金 坤

(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)速發(fā)展，“城市化”進(jìn)程有序進(jìn)行，近年來超高層建筑在各地不斷涌現(xiàn)?！俺邔咏ㄖ鳖櫭剂x就是建筑主體高(100m以上)、建筑體量大、功能復(fù)雜、系統(tǒng)繁多、技術(shù)要求高。超高層建筑往往會(huì)成為地區(qū)的地標(biāo)式建筑，高質(zhì)量的景觀照明將會(huì)提升建筑品質(zhì)，使其成為城市夜間形象不可或缺的靚麗部分，增加城市魅力。

本文結(jié)合筆者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)超高層建筑景觀照明工程實(shí)例，圍繞“綠色照明”介紹了在此類建筑景觀照明電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視的要點(diǎn)，并依據(jù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出了相應(yīng)的解決方案及實(shí)施建議，旨在提升超高層建筑景觀照明電氣設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性、安全性、可行性。

1 超高層建筑的“綠色照明”設(shè)計(jì)

“綠色照明”理念于1991年由美國(guó)環(huán)保局(EPA)率先提出，隨后在聯(lián)合國(guó)等國(guó)際組織機(jī)構(gòu)積極推廣下，獲得世界各國(guó)共同關(guān)注與支持。其核心理念是節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、提高照明品質(zhì)。我國(guó)政府1996年啟動(dòng)實(shí)施“綠色照明”工程，并將節(jié)能環(huán)保作為一項(xiàng)國(guó)策，在國(guó)務(wù)院頒布的《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》中對(duì)照明節(jié)能作了重點(diǎn)論述。住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部于2011年底發(fā)布了《“十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》，在國(guó)家大力倡導(dǎo)“綠色照明”及推廣半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)背景下，各地方政府也相應(yīng)出臺(tái)具體實(shí)施意見。這些政策及照明設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)作為建筑景觀照明設(shè)計(jì)的依據(jù)，設(shè)計(jì)人員需嚴(yán)格遵守規(guī)范中照明節(jié)能指標(biāo)并選用節(jié)能照明產(chǎn)品。

超高層建筑由于結(jié)構(gòu)特性與系統(tǒng)功能的復(fù)雜性，在運(yùn)用“綠色照明”理念進(jìn)行景觀照明方案及電氣設(shè)計(jì)時(shí)，與一般建筑體相比，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如下幾方面：(1)照明方案設(shè)計(jì)避免出現(xiàn)過度照明，防止出現(xiàn)光污染；(2)選型燈具應(yīng)能滿足環(huán)保與節(jié)能要求；(3)照明配電系統(tǒng)的可靠性與合理性要求；(4)燈光控制方式的先進(jìn)性與實(shí)用性要求；(5)燈具安裝方式的安全性與維護(hù)檢修的便捷性要求。

1.1 照明方案階段的“綠色照明”設(shè)計(jì)

工程實(shí)例為新建某超高層商業(yè)寫字樓綜合體，位于某城市繁華商圈的核心地段，總建筑面積12.5萬m2，建筑主體45層，裙房8層，地下3層；主樓建筑高度199.8 m，裙房建筑高度46.6 m。

依據(jù)《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T 163-2008(以下簡(jiǎn)稱“《夜景照明規(guī)范》”)，該超高層建筑所處區(qū)域?qū)儆贓4高亮度環(huán)境區(qū)，樓體建筑立面采用鋁框玻璃幕墻，反射比ρ為0.2～0.3，參考標(biāo)準(zhǔn)照度值300 lx。對(duì)于本新建項(xiàng)目案例，為更好做到夜景照明設(shè)計(jì)與建筑的融合，方案設(shè)計(jì)在整體建筑初設(shè)階段就已經(jīng)開展。在與建筑師溝通后，基于“綠色照明”理念，避免建筑夜景照明可能產(chǎn)生的光污染應(yīng)作為方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。在本實(shí)例中，為做到有效防治光污染，初步方案中采用針對(duì)性智能化集中管理、分散控制的方案，并選用高光效、節(jié)能環(huán)保、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定的LED光源，同時(shí)通過給光源加裝遮光防護(hù)板，達(dá)到有效控制照明燈具遮光角，防止直射光線的溢散和眩光產(chǎn)生。

作為重點(diǎn)展示的建筑主體結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合建筑的主題設(shè)計(jì)理念，提出兩套照明初步設(shè)計(jì)方案。方案一：建筑立面選用LED洗墻燈，采用內(nèi)透照明方式，此方案需借用室內(nèi)窗簾作為反射面；方案二：主要采用節(jié)能LED輪廓燈勾勒建筑外形，運(yùn)用線條方式展現(xiàn)建筑的整體感。

但是，由于建筑體量大，采用方案一后照明效果的整體統(tǒng)一性較難滿足，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較、與業(yè)主和建筑師討論溝通后，最終選定方案二，并重點(diǎn)從三種空間尺度對(duì)LED燈具進(jìn)行選型。(1)城市尺度、遠(yuǎn)景視角：塔樓頂部縱向安裝L01-LED輪廓燈A，燈具色溫選擇6 000K，體現(xiàn)建筑的樓冠部分及建筑縱深感；(2)街道尺度、中景視角：塔樓立面橫向安裝L02-LED輪廓燈B，燈具色溫選擇4 200K，展現(xiàn)挺拔、俊朗的建筑風(fēng)格；(3)近人尺度、近景視角：裙樓部分橫向安裝L03-LED輪廓燈C，燈具色溫選擇3 000K，營(yíng)造溫馨、舒適、富有親和力的燈光氛圍。

工程實(shí)例選用的高效節(jié)能LED燈具，光效達(dá)到65 lm/W，通過照度計(jì)算軟件模擬計(jì)算，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于建筑物夜景照明照度的要求；經(jīng)計(jì)算此超高層建筑體的照明功率密度值(LPD)為3.40 W/m2?！兑咕罢彰饕?guī)范》中規(guī)定E4高亮度環(huán)境區(qū)域內(nèi)LPD最大限值為13.3 W/m2，但是由于該規(guī)范制定于2008年，LED光源技術(shù)距今發(fā)展已更為成熟，原定的LPD值已明顯偏大。因此，筆者建議修正E4高亮度環(huán)境區(qū)域內(nèi)的LPD值，最大限值6～8 W/m2為宜。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本項(xiàng)目受日照環(huán)境及建筑結(jié)構(gòu)特征的影響約束，未能選用光導(dǎo)管照明技術(shù)方案，但由于其具有良好的經(jīng)濟(jì)性又無需消耗能源，所以在未來“綠色照明”發(fā)展中，光導(dǎo)管照明將會(huì)同LED半導(dǎo)體照明一并成為“綠色照明”應(yīng)用技術(shù)的重要選擇。

1.2 電氣圖環(huán)節(jié)的“綠色照明”設(shè)計(jì)

超高層建筑景觀照明電氣設(shè)計(jì)要求的質(zhì)量高，施工難度大，因此合理穩(wěn)定的配電設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)便安全的燈具安裝是建筑“綠色照明”設(shè)計(jì)的基本要求。

(1)配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

超高層建筑的照明負(fù)荷大、分布范圍廣、供電半徑大，進(jìn)行配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需合理規(guī)劃，包括配電箱的布置及管線的路由。

本實(shí)例通過工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘，依照設(shè)計(jì)規(guī)范并結(jié)合業(yè)主需求，確立景觀照明電氣設(shè)計(jì)方案。項(xiàng)目按三級(jí)負(fù)荷進(jìn)行配電設(shè)計(jì)，景觀照明總負(fù)荷為139kW。根據(jù)配電箱容量及宜布置在負(fù)荷中心的設(shè)計(jì)原則，共設(shè)置4臺(tái)照明配電箱，最大供電半徑125.5m：JGAL-1布置于5層裙房的強(qiáng)電間，為裙房部分燈具供電；JGAL-2布置于塔樓10層、JGAL-3布置于塔樓26層、JGAL-4布置于塔樓42層(設(shè)備層)的強(qiáng)電間內(nèi)，為塔樓立面及頂部燈具供電。照明線路沿鍍鋅線槽、套接緊定式鋼導(dǎo)管敷設(shè)，從各照明配電箱至室外幕墻燈具處線纜的路由設(shè)計(jì)盡可能走直線，少走彎路，以減少導(dǎo)線長(zhǎng)度；其次，低壓線路不走或少走回頭線，以減少來回線路上的電能損失。

(2)線纜截面的選擇

超高層建筑供電半徑大，在配電線纜選擇設(shè)計(jì)時(shí)，按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面后，還應(yīng)進(jìn)行電壓降復(fù)核校驗(yàn)。依據(jù)《夜景照明規(guī)范》要求，照明燈具端電壓不宜高于其額定電壓值的105%，并不宜低于其額定電壓值的90%。電壓過高，會(huì)影響光源壽命；電壓低于額定值，會(huì)使光通量下降，照度降低。

以配電系統(tǒng)中最長(zhǎng)線路JGAL-3配電箱3W18支路為例進(jìn)行電壓降校驗(yàn)，回路平面線纜至LED驅(qū)動(dòng)電源路由長(zhǎng)度78m，縱向經(jīng)強(qiáng)電井至配電箱線纜路由長(zhǎng)度35m，考慮路由遇到無法穿越的結(jié)構(gòu)、線纜拐彎及建筑高程落差的長(zhǎng)度，按總長(zhǎng)度的1%計(jì)算，則3W18回路的線纜總長(zhǎng)度為125.5m，終端照明負(fù)載為2.1kW，支路計(jì)算電流為10.6A，接相電壓的單相負(fù)荷線路的電壓損失計(jì)算，終端負(fù)荷用電流矩Il(A·km)如公式(1)所示：

2Δua%·Il

(1)

表1所示為單相220V及直流聚氯乙烯絕緣銅芯電線的電壓損失值，分別代入公式(1)進(jìn)行計(jì)算。

單相220V及直流聚氯乙烯絕緣銅芯電線的電壓損失(%/A·km) 表1

得出，截面為2.5mm2的電壓損失為9.17%，截面為4mm2的電壓損失為5.69%，截面為6mm2的電壓損失為3.83%。最終選用截面為4mm2的低煙無鹵阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯線(WDZ-BYJ(F)-3×4)。

立面LED燈具采用恒流型24V驅(qū)動(dòng)電源供電，此段線路電壓損失的計(jì)算可參照公式(2)：

(2)

實(shí)例選用某公司出品的350W驅(qū)動(dòng)電源，功效為87%，LED驅(qū)動(dòng)電源集中布置在建筑四角公共區(qū)域吊頂處，集中開出線孔，此項(xiàng)工作應(yīng)由幕墻工程公司配合并做好開孔處的防水處理，在室內(nèi)吊頂需預(yù)留300mm×300mm檢修口，方便安裝及日后的檢修維護(hù)。

(3)照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

照明控制方式按照其實(shí)現(xiàn)方式可分為：傳統(tǒng)照明控制、基于DDC的自動(dòng)照明控制和智能照明控制。合理選擇照明控制系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)建筑不同照明效果，而且可達(dá)到“綠色照明”節(jié)能目的。

此項(xiàng)目選用的某公司智能照明控制系統(tǒng)是一個(gè)基于開放式的EIB/KNX總線標(biāo)準(zhǔn)，通過一條總線將各個(gè)分散的元件連接起來，各個(gè)元件均為智能化模塊。通過電腦編程的各個(gè)元件既可獨(dú)立完成控制工作，又可根據(jù)要求進(jìn)行不同組合，從而實(shí)現(xiàn)不增加元件數(shù)量而使功能倍增的效果。系統(tǒng)主機(jī)放置中控室，經(jīng)OPC Server網(wǎng)關(guān)接入樓宇自控系統(tǒng)(BA)或其他物業(yè)管理系統(tǒng)(BMS)，依據(jù)建筑照明方案預(yù)先設(shè)置的平時(shí)、節(jié)假日以及重大節(jié)日等不同場(chǎng)景模式集中智能控制，在滿足建筑景觀照明效果，渲染節(jié)日氛圍同時(shí)達(dá)到節(jié)能要求。圖1所示為該智能控制系統(tǒng)的原理圖。

圖1 i-bus智能照明控制原理圖

2 超高層建筑照明燈具的安裝

燈具的安裝方式是超高層建筑照明施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)，在進(jìn)行燈具安裝方式設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)燈具安裝條件、安裝支架研究，其中包括固定支架的材質(zhì)及強(qiáng)度，還應(yīng)考慮燈具室外防護(hù)等級(jí)、防雷措施及高空作業(yè)等因素。

2.1 幕墻LED輪廓燈安裝方式

建筑外立面一般采用不同類型框架幕墻裝飾，燈具安裝方式需結(jié)合幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在工程實(shí)例中，建筑立面燈光設(shè)計(jì)方案采用大量LED輪廓燈，合計(jì)7 156套，通過與幕墻設(shè)計(jì)師、幕墻施工人員交流溝通，確定LED燈具安裝條件。

幕墻LED輪廓燈采用成品燈具，安裝方式一參見圖2。

安裝方式需輔助固定支架，經(jīng)內(nèi)部討論，存在一些弊端：(1)輔助安裝支架有較長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)，無法保證安裝的穩(wěn)定性，支架斷裂可導(dǎo)致高空墜落，且燈具安裝外觀的一致性較難保證；(2)在幕墻鋁裝飾框上開槽孔，整體強(qiáng)度降低，槽孔下方是開敞狀態(tài)，經(jīng)風(fēng)霜雨雪等天氣易存污垢，破壞建筑外觀效果，且易造成線路配電安全問題；(3)若按照此方式安裝燈具，會(huì)出現(xiàn)“鎖死”狀況，LED輪廓燈需緊接安裝，在后期維護(hù)或檢修中，很難拆卸下來。

鑒于以上弊端，筆者與燈具廠家的技術(shù)人員多次溝通后，設(shè)計(jì)出第二種安裝方式：綜合考慮幕墻鋁框的結(jié)構(gòu)特征，在保證安裝強(qiáng)度前提下，對(duì)燈具外觀及聯(lián)接方式、固定方式均做出調(diào)整，參見圖3。

圖3 L02-LED輪廓燈B安裝節(jié)點(diǎn)(方式二)

LED特制燈具的燈罩采用亞克力面板材質(zhì)，可提高光效20%～30%，保證綜合性能并有效控制成本，外觀貼合幕墻鋁框做成方形，增加了發(fā)光面，燈具連接對(duì)接頭密封處理；因安裝于立面幕墻鋁框裝飾條上，出光面朝向室外不會(huì)產(chǎn)生眩光。采用20mm×15mm×3mm規(guī)格的角鋁作固定支架，間隔500mm用M4不銹鋼螺釘頂壓固定LED燈具，此方式可提高室外高空作業(yè)效率，有效保證燈具安裝質(zhì)量；為增加固定可靠性，在頂絲的對(duì)側(cè)型材面可點(diǎn)涂適量的金屬結(jié)構(gòu)膠。

通過試樣對(duì)比，安裝方式二不僅保證了LED燈具安裝的可靠性、便捷性，同時(shí)也解決了安裝方式一中存在的易存污垢、不易維護(hù)拆卸等諸多問題，而且參照幕墻鋁框外觀進(jìn)行的LED輪廓燈具外觀設(shè)計(jì)，保持了建筑外觀的一致性及完整性，更好地體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)特征。實(shí)例說明，經(jīng)與燈具廠家協(xié)商，根據(jù)安裝條件特制的LED燈具在現(xiàn)場(chǎng)安裝及日后維護(hù)檢修等方面都具有一定優(yōu)勢(shì)。

2.2 LED點(diǎn)光源安裝方式

L04-LED點(diǎn)光源安裝在裙樓部分的玻璃幕墻上，具體安裝節(jié)點(diǎn)可參見圖4。此種安裝方式對(duì)白天玻璃幕墻的外觀效果影響較小，同時(shí)減小對(duì)玻璃幕墻的擠壓應(yīng)力。

圖4 LED點(diǎn)光源安裝節(jié)點(diǎn)

LED點(diǎn)光源安裝方案具有普遍性，可在相同或相近安裝環(huán)境下參考。

以上是實(shí)例項(xiàng)目中一些典型燈具的安裝節(jié)點(diǎn)，其他燈具安裝方式在此不再詳述。建筑景觀照明中，燈具安裝方式是電氣設(shè)計(jì)圖紙的重要組成部分，需引起電氣設(shè)計(jì)人員的重視。

3 結(jié)束語