本案例为2012中照奖工程设计奖（街区、单体）一等奖作品

　　国家游泳中心“水立方”是北京2008年奥运会标志性建筑物之一，位于北京奥林匹克公园内，建筑平面为177m×177 m的正方形，四周环绕4m~8 m的护城河，建筑高度31 m。“水立方”与北京中轴线另一侧的国家体育场(鸟巢)遥相呼应，形成了相互共生的独特景观。

　　“水立方”有着独特的结构，其屋盖和墙体的内外表面均覆以ETFE气枕，气枕总面积达10万㎡，是世界上最大的ETFE工程，同时也成为单个气枕最大、拥有内、外两层气枕结构的独一无二的建筑物。ETFE气枕不仅在视觉效果上充分满足了建筑美学对水的形态——泡沫状态下的水分子结构的表达，同时也最大限度的配合了主体钢结构“泡沫”结构系统的设计。同时，每个气枕均由三到五层ETFE膜材组成，膜材上镀有银点，起到隔热保温和改善采光的作用。

　　“水立方”景观照明始终贯彻“水立方”的建筑设计理念，并在满足表现建筑特色基础上取得与周围建筑物及环境的协调。水立方景观照明是以水为主题，蓝色为主色系的基本场景模式，整个水立方立面整体被有序均匀照亮，强调表达水立方的完整性和统一性，立面和屋顶的照明在亮度和颜色上过渡均匀自然。

　　“水立方”景观照明设计旨在通过“水立方”建筑物立面照明对水的设计创意形象化和艺术化，设有基本场景和庆典场景两种场景模式。基本场景模式以亮度适宜的水蓝色为主色调，整个“水立方”外表面被均匀有序的照亮，犹如水体或冰块般整体感和纯净感，强调表达“水立方”立面的完整性和统一性，同时通过灯光设计还可赋予“水立方”一种海水波澜般的动态感，色彩仍以热带海蓝色为主体，向同色系的其它颜色进行变换和过渡。庆典场景模式可适应不同的庆典活动，使“水立方”显现出不同的情景，动感水波也可以从海蓝色主题转变成其他色系，五彩斑斓的色系，包括纯粹的红色，经调和的橙色，绿色和紫色等，通过图案和色彩的变化可模拟水波荡漾、水泡升腾、金色游弋穿梭等神奇的变幻影像。为配合各项活动的需要，南立面设置了LED显示屏，可呈现文字信息、海底世界、比赛大厅实况及文体宣传等动态视频图象。

　　考虑到ETFE膜的光学特性与膜形态的不规则性，以及赛时对比赛的干扰等问题，经过反复的现场实验与计算机模拟，确定采用“空腔内透光照明方式”，即在固定外层气枕的钢结构内侧安装灯具向外侧投射的照明方式。屋顶和4个立面均采用RGB型LED灯具，立面上的灯具沿固定外部气枕的钢结构框架内侧布置，屋顶上的灯具固定在屋顶气枕空腔内的钢结构上，均属内透光照明方式。南立面的LED显示屏采用透明线性结构，悬挂于气枕空腔内部上方的钢结构上。在工程实施过程中始终贯彻“水立方”的建筑设计理念，采用变化亮度、颜色等手段来体现“水”的形态和色彩。

　　整个“水立方”的景观照明面积为5万m2，共采用LED灯具3.7万套，LED光源44.7万颗。其中，立面照明采用LED 光源19.8万颗，顶部照明采用LED光源 24.9万颗，像素组成为2蓝1红1绿(即RGBB)。“水立方”的景观照明采用了大功率LED(单颗1W)光源，由于LED自身发光的色彩饱和度高，光的方向性强且易于控制，可在线编程，并进行瞬时场景变换。LED光源色彩丰富，利用三基色原理，可形成256×256×256种颜色。

　　“水立方”南立面显示屏总面积为2100m2，安装高度1m ~25m，采用0.06w LED光源 660万颗，像素组成8红4绿3蓝(满足D65标准白场)，像素点间距纵向60mm、横向80mm，点阵屏可形成8192×8192×8192种颜色。

　　经实测，在LED额定工作电流下,“水立方”四个立面在白场模式下的平均亮度达到10.09 cd/ m2，纯蓝色模式下的平均亮度达到4.53cd/m ，红色模式下的平均亮度达到4.92 cd/m ，湖蓝色模式下的平均亮度达到5.99 cd/m ，绿色模式下的平均亮度达到5.70 cd/m ;顶部的相应指标为7.87 cd/ m2、2.12 cd/ m2、3.28 cd/ m2、3.55 cd/ m2和3.22 cd/ m2，完全满足平常和重大节日或活动时的亮度指标的要求。

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　　“水立方”在2008年LED景观照明安装调试完成后和使用至2012年约5000小时后，对东立面亮度进行了测量，平均亮度(cd/m2)为：

　　　　　　　　白色　　红色　　蓝色　　绿色

　　2008.8　　 14.46 　　4.52　　4.94　　 5.67

　　2012.3　　 13.52　　 4.44 　　4.66 　　5.60

　　检测结果表明，经过三年多时间的使用，亮度降低很少，光通维持率达到了标准规定值，证实LED首次用于大规模景观照明取得了良好的效果。

　　2、照明设计理念、方法等的创新点：

　　(1)“水立方”采用了ETFE膜材料和气枕的光学性能与普通材料有很大差异，通过对ETFE单层和多层膜的光谱透射和反射特性的研究，给出了不同区域气枕的光学性能，对合理确定用灯数量提供了依据;

　　(2)通过对LED透过单层及多层膜的光场分布的实验研究，获得了LED、透镜及透过膜材料的光分布数据，为照明设计提供了依据;

　　(3)通过对LED及 ETFE膜材料颜色性能的研究，结合照明效果的要求，设置了2蓝1绿1红的芯片配比方案;

　　(4)提出了“空腔内透光照明方式”，采用LED产品，实现了预期的照明效果。

　　(5)利用计算机模拟技术进行LED产品光学性能优化设计，实现了特殊配光的要求。

　　(6)利用计算机模拟技术优化照明设计，在使用最少照明功率的情况下实现了照明效果。

　　计算结果与检测平均亮度对比

　　从结果可以看出通过计算机模拟获得结果与水立方实体照明检测所获得结果基本吻合。从而进一步证明了本方法的有效性，这也将必然对未来相似结构的照明设计提供了重要的技术参考。

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　　3、照明设计中节能措施：

　　设计理念节能：采用空腔内透光照明方式，可按模式要求实现场景变换的效果。

　　产品节能：采用LED产品，并通过计算机辅助设计，优化LED灯具光学设计，满足配光和颜色的性能要求。

　　设计方法节能：通过计算机辅助设计，优化LED灯具的安装位置，严格控制照明功率密度，降低照明总功率，应用最少数量的灯具实现照明效果。

　　“水立方”采用最节能、最环保的照明模式。水立方景观照明功率密度平均值为9.5W/m2，亮度能达到9.6 cd/m2左右。建议取消，计入电源驱动消耗实际安装功率密度达到12.98W/m2。在工程中实际安装的LED光源共计447528颗，3.7万套LED照明灯具，实际运行功率不足400 kW，按照每天照明4小时计算，用电量不到1600kWh，比传统光源节能64%。

　　另外，LED还具有寿命长的特点，在运行过程中还可节省大量的维护和更换照明

　　设备的费用。同时在照明效果上，LED还可以实现色彩丰富的瞬变场景，营造变幻莫测的光影奇观。

　　4、设计中使用了哪些新技术、新材料、新设备、新工艺：

　　1、用于“水立方”的LED灯具，通过采用经专门光学设计的不同焦距的透镜和灯具内的LED模组的倾斜角度的变化，可实现灯具的各种不同光强分布的变化，可满足“水立方”复杂多样气枕景观照明的需求，降低了照明安装功率，实现了照明节能。

　　2、根据“水立方”LED景观照明灯具的光强分布和气枕ETFE膜材的光学性能，通过功能强大的计算软件，准确模拟计算出“水立方”LED景观照明的光学参数，采用monte carlo 方法，优化LED光学设计，提高了产品性能，使实际物体与仿真结果中的光分布强度一致，最终实现“水立方”预期的景观照明效果。

　　5、照明设计中使用了那些环保安全措施：

　　环保方面：

　　1、选用寿命长质量佳的灯具及光源，结合合理的控制系统应用，降低长时间运行的损坏率及更换率，节约运营成本。

　　2、经专门光学设计LED的灯具配光，在满足照明效果的同时，避免对室内外环境产生光污染。

　　3、选用色彩丰富、亮度即时可调的LED光源，降低运行功率损耗。

　　安全方面：

　　1、灯具的输入电压为24V电压，对人不会造成直接的伤害，保证了观众和客人的安全。

　　2、灯具供电回路设有30mA漏电保护，一旦发生短路会自动切断电路，满足安全的要求。