浅论“LED+智能”在城市景观照明中的应用
Discussion on Application of Intelligent LED Lighting in Urban Nightscape
曹小兵 庞杰
(深圳市照明学会，广东 深圳 518057)
摘 要：LED在城市景观照明中得到大量推广与应用，分析城市景观照明存在设计规划缺失、标准滞后和光污染严重等问题，建议通过对城市景观照明整体设计的优化，利用“LED+智能”照明特有优势提升城市景观照明形态。
关键词：LED 景观 照明 智能控制
引言
随着我国经济建设突飞猛进和城市建设规模的不断扩大，受益于国家基建投资和大力推行特色小镇等政策的利好，景观照明在城市基建中得到前所未有的重视，以往城市照明建设重点为单纯公共设施的功能性照明，发展到具有城市和地方特色的景观照明，特别是高效节能的“LED+智能”在照明领域大量推广和应用，景观照明不仅改善了人们的生活环境，提升城市夜景独特魅力并带动了城市旅游业蓬勃发展，也形成了具有城市特色的名片。受益于国家政策的利好，各地城市景观亮化工程启动节奏的加快，据国家半导体照明工程研发及产业联盟发布的数据显示，我国2016年半导体照明产业市场规模达到4286亿元，同比增长23.2%，其中景观照明约占总量的13.5%，预计2018年全国景观亮化规模将达到780亿。
1 城市景观照明标准
城市景观照明应遵照中华人民共和国住房和城乡建设部（Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China，MOHURD）发布的行业标准JGJ/T 163-2008《城市夜景照明设计规范》进行方案设计，并选用符合国家强制认证目录的照明产品，未纳入强制认证的产品应优先选用有自愿性认证的照明产品，节能认证目录内照明产品的能效应符合相应国家能效标准相应要求。同时应注意针对室外照明干扰光限制应依据国家标准GB/T 35626-2017《室外照明干扰光限制规范》，该标准规定了室外照明干扰光相关城市环境亮度的分区，对干扰光进行了分类及限制，并规定了相应的限制措施，是城市景观照明方案设计、施工及验收的重要依据。另外，由中国建筑科学研究院负责起草的国家标准《LED夜景照明应用技术要求》编制组于2017年8月在北京成立，将对夜景照明用LED灯具的安全、规格分类、光电指标和可靠性等方面进行规范要求，该标准补充和完善了JGJ/T 163-2008关于夜景照明未涵盖使用LED为光源的相应要求。随着景观照明的行业和国家标准的相继出台，标志着我国城市景观建设标准化工作的逐步完善，使城市景观照明设计、施工和验收有据可依[1]。
2 景观照明特点
2.1 规范及规划
查阅我国照明领域现有标准与文献，行业标准JGJ/T 163-2008将所有室外公共活动空间或景物的夜间照明定义为景观照明(landscape lighting)。设计师们将城市景观特有形态与空间内涵在夜晚用灯光点缀呈现，构筑广场、楼宇集照明与亮化形态达到观赏目的，公共建筑、园林、广场、交通枢纽、桥梁、公园、河道及山水湖泊等场景的景观亮化交织成城市特有的名片，并将地标性特定主题及强调文化艺术与灯光的融合，采用的LED光源及灯具品种繁多，使用多种照明方式组合灯光载体多样化，利用“LED+智能”控制系统让城市景观照明管理者的维护管理更加方便[2]。
城市景观照明走在前列的省市相继出台了相应规划文件，例如上海城市景观照明总体布局以中心城区向外环线的新城镇辐射为核心的“一城多星，三带多点”方案得到市委相关部门的认可。2017年10月9日，上海市人民政府批复了绿化市容局申报的《上海市景观照明总体规划》，这也是上海市首次编制及发布景观照明的专项规划，明确全市景观照明发展的核心区域、重要区域、发展区域、一般区域和禁设区域，并提出了禁止性、控制性和限制性的要求，旨在通过专业和系统化统筹完善城市景观照明体系。深圳市为了适应城市景观照明建设的发展，保证景观照明建设质量和促进技术进步，确保照明设施安全和经济运行，市城管局组织编制及发布了《深圳市景观照明工程技术规范（试行）》规范，为新建、改建、扩建的景观照明项目提供了技术规范依据。
2.2 “LED+智能”典型应用
夜景照明是为了满足城市夜景效果而设置的灯光，是城市夜景照明的基础设施，丰富的城市夜景照明有助于塑造城市景物的亮点，提升人们在夜晚对城市的感知度。2018年国内各地景观照明齐亮相，杭州市环西湖和运河沿线景观灯光因“G20峰会”而点亮，总投资约10亿元以LED灯光、喷泉和景观照明融入城市绽放艺术观赏元素，用光、电、声和水的交融打造画卷式的视觉盛宴；北京市以长安街为中轴线以灯笼及中国结“扮靓”；西安市将中国红的古建筑和现代雕塑被灯光映衬得五彩斑斓，展示了古城魅力的夜西安；灯光秀微电影在南昌市赣江两岸正式亮相，绚丽夺目的灯光和醉人的音乐吸引了观光游客和市民驻足观看；大同市15条城市主干道达86km霓虹灯装扮的街区、树木、立交桥和草坪等城市亮化工程的交织，形成层次分明、错落有致的灯光夜景让人流连忘返。
LED已发展到可见光全光谱应用阶段，设计师们利用LED配光及光学透镜等优势进行搭配，应用光与色结合的优势来提升景观照明的整体效果，以见光不见灯的效果让人们体验光与景完美结合的意境，不仅营造出令人舒适的光照空间，景与灯光和谐的艺术效果如图1。随着“LED+智能”在照明行业的成熟应用，高效节能LED与智能控制结合应用在夜景照明已成为照明企业的挖掘重点，景观照明选择的智能控制技术一般采用基于现场总线（Programmable Logic Controller，PLC）系统，通过控制不同回路增减照明灯具数量来达到控制目的，“LED+智能”照明系统由可编程逻辑传感器、环境信息探测、供电监控、照度监测、亮度调控、通信网络与LED灯具组成，通过组网集中控制体现“LED+智能”的便捷、高效和节能优势[3]。
图1 “LED+智能”景观照明效果图
2.3 景观照明存在问题与改善
2.3.1 规划设计缺失
城市规划的核心在于对项目调研与评估并形成方案蓝图，成为城市景观规划决策者的重要依据，城市照明设计与土地使用规划及区域规划有着密切的关联，因此照明是视觉空间现象，它不是简单地依附在建筑载体上，而是可重塑空间形态的体现。由于缺少统一规划将导致城市夜景照明设计理念千差万别，甚至有些工程承包商为了提高工程造价，过度设计照明将导致景观失真、能源浪费和破坏生态环境。随着各地相应规划的出台，针对城市景观照明用LED照明产品的质量、互换性、维护成本及照明效果等方面进行相应规范，城市景观整体效果已得到明显的改善[4]。
2.3.2 照明质量需提升
随着LED照明和显示屏在户外的推广应用，由于项目方案设计、安装和管理不当造成光污染等质量问题日益突出，如何解决景观亮化及显示屏等造成的光污染问题，已成为产业和社会关注焦点。当夜色降临城市环境亮度降低时，景观照明或显示屏的干扰光显得格外刺眼，对周边居民生活造成一定的干扰，日益突出的光污染问题已引起产业及政府相关部门的关注与重视，国外的Terrel Gallaway 团队以美国为例研究光污染，测算出每年因光污染造成损失高达70亿美元[5]。
（1）光污染：生活在商业气息特浓的都市，楼宇墙面安装的显示屏给人们传递信讯的同时也带来一定的困扰，在夜间非熄灯时段测量某建筑的LED显示屏表面照度达55.62lx，严重影响到相邻住宅楼的住户休息，具体测试现场及数据见图2，LED显示屏使用方与居民通过沟通及管理方的协调，最终达成按照深圳市LED产业标准联盟《显示屏光污染限值和现场测量方法》团体标准要求控制LED显示屏的亮度在对面邻楼住户窗口表面垂直照度控制在5lx以内，通过标准约束来解决民众与使用方的矛盾冲突，对提高城市夜景照明与显示等产品的质量、安装、使用和光污染管控具有重要意义。
图2 显示屏光照度测量 (a) 现场实景图（b）照度测试图
（2）色温及亮度：城市广场已成为人们工作之余休闲的重要场所，某知名中心广场地面装饰灯具原采用暖色温的钠灯地板灯看上去特别温馨，随着城市景观照明改造节奏的加快，该中心广场的地面照明全部换成了高效节能的LED地砖灯，设计者本意是想体现LED的高亮度而选用了高亮度及6000K相关色温（CCT）的LED光源,造成图3地板灯亮度过高的结果，现场测量其表面照度为24.86lx，当人近距离置身该区域时明显感觉眩光明显，特别是对长时间处于高色温和高亮度趴在地面玩耍的小孩来讲，对其眼睛具有相应的影响与伤害。无疑该中心广场地面装饰灯具需要从色温及亮度方面进行整改，采用暖色发光地砖具有更好的效果。照明作为城市夜景的一种表达方式，应在方案设计、建设和应用中与城市特色同步，让人们在休闲时具有更多的沉浸式体验。
图3 广场地面亮度测量 (a) 钠灯实景图（b）换LED灯后效果图（c）照度测试图
2.3.3 双甲牌照稀缺
全国建筑市场监管公共服务平台数据显示，目前持有省级住房与城建建设局颁发“城市及道路照明工程专业承包一级”资质企业450家，具有MOHURD颁发“照明工程设计专项甲级”资质的企业仅有51家，截至到2018年1月22日，持有“城市及道路照明工程专业一级资质”和“照明工程设计专项甲级资质”双甲资质企业仅有46家。随着我国城市景观照明市场的不断扩大，现有双甲企业远不能满足市场需求，相关企业也希望通过行业协会及抱团拓展等途径来提高企业的技术创新能力与获取相应资质。
2.3.4 项目资金体量庞大
城市景观照明属资金驱动型产业，企业承担项目资金周转能力要求很高，项目具有前期资金投入大和回款周期长的特点，企业通常要在项目投标前支付投标保证金，施工过程又要支付履约保证金，以及垫付人工和材料费用，项目完工后仍要保留相应的质量保证金，而且项目越大所需垫付资金越多，对企业资金实力与信贷能力要求极高。所以大多数景观照明承担企业采用轻资产运作模式，以项目组以统筹管理为主，将相应子项目的施工外包等运作模式来降低项目资金投入，具有工程能否按质、按量和按期完成难以把控的风险。
3 城市景观照明设计
3.1 设计准则
城市景观照明设计应符合行业标准JGJ/T 163-2008的相应要求，同时应注重项目的艺术目标，以及设计的基本点和出发点，以项目所在地发布的有关技术规范和标准为设计基准，方案应具有可操作性和实现性强的特点，效果图与实际情况应基本相符。针对项目景观重点突出个性鲜明的特色，设计采用杆式泛光灯做到“见光不见灯”的效果，巧妙地运用灯光塑造城市景观艺术的魅力，打造优雅、温馨及和谐的城市夜景照明，对不同区域与风格的城市建筑群应用“LED+智能”照明进行系统方案设计。
3.1.1 以人为本
城市景观照明应围绕具有地方特色进行艺术创作，“以人为本”突出地方人文景观特色为基础进行方案设计，遵循为人服务为原则，不盲目追求美观与造型而忽略对人们生活作息的影响，特别是住宅小区及其周边景观照明应以人居舒适度为中心来思考与设计，针对具有特定要求的天文台应以观察夜环境和暗环境为主题，再比如城市湿地公园的照明就应考虑光照会影响小动物或鸟类等群体，不能让景观照明的灯光去打破自然规律。
3.1.2 主次分明
景观照明设计应重点突出城市及景观主题，项目设计方案须有主次之分，核心轴线的风景应重点突出，通过虚实结合突出重点区域的点缀，利用“LED+智能”调节景观照明各区域亮度的适宜度，用柔和光照的陪衬来达到整体协调效果。景观照明应选用中低色温为主色调，与城市夜景照明主题相陪衬，体现城市景观与照明的和谐及互衬。
3.1.3 节能环保
景观照明在展现城市亮丽景色的同时也是耗能大户，管理方通过智能控制系统借助各种“预设置”控制方式对不同场景下的照明进行精确设置和管理，让控制系统对照明灯具进行智能控制来实现对电能的节约。城市景观设计理念应以绿色高效为核心，同时利用太阳能的优势及选用节能低碳的LED照明产品，以及智能化程度高的系统方案有效节约能源。
3.1.4 凸显艺术
优秀的照明设计方案可以改变城市夜景的感官，把富有文化内涵的创意设计思想融入景观照明中，并发出具有艺术感染力的“光影艺术”效果。好的照明设计可以渲染城市夜间景观的艺术氛围，避免千遍一律单调乏味的重复，以及缺乏整体规划的盲目建设。个别夜景的过度照明破坏了景区整体协调性，甚至出现光污染现象，不论是色彩选择与搭配或者照明灯具的造型设计，都需要匠心独运与创新应用，在不影响整体效果的前提下，采用多形式照明相结合、互为补充及相互衬托的形式将景观和场景艺术完美结合与展现[6]。
3.2 LED灯具选用
3.2.1 园林照明
照明设计可增强园林视觉效果及营造亮丽的夜景氛围，并展现园林的建筑、雕塑、花木、山石等景物造型特点。园林照明灯具选择因景而异，可选用定向发光和易于管控的“LED+智能”照明灯具来展现园林中景物不同的风韵，根据被照景物的位置及环境来确定灯具的位置、照射角度、数量和排布方式。在灯具类型的选配方面，大型乔木科植物可选窄角聚光或交叉照射来营造空间氛围，枝干繁茂的植物可选用聚光与泛光照射来烘托树叶的交错形成纵深感，高低错落植物选用可调色温的灯或渐变突出立体氛围，灌木植物采用泛光照明来强调成片与广阔，个性植物用窄角度聚光灯突出其色调或用夸张的配色来加强色彩对比度，园林照明灯具应隐蔽安装或与构造物混为一体避破坏园林本有的特色。
3.2.2 人行道照明
景区人行道照明最重要是保证是人们出行的安全性, 应避免使用具有投射角度的灯具直射人眼，选用半截光配光设计的灯具来保证足够亮度照明, 人行道照明灯具及效果如图4。景区的小径则要注意选用2m以内高度的庭院灯或草坪灯来提供照明, 光源应选配暖色温调及磨砂效果的灯罩来避免眩光。
图4 人行道路照明效果图
3.2.3 广场照明
城市广场为人群密集的公共场所, 较大的广场应选用高杆灯来保持公共活动区域的地面水平照度在15~25lx, 主要出入口的地面水平照度保持在20~30lx, 广场的地面装饰照明宜选用防水及抗压性能满足相应标准要求的LED地埋灯，面积较小的局部地面及台阶可用LED柱状灯, 道路及台阶的墙侧面应选用配磨砂灯罩的嵌入式LED灯[7]。
3.2.4 水景照明
水是所有景观设计元素中最具吸引力的一种，城市景观区通常会以河流、小溪和喷泉来展现水的静美，当喷射的水流在可调光色的投光灯照映，是相互联系的整体及城市景观带不可缺少的重要观赏景点。水景是由物体的形象、体量形态、照明灯光、色彩变化、音乐氛围与水交融而成的景观，用光、色和音乐营造出动静相承的意境构建景与光色空间，通过灯光随着音乐节奏变化把光与水交织景色呈现给观众，营造灯光与水景相结合的水景灯光文化，丰富了城市景区内湖泊溪流夜景形态。
（1）喷泉照明设计师利用水作为一种可以承载光的介质基础，使本来就已经被塑造的水形态，变化出更多的造型和效果。喷泉照明通常采用红蓝黄色LED灯具应用“LED+智能”结合喷泉造型展现独特的效果见图5，根据设计要求安装在水下2~3cm处与喷水方向保持一致，利用光与水产生一种在空气中不能达到的效果对喷泉进行再造型，让人在灯火阑珊的水景中穿行品味城市景观照明艺术，打造成城市文化的一扇窗口展现城市夜景多彩斑斓的画卷。
图5 喷泉照明效果
（2）水幕照明灯一般安装在水流下落的水池底部, 采用单色或变色LED灯勾勒出倾泻而下的水面轮廓, 安装设计应有效隐藏灯具并最大限度将水流高度撞击产生的水花照亮突出水光一片的特色，人们在聆听流水潺潺的同时也欣赏到水幕流光溢彩的视觉盛宴如图6。城市夜景河流湖泊的照明应根据水质和流动性来选择照明灯具，具有洁净水源的河流采用水下照明灯具可凸显河水的清澈, 较混浊的河流采用造型的水上照明灯具照射河流而营造奇幻神秘的镜像效果。
图6 人造瀑布照明
3.2.5 建筑照明
城市建筑照明设计应符合国家标准GB 50034-2013《建筑照明设计标准》相应要求，设计方案着重突出建筑个性来强调细节的重点刻画，避免不分主次的通体照亮。城市标志性建筑物可采用泛光照明灯具埋地向上斜照，带镂空雕刻构筑物的灯具可安在构筑物的内部，达到见光不见灯的效果，用投射灯光将镂空美感突现。典型案如图7的大型建筑物沿着边缘用LED灯条或灯带利用夜幕背景作衬托，结合埋地射灯与洗墙灯勾勒出来建筑整体轮廓，在安投射灯时，应充分考虑投射角度所产生的阴影部分进行弥补, 可采用投射灯或在阴影处进行补充照明，灯的安装位置要结合建筑整体造型选定, 避免不当安装而破坏建筑整体美感。
图7 大型构筑物照明效果
4 城市景观照明经济效益
高工产研调查数据显示，我国2016年景观亮化市场规模达到558亿元，“十三五”期间仍会保持10%以上的增长率。2016年7月由MOHURD、发改委和财政部联合下发《关于开展特色小镇培育工作的通知》，提出在2020年前培育1000个特色小城镇，景观照明占比约为总投资的2~3%，由此推算特色小城镇建设带来景观照明市场空间约在1000至4500亿元间。展望我国城市景观照明市场空间非常大，其市场经济效益更为可观，随着杭州及广州等城市夜景亮化景观带打造所带来的经济效益显现，也为城市夜景发展带来新的契机，未来数年内景观照明作为城市夜景的重要构成部分将迎来持续需求。在推动点亮城市夜景照明体现城市文化的同时为城市景区和旅游业带来了新的发展契机，例如嘉兴乌镇通过建设主打夜间活动的西栅景区，显著地提升了游客的过夜率与再访率，其夜间收入占全天候收入的35~50%。
结语
城市夜景照明改善人们业余生活环境的同时，提升了城市形象、知名度和美誉度，也增强了城市魅力及带动城市经济发展，成为具有地方特色的城市魅力名片。我国城市景观亮化建设已全面铺开，以往城市照明建设重点为单纯公共设施的功能性照明，逐步发展为景观与照明相得益彰的风景线。作为城市基础设施中的景观照明工程仍然存在方案设计缺少规划、资金体量庞大及双甲牌照稀缺等问题，建议出台相应规划，并通过立法及标准规范的约束构建具有“中国地方特色”的城市景观照明，对不同区域景物和建筑物的照明亮度、色温和色彩方面进行规定，避免照明设计过度造成的光污染，禁止使用影响植物生长的照明设施，禁止设置影响古建筑或园林等自然与历史文化遗产保护的照明设施，禁止在自然保护区、天文台、国家公园设置照明设施。城市景观照明应坚持以节能环保为准则，通过应用智能控制创新技术，合理规划与优化设计，选择高效节能的“LED+智能”照明系统控制照明能耗，为建设具有地方特色的城市景观照明奠定基础。
参考文献
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作者简介: 曹小兵男，高级工程师，深圳市照明学会副秘书长，全国标准化原理与方法标准化技术委员会标准化评价分技术委员会(SAC/ TC286 /SC1)委员，广东省网络空间安全标准化技术委员会（GD/TC124）专家委员，主要参与14项国家标准的起草工作，主要参与28项联盟标准制修订工作，发表技术论文20余篇，第1发明人申请30余项专利，主要从事智能照明技术及其标准化研究。
庞杰，深圳市照明学会秘书长，深圳市照明电器行业协会常务副秘书长，国际低碳经济研究中心特邀顾问，深港科技交流会理事，深圳市中级人民法院特约监督员。
