上海石油馆建筑景观照明设计研究2.docx
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上海石油馆建筑景观照明设计研究2
上海石油馆建筑景观照明设计研究
（2）
3.2异形PC板LED照明方式研究
3.2.1光源形式的确定
石油馆建筑景观照明的创意设计决定了景观照明的方式，即采用从异形PC板内部设置光源的方式进行内透光照明。
但是照明方式的确定并不等于光源形式的确定，光源形式的选择还需要根据异形PC板内透光形式的特点，综合比较多方面的因素来确定。
目前，用于景观照明的光源品种繁多，各具特色，霓虹灯、HID、荧光灯等光源以其不同的优势在景观照明中各自占有一席之地。
通过多方面因素的研究和论证，最后确定采用LED作为石油馆建筑景观照明的光源。
景观照明常用光源主要特性比较表
光源名称
霓虹灯
高压钠灯
金属卤化物灯
LED
光效lm/W
60～80
84～150
80～120
60～80
平均寿命h
10000
12000～32000
12000
50000
功率因数
0.5～0.6
0.4～0.5
0.4～0.5
0.8～0.9
显色指数Ra
20～25
65～85
65～85
启动标定时间
瞬时
4～8
4～8分
瞬时
再启动时间
瞬时
10～20分
10～15分
瞬时
频闪效应
明显
明显
明显
无
表面亮度
较大
大
大
较大
色彩
较丰富
单一
较少
丰富
耐震性能
差
好
较好
好
所需附件
镇流器
镇流器、触发器
镇流器、触发器
开关电源
体积
较大
大
大
小
动感
较强
无
无
强
编程控制
可
不可
不可
可
LED光源具有体积小、耗电省、亮度高、寿命长、色彩丰富、节能环保、响应时间短、可编程控制等特征，这些特征决定了它是代替各种传统光源实现石油馆建筑景观照明设计效果最理想的选择。
3.2.2像素点数及功率匹配
作为显示视频动画的LED灯屏，像素点的数量决定了其分辨率。
一般的LED显示屏是在屏幕上满布LED像素点光源，光源直接面对观察者的视线，所以具有较高的表面亮度和画面分辨率。
石油馆建筑景观照明的LED点光源是安装在异形PC板的背后，同时由于用电负荷的限制，作为独立像素的LED点光源之间需要留有一定的间距。
这样，无论是PC板的表面亮度还是画面分辨率都将受此影响，与LED显示屏的视频效果显然不可相提并论。
即使是采用大功率LED光源的水立方建筑景观照明，也只能从一定程度上满足照明色彩、动画等方面的要求，但是构图比较简单，无法形成视频动画。
显示小鱼在水立方中嬉戏场景的设计，足足花去了研究团队整整6个月的时间，“我们几乎把能够想到的办法都用过了，始终也无法解决问题”（设计人员如是说），直至确定了在南立面装设2000㎡的LED点阵显示屏，才使得这条小鱼能够在水立方这座大型建筑里游弋。
而甲方的要求就是在现有条件下，实现较高质量的视频效果。
因此，我们必须在像素点数与功率匹配方面深入研究，使得在限定用电功率的情况下，最合理地设置LED光源的像素点数，最大限度地发挥光源的功能效果。
3.2.2.1负荷150kW的像素点数
根据甲方最初对于石油馆建筑景观照明用电量不超过150kW的意见，我公司分别采用了每个单元格（即每个异形PC板壳体）排布相应功率的9、25、36个LED点光源（像素点）的三种方式，各种方式与功率匹配的计算和试验情况如下：
（1）9像素点布灯方式
布灯方式：
每个单元（异形PC板壳体）采用9块LED光源安装板，每块板规格为：
180mm×180mm。
每颗（RGB）LED光源为0.75W，光源间距150mm，每四颗为一个灯具（即像素点），单元总数为4860
每块板上的光源数量为：
4颗/每像素点×9组=36颗
每个单元功率为：
4颗×0.75W×9块=27W
系统总功率为：
27W×4860=131.22kW。
模拟实验测试效果：
结论：
色彩较均匀；由于实际画面几乎没有全白色，所以可以推断，实际运行功率不会超过系统满负荷功率131kW的三分之二。
（2）25像素点布灯方式
布灯方式：
每个单元（异形PC板壳体）采用25个像素控制点，每颗（RGB）LED光源为1.5W，单元总数为4860
每块板上的光源数量为25颗，每个单元功率为：
1.5W×25颗=37.5W
系统总功率为：
37.5W×4860=182.25kW。
模拟实验测试效果
（3）36像素点布灯方式
布灯方式：
每个单元（异形PC板壳体）采用36个像素控制点，每颗（RGB）LED光源为0.75W，单元总数为4860
每块板上的光源数量为36颗，每个单元功率为：
0.75W×36颗=27W
系统总功率为：
27W×4860=131.22kW。
为了解决PC板造型间相互叠加部位灯光有暗区的问题，在骨架上做出修改，以提高重叠区亮度。
3.2.2.2负荷250kW的布灯方式
为了进一步提高显示效果，经甲方研究决定，将用电功率从限制在150kW以下提高到250kW。
在此基础上，我们又做了反复试验，确定了64像素点的布灯方式。
RGB三合一贴片LED在PC外壳内，可放置64颗光源，以8×8=64点进行分布，像素点之间的距离为12—13厘米，与板材垂直距离约16厘米，理论上白平衡单灯功率为1.06W，总功率为316KW，实际运行中，实测单灯功率为0.8W，实测总功率约为253KW。
如图：
3.2.3异形PC板光源位置与排列方式研究
3.2.3.1光源位置的研究
所谓光源位置是指LED点光源（像素点）排列时平行于PC板曲面的相互之间距离以及垂直于PC板曲面之间的距离。
二者相互结合，直接决定了PC板视频分辨率、亮度和均匀度的指标。
其中像素点之间的距离与像素点的数量相关，随着像素点数量的不同而变化；而像素点与PC板之间的垂直距离则与LED点光源的发光角和功率有着直接的关系。
为了寻找在分辨率、亮度和均匀度综合效果最佳时的光源位置，我们对两个距离进行了不同组合试验，取得了相关的测试结果。
（1）像素点数及其间距关系
如上所述，像素点之间的距离与像素点的数量相关，不同的像素点数量其间距各不相同。
（2）像素点与异形PC板垂直距离测试
各像素点垂直于PC板曲面之间的距离（灯板间距）与LED点光源的发光角度和功率有着直接的关系。
测试目的：
形成圆形相切的高亮度像素点。
灯具直径100mm，RGB光源。
距离面板200mm的效果
距离面板500mm的效果
结论：
经过测试，大功率LED只适合用来表现像素点的图形，板面其它部位有明显黑区，因而无法做到使整个PC板造型通体照亮，如果光源与面板距离拉大到超过200mm，便形成重合的像素点，就无法完美地表现视频图形。
3.2.3.2光源排列方式的研究
异形PC板的特殊形状，使得LED光源的排列方式成为又一个十分复杂的问题。
LED光源的空间排列方式不仅关系到安装施工工艺是否合理方便，更是直接关系到LED光源的混光效果，影响到视频的分辨率。
为此，我们进行了多种方式的LED光源排列试验。
（1）平面排列
目的：
更好地表现视频图形，且安装方便快捷。
测试效果：
结论：
左边为平面排列的光源，并且有明显颜色的变化。
右边为平面排列光源透过PC板后显示的效果，由于光源与面板的距离过大，造成空间光混，因而没有明显的颜色变化，这样一来原设计要表达的视频图形是无法实现的。
（2）阶梯排列
目的：
总结平面排列的经验，为了提高亮度，拉近光源与面板距离，并且让每个光源都正对前方，以便更准确的显示视频图形。
测试效果：
结论：
与平面排列相比，可以出现明暗颜色区分，但不够明显，颜色不够纯正，原因是每个阶梯上的光源与面板的距离不等而造成。
当图形需要有黑区出现时，此排列方式显示的黑区不够明显。
（3）弧形排列
A排列：
目的：
总结阶梯排列方式的测试结果，将光源与弧形面板平行排列，如图，使得光的分布均匀变化一致。
B排列：
目的：
由于A排列方式存在光源数量横向与竖向不等的问题，使得视频点阵无法排列，因而演变出B排列方式（如下图），保证了横向与竖向的点数相同。
单蓝色测试效果：
单绿色测试效果
多色测试效果：
黑区测试效果：
结论：
弧形排列方式可以比较清晰地将视频图形表现出来，色彩鲜明，对比明显。
为了保证模块横向竖向都可进行弯曲排列，并保证其防水性能，计划开发LED点阵模块，灯罩为PC材料，规格为60mmX60mmX13mm,光源数量36颗，数据线为屏蔽线。
小功率LED排列测试——弧形大板96瓦排列：
目的：
由于弧形B排列中的光源每个单元的功率为288瓦X5600个=1612.8千瓦，总功率过高，因此衍生出如下图所示排列形式，总功率可减少三分之一，约为537.6千瓦。
结论：
弧形排列方式可以比较清晰的将视频图形表现出来，色彩鲜明，对比度明显。
为了保证模块横向竖向都可进行弯曲排列，并保证其防水性能，计划开发LED点阵模块。
灯光排布方式的初步确定。
经过试验后受总功率及亮度与图像显示要求的影响，初步确定了灯光在PC板造型内的布点方式。
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