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LED灯在城市照明工程中的应用
字号:  小  中  大  | 打印 发布: 2008-5-29 20:29    作者: 蔡明诚    来源: 照明工程师社区    查看: 305次
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摘   要：本文阐述了南京火车站高架天桥景观照明工程中LED白光色温的一致性；太原地区醋文化博物馆古塔建筑LED灯光全彩灯光与集中网络控制系统的组合匹配；南京秦淮河畔饮马桥泛光照明设计的LED异型灯具；并结合城市景观建筑物的结构特点与环境，运用设计灯光的理念，研发制作LED照明灯具的驱动或控制技术，实现照明工程安装过程讨论。
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关键词：景观照明；人居环境灯光；LED模组；视觉；白光色温一致性；艺术性；
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J e5ZK B4PX"K 一、LED的光环境照明工程师社区.NyH8c8`7e
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        LED发光管是一种可将电能转化成光能的半导体发光器件。自从1968年全球第一个商用LED诞生之日起，该产品的性能及应用得到了飞速的发展。进入90年代以来，LED的发光效率有了质的飞跃。LED照明器具由LED光源、电器附件和器具组成，它采用半导体发光的器件为光源，具有体积小、寿命长、能耗低、瞬时启动、颜色丰富等特点，是一种环保节能的冷光源。
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$uEfKD:IT+r K       近年来，美国、日本及欧洲等发达国家及政府组织在LED发光方面投入大量的人力、物力组织开发和研究，使LED光源技术水平有了大幅度的提高，功率已达到3～5W，使LED光源用于普通照明成为可能。2005年LED光效可达50lm/w，到2010～2015年，可能达到150～200lm/w。照明工程师社区u1| P0f#l ~~c1b

bpv!j@;] Cb        为了提高LED光源的实用性及在照明工程中提供照明效果的可视性和观赏性，LED已越来越多地应用到信号标识照明。道路上的交通信号灯、建筑物中的诱导灯和勾勒轮廓的立面照明，城市广场、园林、步行街道的庭园灯光多色彩的照明，很多采用了超高亮度的LED，其优异的节能特点和极长的使用寿命，受到灯光设计师和业主们青睐。
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6S'ir-K W SN+DE      二、景观与光源
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      在现代都市人的观念里，景与光是韵律的结合。光线布置的强弱得当和自然环境空间构造中隐露抑扬的运用，能充分体现传统文化气息，增加空间的变化，形成移步换景的夜景效果。景观照明艺术只有透过光和照明，才能产生生命的活力。

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      随着人们思想意识、生活方式的不断改变，灯具、光源、材料、风格与设计方式都发生了很大的变化。选择适宜光源，除了经济因素还要考虑整个光环境效果及材料的质感可靠性，注重自然环境与照明的统一性。城市景观照明巧用LED光源摆脱传统的一贯设计。
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/["Z4E0_6o\x Y7g     三、景观照明灯光案例分析
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)C r*eA1F*b.pd3.1 太原地区的醋文化博物馆古塔灯光照明工程师社区(|4A|lv$g'`S2^

s"B\ZYG!a山西醋文化博物馆文源楼古塔原名魁星楼，又称水阁楼，座落于太原地区东湖之滨为清徐县标志性建筑。在景观照明方面，摒弃了传统方式，通过LED照明，展示了古塔建筑流线轮廓、飞檐斗拱，建筑中琉璃瓦，塔顶的艺术性灯光与集中网络控制系统的组合匹配，以及古塔建筑全彩灯光变化。
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LED的照明优势照明工程师社区$BWnfv5h"P+@y7A
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LED模组：LED光源功率小，全部低压驱动，解决了古塔木结构框架的散热问题，没有较大热量堆积，满足消防安全的要求。照明工程师社区g\(D(gB9C
绿色照明：LED光源没有红外线和紫外线，不会破坏文物，光源不含水银，不会造成环境污染。照明工程师社区d9RL3G8r;STT
照明方式：LED光源体积小，设计空间非常大，能充分发挥在古建筑物结构空间的点照明、面照明、线照明以及局部照明特点，更适合景观艺术照明，隐藏性好。
ja6g.E}'c照明效果：便于采用集中网络控制系统来实现灯光色彩的动感追逐的景观照明气氛，增加灯光的可控性和灵活性。照明工程师社区X xu}-\+]#S&z
维护使用：LED模组灯具使用寿命长，可达数万小时，照明设施维修、维护费用低，管理工作量很小。照明工程师社区h'E8_/m;}S8{Ju*iv

d]QjkM古塔立面照明设计照明工程师社区1ABh iMeT
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古塔飞檐斗拱和楼层屋面上覆盖着大面积的U型琥珀色琉璃瓦片，按常规的泛光照明，采用远距离投射、投光灯没有遮光措施，大多数灯光溢散到空中或被照物之外，形成光污染，而且浪费了大量能源。于是采取一种LED模组多组连接方式，构成屋顶立面打光的原理，营造古塔建筑最细腻的泛光效果。
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xs7Q+|4`7YT沿屋面上飞檐轮廓均匀排布LED模组，将不同层次的建筑轮廓加以点缀，LED单颗发光角度为60度，可以保证不同视角的灯光效果。飞檐下部结构层次丰富的斗拱，主要采用小功率投光灯自下而上投光，将斗拱底部主要受光面用灯光表现出来，加强了建筑物在夜晚亮化的立体层次感。照明工程师社区J.R1mYP C5~ D

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vh%B.T0g!xk:`#d塔顶艺术性的照明设计，采取全彩变色的LED模组灯光，使塔顶建筑物全彩灯光在夜晚空间得到轴线的延展与变幻，强化了亮化高潮的敏感度。同时，灯光中的古塔映在东湖之中，光与水浑然一体。
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灯光控制系统照明工程师社区W2Hp6|&kn1x&^%T*P
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古塔的灯光控制，采用自主研发HDMX集中网络控制与分布式控制，实现调光、特效、全彩变色等。古塔集中网络控制系统的输入电压为AC220V，经楼道间配置的powerswitch电源降低器输出电压为DC12V，联接驱动LED模组。设计控制系统可分成几个模块：(1) 古塔建筑物上覆盖的琉璃瓦片的照明回路，采取PLC控制LED光源黄色、蓝色的跳变，每15秒变化一次；(2) 古塔飞檐斗拱的流线轮廓照明回路，采取PLC控制LED光源黄色、红色的跳变，每15秒变化一次，LED光源采用惠普功率型芯片，超高亮度，单颗功率为0.1W；(3) 塔顶艺术性全彩变色照明回路，采取89S52单片机控制全彩灯光的渐变效果，每2分钟变化一个轮回。

控制器1中每个POWERSWITCH控制一个方向照明工程师社区 A6r-a2A wo
控制器2中每个POWERSWITCH控制一层楼
7yq@8Q)M控制器3中每个POWERSWITCH控制整个楼顶

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为了提高LED控制系统的使用效果，整个网络控制系统分成几大模块，便于将来集中控制系统升级和维护调试，也大大降低了各部分控制系统相互电磁干扰，提高整个集中网络控制系统的稳定性、安全性。
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iUu`d f vLy{安装问题
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.R%y:A|!]^4z由于太原地区属北方，紫外线较强，风力大，在设计模组产品上采用一种抗紫外线的PVC工程塑料，对模组与模组之间联线采用护套铁氟线，模组与控制系统联接采取护套电缆，保证整个控制系统安全运行。照明工程师社区.Gb9z\5N5v

WYC+H.[5A/O由于单个模组灯具安装点比较多，模组数量为50000个，给古塔建筑照明工程安装带来困难，经现场考虑，专门设计了特制U型安装支架，减少了施工量，又避免了对古塔建筑物的破坏，提高了模组抗风性，更加安全可靠。
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古塔夜景灯光的效果照明工程师社区%x)r}9G5m8d
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夜晚山西醋文化博物馆的文源楼古塔在节奏般的灯光渐变色彩律动轨迹中，勾勒出角楼建筑特有的脊线，营造最细腻的、最丰富的琉璃瓦照明效果，金黄色或红色的LED模组灯光和金黄色或蓝色的LED模组灯光，可以与古塔楼体建筑色调相协调，内廊的内透光可起到一个融合上下的连接作用，而建筑结构的立面照明给人铺造一条温馨、平坦的登塔通道。
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名称
工作电压
功耗
安装方式
视觉效果
年使用电费
技术评估
LED灯具照明工程师社区U6Kuh*[t0|+W
DC12V
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39KW照明工程师社区Sq'U um%MM s6tkb
吸壁隐装式，照明工程师社区.N*Hn ve~-F"Q
安全可靠
不影响建筑物美观，夜间无眩光
124830元照明工程师社区*c G2p.GI p,?xfX
LED灯具更能体现灯光视觉效果，两年节省的电费可弥补其前期投入大的价格劣势，同时维护费用更低
传统灯具
AC220V
100KW
支架外露式，
)s|8pW \安全困难
影响视觉效果，夜间存在严重光污染
328500元
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3.2 南京火车站环形高架天桥景观照明照明工程师社区3n4M,R6lm3I&D Z
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新改造的南京火车站是法式其外、中式其中的标志性建筑，东西长300米、南北宽56米的层顶主要由特制的玻璃构成，它四周高、中间低，加上18根银白色斜拉索，支撑起横向钢梁的新客站，就像一艘竖起根根桅杆、鼓满风帆的巨型帆船静泊在玄武湖畔。站前广场两侧，两条全长1100米的环形高架流线车道腾空而起，如两只“耳朵”盘旋在龙蟠路上，与青山、碧水、名城交相辉映，一展现代化交通枢纽的雄姿。照明工程师社区3s`4^_^gNG
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作为南京火车站的景观照明工程，特别是环形高架天桥的照明，是备战“十运会”的重点工程。为此，市政局路灯处提出具体的高架环行车道护栏上的景观灯光要求，并委托鸿联灯饰有限公司进行全方位的照明设计和施工。照明工程师社区;fh)F9X2c

2I'~Z s1Hh7Z通过设计和工程施工人员对两层高架环行车道的桥梁建筑多次实地考察，进行了充分的分析，便实施了一套设计工程方案：照明工程师社区.PJ,Q3`A(t/J#g kRS+~F
光源的防震性: 南京火车站两侧的高架桥梁是一种柔性结构，当车辆在高架桥上行驶时，桥体及护栏都会产生比较强烈的震颤，影响光源灯丝的寿命，本设计中采用D80型护栏灯，选择LED光源抗震性好、寿命长、节能省电。
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MHy'Q(gLED光源的色温: 灯光照明的效果与照明载体是不可分割的，照明只能反映环型高架桥的固有风格，突出其特点，烘托气氛，提高品位的观赏，在考虑到LED光源的光通、色温、显色性选择，兼顾整体亮化效果一致，尤其重要的一点是LED光源白光色的色温一致性，几千米的护栏光带灯具要想保持一致性光线条更难。
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在设计LED白光色的色温参数选择上，首先考虑白光色具有的特性，不同波长的光对应的相对光强以及配光曲线，对封装商提供的分光分色的LED光源，用光色电综合测试系统进行了电参数、光参数、色参数等关键技术指标抽检。其次在设计电路技术上，白光色LED与恒流驱动电路合理匹配，把LED光源的特性调整到极致，从而更好地实现光环境设计的光色一致性效果。
%?j-lB.pi&GI+W防护等级：D80护栏灯带的结构设计、外型设计成D型，便于现场桥梁建筑安装。PC材质防紫外线、抗老化。内部采用特制配方的密封处理材料，做工艺性密封防水与散热技术处理。灯具的密封，将结构防水同粘合剂防水有机结合，选择专用的高防水、防反插电缆插头及接头，确保灯具在户外使用能达到IP65的防护等级。
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南京火车站的高架天桥的护栏景观灯光工程的完成，展现线形蜿蜒流畅的灯光效果，既勾画出桥体的轮廓，又无眩光刺激，使桥体立面形成明暗对比，犹如一根白色的丝线，在美丽的玄武湖畔添增了一道富于江南文化特色，又融合了现代气息的风景线。
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3.3 秦淮河畔的饮马桥泛光照明照明工程师社区,b&B n+~? `z RE7E5@
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南京外秦淮河将成为一条城市水系景观轴线，从外秦淮河三叉河口段至中华门安排了江河口风貌区、人文自然区、公园广场区、旅游商业区、生态湿地区五大沿河风貌区形成一个游览体系，成为城市新的旅游胜地。其中，饮马桥是一座重要的现代景观点大桥。
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照明重点: 体现中国现代桥梁景观建筑物的层次美，营造水景光环境氛围，故选用一种LED光源的异型灯具。饮马桥外侧采用条状超高亮白色LED景观装饰光带勾勒轮廓。线状特征建筑物的外形轮廓比较丰富，在夜间形成白色通体明澈的光带。为体现桥墩立柱的坚固感，桥墩立面采用突出重点的照明手法，对建筑物桥墩、桥梁、桥身顶板的平面或直角，直接选择LED光源的异型投光灯具进行局部处理，以集中的照明刻画烘托主题：秦淮河的“浆声灯影”。LED光源的异型灯具，在设计合理的条件下，不会产生眩光，确保游船上乘客观赏秦淮河畔的饮马桥水系灯光。照明工程师社区l l$s$Z;s _#N f*Ek
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色调: LED发光二极管有着柔和的光色，它不仅为人们提供了舒适的视觉条件，更可以通过各类光色的协调，呈现秦淮河水系的照明风格，增加灯光艺术的美感，达到设计所要创造的灯光氛围。为充分表现饮马桥现代与古朴相结合的气势，以白色为主要色调，做饮马桥的轮廓线照明，以黄色和蓝色为辅助色调做桥墩的泛光照明，来营造庄重、大方的光环境，给人以优雅的感受。照明工程师社区9w:Dze;g0?;`,W.}
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LED蓝色和黄色发光角的设计与选择: 在选择蓝色、黄色LED光源的同时，需充分考虑到两种不同LED光源的光色特性，在泛光照明效果中要保持一致性。蓝色光源采用一种子弹头式的发光小角度的LED，一是增加蓝色的光强性，二是蓝色发光角度小，不和两侧黄色光混淆，与黄色的LED光色保持一致性，增加了观赏性。照明工程师社区4j8o%^4r'F ~
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蓝色LED配光曲线

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     LED异型投光灯制作：考虑到桥墩的泛光照明，根据桥梁建筑物结构设计一种在同等水平线状态上发光板相差10°～15°的上下区别异型灯具。采用不锈钢金属件折成异型槽钢，可做成半圆弧或直条形状，直接将不同发光视角匹配合理的0.5W大功率LED光源放入金属件槽钢内封装，做防水技术处理。在固定方式上，充分利用桥墩、桥梁隐藏在桥建筑物中，与桥融为一体，白天与环境统一，不会引起游客视觉上的不协调。LED异型投光灯具重量较轻，固定起来也比较方便，安全上有保障。因此，在饮马桥用LED异型投光灯具替代传统的灯具，对桥墩的泛光照明是可行的。
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LED异型灯具
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饮马桥上的灯光视觉：
?&jO0bl*G5u在夜色的映衬下俯瞰秦淮河人家点亮的万家灯火，天空、水、桥、古城墙相交、相依，融为一体，虎踞壮观颇得古朴之风。顺着饮马桥流水看下去，桥上灯光投射到水中的倒影亦虚亦幻，如诗如画。灯光与河水交相辉映，有如现代版的《清明上河图》。
J~0JIkw4l7PK我们期待着LED在照明领域越来越被重视，越来越多的LED进入照明领域。如本文所述，在景观照明设计与应用方面，LED光源有着更为独特的优势，可以深信，LED景观灯光将沿着多学科交叉融合的道路，朝着景观艺术化、科技智能化的方面高速发展，LED将为各行业孕育着无限商机，人们正用科技与智慧妆点着城市的夜空，为城市美化照明开辟崭新的思路，让城市生活更美好，让城市灯光更温馨。
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