超高层建筑景观照明设计重点及难点实例分析

金 坤

(中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

伴随中国经济的健康稳速发展，“城市化”进程有序进行，近年来超高层建筑在各地不断涌现。“超高层建筑”顾名思义就是建筑主体高(100m以上)、建筑体量大、功能复杂、系统繁多、技术要求高。超高层建筑往往会成为地区的地标式建筑，高质量的景观照明将会提升建筑品质，使其成为城市夜间形象不可或缺的靓丽部分，增加城市魅力。

本文结合笔者负责设计的一项超高层建筑景观照明工程实例，围绕“绿色照明”介绍了在此类建筑景观照明电气设计中应予以重视的要点，并依据规范、标准及设计经验提出了相应的解决方案及实施建议，旨在提升超高层建筑景观照明电气设计的科学性、合理性、安全性、可行性。

1 超高层建筑的“绿色照明”设计

“绿色照明”理念于1991年由美国环保局(EPA)率先提出，随后在联合国等国际组织机构积极推广下，获得世界各国共同关注与支持。其核心理念是节约能源、保护环境、提高照明品质。我国政府1996年启动实施“绿色照明”工程，并将节能环保作为一项国策，在国务院颁布的《节能减排“十二五”规划》中对照明节能作了重点论述。住房与城乡建设部于2011年底发布了《“十二五”城市绿色照明规划纲要》，在国家大力倡导“绿色照明”及推广半导体照明产业背景下，各地方政府也相应出台具体实施意见。这些政策及照明设计规范应作为建筑景观照明设计的依据，设计人员需严格遵守规范中照明节能指标并选用节能照明产品。

超高层建筑由于结构特性与系统功能的复杂性，在运用“绿色照明”理念进行景观照明方案及电气设计时，与一般建筑体相比，应重点关注如下几方面：(1)照明方案设计避免出现过度照明，防止出现光污染；(2)选型灯具应能满足环保与节能要求；(3)照明配电系统的可靠性与合理性要求；(4)灯光控制方式的先进性与实用性要求；(5)灯具安装方式的安全性与维护检修的便捷性要求。

1.1 照明方案阶段的“绿色照明”设计

工程实例为新建某超高层商业写字楼综合体，位于某城市繁华商圈的核心地段，总建筑面积12.5万m2，建筑主体45层，裙房8层，地下3层；主楼建筑高度199.8 m，裙房建筑高度46.6 m。

依据《城市夜景照明设计规范》JGJ/T 163-2008(以下简称“《夜景照明规范》”)，该超高层建筑所处区域属于E4高亮度环境区，楼体建筑立面采用铝框玻璃幕墙，反射比ρ为0.2～0.3，参考标准照度值300 lx。对于本新建项目案例，为更好做到夜景照明设计与建筑的融合，方案设计在整体建筑初设阶段就已经开展。在与建筑师沟通后，基于“绿色照明”理念，避免建筑夜景照明可能产生的光污染应作为方案设计的重点内容。在本实例中，为做到有效防治光污染，初步方案中采用针对性智能化集中管理、分散控制的方案，并选用高光效、节能环保、寿命长、性能稳定的LED光源，同时通过给光源加装遮光防护板，达到有效控制照明灯具遮光角，防止直射光线的溢散和眩光产生。

作为重点展示的建筑主体结构特征，并结合建筑的主题设计理念，提出两套照明初步设计方案。方案一：建筑立面选用LED洗墙灯，采用内透照明方式，此方案需借用室内窗帘作为反射面；方案二：主要采用节能LED轮廓灯勾勒建筑外形，运用线条方式展现建筑的整体感。

但是，由于建筑体量大，采用方案一后照明效果的整体统一性较难满足，通过技术经济比较、与业主和建筑师讨论沟通后，最终选定方案二，并重点从三种空间尺度对LED灯具进行选型。(1)城市尺度、远景视角：塔楼顶部纵向安装L01-LED轮廓灯A，灯具色温选择6 000K，体现建筑的楼冠部分及建筑纵深感；(2)街道尺度、中景视角：塔楼立面横向安装L02-LED轮廓灯B，灯具色温选择4 200K，展现挺拔、俊朗的建筑风格；(3)近人尺度、近景视角：裙楼部分横向安装L03-LED轮廓灯C，灯具色温选择3 000K，营造温馨、舒适、富有亲和力的灯光氛围。

工程实例选用的高效节能LED灯具，光效达到65 lm/W，通过照度计算软件模拟计算，满足设计规范关于建筑物夜景照明照度的要求；经计算此超高层建筑体的照明功率密度值(LPD)为3.40 W/m2。《夜景照明规范》中规定E4高亮度环境区域内LPD最大限值为13.3 W/m2，但是由于该规范制定于2008年，LED光源技术距今发展已更为成熟，原定的LPD值已明显偏大。因此，笔者建议修正E4高亮度环境区域内的LPD值，最大限值6～8 W/m2为宜。

需要强调的是，本项目受日照环境及建筑结构特征的影响约束，未能选用光导管照明技术方案，但由于其具有良好的经济性又无需消耗能源，所以在未来“绿色照明”发展中，光导管照明将会同LED半导体照明一并成为“绿色照明”应用技术的重要选择。

1.2 电气图环节的“绿色照明”设计

超高层建筑景观照明电气设计要求的质量高，施工难度大，因此合理稳定的配电设计、简便安全的灯具安装是建筑“绿色照明”设计的基本要求。

(1)配电系统的设计

超高层建筑的照明负荷大、分布范围广、供电半径大，进行配电系统设计需合理规划，包括配电箱的布置及管线的路由。

本实例通过工程现场实地踏勘，依照设计规范并结合业主需求，确立景观照明电气设计方案。项目按三级负荷进行配电设计，景观照明总负荷为139kW。根据配电箱容量及宜布置在负荷中心的设计原则，共设置4台照明配电箱，最大供电半径125.5m：JGAL-1布置于5层裙房的强电间，为裙房部分灯具供电；JGAL-2布置于塔楼10层、JGAL-3布置于塔楼26层、JGAL-4布置于塔楼42层(设备层)的强电间内，为塔楼立面及顶部灯具供电。照明线路沿镀锌线槽、套接紧定式钢导管敷设，从各照明配电箱至室外幕墙灯具处线缆的路由设计尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；其次，低压线路不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失。

(2)线缆截面的选择

超高层建筑供电半径大，在配电线缆选择设计时，按经济电流密度选择导线截面后，还应进行电压降复核校验。依据《夜景照明规范》要求，照明灯具端电压不宜高于其额定电压值的105%，并不宜低于其额定电压值的90%。电压过高，会影响光源寿命；电压低于额定值，会使光通量下降，照度降低。

以配电系统中最长线路JGAL-3配电箱3W18支路为例进行电压降校验，回路平面线缆至LED驱动电源路由长度78m，纵向经强电井至配电箱线缆路由长度35m，考虑路由遇到无法穿越的结构、线缆拐弯及建筑高程落差的长度，按总长度的1%计算，则3W18回路的线缆总长度为125.5m，终端照明负载为2.1kW，支路计算电流为10.6A，接相电压的单相负荷线路的电压损失计算，终端负荷用电流矩Il(A·km)如公式(1)所示：

2Δua%·Il

(1)

表1所示为单相220V及直流聚氯乙烯绝缘铜芯电线的电压损失值，分别代入公式(1)进行计算。

单相220V及直流聚氯乙烯绝缘铜芯电线的电压损失(%/A·km) 表1

得出，截面为2.5mm2的电压损失为9.17%，截面为4mm2的电压损失为5.69%，截面为6mm2的电压损失为3.83%。最终选用截面为4mm2的低烟无卤阻燃交联聚乙烯绝缘铜芯线(WDZ-BYJ(F)-3×4)。

立面LED灯具采用恒流型24V驱动电源供电，此段线路电压损失的计算可参照公式(2)：

(2)

实例选用某公司出品的350W驱动电源，功效为87%，LED驱动电源集中布置在建筑四角公共区域吊顶处，集中开出线孔，此项工作应由幕墙工程公司配合并做好开孔处的防水处理，在室内吊顶需预留300mm×300mm检修口，方便安装及日后的检修维护。

(3)照明控制系统的设计

照明控制方式按照其实现方式可分为：传统照明控制、基于DDC的自动照明控制和智能照明控制。合理选择照明控制系统，不仅可以实现建筑不同照明效果，而且可达到“绿色照明”节能目的。

此项目选用的某公司智能照明控制系统是一个基于开放式的EIB/KNX总线标准，通过一条总线将各个分散的元件连接起来，各个元件均为智能化模块。通过电脑编程的各个元件既可独立完成控制工作，又可根据要求进行不同组合，从而实现不增加元件数量而使功能倍增的效果。系统主机放置中控室，经OPC Server网关接入楼宇自控系统(BA)或其他物业管理系统(BMS)，依据建筑照明方案预先设置的平时、节假日以及重大节日等不同场景模式集中智能控制，在满足建筑景观照明效果，渲染节日氛围同时达到节能要求。图1所示为该智能控制系统的原理图。

图1 i-bus智能照明控制原理图

2 超高层建筑照明灯具的安装

灯具的安装方式是超高层建筑照明施工的重点及难点，在进行灯具安装方式设计时需对灯具安装条件、安装支架研究，其中包括固定支架的材质及强度，还应考虑灯具室外防护等级、防雷措施及高空作业等因素。

2.1 幕墙LED轮廓灯安装方式

建筑外立面一般采用不同类型框架幕墙装饰，灯具安装方式需结合幕墙结构设计。在工程实例中，建筑立面灯光设计方案采用大量LED轮廓灯，合计7 156套，通过与幕墙设计师、幕墙施工人员交流沟通，确定LED灯具安装条件。

幕墙LED轮廓灯采用成品灯具，安装方式一参见图2。

安装方式需辅助固定支架，经内部讨论，存在一些弊端：(1)辅助安装支架有较长悬挑结构，无法保证安装的稳定性，支架断裂可导致高空坠落，且灯具安装外观的一致性较难保证；(2)在幕墙铝装饰框上开槽孔，整体强度降低，槽孔下方是开敞状态，经风霜雨雪等天气易存污垢，破坏建筑外观效果，且易造成线路配电安全问题；(3)若按照此方式安装灯具，会出现“锁死”状况，LED轮廓灯需紧接安装，在后期维护或检修中，很难拆卸下来。

鉴于以上弊端，笔者与灯具厂家的技术人员多次沟通后，设计出第二种安装方式：综合考虑幕墙铝框的结构特征，在保证安装强度前提下，对灯具外观及联接方式、固定方式均做出调整，参见图3。

图3 L02-LED轮廓灯B安装节点(方式二)

LED特制灯具的灯罩采用亚克力面板材质，可提高光效20%～30%，保证综合性能并有效控制成本，外观贴合幕墙铝框做成方形，增加了发光面，灯具连接对接头密封处理；因安装于立面幕墙铝框装饰条上，出光面朝向室外不会产生眩光。采用20mm×15mm×3mm规格的角铝作固定支架，间隔500mm用M4不锈钢螺钉顶压固定LED灯具，此方式可提高室外高空作业效率，有效保证灯具安装质量；为增加固定可靠性，在顶丝的对侧型材面可点涂适量的金属结构胶。

通过试样对比，安装方式二不仅保证了LED灯具安装的可靠性、便捷性，同时也解决了安装方式一中存在的易存污垢、不易维护拆卸等诸多问题，而且参照幕墙铝框外观进行的LED轮廓灯具外观设计，保持了建筑外观的一致性及完整性，更好地体现建筑结构特征。实例说明，经与灯具厂家协商，根据安装条件特制的LED灯具在现场安装及日后维护检修等方面都具有一定优势。

2.2 LED点光源安装方式

L04-LED点光源安装在裙楼部分的玻璃幕墙上，具体安装节点可参见图4。此种安装方式对白天玻璃幕墙的外观效果影响较小，同时减小对玻璃幕墙的挤压应力。

图4 LED点光源安装节点

LED点光源安装方案具有普遍性，可在相同或相近安装环境下参考。

以上是实例项目中一些典型灯具的安装节点，其他灯具安装方式在此不再详述。建筑景观照明中，灯具安装方式是电气设计图纸的重要组成部分，需引起电气设计人员的重视。

3 结束语