劉顯明，李相迪，張 軍，李毅東，陳偉民

(1.重慶大學光電工程學院，光電技術及系統(tǒng)教育部重點實驗室，重慶 400044；2.中國四聯儀器儀表集團有限公司，重慶 400700)

博物館展陳照明設計的常見問題與對策

劉顯明1，李相迪1，張 軍2，李毅東2，陳偉民1

(1.重慶大學光電工程學院，光電技術及系統(tǒng)教育部重點實驗室，重慶 400044；2.中國四聯儀器儀表集團有限公司，重慶 400700)

展陳照明是博物館展陳設計的關鍵一環(huán)，目前國內博物館在展陳照明布置方面的水平參差不齊，有些眩光嚴重、均勻性差，甚至讓觀眾產生嚴重不適影響觀感，而有些則光照均勻舒適無干擾，讓觀眾能賞心悅目欣賞展品。本文基于近期對國內多家博物館的現場調研結果，總結了展陳照明布置的一些典型共性問題，并通過優(yōu)秀案例的對比為這些問題的有效解決提供方法參考。

博物館；展陳照明；眩光；照度均勻性；照明設計

引言

展陳照明是博物館展陳設計的關鍵一環(huán)，優(yōu)良的展陳照明不僅可減少光輻照對文物的損害，更可營造舒適的光環(huán)境氛圍，讓觀眾充分感受展品的形狀、色彩和質感等藝術元素。《博物館照明設計規(guī)范》(GB/T 23863—2009)分別從文物保護和視覺照明兩方面的角度對展陳照明進行了規(guī)范[1]。對文保而言，主體是受照文物，限定參數是受照面光的成分、光功率密度和照射時長，是輻射度學參數，主要由光源的光譜成分和有效光功率決定，通過合理選擇光源并調整功率即可在很大程度上實現保護性照明[2]。而對以觀察者為主體的視覺照明而言，衡量指標是工作面光的照度、均勻度和眩光指數，是光度學參數，主要由燈具的光分布和燈具的空間布置決定，是進行博物館展陳照明設計的重點。本文對博物館展陳照明光環(huán)境進行分析，結合多家博物館實際照明效果，對目前展陳照明應用存在的問題進行了小結，并給出了相應的解決方法。

1 博物館展陳照明光環(huán)境分析

展陳光環(huán)境是博物館實現其展示功能的重要環(huán)境，是觀眾感知展品的關鍵條件。為了有效的展示展品，受照面必須達到一定的照度水平，目前關于基礎照度的實現，業(yè)內有兩種截然不同的認識：

一是主要進行局部和重點照明，即僅對展品及周圍很小的空間范圍內進行重點照明，而整體環(huán)境亮度處于較低水平(如圖1所示)。其優(yōu)點非常突出，在較暗的環(huán)境空間內參觀，可讓觀眾從心理上感受到一種安靜的氛圍，讓觀眾能靜心地去欣賞展品。此外，暗環(huán)境下對展品進行局部照明，可形成良好的空間層次感，通過以暗襯亮的照明來實現導向性，引導和強調觀眾去重點參觀展品。

二是加強基礎照明，即提升整個館內展示空間的亮度水平，在相對較亮的環(huán)境空間內觀察展品(如圖2所示)。其優(yōu)點在于通過整體光照度水平的提升，可緩解長時間暗環(huán)境下觀展所帶來的視覺疲勞。對于一些需要臨摹的觀眾，可提供一個相對明亮的學習和筆錄的環(huán)境。此外，在照明設計上相對簡單，均勻性好，即使在展品發(fā)生變化時也不需要對照明進行調整。

圖2 亮環(huán)境氛圍的展廳Fig.2 Bright ambience of the exhibition hall

相比而言，由于較暗背景下的重點照明方式在文物保護、視覺效果、氛圍營造、節(jié)能等多方面具有優(yōu)勢，是目前各博物館所采用的主要展陳照明方式。但對于不同的展品和館內空間，往往需要進行針對性的設計。尤其當展廳內的展品發(fā)生變化時，應根據實際情況進行照明方式調整。而目前相當多的博物館忽視了照明的作用，采用一成不變的光線去應對不同形貌的展品，例如：圖3中展柜上方開了兩盞射燈，中間燈光幾乎全被展品頂部遮擋，不僅難以展示展品前部細節(jié)，過分集中的光能對展品頂部將產生輻照損害，右側燈光集中照在展柜底部并覆蓋右側小展品，而左側小展品則無直接光照。

2 展陳重點照明的主要問題

在暗環(huán)境下進行照明系統(tǒng)布置，由于整體環(huán)境亮度水平低，將使得眩光和不均勻性問題非常突出，這也是博物館展陳照明設計的重點難題[3]。目前，LED光源大量替代傳統(tǒng)光源，其無紫外和紅外光的光譜特性在文物保護方面具有較大優(yōu)勢，但其點光源、高亮度的性能特點對于眩光和不均勻性的控制更為不利，必須進行針對性的設計以減小不利影響。

2.1 眩光問題

眩光是指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時間上存在極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件。當存在眩光時，將影響觀眾觀察展品，嚴重時甚至會產生不適[4]。

博物館內的眩光可用統(tǒng)一眩光指數UGR(Unified Glare Rating)進行衡量：

(1)

其中，Lb為背景亮度(cd/m2),La為觀察者方向每個燈具的亮度(cd/m2),ω為每個燈具發(fā)光部分對觀察者眼睛所形成的立體角(sr),P為每個單獨燈具的位置指數。

由此可知，暗環(huán)境下背景亮度Lb低，在同樣的照明布置條件下，眩光問題更為突出，因此必須通過空間光分布設計和減小燈具亮度兩方面出發(fā)，減小因背景亮度低帶來的不利影響。

眩光包括光源的直接眩光和反射面(通常是鏡面)的反射眩光。一些光源不經遮擋會直射人眼，尤其在人眼直視展品時，若視野中心存在較強的光照將使得眩光問題更為突出。圖4給出了光源和視軸夾角與眩光強弱的關系。其中視軸并不一定為水平方向，而是人眼和觀察點之間連線的方向。如圖5所示，人眼直接觀察展品時，展品下方設有補光，由于光源功率過大導致直接刺激人眼，讓觀眾難以直視展品。

圖3 不利于文物展示的照明方式Fig.3 Bad lighting for cultural relics exhibition

圖4 光源和視軸夾角與眩光強弱的關系Fig.4 Relationship between the light source and boresight angle and glare strength

圖5 直接眩光Fig.5 Direct glare

當觀眾透過展柜觀看其中的展品時，光源和展柜玻璃的相對位置和方向若處理不當，展柜玻璃可將光源發(fā)出的光反射至人眼，產生不適的反射眩光。反射光可能來自自然光(如圖6所示)，也可能來自室內燈具(如圖7所示)，一些博物館在進行展品陳列時，采用玻璃或PC等具有鏡面反射特性的面板作為支撐底板，其反射面也可能形成反射眩光(如圖8所示)，給觀眾帶來嚴重的不適。此外，采用普通玻璃制作的展柜，還會在玻璃表面產生多次反射并成像，形成多組虛像的重影，影響觀感(如圖9所示)。

圖6 自然光產生的反射眩光 Fig.6 Reflected glare produced by natural light

圖7 展柜玻璃反射燈具形成反射眩光Fig.7 Reflected glare produced by reflecting lamps on showcase glass

圖8 展柜內展臺面反射柜內光源形成嚴重的反射眩光Fig.8 Booth surface of showcase reflects internal light source causing the reflected glare

2.2 均勻性問題

照度均勻度是描述工作面上一定面積范圍內照度均勻性的指標，可用不同的公式進行計算衡量，大部分文獻將均勻度U0定義為工作面上的最小照度Emin與平均照度Eav之比[6]。即

(2)

光線分布越均勻說明照度越好，視覺感受越舒服，照度均勻度越接近1越好，反之將導致視覺疲勞。

目前國內博物館大量使用甚至濫用射燈進行照明，由于射燈的光束角往往較小，光能相對比較集中，當展品更換時，若展品的尺寸大于射燈的照射面積，由于環(huán)境亮度低，工作面上的Emin也較低，而光斑中心集中了燈具發(fā)出的絕大部分能量，最大照度Emax和平均照度Eav值都較高，使得U0值很低。工作面上照度不均勻，不僅破壞了展品整體感觀，其過亮和過暗照明部分可能嚴重影響觀眾對展品細節(jié)的觀察；對于一些具有立體形貌的展物，不合理的照明還將產生陰影，甚至將關鍵部分籠罩在陰影中(如圖10所示)。

圖9 普通玻璃多次反射形成的重影Fig.9 Ghosting caused by multiple reflection of glass

圖10 濫用射燈導致不利于呈現文物細節(jié)Fig.10 Abuse of spotlight against presenting details of cultural relic completely

3 眩光和照度均勻性的處理方法

以上博物館展陳照明的不良問題都因光分布的不當布置導致，通過一些合理的調整即可減小其不利影響。

3.1 直接眩光

防直接眩光的關鍵在于減小燈具相對觀察者方向上發(fā)光的亮度，最好能讓觀察者見光不見燈。為保證工作面有足夠的照度，光源的光功率通常不能降低，減少亮度主要采用增加發(fā)光面積將光進行散射擴散，而見光不見燈主要依賴于燈具設計或者在光源和人眼之間設置遮擋，可簡述為擴散法和遮擋法。

其中，擴散法主要采用光擴散板使光線發(fā)生不同方向的折射、反射、散射，擴散板包括平面擴散板和3D擴散板，一般在PMMA、PC、PS等透光基材中添加光擴散劑，或將基材表面加工為特殊花紋結構(包括表面微結構)制成。經過光擴散板后，可實現大面積均勻平面發(fā)光的效果，將點光源和線光源轉換為面光源，從而減小發(fā)光面的亮度(如圖11所示)。

圖11 平面擴散板與3D擴散板效果圖Fig.11 Effect drawing of 3D diffusion plate and planar diffusion plate

遮擋法可更有效的避免直接眩光的影響。在燈具設計時，可在燈具出光面增加格柵，目前不少展柜頂部光源都增加了格柵進行光源的遮擋。也可將光源置于燈具深處或在燈具外部增加遮光罩，從而加大防眩保護角，避免眩光(如圖12、圖13所示)。

圖12 燈具防眩示意圖Fig.12 Anti-glare schematic of lamps

圖13 采用四葉遮光片的防眩燈具Fig.13 Four leaf gobo lamps

對于獨立展柜或四周包圍參觀的大型展品，可在燈具和人眼之間設置遮擋，也能很好的避免眩光。這些遮擋通過巧妙的設計，可成為一種展柜裝飾，甚至作為背景標識(如圖15所示)。

3.2 反射眩光

相比直接眩光，反射眩光的處理更為棘手。為減小甚至避免反射眩光，可從反射面和光路設計兩方面進行處理。首先，鏡面反射是導致反射眩光的主要因素，在進行展陳設計時應盡量避免采用具有鏡面反射屬性的材料。如圖8中展柜內的展品底座，人為添加的反射面是導致反射眩光的主要原因，若采用襯布則不會出現此反射眩光問題。而展柜玻璃是觀眾觀察和展品保護的重要窗口，普通玻璃反射面的鏡面反射率較高，采用特殊材質制成的減反(無反)玻璃，可在較大程度上降低其表面反射率，不僅可以減小眩光的影響，還可以減小重影現象帶來的不適(如圖16所示)。

此外，通過合理的系統(tǒng)布置，對于靠墻展柜和俯視展柜，可將燈具的發(fā)光方向朝向展品而背向人眼，避免眩光。一些展柜將燈具設置在展柜上方并利用展柜自身結構進行遮擋，實現見光不見燈的完美照明效果(如圖14所示)。

圖14 利用展柜自身結構實現見光不見燈的功能Fig.14 Showcase using its structure to achieve hiding lamps

圖15 用于裝飾和標識作用的擋板設計Fig.15 Baffle design used for decoration and identification

圖16 采用了減反玻璃的展柜Fig.16 Showcase used anti-reflection glass

其次，照明光路的設計非常關鍵。展柜外部的光線是導致反射眩光的來源，若展柜外部有光源的存在，包括對面展柜發(fā)出的光，都可能在展柜玻璃表面形成反射。不僅會形成眩光，還會形成影像影響觀眾的正常觀察，因此展柜玻璃窗口應盡量面向暗區(qū)設置。當展柜前方必須設置燈具時，應通過調整其高度和離展柜的距離，使觀眾在參觀時人眼置于反射眩光區(qū)域以外(如圖17所示)。

圖17 通過調整燈具和展柜相對位置避免反射眩光Fig.17 Avoid reflected glare by adjusting the relative position of lamps and showcase

3.3 照度均勻性

對于一些大幅字畫、碑文、石刻等展品，表面積較大，容易出現照度均勻性問題。尤其是在大量使用大功率射燈的背景下，照度均勻性問題尤為突出。為改善照度均勻性，可做如下幾方面工作：

1)對于大面積展品，若非光敏性文物，建議優(yōu)先考慮采用前文所述增加基礎照明強度的方式進行設計(如圖2所示)，這是獲得均勻照度的最佳方法；

2)盡量避免使用光束集中型的射燈，而采用面板燈進行照明。若采用射燈照明，應采用小功率多燈具進行照度的混合疊加，可實現均勻無影的照明效果。由于采用小功率的光源，其亮度也會相應降低，因此有助于控制眩光(如圖18所示)；

圖18 多燈環(huán)繞照明方式及其效果Fig.18 Lighting option of multi-lamp surrounds and its effect

3)對于大功率射燈，采用大發(fā)光角的燈具，拉遠展品與燈具的距離，將展品完全置于中間照度均勻區(qū)域，也可在展品表面形成均勻照明(如圖19所示)；

圖19 (a)、(b)、(c)為不同光束角燈具在相同面積范圍內的照度分布，(d)為較好的照明效果Fig.19 Illumination distribution of different beam angle lamps(a)、(b)、(c), (d) figure is better lighting effects

圖20 將展品進行傾斜可獲得更為均勻的照明效果Fig.20 Exhibits tilting can obtain more uniform lighting effects

4)可調整燈具和展品的相對角度，將展品或燈具傾斜甚至垂直照射，可使垂直照度轉換為水平照度，有效提升其照度均勻性。圖20為頂部射燈向下打光時，相同照明條件下垂直石碑和近似水平石碑的照明效果。左側展品因表面凹凸不平導致出現了相當多明顯的陰影，而右側展品不存在此問題(如圖20所示)。

4 結語

展陳照明的設計和實現既要滿足文物保護的基本標準，更要以人為本為觀眾提供優(yōu)良的光環(huán)境氛圍去舒適地欣賞展品。本文列舉了近年來國內十余家博物館的現場照明情況，對其中的常見問題進行了小結，并針對這些問題提供了相應的解決方法。雖然一些博物館存在照明設施水平的限制，但文中列舉的一些照明問題是可結合合理的展陳布置得以有效避免。希望相關從業(yè)人員能結合不同博物館的實際情況，為觀眾創(chuàng)造更好的博物館參觀視覺環(huán)境。

[1] 博物館照明設計規(guī)范：GB/T 23863—2009[S]. 北京：中國標準出版社，2010.

[2] 黨睿,張明宇,劉剛,等.基于文物保護的博物館展陳照明調查研究[J].照明工程學報,2013, 24(3): 18-23.

[3] 李文銓,王海波,卓寧澤.博物館展陳光環(huán)境的回顧與現狀[J].中國照明電器,2016(8):5-8.

[4] 林燕丹，邱婧婧，劉奕宏.不舒適眩光研究的國內外現狀及進展[J].照明工程學報,2016,27(2):7-13.

[5] Discomfort Glare in Interior Working Environment：CIE 1983.

[6] 馬丙戌, 文尚勝, 陳穎聰. 大學階梯教室照度均勻度的分析與優(yōu)化. 照明工程學報, 2015, 26(1): 69-74.

The Common Problems and Countermeasures of Display Lighting Design in Museum

LIU Xianming1, LI Xiangdi1, ZHANG Jun2,LI Yidong2, CHEN Weimin1

(1.CollegeofOpto-electronicEngineering,ChongqingUniversity,theKeyLaboratoryforOpto-electronicTechnology&SystemsofMinistryofEducation,Chongqing400044,China; 2.ChinaSilianInstrumentGroupCo.,Ltd,Chongqing400700,China)

Display lighting plays an important role in museum display design. There are serious glare and poor illumination uniformity problems in some museums, making the audience feel uncomfortable. While some of the museums can provide the audience a comfortable light environment due to its excellent lighting design. The paper summarizes some typical common problems of display lighting in museums based on the field survey. Several effective ways of solving these problems are provided by comparing the good examples.

museum; display lighting; glare; illumination uniformity; lighting design

劉顯明，E-mail:xianming65@163.com

TU113

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.04.007