于近期对国内多家博物馆的现场调研结果，总结了展陈照明布置的一些典型共性问题，并通过优秀案例的对比为这些问题的有效解决提供方法参考。

博物馆；展陈照明；眩光；照度均匀性；照明设计

引言

展陈照明是博物馆展陈设计的关键一环，优良的展陈照明不仅可减少光辐照对文物的损害，更可营造舒适的光环境氛围，让观众充分感受展品的形状、色彩和质感等艺术元素。《博物馆照明设计规范》(GB/T 23863—2009)分别从文物保护和视觉照明两方面的角度对展陈照明进行了规范[1]。对文保而言，主体是受照文物，限定参数是受照面光的成分、光功率密度和照射时长，是辐射度学参数，主要由光源的光谱成分和有效光功率决定，通过合理选择光源并调整功率即可在很大程度上实现保护性照明[2]。而对以观察者为主体的视觉照明而言，衡量指标是工作面光的照度、均匀度和眩光指数，是光度学参数，主要由灯具的光分布和灯具的空间布置决定，是进行博物馆展陈照明设计的重点。本文对博物馆展陈照明光环境进行分析，结合多家博物馆实际照明效果，对目前展陈照明应用存在的问题进行了小结，并给出了相应的解决方法。

1 博物馆展陈照明光环境分析

展陈光环境是博物馆实现其展示功能的重要环境，是观众感知展品的关键条件。为了有效的展示展品，受照面必须达到一定的照度水平，目前关于基础照度的实现，业内有两种截然不同的认识：

一是主要进行局部和重点照明，即仅对展品及周围很小的空间范围内进行重点照明，而整体环境亮度处于较低水平(如图1所示)。其优点非常突出，在较暗的环境空间内参观，可让观众从心理上感受到一种安静的氛围，让观众能静心地去欣赏展品。此外，暗环境下对展品进行局部照明，可形成良好的空间层次感，通过以暗衬亮的照明来实现导向性，引导和强调观众去重点参观展品。

二是加强基础照明，即提升整个馆内展示空间的亮度水平，在相对较亮的环境空间内观察展品(如图2所示)。其优点在于通过整体光照度水平的提升，可缓解长时间暗环境下观展所带来的视觉疲劳。对于一些需要临摹的观众，可提供一个相对明亮的学习和笔录的环境。此外，在照明设计上相对简单，均匀性好，即使在展品发生变化时也不需要对照明进行调整。

图2 亮环境氛围的展厅Fig.2 Bright ambience of the exhibition hall

相比而言，由于较暗背景下的重点照明方式在文物保护、视觉效果、氛围营造、节能等多方面具有优势，是目前各博物馆所采用的主要展陈照明方式。但对于不同的展品和馆内空间，往往需要进行针对性的设计。尤其当展厅内的展品发生变化时，应根据实际情况进行照明方式调整。而目前相当多的博物馆忽视了照明的作用，采用一成不变的光线去应对不同形貌的展品，例如：图3中展柜上方开了两盏射灯，中间灯光几乎全被展品顶部遮挡，不仅难以展示展品前部细节，过分集中的光能对展品顶部将产生辐照损害，右侧灯光集中照在展柜底部并覆盖右侧小展品，而左侧小展品则无直接光照。

2 展陈重点照明的主要问题

在暗环境下进行照明系统布置，由于整体环境亮度水平低，将使得眩光和不均匀性问题非常突出，这也是博物馆展陈照明设计的重点难题[3]。目前，LED光源大量替代传统光源，其无紫外和红外光的光谱特性在文物保护方面具有较大优势，但其点光源、高亮度的性能特点对于眩光和不均匀性的控制更为不利，必须进行针对性的设计以减小不利影响。

2.1 眩光问题

眩光是指视野中由于不适宜亮度分布，或在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。当存在眩光时，将影响观众观察展品，严重时甚至会产生不适[4]。

博物馆内的眩光可用统一眩光指数UGR(Unified Glare Rating)进行衡量：

(1)

其中，Lb为背景亮度(cd/m2),La为观察者方向每个灯具的亮度(cd/m2),ω为每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角(sr),P为每个单独灯具的位置指数。

由此可知，暗环境下背景亮度Lb低，在同样的照明布置条件下，眩光问题更为突出，因此必须通过空间光分布设计和减小灯具亮度两方面出发，减小因背景亮度低带来的不利影响。

眩光包括光源的直接眩光和反射面(通常是镜面)的反射眩光。一些光源不经遮挡会直射人眼，尤其在人眼直视展品时，若视野中心存在较强的光照将使得眩光问题更为突出。图4给出了光源和视轴夹角与眩光强弱的关系。其中视轴并不一定为水平方向，而是人眼和观察点之间连线的方向。如图5所示，人眼直接观察展品时，展品下方设有补光，由于光源功率过大导致直接刺激人眼，让观众难以直视展品。

图3 不利于文物展示的照明方式Fig.3 Bad lighting for cultural relics exhibition

图4 光源和视轴夹角与眩光强弱的关系Fig.4 Relationship between the light source and boresight angle and glare strength

图5 直接眩光Fig.5 Direct glare

当观众透过展柜观看其中的展品时，光源和展柜玻璃的相对位置和方向若处理不当，展柜玻璃可将光源发出的光反射至人眼，产生不适的反射眩光。反射光可能来自自然光(如图6所示)，也可能来自室内灯具(如图7所示)，一些博物馆在进行展品陈列时，采用玻璃或PC等具有镜面反射特性的面板作为支撑底板，其反射面也可能形成反射眩光(如图8所示)，给观众带来严重的不适。此外，采用普通玻璃制作的展柜，还会在玻璃表面产生多次反射并成像，形成多组虚像的重影，影响观感(如图9所示)。

图6 自然光产生的反射眩光 Fig.6 Reflected glare produced by natural light

图7 展柜玻璃反射灯具形成反射眩光Fig.7 Reflected glare produced by reflecting lamps on showcase glass

图8 展柜内展台面反射柜内光源形成严重的反射眩光Fig.8 Booth surface of showcase reflects internal light source causing the reflected glare

2.2 均匀性问题

照度均匀度是描述工作面上一定面积范围内照度均匀性的指标，可用不同的公式进行计算衡量，大部分文献将均匀度U0定义为工作面上的最小照度Emin与平均照度Eav之比[6]。即

(2)

光线分布越均匀说明照度越好，视觉感受越舒服，照度均匀度越接近1越好，反之将导致视觉疲劳。

目前国内博物馆大量使用甚至滥用射灯进行照明，由于射灯的光束角往往较小，光能相对比较集中，当展品更换时，若展品的尺寸大于射灯的照射面积，由于环境亮度低，工作面上的Emin也较低，而光斑中心集中了灯具发出的绝大部分能量，最大照度Emax和平均照度Eav值都较高，使得U0值很低。工作面上照度不均匀，不仅破坏了展品整体感观，其过亮和过暗照明部分可能严重影响观众对展品细节的观察；对于一些具有立体形貌的展物，不合理的照明还将产生阴影，甚至将关键部分笼罩在阴影中(如图10所示)。

图9 普通玻璃多次反射形成的重影Fig.9 Ghosting caused by multiple reflection of glass

图10 滥用射灯导致不利于呈现文物细节Fig.10 Abuse of spotlight against presenting details of cultural relic completely

3 眩光和照度均匀性的处理方法

以上博物馆展陈照明的不良问题都因光分布的不当布置导致，通过一些合理的调整即可减小其不利影响。

3.1 直接眩光

防直接眩光的关键在于减小灯具相对观察者方向上发光的亮度，最好能让观察者见光不见灯。为保证工作面有足够的照度，光源的光功率通常不能降低，减少亮度主要采用增加发光面积将光进行散射扩散，而见光不见灯主要依赖于灯具设计或者在光源和人眼之间设置遮挡，可简述为扩散法和遮挡法。

其中，扩散法主要采用光扩散板使光线发生不同方向的折射、反射、散射，扩散板包括平面扩散板和3D扩散板，一般在PMMA、PC、PS等透光基材中添加光扩散剂，或将基材表面加工为特殊花纹结构(包括表面微结构)制成。经过光扩散板后，可实现大面积均匀平面发光的效果，将点光源和线光源转换为面光源，从而减小发光面的亮度(如图11所示)。

图11 平面扩散板与3D扩散板效果图Fig.11 Effect drawing of 3D diffusion plate and planar diffusion plate

遮挡法可更有效的避免直接眩光的影响。在灯具设计时，可在灯具出光面增加格栅，目前不少展柜顶部光源都增加了格栅进行光源的遮挡。也可将光源置于灯具深处或在灯具外部增加遮光罩，从而加大防眩保护角，避免眩光(如图12、图13所示)。

图12 灯具防眩示意图Fig.12 Anti-glare schematic of lamps

图13 采用四叶遮光片的防眩灯具Fig.13 Four leaf gobo lamps

对于独立展柜或四周包围参观的大型展品，可在灯具和人眼之间设置遮挡，也能很好的避免眩光。这些遮挡通过巧妙的设计，可成为一种展柜装饰，甚至作为背景标识(如图15所示)。

3.2 反射眩光

相比直接眩光，反射眩光的处理更为棘手。为减小甚至避免反射眩光，可从反射面和光路设计两方面进行处理。首先，镜面反射是导致反射眩光的主要因素，在进行展陈设计时应尽量避免采用具有镜面反射属性的材料。如图8中展柜内的展品底座，人为添加的反射面是导致反射眩光的主要原因，若采用衬布则不会出现此反射眩光问题。而展柜玻璃是观众观察和展品保护的重要窗口，普通玻璃反射面的镜面反射率较高，采用特殊材质制成的减反(无反)玻璃，可在较大程度上降低其表面反射率，不仅可以减小眩光的影响，还可以减小重影现象带来的不适(如图16所示)。

此外，通过合理的系统布置，对于靠墙展柜和俯视展柜，可将灯具的发光方向朝向展品而背向人眼，避免眩光。一些展柜将灯具设置在展柜上方并利用展柜自身结构进行遮挡，实现见光不见灯的完美照明效果(如图14所示)。

图14 利用展柜自身结构实现见光不见灯的功能Fig.14 Showcase using its structure to achieve hiding lamps

图15 用于装饰和标识作用的挡板设计Fig.15 Baffle design used for decoration and identification

图16 采用了减反玻璃的展柜Fig.16 Showcase used anti-reflection glass

其次，照明光路的设计非常关键。展柜外部的光线是导致反射眩光的来源，若展柜外部有光源的存在，包括对面展柜发出的光，都可能在展柜玻璃表面形成反射。不仅会形成眩光，还会形成影像影响观众的正常观察，因此展柜玻璃窗口应尽量面向暗区设置。当展柜前方必须设置灯具时，应通过调整其高度和离展柜的距离，使观众在参观时人眼置于反射眩光区域以外(如图17所示)。

图17 通过调整灯具和展柜相对位置避免反射眩光Fig.17 Avoid reflected glare by adjusting the relative position of lamps and showcase

3.3 照度均匀性

对于一些大幅字画、碑文、石刻等展品，表面积较大，容易出现照度均匀性问题。尤其是在大量使用大功率射灯的背景下，照度均匀性问题尤为突出。为改善照度均匀性，可做如下几方面工作：

1)对于大面积展品，若非光敏性文物，建议优先考虑采用前文所述增加基础照明强度的方式进行设计(如图2所示)，这是获得均匀照度的最佳方法；

2)尽量避免使用光束集中型的射灯，而采用面板灯进行照明。若采用射灯照明，应采用小功率多灯具进行照度的混合叠加，可实现均匀无影的照明效果。由于采用小功率的光源，其亮度也会相应降低，因此有助于控制眩光(如图18所示)；

图18 多灯环绕照明方式及其效果Fig.18 Lighting option of multi-lamp surrounds and its effect

3)对于大功率射灯，采用大发光角的灯具，拉远展品与灯具的距离，将展品完全置于中间照度均匀区域，也可在展品表面形成均匀照明(如图19所示)；

图19 (a)、(b)、(c)为不同光束角灯具在相同面积范围内的照度分布，(d)为较好的照明效果Fig.19 Illumination distribution of different beam angle lamps(a)、(b)、(c), (d) figure is better lighting effects

图20 将展品进行倾斜可获得更为均匀的照明效果Fig.20 Exhibits tilting can obtain more uniform lighting effects

4)可调整灯具和展品的相对角度，将展品或灯具倾斜甚至垂直照射，可使垂直照度转换为水平照度，有效提升其照度均匀性。图20为顶部射灯向下打光时，相同照明条件下垂直石碑和近似水平石碑的照明效果。左侧展品因表面凹凸不平导致出现了相当多明显的阴影，而右侧展品不存在此问题(如图20所示)。

4 结语

展陈照明的设计和实现既要满足文物保护的基本标准，更要以人为本为观众提供优良的光环境氛围去舒适地欣赏展品。本文列举了近年来国内十余家博物馆的现场照明情况，对其中的常见问题进行了小结，并针对这些问题提供了相应的解决方法。虽然一些博物馆存在照明设施水平的限制，但文中列举的一些照明问题是可结合合理的展陈布置得以有效避免。希望相关从业人员能结合不同博物馆的实际情况，为观众创造更好的博物馆参观视觉环境。

[1] 博物馆照明设计规范：GB/T 23863—2009[S]. 北京：中国标准出版社，2010.

[2] 党睿,张明宇,刘刚,等.基于文物保护的博物馆展陈照明调查研究[J].照明工程学报,2013, 24(3): 18-23.

[3] 李文铨,王海波,卓宁泽.博物馆展陈光环境的回顾与现状[J].中国照明电器,2016(8):5-8.

[4] 林燕丹，邱婧婧，刘奕宏.不舒适眩光研究的国内外现状及进展[J].照明工程学报,2016,27(2):7-13.

[5] Discomfort Glare in Interior Working Environment：CIE 1983.

[6] 马丙戌, 文尚胜, 陈颖聪. 大学阶梯教室照度均匀度的分析与优化. 照明工程学报, 2015, 26(1): 69-74.

The Common Problems and Countermeasures of Display Lighting Design in Museum

LIU Xianming1, LI Xiangdi1, ZHANG Jun2,LI Yidong2, CHEN Weimin1

(1.CollegeofOpto-electronicEngineering,ChongqingUniversity,theKeyLaboratoryforOpto-electronicTechnology&SystemsofMinistryofEducation,Chongqing400044,China; 2.ChinaSilianInstrumentGroupCo.,Ltd,Chongqing400700,China)

Display lighting plays an important role in museum display design. There are serious glare and poor illumination uniformity problems in some museums, making the audience feel uncomfortable. While some of the museums can provide the audience a comfortable light environment due to its excellent lighting design. The paper summarizes some typical common problems of display lighting in museums based on the field survey. Several effective ways of solving these problems are provided by comparing the good examples.

museum; display lighting; glare; illumination uniformity; lighting design

刘显明，E-mail:xianming65@163.com

TU113

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.04.007