与传统光源相比，LED光源具有节能、长寿命、环保、安全、响应快、可靠性高、维护少、体积小、重量轻等一系列独特的优点，目前已成为最有发展前景的第四代光源。我国科技部于2003年6月联合信息产业部等17家部委和地方政府启动了中国国家半导体照明工程，2004、2005两年即投入了8000万元科研经费用于LED研究[1]。

　　作为中国的第四个直辖市，重庆市也成立了 重庆市LED照明研发与产业化联盟、重庆市LED照明生产力促进中心，举办了2004年首届重庆市LED照明论坛、2005年重庆市首届大学生LED创新设计大赛等一系列活动。今后政府每年将投入数百万的资金用于LED技术研发。

　　本文介绍的重庆科技服务大厦外立面照明，是重庆市的第一个LED照明示范项目，本项目的目的是希望在城市夜景照明项目中推广使用LED，达到节能、环保的目的，同时，鼓励新的LED照明技术及控制系统的研发，形成自主知识产权。

　　在该项目中使用了复杂的控制系统，使之比常规照明方式具有更多的灵活性和可变性。该项目的成功可有效地推动我市半导体照明技术进步与产业化进程。

　　一. 建筑概况

　　位置：重庆科技服务大厦位于重庆江北区新溉路段与往江北机场路交叉口附近，为一幢18层的高层办公建筑，建筑风格整体简洁、明快、现代，立面以玻璃幕墙为主，建筑外立面照明的载体条件良好。

　　周边条件：大厦周边建筑多较低矮，只有少量为高层建筑，且距离较远，大厦视野开阔。由于处在新开发区，因此，大厦周边夜间环境亮度很低，非常适合采用LED照明。由于它是该地块唯一的一幢高层建筑，从各个方向来看，都很突出。从视线分析的结果来看，应对其所有立面进行照明处理，其中，北、南立面更为重要。

　　二. 设计要求[2]

　　1、使用以LED为主的高新照明技术，展现出重庆科技服务大厦所特有的时代性、创新性、高科技化，同时反映出地域文化特征;突出强调科技大厦在此片区中的重要地位，成为新的重要的地标建筑;

　　2、利用LED色彩变化多、响应快的特点，用LED在建筑立面上组合出各种图案，增强照明的趣味性和空间的层次感;与此同时，尝试运用复杂的画面控制系统，使建筑夜景画面更加丰富;

　　3、设计方案充分考虑节能、环保以及工程成本;

　　4、通过项目开发出具有自主知识产权的LED灯具及智能控制产品，帮助本地企业发展LED产业。

　　三、照明方案设计

　　作为重庆市的LED照明示范工程，此次设计经历了一个漫长的设计周期。反复讨论、不断修改，才使方案最终定稿，由于在实施中涉及到一些技术问题，因此，最初的方案设计与实施方案有一定差异。下面，我们将对方案进行简要介绍。为节省篇幅，我们仅对最主要的北立面进行介绍。

　　北立面照明设计大体上分为五部分：位于立面中央的隐框玻璃幕墙照明、楼身的显框玻璃幕墙照明、顶部玻璃穹顶照明、顶部标志照明、建筑底层照明(见图一)。

　　图一 北立面灯具布置图

　　(1)隐框玻璃幕墙照明

　　LED点光源大屏幕

　　从我国目前的城市夜景建设方式来看，通常都由政府或业主投入资金进行建设，这是一笔很大的开支，而建成后每年的维护运行费也是个不小的数字。对于业主方来说，是只有投入没有产出的项目。因此，在本项目中，我们最初的设想是试图让投资方从夜景建设中获得投资回报 [3]：在12~16层间的幕墙上，设计了一个由全彩LED点光源组成的大屏幕，与常见的室外大屏幕不同的是，它由设置在玻璃幕墙外的LED点状光带构成，每层四条，形成了数个1616的LED点阵[4]，可根据程序变化来动态地展示不同的广告画面(见图二)，价格远远低于常规的大屏幕。光带的设置避开了窗扇开启部位，但支架对室内视线有一定的影响。

　　由于投资方可以通过发布广告来赚取利润，其收益远高于投资，因此，这一想法得到了业主方的支持。但在讨论具体施工方案时却发现，为解决大屏幕对室内视线遮挡问题所付出的代价过高，因此只能忍痛放弃。但通过这次方案尝试，我们找到了影响大屏幕可行性和决定施工成本的主要因素所处建筑立面的材质及安装方式：如屏幕背景为点接式玻璃幕墙，灯具可安装在连接件处(室内)，不需额外的支架，成本较低，且维护方便，但室内灯光会对大屏幕产生干扰;如背景为带状玻璃幕墙，则灯具必须外装。这样就涉及到开窗问题，必须制作悬臂较大的支架以保证窗户的开启。同时还必须考虑支架及灯具对视线的遮挡问题;如背景为实墙面，则灯具可直接安装在墙面上，成本最低，且由于无杂散光干扰，画面效果最好。因此，尽管本次设计由于客观条件限制，无法实现我们的设想，但从成本分析来看，如果有足够的实墙面作背景，这一想法是完全可以实现的。

　　图二 LED大屏幕构想

　　LED点光源照明

　　在隐框玻璃幕墙上，设置了两组5W/只的彩色LED点光源， 可配合音乐产生跳动和图案变化，用于烘托节日气氛。 在南立面的相应位置上，我们将LED点光源换成了自主研发的新型LED流彩灯， LED流彩灯的色彩饱满、明亮，可实现多种动态变化组合，这是常规流彩灯和爆光灯管难以实现的。

　　LED线光源照明

　　在最初的方案设计中，为配合时间变化，在幕墙内每层楼梯间的檐口位置，装设了21W T5荧光灯，当幕墙上的LED灯具全部关闭时开启，以形成简洁的内透光效果(见图三)。但由于取消了建筑顶层的大屏幕设计，而甲方对可显示画面的大屏幕方案非常认可，因此，将这部分照明方式改为了LED点光源设计，试图在此处形成一个点数较稀疏的大屏幕。从实施的效果来看，尽管画面的精度和复杂程度远无法与顶部原设计的大屏幕相比，但仍可动态地显示一些简单的数字和图案。

　　图三 内透光效果

　　(2)显框玻璃幕墙照明

　　在这一部位，设置了LED线状灯具，没有按常规采用同一规格的灯具，而是采用渐变的形式，选用了长度分别为300mm、600mm、900mm，功率分别为10W、15 W、20 W的LED灯具，消除了均匀设置线状灯具所产生的单调感，使画面显得疏密有致，更加富于变化和生动。由于整个系统的智能控制系统由我们自主开发设计，因此，此处每一支LED线状灯具均被分为四段控制，可更自由地实现图案变化，这也是本项目的创新之一。

　　(3)顶部玻璃穹顶照明

　　构思来源于星辰满布的星空图，为了突出顶部星空的效果，在用灯上，选用了20W的LED 点光源，而建筑其它部位的LED点光源的功率则较小，为5W，以保证顶部星空有更高的亮度。

　　(4)顶部标志照明

　　电梯机房泛光照明

　　在屋顶上设置了68盏60W的LED投光灯对顶部电梯机房各面进行泛光照明，可根据季节产生不同色彩变化。如春、夏、秋、冬分别用绿、蓝、黄、红色来表现。灯具内的控制元件由我们自行设计、制作。

　　标志照明

　　顶部的标志照明在城市夜空中最为醒目。标志牌采用自发光照明，采用微机控制可实现徽标的各种色彩、动作变化，其控制系统的复杂程度甚至超过了整幢建筑的外立面照明控制系统。避雷针的照明采用100W极窄配光的LED投光灯重点照明，为了提高亮度，在避雷针上涂有发光涂料(图四)。

　　图四 顶部可变幻色彩的标志照明

　　(5)控制系统

　　本项目在控制系统的设计上，目前在国内属领先水平。新开发的控制系统主要具有以下特点[5]：

　　A、实现了夜景照明中点对点的通信;

　　B、实现夜景照明中色彩的的灰度等级变化;

　　C、实现了效果的软件画面编辑、实时通信;

　　D、实现了与楼宇智能控制系统的接口配合;

　　E、消除了目前夜景照明控制系统中常见的一灯坏一片灭的弊端。

　　本灯光控制系统是一个基于RS485通信技术的现场总线，主要包括：系统构架设计、通信协议设计、软件构架设计的三个关键方面。

　　从硬件上来看，属于在总线上外挂各类类别控制器，并由主控统一管理的主从式总线型夜景控制系统。包括主控层、通信层、及LED灯具层，系统层次结构如表一所示。

表一 系统逻辑层次结构图

　　从软件上来，可看分为三层：界面交互层、数据处理层、数据传输层。在模型中，界面交互层为友好的主人机交互界面，它向用户提供整个系统的运行情况、控制器的运行情况、灯光效果编辑、系统参数的设定。数据处理层是交互层和传输层的桥梁，该层根据上层的设定，进行相关数据信息的处理，并将下层反馈数据进行处理后传送到交互层。传输层将通过数据协议，组织成帧、打包，通过通信物理层发送给主控制器，并继续将数据分配。

　　四、结　语

　　由于整个夜景系统由我们自主设计、研发、制作，因此，节约了大量的成本：在项目初期，我们曾进行过成本测算由于项目的控制系统相当复杂，如果采用直接购买成品的方式，仅控制系统一项，即要花费约200万元。因此，从经济性来看，是不可行的。而通过一年多的艰苦研发，我们开发出了目前的控制系统，其性能已完全达到了设计要求，可替代国外同类产品，且价格优势非常明显。同时，为保证LED的稳定性及与系统的匹配性，项目所有LED灯具的组装均由我们自行完成，解决了光源散热问题，延长了LED光源的寿命，系统更加稳定。因此，从LED灯具的质量和价格来看，都大大优于国内同类产品。

　　本项目最终总投资为200万元人民币，远低于国内同类项目的投资。同时，尽管作为示范项目，使用了五大类不同功率、不同形式、共2146套LED灯具，而整幢大楼的夜景照明系统(包括顶部标志)的总用电负荷却仅为10个千瓦，仅相当于一幢普通住宅楼顶部泛光照明的用电负荷。

　　因此，从经济、节能、提高自主创新能力等角度来看，本项目无疑是非常成功的。

　　此外，通过本项目的实践和摸索，我们开发出了新的LED流彩灯，并形成了一条生产线，为本市LED产业化和LED产品本土化提供了示范。我们相信，通过这个项目的实施，将会对本地LED产业的发展起到积极的推动作用。

　　在2005年度重庆市优秀夜景照明工程项目的评选中，本项目被评为重庆市夜景八大精品项目之一。

　　参考文献：

　　[1]重庆大学半导体照明工程研究中心，重庆大学半导体照明工程发展研究思路[R]，2005年2月：1~7.

　　[2]严永红、王丹等，重庆科技服务大厦外立面照明设计方案文本[R]，2004年8月：1~10.

　　[3]Yonghong Yan, Tang G. Lee, Zhiyong Zhang, Exterior Lighting Design of Chongqing Science & Technology Department Building[J], China Illuminating Engineering Journal, 2005,(1): 75~78.

　　[4]严永红、何宏光等，文学化叙事手法在夜景设计中的运用，重庆建筑大学学报[J]，2006，(2)：14~16.

　　[5] 郭秋东、严永红，基于RS-485总线LED立面照明智能控制系统，2006年中国照明学会青年学术论坛半导体(LED)照明设计与应用论文集[R]，2006，3：73~76.

　　本文作者严永红简介：

　　中国照明学会理事、重庆土木学会常务理事(建筑物理专委会主任)、重庆照明学会常务理事、《灯与照明》杂志副主任编委、北美建筑技术教育者协会会员、北美照明学会会员等。

　　曾获重庆市优秀规划设计奖、重庆市科委/教委/市政委设计创意奖、重庆市2006年夜景八大精品、河南省教育厅优秀论文奖等。

　　主持国家自然科学基金面上项目一项(基于光生物效应的教室健康照明研究，项目号：50478066)，主持重庆市自然科学基金(基于LEED标准的模块式生态屋面关键技术研究，项目号：CSTC2006BB7133)、重庆市科技攻关重大项目专项(重庆LED景观照明示范工程建设，项目号：CSTC2005AA4006-C4)等十余项。

　　作为评审专家，参与了重庆市地方规范《道路照明设施维护技术规范DB50/T233-2006、《城市夜景照明技术规范》DB50/T234-2006的评审工作。多次参与国内多个城市重大夜景建设项目的评审工作，并受邀担任部分重点项目的照明顾问。

　　在《建筑学报》、《新建筑》、《照明工程学报》等学术刊物上发表论文近50篇，参编我国普通高等教育十一五重点规划教材两本。

　　参与中国科学院院士咨询评议项目重视发展现代建筑技术科学、中国照明学会我国城市景观照明发展对策研究等项目。

　　参与工程实践，作为项目负责人，完成建筑设计、大型室内设计、景观设计三十余项，完成城市夜景照明规划十余项，完成重点单体照明、大型室内照明设计数十项。多次接受政府部门或学术机构的邀请在北京、上海、杭州、西安、广州等地对本人所完成的城市夜景照明规划项目及建筑照明设计作品进行介绍。

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