线性固态介质中的光在建筑中的应用探索

李常红 姜兆捷 李关玉 陈京锴 张潇爽

摘    要：我们探讨将光借线性固体介质传播，通过实验模型、调研等方式探讨所产生的不一样的效果，探究这种新型的光传播和表现形式，具有较高的创新性和实用性。以此来弥补日常生活中的一般照明方式的不足，借以优化建筑设计方案，给人们生活提供更多的便利。

关键词：光;线性固态介质;建筑;传播

1  前言

在建筑设计中，光担当着十分重要的角色，甚至还有“建筑是光的容器”这一说法。建筑要靠各種各样的灯进行照明，这样的灯往往是散射光，是以空气为介质的光。使光通过线性固态介质来传播的应用较少，因此，我们着重利用实验模型来探讨这种线性光在建筑中的应用。

2  实验探讨光在线性固态介质中传播的效果

2.1  探讨意义

辉煌的建筑历史上，建筑师们寻找出结构中的力线，简化结构，节省了大量的建筑材料并且由于建筑自重的减轻使得建筑的规模变大。此后建筑师们继续深化，使得建筑结构与艺术结合，高度统一了建筑的功能与形式。由此我们得到启发，在材料中捕捉光的轨迹，希望能达到节能美观的目的，寻找出光在线性固态介质中的发散规律，深化规律原型，以达到建筑光学与建筑美学以及技术的统一，强调“美观、实用、节能”。我们将光导纤维原料进行造型，模拟不同情况下对线性光的需求，并进行灯光效果的分析优化。

2.2  守序的矩形光线

探究在不脱离建筑最根本形体的几何特征下，在存在勾勒建筑空间边框的灯光需求下，线性光与建筑本身几何简化形组合形成的空间关系与灯光效果。

2.3  富有动感的冲撞式光线

在光线昏暗的环境下，若存在对线性光的指向性的需求，且往往又有建筑或建筑构件对光线有所遮挡，光线路径需要转折的情况下，探究线性光与周边环境在互动之下形成的空间关系与灯光效果。

2.4  标志性强的穿刺式光线

这样的光线具有强烈的方向感与标志性，有突破附近约束的可能，约束光线的建筑空间则被抽象为矩形框架。另外，这个方向也需要探讨如何使光线更加明亮明显。故探究线性光与建筑空间在冲突矛盾之下形成的空间关系与灯光效果。

2.5  自由舒展的无规则光线

自然形态往往是没有约束的形体，线性光线此时也不再遵循几何限制，建筑也被简化为三根立柱与上下两片楼板，最终探讨在自由情况下，线性光与其依附相互配合形成的空间关系与灯光效果。

3  可行性探索

3.1  材料可行性——光导纤维

现如今材料学也在快速发展，通过对论文的研究以及现有材料的比对分析，发现光导纤维这一材料给线性光的利用提供了良好的介质，利用光导纤维照明也在渐渐进入建筑领域，建筑行业各路人士对以光导纤维线性光的照明方式也在进行深入的探索。

光纤照明系统一般由光源发生器、光纤和尾灯三部分组成：光源发生器，光源发生器主要由灯泡、隔红外和紫外光学玻璃片及色盘等三大部分组成;光纤，塑料光纤本身不发光，主要是传导光线，装饰照明用塑料光纤按使用方使的不同，分为端光光纤和侧光光纤两类，同时又有单股和多股之分;尾灯，对于端发光的光纤来说，一般都根据照明要求和装饰的艺术效果来选择尾灯，常见尾灯有天花灯、亭园灯、地埋灯、吊灯等。光纤照明系统的简单组装与操作为线性光的应用探索提供了有力保障。

塑料光纤由于芯径较大，柔韧性好，广泛应用于装饰照明和短距离信息传输领域。在装饰照明领域中，塑料光纤照明是一种融环保、安全、节能、维修方便、效果独特于一体的装饰照明新方式。由于塑料光纤的自身特点，光纤装饰照明方式广泛地应用于广告、景观设计、娱乐场所以及工业、医学、博物馆等特殊照明场合，它已然成为领引21世纪装饰照明领域的最佳照明方式。

3.2  技术可行性分析

光纤照明早在20世纪30年代就已经被人们所接受，不过那时只是一种思路和实验，采用的光纤主要是集束玻璃光纤，由于成本极高，根本无法达到实用阶段。我国于20世纪90年代初开始进行光纤采光系统的研究，虽然起步较晚，但发展比较快，进一步为光在以光纤为主的固态材料中的传播提供了有力的技术支持。

4  目前线性固态介质中的光在建筑中的应用可能

目前以光纤为线性固态介质采光照明系统是一种新型的照明装置，符合绿色照明工程节约能源、保护环境、提高照明品质的要求，我们试图通过光纤这种线性固态介质装置的设计与放置，对城市光环境、建筑光环境、大众心理产生积极影响。

4.1  在城市建筑中的应用

在灯光工程中，用侧发光光纤来构成建筑轮廓线是最常见应用实例。特别是对一个城市的形象建筑，以多彩的线条把建筑轮廓在夜色中显得更蔚蔚壮观。同时光纤使用寿命很长，属于免维护产品，大大减低了运营费用。

改变光纤装饰照明的光色，使建筑物轮廓的色彩随季节或气候而变化，给人们一种人性化的感觉;与景观设计、外环境设计相结合，发展城市的夜文化，探索在城市公共空间（如公园、巷道、工业园区等）中线性灯光可以起到怎样的装饰、景观效果;在灯光昏暗的居住区、贫民区进行应用，以少量的电力提供指向性灯光，以提高安全性;传统建筑有待复兴利用，线性灯光可以在夜晚很好地勾勒出轮廓，但又不喧宾夺主，故可以探讨光导纤维在传统建筑中的亮化作用;若作为建筑小品出现，可以探讨以光导纤维为基础的线性灯光在设计中的角色与作用;除此之外，使用光纤光缆线性灯可以较方便地解决水和电之间的矛盾，光纤光缆线性灯可以安装于城市广场的喷泉中，对喷泉作多变的彩色光照明，以活跃气氛，它也特别适用于比较潮湿的场合如：浴池、浴室、桑拿浴室、泳池等地点。

4.2  在建筑室内的应用

在室内装饰中，用侧发光光纤来构成轮廊线条，光照均匀、颜色柔和，给人一种和谐幸福的感觉;结合光导纤维的导光特性进行设计，在允许的条件下节省建筑内电力的使用，可探索线性灯光在绿色节能方面的优势;可将地面上的光线引导到地下空间，如停车场、地铁站等，以满足地下空间的采光需要，同时节能环保、减少电力的使用;为了方便弱视人群的生活，探索线性灯光在住宅内部、灯光昏暗的建筑内部（如影院）、住宅区的道路上提供方向引导的可能性。

4.3  在社会环境中的应用

城市光污染是一个严峻的问题，利用光导纤维传导的线性光可以将强散射光传导到其他位置，进行利用并削弱光污染强度;建筑光环境对人有很大的影响，线性灯光的特性又不同于常见的灯具光线，故可以探索利用线性灯光能否对人的心理进行积极的干涉影响。

参考文献：

[1] 游璧菁.光纤导光设备在建筑上之应用可行性初探.第三届中国城市住宅研讨会论文集 可持续环境：城市住居素质2003（7）.

[2] 郑振译.利用光纤的建筑照明.中国照明电器，2000（3）.