基于“修旧如故”保护理念的南京长江大桥功能照明修复提升

杨 韬，王兆犊

(1.南京市路灯管理处，江苏 南京 210013；2.江苏未来城市公共空间开发运营有限公司，江苏 南京 210013)

引言

南京长江大桥位于南京城市北部，横跨长江，连接鼓楼下关和浦口桥北，是中国人自主设计、自行建造的第一座特大双层式铁路、公路两用桥梁。大桥上层是4 589 m公路桥，下层为6 772 m双轨复线铁路桥[1](图1)。南京长江大桥在中国桥梁史上具有极其重要的地位，它是20世纪60年代中国经济建设的伟大成就，也是中国桥梁建设的重要里程碑。它在地质、结构、建筑、材料、艺术等领域都具有极其重要的价值[2-5]。2014年7月，南京长江大桥入选南京市登记不可移动文物；2018年1月，南京长江大桥入选中国工业遗产保护名录[2]。

图1 南京长江大桥鸟瞰Fig.1 Nanjing Yangtze River Bridge

南京长江大桥于1960年正式开始建设。1968年9月，下层铁路桥通车运营，同年12月,上层公路桥正式投入使用，同期建设的玉兰灯也正式开始服役。2015年有关部门组织对大桥进行了全面的现状监测和状态评估，结果显示，公路桥的整体保护状态和结构性能较差，迫切需要整体维修，以确保其使用安全和文物本体安全[2]。2016年10月28日，建成通车近半个世纪之久的南京长江大桥进入27个月的封闭维修期，维修对象包含公路桥所有组成部分，玉兰灯的维修保护是其中一项非常重要的内容。

1 项目概况及缘由

南京长江大桥公路桥桥面总宽20 m，双向四车道，机动车道宽2×7.5 m，人行道宽度2.5 m，道路采用双侧对称布置玉兰灯进行照明。大桥公路桥面共设299根玉兰灯。其中南引桥上游侧55根，下游侧54根；北引桥上游侧和下游侧各39根；正桥上游侧和下游侧各49根；回龙桥14根。玉兰灯灯高8.24 m，整体分为三段，上段为5头玉兰花造型装饰性灯具(灯头)，采用青灰色钢质框架结构内嵌乳白色玉兰花形塑料外壳，中段灯柱为本色钢筋砂石混凝土空腹薄壁结构，下段基座为青灰色钢制整体基座(图2)。玉兰灯造型典雅古朴，尺度比例和谐，形式庄重大方，是北京民用灯具厂的定制产品[2]，样式仿人民大会堂门前的玉兰花灯，形式由周总理亲自确定[1]。

图2 玉兰灯Fig.2 Yulan lamps

据现场检测勘察，共有50根灯柱局部有混凝土剥落现象，61根灯柱存在长度不大于40 cm的间隔性裂缝，11根灯柱多处混凝土剥落露筋或裂缝长度超过1/2柱高，其余灯柱保存较好。现状路灯钢结构基座和上部钢结构灯架的锈蚀现象明显,部分灯头损毁严重(图3、图4)。玉兰灯灯具发光效率过低，加之材料老化，灯壳发黄变脆，灯具效率大大降低，根据现场测量，道路照度水平已不足3 lx。出于文物保护和交通安全考虑，玉兰灯的修复和照明的提升迫在眉睫。

图3 玉兰灯基座锈蚀情况Fig.3 Corrosion condition of foundation

图4 玉兰灯灯头损毁情况Fig.4 Damage situation of lamp cap

2 修复提升原则

由于长江大桥属于文物，玉兰灯作为其重要组成部分同样属于文物。因此，照明改造无法改变原灯具的外形及部分装饰性照明功能，对大桥灯具进行彻底的改造以满足现代道路的功能性照明需求变得十分困难。在这次修缮中，整体原则就是最大限度的保留路灯文物本体，修旧如故，恢复玉兰灯本来的模样，延长其使用年限，并尽可能提升路面照明质量。

3 修复提升策略

功能照明的修复提升策略是通过全新的灯具设计达到路面照明质量的提升，以及对玉兰灯本体结构、功能性修复加固，提升其使用寿命。

路面照明质量的提升，关键问题在于如何在保持玉兰灯文物原貌和亮灯效果的前提下，有效提升路面的照明度水平。

3.1 创新灯具设计提升路面的照明质量

提升路面照明质量是功能照明改造的核心目标。在保护文物的前提下，为了达到提升路面照明质量的目标，灯具必须进行全新的结构和光学设计，在不改变玉兰灯本体和轮廓外形的基础上，达到安装牢固、检修方便的目的。原玉兰灯属于非截光型灯具，光线大部分散射至空中，并未分布至最需要光线的路面，无法适应机动车道功能照明的需求。但因文物保护要求，原有的玉兰灯自发光装饰照明效果必须保留。因此，灯具的光学改造分为功能性照明改造和装饰性照明改造。

3.1.1 功能性照明改造

功能性照明改造通过灯具的创新设计得以实现。灯具的创新设计体现在独特的结构设计和精确的光学设计。

1)灯具结构设计

玉兰灯灯头分为灯壳、灯壳钢支架、五爪装饰钢托架三个部分。出于文物保护的考虑，玉兰灯不能在外形和结构上有大的改变和调整。要达到照明提升的目的只能进行外形的“微调整”。这就要求灯具设计必须采用“微型化”设计，与玉兰灯头结合为一体，以保证“修旧如故”的保护目标的最终实现。设计完全参照灯壳钢支架的结构和尺寸将灯具设计成为“灯壳支架灯”。灯具设计充分利用LED光源小巧的优势，最大限度减小灯具尺寸，并结合灯壳钢支架的弧形结构，将灯具设计成一体化环形结构，基本保持原灯壳钢支架的整体造型和尺寸，使其可以与灯壳完美的融为一体。在保证光学性能、散热需求的基础上，将8颗3W-LED光源嵌入至环形结构内，形成完整“灯壳支架灯”(图5)。这样，将玉兰灯4个辅灯头进行“微调整”，以实现整体的照明要求。

图5 全新设计后的“灯壳支架灯”Fig.5 The new Steel support luminaire

2)灯具光学设计

每个灯头上新设计的环形灯具是提升路面照明质量的关键所在。根据道路宽度，通过严格的计算选择两种不同配光角度的透镜适配给不同灯头(图6)(靠近非机动车道侧两灯头为近距离投射，另外两个灯头为远距离投射)，将光线合理分布至机动车道，大幅提升道路照明水平。透镜配光设计上采用C0°～C180°半截光型配光，拉大灯杆间距；C90°～C270°非对称配光设计，满足周围环境比基础上增加照射车道范围，确保照度水平和照度均匀度。通过改造，将路面不足3 lx的照明水平大幅提升至30 lx，路面照度均匀度达到0.41～0.45，极大程度改善了道路照明质量(图7，表1)。

图6 定制灯具透镜Fig.6 Luminaire optical lens

图7 桥面照明效果Fig.7 Lighting effects on the bridge

表1 改造前后路面照明质量

3.1.2 装饰性照明改造

原玉兰灯5个灯头均采用150 W高压钠灯光源，改造采用一体化设计的色温3 000 K/12 W-LED光源进行替换，既保持了玉兰灯原有的暖白光的整体效果，又提升了光源寿命和防水性能，使整灯的稳定性大幅改善。

通过改造，玉兰灯由原来5×150 W高压钠灯光源(5灯头)优化为4×24 W高光效LED功能灯具光源(3×8 W-LED，4辅灯头改造)+5×12 W装饰灯具光源(5灯头)。在大幅提高路面照明水平的前提下，单杆玉兰灯功率由750 W降低至156 W(功率密度由严重超标的3.125 W/m2降低至0.65 W/m2)，功耗降低至原灯的1/5，并极大提升灯具的寿命。光源的色温由原来的2 700 K调整至3 000 K，在保留古朴意蕴的前提下，提升现代感。通过光源的优化，显色指数由高压钠灯的Ra25提升至LED高显色光源的Ra85，极大地改善了路面的照明质量。

3.2 创新修复，确保玉兰灯经久耐用

3.2.1 灯头

玉兰灯灯头为整体更换修复。除了灯壳钢支架全部更换为“灯壳支架灯”和装饰灯光源的更换，灯壳也进行了整体更换。在保持外形尺寸完全一致的前提下，将原来老化发黄变脆的PC灯壳更换为新型改良耐候PC材料灯壳。通过多次试验，在材料中添加抗紫外线添加剂，减缓材料的老化，增强材质的牢固度和稳定性；灯壳材料中添加匀光剂，使光线均匀扩散，在提升透射率的基础上让灯体出光更加均匀柔和，避免LED灯珠过亮出现光斑。

五爪装饰钢托架为原构件在整体打磨除锈，整形处理后，喷涂附着力更强，防腐效果更好的氟碳漆，颜色保持与原灯相同的铁青色(图8)。既提升了构件的耐久性，又保持了构件的原貌。

图8 钢制灯架修复Fig.8 Repair for steel support

3.2.2 灯杆

灯杆采用钢筋砂石混凝土空腹薄壁结构，其材质、肌理是玉兰灯的重要特征。灯杆采用原样结构性修复，以保持其特征。对299根白玉兰路灯编号后拆解，运到仓库进行加固修缮，然后再按照编号将其运至现场一一对应原位安装。对混凝土剥落露筋、裂缝长度超过1/2柱高的灯柱，按原结构、原形制、原材料、原工艺进行更换；对长度在40 cm内的间隔性裂痕，采用裂缝灌注结构胶的方式加固；对于小孔洞以高强聚合物砂浆修复。所有路灯修复完成后，采用无色透明的纳米级硅酸盐混凝土养护修复增强一体剂喷涂三遍，最后再对所有路灯杆表面做一遍无色透明的无机硅憎水处理，这样既保持了混凝土灯杆的原有风貌，也提高了其表面结构强度和结构耐久性(图9)。

对灯杆和灯头、基座的钢制连接套件还进行了除锈、加固、喷漆防腐处理，提升了结构强度和耐久性。

图9 灯杆修复效果Fig.9 Repair effects of lamppost

3.2.3 基座

通车最初，玉兰灯的基座是混凝土薄壁结构，但这种结构碰撞后容易破碎，随后被集中更换成了直径约52 cm的钢结构。此次维修除了除锈、喷涂氟碳漆，更重要的是将六边形的钢结构基座直径略微缩小，把基座缩到了47 cm左右，让人行道略微宽敞一点(图10)。给行人、非机动车通行扩大了空间，使得人行道通行更加方便、安全。另外，基座的调整也综合考虑城市交通智慧化发展的需求，在人行道位置预留了部分管道，方便今后智慧交通的管线需求。

图10 基座修复效果Fig.10 Repair effects of foundation

通过玉兰灯的修复改造，灯具外观焕然一新，灯杆强度得到很大提升，灯杆玉兰灯恢复了以往的神采，白天景观效果整洁干净。夜间道路照明水平大幅提高，路面照度均匀度得到改善，照明质量大幅提升(图11)。

图11 亮灯效果Fig.11 Lighting effects

4 结语

南京长江大桥功能照明改造提升，对灯具结构设计、配光设计进行了系统的研究。玉兰灯保护性修复工作，将“修旧如故”文保理念贯穿在整个项目的推进过程中。通过玉兰灯的改造和修复，既满足了道路照明质量的整体提升，又最大限度地保证了玉兰灯文物的真实性和完整性，恢复了大桥功能照明应有的风貌，实现了功能照明提升与文物保护的有机融合。

如何处理好“改造灯具提升路面照明质量”和“文物保护要求下的玉兰灯修缮”之间的关系，如何选择合适的照明改造方法，真正做到合适的修复方法，都是本项目的重点和难点所在。项目的顺利完成、取得较好的效果离不开设计、施工、材料、文物修复、业主等各单位的齐心协力，以及项目推进中的实验和探索。其中对灯具的设计、改造的创新，对灯杆的修复技术的传承。希望通过项目的研究和总结，为同类型的工作提供借鉴和参考。