LED应用中的古建色彩呈现

陈生珑，张倩倩，李梦华

(1.海口市市政管理局道桥科，海南 海口 570100；2.北京清华同衡规划设计研究院有限公司，北京 100085；3.北京清城品盛照明研究院有限公司，北京 100085)

引言

目前常用的灯具评价显色程度优劣为显色指数(Color Rendering Index，CRI)评价方法，以Ra值1～100来评价显色程度，这种方法始创于1946年，国际照明委员会(CIE)取光源表现8种色样程度的平均值(图1)，它适用于常规中低饱和度色彩显色程度评价，简单有效[1]。但是，如果被照物体的固有色是饱和度较高的红、黄、绿、蓝等色彩倾向时，采用此评价方法就不适合了。因为评价高饱和度色彩时，Ra值高也并不能呈现出理想的物体固有色[2]，如天安门城楼早期采用了Ra为90的大功率金卤灯进行泛光照明，显色性如此高的灯具设备也无法还原白天的色彩饱和度(图2)。

图1 CRI显色评价方法色样Fig.1 CRI colorimetric evaluation method color sample

图2 天安门早期泛光照明与日间色彩对比Fig.2 Comparison of early floodlighting and daytime color at Tian’anmen Square

2015年北美照明学会(IES)发布了对于光源显色能力的新的评价方法，评价光源显色不再仅使用一个指标，而是Rf和Rg两个指标，采用代表了生活中能看到的常见颜色(从饱和到不饱和、从亮到暗)的99个标准色(图3)[3]。Rf用于表征各标准色在测试光源照射下与参考光源相比的相似程度(100代表完全相同、0代表差别很大)[1]；Rg则代表各标准色在测试光源下与参考光源相比饱和度的改变(100代表饱和度相同、大于100表示光源可以提高颜色的饱和度、低于100代表颜色的饱和度在测试光源下较低)；同时还提供了一个颜色失真图标，可以提供更为直观的信息，用以表示各种颜色的色漂以及饱和度的改变(图4)[4]。

图3 IES显色评价方法色样Fig.3 IES color evaluation method color sample

图4 IES显色评价方法Fig.4 IES color development evaluation method

上述两种方法都是针对白光光源的显色性评价标准，而色彩艳丽的载体，如仅使用白光表现，在夜间会明显削弱载体色彩的饱和度，与人们的心理预期还有一定差距[5]。因此，优选显色还原度高的白光，通常需要结合预期做适当的彩光补色主观评价实验，从而配合灵活定制的不同波长彩光来呈现载体艳丽的固有色[6]。针对固有色彩比较艳丽的载体，LED灯具在色彩配比方面可以灵活定制的特性，又一次证明了它在景观照明实际应用中的优势。本文以三个实际案例来阐述针对色彩饱和度高的载体，结合主观评价实验，确定灯具光色配比的经验。

1 应用案例

1.1 天安门城楼改造提升

在2004年完成的照明建设中，整个城楼主立面采用了大量色温为3 000 K的金卤灯。这一选择在当时确实提升了城楼高大城墙的整体亮度，但即便是显色性很高的金卤光源，整个城楼的夜间色彩呈现方面也没有达到人们的心理预期，城楼色彩饱和度仍有提升的空间。2011年，天安门城楼重新进行改造提升设计，提升工程于2012年9月竣工。此次改造对景观照明工程中的文物保护、控制眩光、后期维护、灯具隐藏，尤其是色彩呈现等问题进行了全面改进。

项目组人员首先去现场对红墙的固有色测量取样，按照样板色制作了1.2 m×2.4 m大小的色板，用于不同光色表现红墙的主观评价实验。因项目实施设计时，IES尚未发布新的显色评价方法，该项目实验仍选择了Ra值大于80的高显色LED进行实验，用2 200 K、3 000 K色温灯具照射红墙色板，呈现出来的是橙黄色或偏白的红色，仍达不到红墙理想的饱和度。CRI显色评价方法中除了一般显色指数外，还有R9～R14特殊显色指数，其中R9为饱和红色，比较接近红墙颜色，项目组挑选R9不同的灯具进行试验。试验结果表明，R9高的灯对红色的还原性确实会高，但表现出的颜色仍不够明艳(图5)。为更好地呈现城楼的红色，由8位设计师及多名项目业主组成的主观评价团队，经过多轮实验达成一致，呈现色彩最好的光色配比为2 700 K白光混合波长620 nm的红色和590 nm的琥珀色灯珠，灯珠比例为1∶1∶1,混合出定制色彩还原城楼的红墙色彩最为理想，最终确定灯具的色坐标x/y=0.522/0.429。

图5 红墙主观评价实验Fig.5 Red wall subjective evaluation experiment

本项目竣工后，天安门城楼对比早期的亮化效果更饱满地还原出红墙本色，充分展现出天安门“中国红”的标志形象(图6)。作为精品工程，该实验方法支持了多个同类项目的研究应用。

图6 天安门城楼改造前后色彩饱和度对比Fig.6 Comparison of color saturation before and after the transformation of the Tian’anmen Square Citadel

1.2 江西南昌滕王阁照明改造提升

滕王阁——江南三大名楼之一。现在的滕王阁是1989年复建的建筑，并非真正的文保建筑，但因其历史地位的重要性，滕王阁旅游区还是被文化和旅游部批准为国家5A级旅游景区。2013年启动了对滕王阁照明的更新，作为精品项目，此次改造对景观照明工程中的灯具隐藏和色彩呈现等问题进行了全面提升。

设计阶段将古建景区在照明建设后的精致度和色彩呈现度作为最主要原则。设计中，表现红色斗拱结构的灯具及电器管线隐藏于额枋上缘，金属灯槽以彩绘形式与额枋本身彩绘统一。灯具经过多种光色混合实验，由设计师、业主、专家组成约20人的主观评价团队，首先对比滕王阁红墙取样与天安门红墙固有色的差距，红墙取样几乎一致的情况下，沿用天安门红墙照明的灯具进行实验，并根据实验时照射红色立面的主观感受，因滕王阁的绿色琉璃瓦本次也要求作为显色重点，最终光色配比做了微调，将其红墙照明的饱和度适当降低，避免色彩搭配不协调。最终主观评价实验团队的人员达成一致，红墙的最佳效果确定为灯珠配比以红(620 nm)、黄(590 nm)、白色(2 700 K)组合，混光比例为1∶1∶2。

顶部绿色琉璃瓦也实验了2 200～5 000 K不同色温的白光对瓦的颜色还原性，因CRI评价方法采用的色样只有一个叶绿色，与古建的绿瓦不太相符。本案例采用IES TM30标准Rg色饱和度较高的白光LED进行实验，实验证明了灯具的色温冷暖情况：2 200 K和3 000 K偏暖，呈现绿瓦会偏暖黄色；5 000 K偏冷白。最终选定4 000 K的白光较为适中，更好地还原了琉璃瓦的透亮效果，并在4 000 K白光基础上，结合绿光(530 nm)补色实验，最终主观评价实验团队的人员达成一致，确定了混光配比为4 000 K+绿色(530 nm)，比例为2∶1。

滕王阁竣工后，得到了各界的广泛好评，夜间其如同屹立于赣江东岸的一颗璀璨明珠，璀璨的色彩在周边高楼林立的现代建筑丛林中更加凸显(图7)。

图7 滕王阁照明更新竣工后效果Fig.7 Tengwangge lighting renewal after completion effect

1.3 武汉东湖景观照明设计

武汉东湖是中国水域面积最大的城中湖，同时也是国家5A级旅游景区，拥有着世界级别绿道。东湖范围内主要景区以古建亭台楼阁为主要载体，方案以岸线为卷轴，通过写意的光手法描绘碧水浮墨的东湖画卷，节点建筑体现楚韵风格，犹如宝石翠玉镶嵌在长卷中。

在夜间，如何表现东湖节点建筑特色“碧色瓦面”，成为本项目灯具定制的一个重点。东湖古建的绿色屋顶对比武汉滕王阁，载体本身固有色已存在风蚀掉色的现象。为了更好地展现设计理念，凸显宝石翠玉镶嵌的东湖画卷，绿色比重需要加强。通过不同光色的灯珠进行混光，最终针对瓦面的碧色确定了4 000 K白光结合波长516 nm绿色光，混光比例白色：绿色为1∶2。相比滕王阁这里增加了绿光比例，全亮色坐标x/y=0.345/0.436，在屋顶固有色上呈现出中国国画中的“碧色”(图8)。

图8 东湖景观照明提升竣工后效果Fig.8 East Lake landscape lighting enhancement after completion

2 结论

综上案例所述，对于表现色彩艳丽的载体来说，如古建红墙、琉璃瓦虽有相似性，但每个应用面都各有不同，精细化设计需要通过主观实验调色来确定色彩配比。本文通过对几个项目的研究，以还原古建原貌为初衷，结合载体固有色和主观预期两大因素选取最佳配比，从而将载体色彩呈现得更璀璨、更瑰丽，像主题乐园、文旅景区及一些色彩艳丽风格鲜明的载体都适用这一方法。同时，对于古建来说，无论其本身色彩饱和程度是否存在褪色、风蚀的因素影响，人们的心理预期都已形成了“较高饱和度的预设”，定制光色也可以使用适当夸张表现色彩来迎合人们心理预期。因此，这一方法适用于这种需要加强色彩饱和度的照明应用领域。