夜景照明技術在城市雕塑場景中的應用

李德俊

（廈門市市政工程中心，福建廈門 361004）

0 引言

城市雕塑反映了一個地區的經濟文化發展狀況，包括雕塑、浮雕等，有的是單獨的，有的是附在建筑物上的[1]，有的是放在公共場所，有的是隱藏在小路上，使用的材料包括石材、水泥、青銅等。為了提高城市雕塑夜景環境在夜間昏暗光線環境中的清晰度，提出了城市雕塑夜景空間的照明方法。在夜景環境中，城市雕塑場景空間的照明主要表現為滿足外部觀賞效果。夜間照明設計應注重體量、造型、風格、層次、細部裝飾等，是反映人們夜間視覺感受的主要景觀元素。

根據城市夜景照明的設計原則，應該了解和掌握城市雕塑設計師的創意和燈光設計。城市雕塑照明設計應綜合考慮內外因素，把握城市雕塑的結構類型，研究雕塑材料，綜合考慮雕塑照明對人們心理的影響，探討雕塑照明的安全性，分析光污染等內在因素，考慮雕塑照明周邊光環境等外部因素以及季節性氣候變化的影響[2]。因此，整體的思考和把握是城市雕塑景觀空間照明設計的基礎。應用夜景照明技術后，為了解決現階段城市雕塑場景空間照明中整體效果差、能耗高的問題，提高城市雕塑的照明效果，研究夜景照明技術在城市雕塑場景空間照明中的應用。

1 城市雕塑場景空間夜景照明技術設計

夜景照明技術在城市雕塑場景空間的設計中應遵循生態化、整體性、節能性和安全性的原則，力求做到人文與自然生態環境的有機結合。從整體上，梳理照明系統與城市雕塑場景空間環境之間的關系，使其具有整體性和連續性[3]。圖1 為城市雕塑夜景環境照明設計流程。

圖1 城市雕塑夜景環境照明設計流程

1.1 城市雕塑場景空間的組成要素

1.1.1 城市雕塑分類

從藝術手法和表現形式來看，城市雕塑可分為圓雕、抽象雕、靜態雕、具象雕、寫意雕、浮雕、動態雕塑等。根據功能的不同分為紀念雕塑、主題雕塑、裝飾雕塑、互動雕塑和展示雕塑5 種類型[4]。主題雕塑以某種故事性、情節性等內容，以象征與寓意的手法，揭示特定空間環境的內涵。裝飾雕塑更注重象征、寓意、概括等表現手法?；拥袼茉鰪娏巳藗兊闹黧w參與性，具有娛樂性和實用性的功能，具有整體性和藝術價值。展示性雕塑是城市雕塑的一種特殊類型，是在適當的空間環境中的一種陳設形式，它不包括臨時擺在戶外展出，而是指永久陳列在戶外的雕塑。

1.1.2 城市雕塑夜景的構成要素

城市雕塑夜景場景空間的構成要素主要有城市雕塑本體、城市燈光景觀和城市環境行為等3 個方面。根據不同的地面、垂直界面和主題內容，城市雕塑作品在空間環境配置形式上可以分為單點式、聚合式、環形式、陣列式和群象式，綜合城市雕塑的基本結構，從美學角度確定城市雕塑的空間布局，形成城市雕塑的本體[5]。都市燈光景觀即雕塑場景的空間內容，作用于雕塑上的燈光照明景觀，這一部分的作用是通過藝術與光影的結合，提高城市夜環境質量，成為城市特色的體現，它還反映政府機關、城市居民、商業企業的政治、經濟、文化活動，以及城市形態的影響和作用。

1.1.3 影響城市雕塑場景空間的因素

影響城市雕塑場景空間照明效果的因素有內部因素和外部因素兩個方面，內在因素是城市雕塑場景空間的照明技術與整體結構的運用，外在環境是周邊原景和季節變化的影響。城市雕塑建設中景物空間的寬高比直接關系到景物寬度和兩側建筑界面的高度，寬高比越大，空間的開敞程度越大，封閉感越弱。寬高比并沒有優劣之分，只是為了達到不同的空間體驗，來選擇合適的寬高比，以達到舒適的尺度。燈具應用技術具體包括照度與亮度、光色與顯色指數等。但隨著季節的溫度變化影響地面照明時間，氣候景觀特征也會隨之發生變化。因此，本文研究利用自然季節變化和自然景觀特征對城市夜景主體進行調整和優化。

1.1.4 城市雕塑場景色彩特征

雕塑的材料和色彩、照明有著密切聯系。由于材料本身的原色對光的吸收和反射率不同，反射率決定了在給定照度下表面的亮度，雕塑的材料種類多樣，對于反射性能好的表面，反射率越高，給定照度下的亮度越高；相反，反射率低的材料要達到相同的亮度，則需要較高的照度。一般雕塑材料為石材類和金屬類，石材類包括花崗巖、大理石、砂巖等；金屬類材料包括銅、不銹鋼等。每種材料對光的照射反應表現都不一樣，城市雕塑不同顏色和材料對應的光學特征如表1 所示。

表1 雕塑材料及其光學特性

1.2 光源照明的燈源選擇

雕塑夜景光源一般是照明光源，主要用于照明，是人類視覺可見光譜中的一種電光源；輻射光源是一種能輻射大量紫外線和紅外線的光源。綜合考慮光源色溫、顯色指數、發光效率、正常使用壽命等因素，如綠化帶植物景觀照明應首先選擇金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、熒光燈，顏色性能好、性能穩定的LED 白光燈和RGB 芯片燈等[6]。常用的夜景照明光源及其相關參數如表2 所示。

表2 夜景照明常用光源相關參數

考慮到城市雕塑場景的照明范圍，且光源的數量是影響是否能達到預期照明效果的關鍵因素之一，光源的數量與雕塑的具體尺寸、所需亮度有關：一般體量小的城市雕塑，所需光源的數量較少，結構復雜體量大的雕塑，需要較多的光源[7]。因此，傳統照明光源的顏色、壽命等的市場檢驗時間長，性能穩定性更高，且成本上下波動性較小，因此，結合表2 中不同傳統照明光源的自身特性，選擇具體的光源設備。

多種光線組合的照明方式在理想狀態下可滿足大多數雕塑的照明要求。采用這種照明方式后，通過計算射燈盞數來確定光源向某一方向的輻射光通量密度，式（1）表示雕塑立面所需的射光強度。

其中，E 是光源在立面上的垂直照度，L 和D 分別為投光燈的投射高度和與城市雕塑之間的距離，而α是立面上的入射角，可以表示為：

由此得出城市雕塑場景空間內需要安裝的光源和照明燈具數量為：

其中，參數I0為單個光源的發光強度，將式（1）的計算結果代入式（3）便可計算出具體的安裝數值。

1.3 確定照明燈具安裝位置和投射角度

在城市雕塑場景空間配置上，夜景照明要以城市雕塑場景空間的總體規劃為基礎，充分發揮城市雕塑各功能區的功能，努力實現照明燈具等設施的和諧統一。根據城市雕塑場景空間的縱橫比，結合城市雕塑的關鍵照明部位，確定城市雕塑燈桿高度。圖2 所示為具體的安裝過程。

圖2 空間寬高比對應雕塑重點照明部位示意

除照明燈具的安裝位置外，還應確定照明燈具的投影角度，以避免夜間照明時產生眩光。究其原因，不僅是有些光源太亮，還與光線對人眼的位置和角度有關。角度越小、眩光越強，光損失越大[8]。燈的布置仰角不能超過15°，燈的最大光強方向和垂直夾角不能超過65°。若設定光源位置較低，向四周照射的光線大致相同，則控制向上光通量比大于25%。

1.4 確定照明方式與照度

夜景中的城市雕塑應選擇合適的照明形式、光源、照明設置和規劃設計方案。在夜景中，城市雕塑的空間環境照明形式多種多樣，給人們帶來了不同的視覺和心理感受。通過研究總結，夜間照明大致可分為泛光照明、向上照明、向下照明、內部穿透照明和側面穿透照明[9]。其中光照法是直接用燈光照射雕塑的立面，可以展示全景造型的效果，普遍用于超大雕塑和建筑。使用提升照明可以減少陰影，多個雕塑和標志可以通過機械和風力控制移動。與向下照明相比，產生的光線更柔和，其光線是傘形投影，這是一種大型雕塑夜景照明。室內透光照明是指當雕塑內部被照亮時，光線從半透明材料中溢出，使雕塑夜景煥發光彩。該燈具只能用于特殊的雕塑材料，采用玻璃材料的燈具使光從外部透入，形成雕塑夜景觀。綜合性城市雕塑高度及光源安裝位置，選擇特定的照明方式。

城市雕塑的重點照度系數可以表示為：

其中，Bi和Bj分別表示基礎照明的亮度和聚光的亮度。綜合考慮城市雕塑的材料確定對應的照度值，如表3 所示。

表3 不同被照面材料的最佳照度值 lx

1.5 選擇夜景照明色調

城市雕塑夜景照明是由光、影、色等豐富的內容組成的。在照明中使用色光時，首先要考慮其色彩特性，并考慮其變化，把握色調的色彩空間[10]。

然而，在應用色光對比度時，需要考慮不同顏色的光強比是否與周圍環境相協調。靈活運用各種燈光色彩、燈光等手段，以達到不同夜景氛圍的目標效果。城市雕塑場景空間最常用的光源是介于冷光和暖光之間。雕塑立面大面積采光時，應選用淺不飽和色彩。當兩個光源在同一空間使用時，會產生不同的對比效果。光的顏色對比度越大，可以獲得亮度級別，也可以獲得光顏色級別。

1.6 合理運用光影關系

因為城市雕塑中有凸凹，所以在夜晚可以用光影來反映不同的視覺效果。優秀的城市雕塑夜景照明設計需要光影的完美結合。合理利用光影也是照明中隊照明應用的重要組成部分。由于光線被遮擋，物體在光線照射下形成的陰影稱為陰影，在日常照明中大致可分為投影、陰影和透射三種陰影[11]。光與像是相互矛盾的。光與像相互作用的意象基礎是辯證關系。光線越強，圖像越明顯。陰影的清晰度和與背景的對比度受光照強度的影響，光使物體產生投影，光的顏色可以從兩個方面產生圖像：圖像本身的顏色和環境的背景色。光的位置和方向以及陰影的成像介質改變了陰影的輪廓形狀。雕塑的輪廓線是通過光影的關系來表現的。光線角度的變化，即光線角度的不同，會產生各種物體的陰影形狀[12]。另外，通過光影的關系，可以形成空間形態的錯覺?？臻g反轉錯覺是指當光線照射到形體上時，后面的空間形狀和輪廓會產生正面或反作用的錯覺現象。一種是形狀透視反轉，另一種是凹凸空間反演。利用光與光、光影和空間視覺之間的關系來調整夜間的照明方式和位置。

1.7 分級控制

根據城市雕塑場景空間對光照強度、色溫、顯色性和節能的不同要求，實現了城市雕塑場景空間夜間照明的分級控制。調光器可以安裝在城市雕塑場景空間中。調光器采用復雜的場景布局系統，通過計算機控制器控制多條照明線路，并通過調光器中的傳感設備實時檢測外部環境的變化，從而控制和調整城市雕塑場景空間的適宜色溫和亮度。

城市雕塑是公共景觀中的一部分，夜間照明與節能環保密不可分，提倡綠色設計是一項長期計劃[13]。綜合分析雕塑作品的空間特征、文化特征、經濟特征等因素，使城市雕塑夜景照明以城市文化特色為基礎，為綠色照明提供依據。在城市雕塑景觀照明設計過程中，通過設置照明電源的功率限制，實現綠色節能控制。

2 應用效果測試實驗說明

為驗證夜景照明技術在城市雕塑場景空間照明中的使用成果，安排了應用效果測試實驗，分別從城市雕塑場景空間照明和節能照明兩個方面進行量化對比。

2.1 實驗場地和對象的選擇

此次實驗選取了某市中央公園雕塑場景空間作為測試對象，該中心公園總面積為116 公頃，其中雕塑場景空間以16 公頃左右的面積分布在中心公園的多個區域中。測試時，場地盡量避免其他光源的干擾，影響測試照明效果的準確性。選取測試點周圍環境盡可能空曠，不要讓周圍環境的反光影響雕塑，給實驗結果帶來誤差。

2.2 測量使用儀器

應用效果的量化測試指標設置為雕塑場景空間照度、照明面積及用電數據，因此需要分別準備照度計、照相機和電量采集器。儀器選用TES-1332A 型照度計，其具有量程大、分辨率高等優點。相機主要是用來輔助照度計測量和計算照明區域，電量采集器主要安裝在電源位置，通過電功率計算和數據采集得到最終測試結果。

2.3 應用效果測試過程

將準備好的測量儀器分別安裝在實驗場地的指定位置，并與主測量計算機相連。根據夜景照明技術的應用模式，確定具體的照明方案，安裝具體的照明設備。夜間照明系統能自動控制城市雕塑場景空間的夜景照明，并獲得相應的測量數據。

（1）照度值：以表3 結合式（4），經過實際光源的選擇，即可獲得照度值。

（2）照度均勻度：以立面上的入射角α為最小照度值約束，根據式（1）、式（4）獲取重點照度系數與單個光源的發光強度I0，獲取其與光源個數的比值，即可獲取照度均勻度=最小照度值/平均照度值。

（3）照明功率密度現行值：指在達到規定的照度值情況下，每平方米所需要的照明燈的功率，在光源和照明燈具數量n 的約束下，使用電量采集器獲取過電功率計算和數據采集得到最終測試結果。其中，亮度比的計算方法是雕塑照明照度與背景亮度之間的比值，在背景不變的情況下，照度值越大對應的亮度比越大，越可能發生眩光現象。通過亮度比最大門限值的設置，可以判斷當前的照明方案是否發生眩光情況。

為了形成實驗對比，在實驗中設置了一個對照組，即不采用夜景照明技術的城市雕塑場景照明方案，并利用準備好的設備得到了相應的定量測試結果。

2.4 測試結果分析

設置對象與背景的亮度比最大門限值，通過讀取設備中的相關數據，得出應用效果實驗的測試結果（表4）。

表4 應用效果測試對比數據

表4 中的照度均勻性是雕塑照明區域內最亮照度與最暗照度之比，該值越小，均勻性越好。通過表4 中的定量比較結果可以看出，夜景照明技術的應用可以有效節約城市雕塑場景空間的照明電耗，實現照明節能，優化照明均勻性，避免眩光現象，因此照明效果較好。

3 結束語

夜景照明是建筑與美術的巧妙結合，是對城市雕塑場景空間的再美化。根據城市雕塑的文化背景、歷史沿革和結構特點，運用夜景照明和燈光控制技術，優化城市雕塑場景空間的夜間照明效果，節能減排，為當地居民提供夜間視覺享受，也為能源可持續發展助力。