世博轴照明工程的设计思路

　１ 前言

　　世博轴位于上海世博园区浦东核心地带，南北长１０４５m，东西宽地下９９．５～１１０．５m，地上面８０m。世博轴建筑有地下两层（Ｂ１Ｆ、Ｂ２Ｆ）、地上两层（１Ｆ、２Ｆ），为半敞开式建筑，是一个集交通、商业、餐饮、娱乐、会展服务等功能于一体的大型交通综合体建筑，总建筑面积约２４．８万平方米，是２０１０上海世博园区内最大的单体建筑。世博会后，将作为城市中宏大的景观轴线和标志物而永久保留，成为未来上海都市空间景观和城市交通的主轴。对于这样一座特殊的建筑，照明工程设计需充分解读和剖析其功能和建筑特色，才能全方位满足建筑使用对照明的需求（见图1）。

　　世博轴照明工程按功能可分为三类：一般使用的正常照明；事故工况下的应急照明；配合建筑表现的景观照明。各类照明需求不同，设计思考的角度和方法也不尽相同。下面介绍在世博轴照明工程设计和建设过程中一些系统节点的设计思考。

２ 有关正常照明

　　世博轴是一座以步行交通兼商业休闲为主要功能的大型枢纽建筑，是游客密集的公共场所。正常照明除应满足照度、均匀度、显色性、启动时间等基本使用要求外，还必须保障照明安全，在经济合理的情况下确保照明连续稳定。同时能结合各种运行情况，采取措施，节约能耗。

２．１ 经济合理的方案同样可以保证照明安全

　　世博轴游客众多，尤其作为浦东园区的一个主入口，人流量相当大。正常照明若因故全熄，将带来恐慌而造成混乱，严重威胁公共安全。所以规范中要求此类正常照明应按一级负荷考虑供电，最常用的办法是将大空间每个分区的照明灯具分组，每组灯具的电源分别引自变电所不同的变压器，这样上级电源有一个故障，只影响一半正常照明灯具，大空间还能保证至少一半以上的照度（５０％正常照明加上兼应急照明灯具的照度）。

　　为了满足均匀度要求，这两组灯具需进行相互交叉布置。针对世博轴Ｂ２Ｆ、Ｂ１Ｆ、１Ｆ层大空间通道布置情况，交叉方案有点阵交叉方式（见图２）和线形交叉方式（见图３）等方案。

　　根据天花板灯具设置的间距与安装高度的配合比例，在一组灯具失电仅存另一组灯具工作时，点阵交叉方式的均匀度明显高于线形交叉方式，应首选点阵交叉方式，但经分析和测试，性价比最高的是线形交叉方式。大空间通道照明虽然在事故时需要一定均匀度，但只要不使人眼的视觉形成长时间黑区，人的情绪就不致失控。点阵交叉方式虽然可以非常均匀的使照度下降５０％，对视觉影响最小，但灯具的配电电缆导线却要比线形交叉方式多出一倍。线形交叉明暗交替的照度中暗区一般也有约３５％的照度，对人视觉冲击有限，可以满足照明安全要求。同时灯具若按通道行进方向进行平行分组和排布，还能产生灯光诱导作用，一举二得。所以，在同样保证照明安全的条件下，合理的交叉方案可以节约大量投资。

２．２ 多角度进行照明节能

　　世博轴整体建筑理念就是向人们表达资源的循环利用、低碳环保、节约能源，世博轴照明节能也是其中一个组成部分。照明节能除了选择高光效光源、高效灯具等绿色节能终端产品，结合建筑周围自然光线、建筑形态进行合理的灯光布置和照度控制，同样是节能的重要手段。

　　世博轴有六支钢网架玻璃覆面喇叭花状的阳光谷，Ｂ１Ｆ层横向经开敞式斜坡绿地与地面相通，整座建筑可以将丰富的日光引入地下各层，电气照明布灯需要与这些自然光面进行合理配合。在自然光线由近及远可以照射到区域，电气照明应按自然光照度由强至弱平行的方向进行灯具多回路分组和控制，这样便于电气照明与自然光线互补，根据自然光渐变情况，分组开关灯光。只有当自然光照度降至规定值以下才开启对应上方区域的灯光，充分利用自然光，节约电能。

　　按设计规范，大空间公共通道正常照明照度要求在１００～１５０ｌｘ，从规范解读可以认为是在通道游客流量达到通道设计流量范围时的要求，而不能一概而论且不考虑人流情况。所以具体照度设定应根据客流密集程度进行合理调整，在人流稀少时段，照度完全可以降低至规定的下限值。这样在日常运行中，非高峰时段的积少成多，同样可以节约大量电能。世博轴智能照明系统可以根据光强、人流、时段、季节、场景等多角度进行节能控制，效果良好。

３ 有关应急照明及疏散指示

　　世博轴作为公共建筑，当发生火警等应急情况，有效、可靠的应急照明对诱导游客迅速有序地疏散到安全地点，引导消防员入场灭火和撤离有着至关重要的作用。应急照明的设置需要因地制宜，使之高效实用。应急照明是在关键时刻发挥作用，其可靠性必须得到保证。

３．１ 疏散指示设置的有效性

　　世博轴建筑庞大，出口众多。Ｂ２Ｆ层是全地下层，经东西两侧３０个核心筒、１８处楼梯自动扶梯及阳光谷旋转坡道与地面连接。Ｂ１Ｆ层虽是地下层，但经斜坡绿地与地面直接相连。１Ｆ层地面层，除与市政道路衔接处与地面连接，其余出口是经跨接天桥引出至室外地面。２Ｆ层是架空的观光平台。

　　针对这一建筑形体，作为应急照明重要组成部分的疏散指示照明系统的设置应因地制宜，确保有效性，同时做到经济合理。按《建筑设计防火规范》ＧＢ５００１６，世博轴这类大空间公共建筑除设置常规诱导标志，还应增设能保持视觉连续的灯光疏散指示标志或蓄光疏散指示标志。根据世博轴消防性能分析报告的各类应急工况，蓄光型固定方向的疏散标志，不能适应世博轴宽通道、多出口在疏散效能上的要求。要组织人员能快速回避任意一处火警区域，以捷径至就近安全出口，需要采用可变方向的灯光型疏散标志，辅配按一定频率递闪指向安全出口的光流灯，可以增强疏散方向感和诱导效果。

　　世博轴Ｂ２Ｆ层安全出口很多，但核心筒安全口位于通道反面，正面只能见到卫生间和电梯，所以Ｂ２Ｆ层安装智能型光流灯疏散系统，可以非常直观方便地指向允许使用的安全出口，或反向指示远离避开有问题的安全出口，引导人员尽快换向到临近的其它出口疏散。避免了不知情游客的盲目行动，极大提高了疏散作用的有序性和有效性。当然，光流灯系统在人员特别密集情况下也存在一定局限性，这是由于安装在地面上的光流灯会在众多密集移动的人员脚步中被遮挡，疏散有效性受到影响，这时就需要用悬挂式疏散指示标志进行补充。规范中要求疏散标志需安装于１m以下，目的是避免升腾的烟气遮挡疏散标志，但对大空间通道来说具有层高的优势，悬挂式疏散标志可以远离天花板一定距离安装，以避开烟气聚集层，同时可以放大标志的尺寸降低被遮挡的影响，使之更醒目，以提高疏散引导的有效性。

　　Ｂ１Ｆ和１Ｆ层安全出口主要是无外墙敞开式出口和跨接天桥，安全出口较为明显，所以在疏散指示系统中主要是以一定间距布置的可变方向地面疏散指示标志和悬挂式指示标志为主，光流灯少用或不用。

　　２Ｆ层（１０m平台）整体是个全敞开的观光平台区，上方由张拉膜顶蓬和阳光谷覆盖。２Ｆ层通过２２个核心筒、端部平台楼梯和阳光谷旋转坡道等与地面相连，中部靠北与园区高架步道相交。这里是世博浦东园区最大的一处观光平台，南端是世博园区主入口，承担全园区约２３％的入园客流，高峰时可达１万人/小时的流量。所以，２Ｆ层疏散照明系统如何设置值得思考。

　　一种观点认为：２Ｆ层因为是一个全敞开的平台，相当于室外场所，可以不考虑特别的疏散系统。另一种观点认为：２Ｆ层有顶蓬，宜当成室内建筑，根据规范要求，需设置完备的疏散照明系统。同时由于平台又是一个人流密集的大空间公共场所，地面还要增设保持视觉连续的疏散指示标志。两种观点大相径庭。随着设计方案的深化，经与多方讨论，问题焦点落在火警发生后烟气对人员影响程度的问题上。最后认为世博轴２Ｆ层虽然上方有张拉膜和阳光谷作为顶蓬，有聚集烟气的可能，但顶蓬一般是在高度约８米处呈喇叭状由内向外伸展至２５米高度的外缘（见图４），事故时上升的烟气可以沿顶蓬由低向高、由内向外滑动至外缘而排向大气，加上四边全敞开，烟气较难形成长久聚集，对下方人员的影响有限。同时考虑到烟气升腾在顶蓬底会聚高度超过８米，对悬挂在５米以下的悬挂式疏散标志影响较小，所以２Ｆ层疏散指示系统最终确定以悬挂式疏散标志为主，不再设置地面疏散指示标志，可以满足疏散的有效性要求。

３．２ 应急照明的可靠性

　　为了保证灯光型应急照明系统在关键时刻发挥作用，电源系统的可靠性应直接影响到应急照明的可靠性。世博轴应急照明系统由消防专用电源供电，按一级负荷中特别重要负荷另设置了蓄电池作为应急备用电源。

　　蓄电池应急备用电源常采用集中式和灯具自带在线式两种方式。目前，在大空间项目中，集中式 应急电源已逐渐取代在线式应急电源，主要原因是应急电源集中式比在线式容易管理和维护，但按道理应该在线式应急电源可靠性才是最高的。在线式应急电源分散在每个灯具上，紧靠光源负荷安装，应急工况下，不受照明回路线缆好坏影响，灯具个体的故障也不会影响到其它灯具的工作，这些都是集中式应急电源无法做到的。所谓在线式应急电源可靠性不高，主要是目前传统的在线式蓄电池灯具不具备远方巡检和通讯功能，所以无法及时了解电池工作或故障的情况。靠工作人员分散各处人工检查维护很不方便，很可能造成由于疏于管理而使电池损坏得不到及时维修，在关键时刻反而不能工作的情况发生，影响了可靠性。集中式应急电源（如ＥＰＳ）可以对电池进行集中管理、保护、检测，还可以实时与远方通讯，传递运行状况，便于工作人员管理和维护，及时处理各类故障，电池的使用寿命和可靠性大大提高。不过集中式应急电源与应急灯具之间的回路线缆成了系统可靠性的瓶颈，集中式系统可靠性很大程度依赖回路线缆的可靠性，所以集中式应急电源系统对应急照明线缆材质和敷设要求都非常高。

　　世博轴应急照明系统中，疏散指示系统灯具和配线绝大部分在地面安装敷设，易受机械冲击、浸水等影响，集中式系统可靠性较难保障。为了切实保障系统可靠性，基于疏散系统中智能型导向光流系统的总线通讯技术，应急电源回归采用单灯自带在线式。利用智能型终端灯具均具有的独立地址编码，可实现每个灯具自带电池工作状况实时在线巡检，同样可以及时发现故障和报警，还能准确定位，大大提高了管理和维护效率，解决了以往在线式电源的不可靠性因素。现在疏散指示灯内采用ＬＥＤ光源，单灯功率仅０．１～３Ｗ，使用一节小巧的镍氢环保电池即可满足要求。

　　采用这种在线式应急电源系统，对地坪安装的灯具还有一个优势，就是可以保障消防人员安全。火灾发生时，可以切除带在线应急电源疏散指示灯的ＡＣ２２０Ｖ供电线路，应急电池为直流特低安全电压，故可以保证在火灾喷淋灭火过程中受水浸泡的指示灯不会带来电击危害。

　　这种可实现远方自动巡检功能的在线式应急电源系统很好地满足了应急电源可靠性和便于维护管理的要求，不过由于是新开发上市的新产品新技术，价格不菲，故在世博轴天花板顶蓬上安装的应急照明灯具未采用这个方案。顶蓬应急照明灯具主要是兼正常照明用的荧光灯，负荷功率较大。由于应急照明线路均在吊顶或顶部安装，线路受机械冲击和浸水威胁的可能性很小，防火保护措施比较容易实施，人员也无法触及，故线路的可靠性是可以得到保障的。所以，世博轴在天花板上的应急照明系统仍采用ＥＰＳ集中式应急电源系统，以节约建设投资。

４ 有关景观照明

　　世博轴是世博园中体量最大的建筑，世博轴灯光照明景观是２０１０上海世博会灯光夜景中最壮观的标志性景观之一。景观照明设计的关键在于能够充分了解建筑主体、理解建筑主题、解读建筑理念和内涵，并能够通过灯光将建筑思想配合建筑表现充分展示出来。

４．１ 理解建筑才能得到好方案

　　世博轴建筑景观中有两个核心景观元素，绵延１０００米的水波纹形张拉膜和６支晶莹剔透喇叭花状的阳光谷，这两大元素均展现在２Ｆ层观光平台上方。张拉膜和阳光谷的雨水收集功能、阳光收集功能正反映出资源循环利用、绿色节能的理念，体现出世博会“城市，让生活更美好”的主题。景观照明即围绕这两个核心元素展开，通过光和影引导人们对未来生活的美好向往。

　　流动起伏的张拉膜由两侧核心筒顶内置的ＨＩＤ投光灯投射作为基色的白光照亮，构成一幅巨大的银幕。中间内侧由安装在各个下拉杆灯架上的全彩ＬＥＤ投光灯照亮，ＬＥＤ投光灯可动态映衬出１６００万种色彩，形成白色天幕中流动变换的色彩影像，与水波纹张拉膜呼应。流畅升起的阳光谷，在每个钢架节点外侧设置全彩全色温ＬＥＤ星光灯，在钢架节点内侧玻璃表面不定位点缀太阳能ＬＥＤ星光灯。晶莹的阳光谷白天吸收阳光，晚间透射出璀璨星光，体现出日月星辰的交替变换。在南北两端最大的两个阳光谷，通过加密钢架上星光灯，采用联动控制，还可以作为一种特殊的显示屏幕，显示文字、图案和视频，不仅给游人带来视觉享受，还可以传递信息，增强互动。世博轴其余两侧的斜坡绿地、步道、楼梯、树池等采用ＬＥＤ线条灯等形式，以静态和简约为主，陪衬和烘托张拉膜与阳光谷的动态 景观灯光（见图５）。

　　在世博轴设计建设招标过程中，形成最终景观照明方案之前，２Ｆ层观光平台的一般功能照明，采用与周围建筑组件类似的简洁型杆柱灯和 庭院灯。由于灯杆高度受限，故沿世博轴横向形成多排灯列，局部开阔节点以高挂大功率ＨＩＤ光源的广场常规照明方式布灯。景观照明方案确定以后，正常照明方案与景观照明方案从表面布置上并没有矛盾之处。但是从解读建筑理念和内涵的角度，二者形成的光场是相互冲突的、不和谐的。２Ｆ层上过多的发光点分散了流动张拉膜的主题表现，淡化了阳光谷的星光。而 景观灯光形成的照度，叠加在正常照明的照度中，使照度多余，所以二者必须整合。经过对张拉膜的研究和测试，膜体具有较好的反射率（可以达到７０％），透射率可以控制在１０％以下。这样可通过适当增大膜内侧白基色投光灯光源功率的方法，使整个张拉膜形成足够照度的白光漫反射。发光的天幕即成为正常照明的光源，２Ｆ层原先设想的常规杆柱灯、庭院灯可全部取消。经现场测试张拉膜内侧的亮度可达５０～７０ｃｄ/ｍ2，张拉膜外侧中间的亮度约为１０ｃｄ/ｍ2，２Ｆ层平台白光平均照度达到８５ｌｘ。该方案使整个张拉膜形成柔和的光场，无强光点和直接眩光，在满足最佳视觉舒适度的同时，完美还原了建筑思想。

４．２ 满足建筑艺术表现创作的灵活性要求

　　从世博园区中远景视角看，世博轴张拉膜和阳光谷是位于世博园中轴线上的景观主旋律，在配合世博园“一轴四馆”整体景观灯光艺术表现上起着举足轻重的作用，这也对世博轴进行景观灯光各类艺术场景变换提出了更高的要求。怎样才能做到景观灯光系统完美配合建筑的艺术表现，就是系统应具有高度的灵活性，不应束缚艺术表现的发挥，而应给予灯光景观艺术的创作以最大的自由度。

　　世博轴景观灯光系统采用Ｅｔｈｅｒｎｅｔ高速网络通讯加现场总线通讯方式，组成分布式、冗余的高可靠ＬＥＤ灯光场景照明控制系统（见图６）。整个系统分为两部分，第一部分中控室的灯光场景实时控制服务器与世博轴各现场级ＬＥＤ灯光主控制器通过千兆级高速网络通讯；第二部分现场ＬＥＤ灯光主控制器与散布在建筑各处的每个ＬＥＤ灯具控制器通过ＬＥＤｂｕｓＹ专用现场总线进行通讯，从而可以实现全网对每个ＬＥＤ灯具的单独控制。现场终端设备中阳光谷ＬＥＤ星光灯和张拉膜ＬＥＤ投光灯等，均为智能型总线设备，可按指令实现全彩全色温、灰度亮度的宽幅自由调节。

　　世博轴景观灯光系统由２７０００多套景观灯具组成，其中１５０００余套ＬＥＤ景观灯的色彩色温亮度由这个大规模分布式控制系统直接同步控制，可以做到每秒刷新多于或等于２５帧，延时小于或等于２５ｍｓ。这些技术参数有力支持了灯光艺术创作的空间广度，为实现强大的场景创作能力提供了充分的平台基础。

　　不仅如此，世博轴景观灯光系统中的灯光场景编辑服务器、数据服务器、开关灯智能监控服务器等，除可进行场景创作外还可以预置系统的每天运行时间、运行模式。由于可以实现单灯控制，结合昼夜、季节、节庆、平日等场景需要，运行功率可以从１２０~５２０ｋＷ之间无级调节，按需调节最佳照明负荷功率，绿色节能效果显著。

５ 结束语

　　世博轴建筑是世博园中一座标志性建筑，其照明工程相应具有特殊性，也具有普遍性。作者希望通过世博轴照明工程中这些正常照明、应急照明、景观照明设计节点的思考介绍，为将来其它类似的建筑工程照明设计带来启示。