案例

【2012中照奖作品】丹东鸭绿江大桥灯光

中国照明学会 2012-06-27 359

摘要:丹东鸭绿江大桥横跨中国界河鸭绿江之上,是中朝两国共用的国际性公铁两用桥梁,始建于1937年4月。整个桥体为钢结构,全长约943米,中方段桥长565米,朝方段桥长378米。世界瞩目的1950年抗美援朝战争,中国人民志愿军为了保家卫国,就是通过这座大桥,雄赳赳气昂昂,跨过了鸭绿江。

本案例为2012中照奖工程设计奖(道路、桥梁)二等奖作品

  丹东鸭绿江大桥横跨中国界河鸭绿江之上,是中朝两国共用的国际性公铁两用桥梁,始建于1937年4月。整个桥体为钢结构,全长约943米,中方段桥长565米,朝方段桥长378米。世界瞩目的1950年抗美援朝战争,中国人民志愿军为了保家卫国,就是通过这座大桥,雄赳赳气昂昂,跨过了鸭绿江。

  为进一步美化城市,提升祖国边境城市的国际形象,并使鸭绿江大桥作为丹东市地标性一大灯光景观,2008年4月,丹东市政府经国家有关部门批准,拟对此桥进行整体灯光亮化工程改造,本次工程改造将朝鲜段也包括在内,整个投资均由中方承担。丹东市政府委托丹东市城乡建设委员会,面向全社会发布了“鸭绿江大桥灯光亮化工程设计方案及施工”的公开竞争性招标公告。在与深圳、北京、上海等国内强势的灯光照明设计施工单位的激烈投标竞争中,我单位-辽宁省装饰工程总公司(辽宁省装饰工程设计院)的大桥灯光设计方案一举中标。

  大桥灯光亮化整体工程分两期进行,一期工程于2009年7月开工,9月竣工,投资600万人民币,主要灯光内容有:大桥桥墩泛光照明,大桥桥体两侧X型钢梁的大功率LED投光染色灯的动态灯光渲演,大桥顶部中方侧四座斜峰悬梁的泛光照明。二期工程于2009年10月施工,12月竣工,工程造价467万人民币,主要灯光内容:采用特制的三基色LED数码条屏灯进行大桥的轮廓勾边。

  由于鸭绿江大桥属于国际垮境大桥,根据中朝双方的要求,在灯光工程施工中,不能影响正常的铁路与公路的国际运输,市政府对该工程的灯光效果、施工质量、施工进度、特别是施工安全,要求的非常严格。我总公司考虑到现场施工及管理等诸多因素,决定由总公司驻丹东分公司-丹东辽装照明工程有限公司负责组织施工,本人作为该项目的灯光设计总负责和现场施工技术总指挥,代表总公司及设计院对该项目进行全面负责与总控,如期、圆满、安全地完成了任务。

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  1、详细的照明技术指标(包括光源、灯具、功率、数量、用电量及照明效果):

  a.桥体两侧每一X型交叉钢梁设为一个灯具表演模组,每一灯具模组由4套大功率五原色LED数码染色投光灯及1套三基色LED数码方形发光板组成,四套染色投光灯分别安装在交叉钢梁的四个末端,集中向X钢梁中心处射光,将彩色光束扫向X钢梁的外表面,使X钢梁表面着色,要求钢梁表面着色饱和度>85%;1套三基色LED数码方形发光板安装在X交叉钢梁中心,与四套染色投光灯形成一个单元组的灯光表演模数。

  为达到大桥的灯光设计效果要求,我们与深圳LED生产制造单位联合研制了一种特殊的、以色彩染色为主要功能的、超窄光束五原色大功率LED数码染色投光灯,灯具光源选用美国科锐LED-3W灯珠。为严格控制染色投光灯的光束角,避免灯具的余光溢到大桥内侧,在每个灯珠上均配有光学聚光透镜,灯具外壳尺寸为300X300X250mm方体型,外体颜色与大桥桥体颜色一致(深灰色),灯具要求防腐、防水、防潮、抗震及便于维修与更换,每套灯具单色工作功率为18W,混色工作功率为54W(本工程仅为单色工作,混色工作是为今后可拓展性的其它灯光表演时预留)。大桥X型钢梁组总计204组(桥体双侧两面),五原色大功率LED数码染色投光灯总计816套,总工作用电量为16.32KW(计算容量)。

  位于X型交叉钢梁中心处的三基色LED数码方形发光板,与四套五原色大功率LED数码染色投光灯共同构成了大桥灯光动态表演的一个基本单元,如同我们的演员。方型发光板内设400粒RGB-LED点阵芯片,外型尺寸400X400X100正方形,现场为菱形安装,具有三防及抗震功能,工作容量为35W,总计204套,总容量为7.14KW。

  由X型钢梁组作为一个单元灯光表演模组,大桥单侧面共计102组,总长943 米,构成了一条灯光表演舞台幕墙,灯具如同演员,在主程序的控制下,伴随着悠扬的音乐旋律,翩翩起舞,做着各种动态的灯光表演。同时,在平时正常的动态灯光表演基础上,又增设了一场约16分钟的主题灯光表演秀。主题灯光表演共计四场,每场约四分钟:第一场:序曲- 碧波的鸭绿江;第二场:回忆-历史的追忆;第三场:开创-建设中的丹东;第四场:未来-辉煌的腾飞(在施工过程中,解说词内容由丹东市委宣传部略作调整)。整个灯光表演秀中,有主题音乐伴奏、飞机轰鸣与炸弹爆炸的音响特技、并配有男、女声解说,使人们更能深刻地理解主题灯光的表演含义,达到视觉与听觉的三维立体效果,具有独到的灯光立意,充分发挥了LED灯具这种多功能、多用途的广义性能(详见-鸭绿江大桥灯光表演秀方案脚本)。

  b.大桥桥墩灯光:大桥桥墩为钢筋混凝土结构,中方段为6个大桥墩,每个桥墩上边沿安装16套400W高压钠投光灯;朝方段为6个略小桥墩,每个桥墩上边沿安装14套400W高压钠投光灯,灯具总数为180套,总功率为72KW,灯具均为亚洲雷士系列,光源均为欧司朗品牌,为提高整体配电线路及供电的品质因数,要求所有灯具均配有电容补偿器。

  所有灯具均下射式将桥墩表面均匀打亮,经现场实际测量,大桥周围光环境较暗,通过计算,桥墩表面照度设定在120LX为宜,同时,要求灯具按本设计选择配光曲线,灯光效果达到晶莹剔透的金黄色效果。

  c.大桥顶部四处斜峰悬梁钢框架灯光:整个大桥顶部的四处斜峰悬梁(中方侧),是鸭绿江大桥的典型特点,选用金卤投光灯将大桥四处斜峰悬梁那高耸入云、挺拔壮观之气势打将出来,光源均选用冷色系(色温为5600K),将悬梁钢框架的主、次立柱及横梁,以光影结合的手法,显现出斜峰悬梁框架的立体感和金属质感。所选择的灯具容量及配光曲线均按设计要求进行(详见“丹东鸭绿江大桥灯光亮化工程设计施工图-灯光照明篇”图集)。金卤投光灯共计356套,其中:400W88套;250W64套;150W128套;70W76套,总功率为75.72KW。

  d.大桥LED轮廓勾边部分(二期工程):根据丹东市政府要求,鸭绿江大桥二期工程主要是进行大桥的轮廓LED勾边。为保证大桥原有的历史结构面貌不被勾边灯具所破坏,同时还应使勾边的LED线光灯具,将大桥那粗壮有力的轮廓勾勒出来。在二次补充设计中,根据上述要求,我们利用LED电子屏幕的原理,又设计了一种鸭绿江大桥专用的轮廓线性灯,既:三基色LED数码条屏灯。经与深圳LED生产制造单位共同研制与性能试验,最终达到了灯光设计效果及性能要求。该灯具每个长2000mm,宽250mm,厚度仅为14mm,其主要特点是:⑴独特的灯具结构设计理念:将灯具型体尽可能地融入到大桥的结构中,灯具的整体颜色与结构均与大桥相吻合,人们看到的不是单纯的灯具形状,而是两条如同桥体的铆固条板,不破坏大桥原有的结构面貌。⑵较高的抗震性能:因大桥整体为钢架梁结构,火车及汽车的通过率较高,桥体的自由震动较大,故,大桥上所有灯具的抗震性能是灯具的第一考核指标,灯具壳体采用优质轻体铝合金6063-T5,灯具安装采用专用抗震卡件式固定,卡件与灯体连接采用防自退基米镙丝(沉头),无需螺母背紧,并符合国家GB50556-2010 及 GB9899-1988(HG3080-1988)抗震工艺标准。⑶灯具的超薄性:因大桥轮廓勾边所需的条屏灯较多,每个灯具总长设定为2米,若按正常工艺加工,灯具的厚度则要50mm,其重量较大,给灯具的运输及现场安装均带来很大的困难,并超过桥体的负荷。经与灯具制造单位反复研制,在保证LED芯片的散热、防水、抗震、电子电气绝缘等技术性能的前提下,最后将灯具的厚度降至14mm厚,灯重大大减轻。⑷灯具的直角设计:在合理布灯的基础上,进行灯具四周直角设计,使灯具安装后,保证大桥整体的美观大方,形成一条连续完整宽阔的光带。⑸光电设计:根据电子显示屏幕原理,灯具发光板为特制的LED条形芯片(2000mmX250mm),选用台湾 数码加长芯片,RGB-Z5大角度LED-1080颗/2M,每灯总功率为80W,DC12V,点阵布置,线路板(芯片)表面均涂有防水密闭绝缘性能的特种配胶,线路板外表面(LED发光面)均涂耐高低温、抗紫外线、防水防霉、密闭的特种配胶,整体线路板芯片均为PCB特种工艺制作。灯具具有智能控制接口,并与一期工程的以太网并网联控。整个大桥共用1886套LED数码条屏灯,总容量为150.88KW。

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  e. 在二期工程中,对中方侧四个斜峰(曲线梁)的外轮廓勾边,采用高品质单白色(色温为5500K)LED-D120发光管(护栏管),并隐蔽安装在斜峰工字梁的上边沿内,将四处斜峰梁轮廓清晰地勾勒出来。护栏管每支容量14W/AC24V,台湾芯片LED-192颗,总计为920套,总用电量为12.88KW。

  f. 鸭绿江大桥灯光亮化工程一期、二期总用电量为:334.94KW。由大桥中方桥头边防院内的专用灯光控制配电室集中统一控制,现由丹东市路灯管理所管理与使用。

  2、照明设计理念、方法等的创新点:

  灯光照明设计理念: 1.利用泛光照明技术、光的色温构成、光与影的结合,将大桥那雄伟壮观的气势打将出来。2.充分发挥LED这种智能可控的广义性能,将常规的LED动态表演上升到具有:配音、解说、音响特技,如同是一场电视剧的灯光表演秀,灯具就是我们的演员,大大超出了仅为亮化而亮化的单一性能的灯光效果,增强了LED灯光的趣味性、创意性、宣传性与教育性,同时也促进了旅游业的经济发展,提升了城市的文化品味和知名度。

  主要创新点:1.本次灯光亮化设计,大胆运用了由大功率LED投射灯对恢度较深的金属钢梁进行光色的着色,并达到理想的色彩饱和度(光的反射率),这对LED灯具的技术要求是很苛刻的。2.利用灯具作为我们的演员,以表达出我们的设计思想和表演主题,这就要求灯光设计师应具有多方面的综合知识才能,包括灯具性能、光电原理、智能控制、音乐常识、文学修养、剧本编写才能、现场经验等等,这也是本人作为本次设计的初浅尝试。

  3、照明设计中节能措施:

  在本照明设计中,由于大量使用了金属投光灯,其功耗较大,为保证供电的品质因数,降低灯具的无功损耗,要求所有金属投光灯均由厂家配置电容补偿器,以提高灯具的功率因数,并要求LED灯具的功率因数应>0.98。

  在灯光运行与控制方面采用分时段、按季节、按节假日及重大庆典来进行不同灯光效果的运行,投入相应的灯具工作,以达到灯具在运行时的节能。

  4、设计中使用了哪些新技术、新材料、新设备、新工艺:

  专为鸭绿江大桥特殊研制的“五原色大功率LED数码投光灯”,采用了舞台灯光的水纹灯原理,既:在LED数码染色投光灯中利用数码控制,使每个单灯的绿色LED灯珠均具有波浪式的恢度变化,打到桥梁上的绿光如同水纹在波动,再由表演程序驱动整体灯具,模拟出波浪荡漾涌动的动态表演效果。灯具内共有五排(RGBWY)五原色3WLED灯珠组成,每组6颗同色LED灯珠,阵列排布。

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  根据朝方提出的要求,大桥外侧的所有灯光不能透射到桥体内侧,尤其是红光,因朝鲜的列车具有遇见红光,便自动停车的功能,这对所有灯具发光角度的要求很严格,要求灯具的光束角不能超过10度,如同手电筒的光束原理,经与深圳灯具制造厂家的多次研究实验,并进行1:2的模型实验,采用光学透镜原理,将每个灯珠安装了聚光透镜片,并将红色灯珠排在第一排(最下边一排),从而严格控制住了向大桥内溢的余光,特别是红光成份。

  在特殊设计的LED数码条屏灯中,为使条屏灯不能被看出是一个单纯的现代式灯具,并作为大桥结构元素的一部分(如同一条金属铆固带),根据大桥原有的结构模数,要求每个灯具长度为2米,而大桥的自身负重也有一定的限制,故,灯具的重量就成为一个难点,为此,我们与结构技术人员及灯具厂家共同公关,从LED芯片板、电源系统、灯体材质的选择、灯体结构的简捷等多方面考虑,进行综合性的优化设计,最后研制出一种超薄式灯具,厚度仅为14mm,灯体重量为4.2Kg。

  由于鸭绿江大桥已列为我国及朝鲜的历史纪念性构造物,要求在桥上不允许有任何的机械损伤,不能钻一个眼,我们在设计与施工中,所有灯具全部采用过渡联接卡具、卡板等进行牢固的固定安装。

  5、照明设计中使用了哪些环保安全措施:

  本照明设计中采用的环保安全措施有:

  1.采用高效节能环保绿色照明LED产品;

  2.投光灯采用高品质节能金属灯-亚洲雷士系列;

  3.所有电气控制回路均设漏电安全保护装置;

  4.整体电气系统均设防雷安全保护接地系统;

  5.为保护LED电子灯具、计算机控制系统,以太网络系统等的安全正常工作,均设置一、二级防浪涌抑制保护器。

  6.所有电力电缆、信号电缆、金属桥架等均选用国家标准系列产品。

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