與傳統光源相比，LED光源具有節能、長(cháng)壽命、環(huán)保、安全、響應快、可靠性高、維護少、體積小、重量輕等一系列獨特的優(yōu)點(diǎn)，目前已成為最有發(fā)展前景的第四代光源。我國科技部于2003年6月聯(lián)合信息產(chǎn)業(yè)部等17家部委和地方政府啟動(dòng)了中國國家半導體照明工程，2004、2005兩年即投入了 8000萬(wàn)元科研經(jīng)費用于LED研究[1]。
作為中國的第四個(gè)直轄市，重慶市也成立了 “重慶市LED照明研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化聯(lián)盟”、“重慶市LED照明生產(chǎn)力促進(jìn)中心”，舉辦了“2004年首屆重慶市LED照明論壇”、“2005年重慶市首屆大學(xué)生LED創(chuàng )新設計大賽”等一系列活動(dòng)。今后政府每年將投入數百萬(wàn)的資金用于LED技術(shù)研發(fā)。
本文介紹的重慶科技服務(wù)大廈外立面照明，是重慶市的第一個(gè)LED照明示范項目，本項目的目的是希望在城市夜景照明項目中推廣使用LED，達到節能、環(huán)保的目的，同時(shí)，鼓勵新的LED照明技術(shù)及控制系統的研發(fā)，形成自主知識產(chǎn)權。
在該項目中使用了復雜的控制系統，使之比常規照明方式具有更多的靈活性和可變性。該項目的成功可有效地推動(dòng)我市半導體照明技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
一. 建筑概況
位置：重慶科技服務(wù)大廈位于重慶江北區新溉路段與往江北機場(chǎng)路交叉口附近，為一幢18層的高層辦公建筑，建筑風(fēng)格整體簡(jiǎn)潔、明快、現代，立面以玻璃幕墻為主，建筑外立面照明的載體條件良好。
周邊條件：大廈周邊建筑多較低矮，只有少量為高層建筑，且距離較遠，大廈視野開(kāi)闊。由于處在新開(kāi)發(fā)區，因此，大廈周邊夜間環(huán)境亮度很低，非常適合采用LED照明。由于它是該地塊唯一的一幢高層建筑，從各個(gè)方向來(lái)看，都很突出。從視線(xiàn)分析的結果來(lái)看，應對其所有立面進(jìn)行照明處理，其中，北、南立面更為重要。
二. 設計要求[2]
1、使用以L(fǎng)ED為主的高新照明技術(shù)，展現出重慶科技服務(wù)大廈所特有的時(shí)代性、創(chuàng )新性、高科技化，同時(shí)反映出地域文化特征；突出強調科技大廈在此片區中的重要地位，成為新的重要的地標建筑；
2、利用LED色彩變化多、響應快的特點(diǎn)，用LED在建筑立面上組合出各種圖案，增強照明的趣味性和空間的層次感；與此同時(shí)，嘗試運用復雜的畫(huà)面控制系統，使建筑夜景畫(huà)面更加豐富；
3、設計方案充分考慮節能、環(huán)保以及工程成本；
4、通過(guò)項目開(kāi)發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的LED燈具及智能控制產(chǎn)品，幫助本地企業(yè)發(fā)展LED產(chǎn)業(yè)。
三、照明方案設計
作為重慶市的LED照明示范工程，此次設計經(jīng)歷了一個(gè)漫長(cháng)的設計周期。反復討論、不斷修改，才使方案最終定稿，由于在實(shí)施中涉及到一些技術(shù)問(wèn)題，因此，最初的方案設計與實(shí)施方案有一定差異。下面，我們將對方案進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。為節省篇幅，我們僅對最主要的北立面進(jìn)行介紹。
北立面照明設計大體上分為五部分：位于立面中央的隱框玻璃幕墻照明、樓身的顯框玻璃幕墻照明、頂部玻璃穹頂照明、頂部標志照明、建筑底層照明（見(jiàn)圖一）。
圖一 北立面燈具布置圖
?。?）隱框玻璃幕墻照明
——LED點(diǎn)光源大屏幕
從我國目前的城市夜景建設方式來(lái)看，通常都由政府或業(yè)主投入資金進(jìn)行建設，這是一筆很大的開(kāi)支，而建成后每年的維護運行費也是個(gè)不小的數字。對于業(yè)主方來(lái)說(shuō)，是只有投入沒(méi)有產(chǎn)出的項目。因此，在本項目中，我們最初的設想是試圖讓投資方從夜景建設中獲得投資回報 [3]：在12~16層間的幕墻上，設計了一個(gè)由全彩LED點(diǎn)光源組成的“大屏幕”，與常見(jiàn)的室外大屏幕不同的是，它由設置在玻璃幕墻外的LED點(diǎn)狀光帶構成，每層四條，形成了數個(gè)16?16的LED點(diǎn)[4]，可根據程序變化來(lái)動(dòng)態(tài)地展示不同的廣告畫(huà)面（見(jiàn)圖二），價(jià)格遠遠低于常規的大屏幕。光帶的設置避開(kāi)了窗扇開(kāi)啟部位，但支架對室內視線(xiàn)有一定的影響。
由于投資方可以通過(guò)發(fā)布廣告來(lái)賺取利潤，其收益遠高于投資，因此，這一想法得到了業(yè)主方的支持。但在討論具體施工方案時(shí)卻發(fā)現，為解決“大屏幕”對室內視線(xiàn)遮擋問(wèn)題所付出的代價(jià)過(guò)高，因此只能忍痛放棄。但通過(guò)這次方案嘗試，我們找到了影響“大屏幕”可行性和決定施工成本的主要因素——所處建筑立面的材質(zhì)及安裝方式：如屏幕背景為點(diǎn)接式玻璃幕墻，燈具可安裝在連接件處（室內），不需額外的支架，成本較低，且維護方便，但室內燈光會(huì )對“大屏幕”產(chǎn)生干擾；如背景為帶狀玻璃幕墻，則燈具必須外裝。這樣就涉及到開(kāi)窗問(wèn)題，必須制作懸臂較大的支架以保證窗戶(hù)的開(kāi)啟。同時(shí)還必須考慮支架及燈具對視線(xiàn)的遮擋問(wèn)題；如背景為實(shí)墻面，則燈具可直接安裝在墻面上，成本最低，且由于無(wú)雜散光干擾，畫(huà)面效果最好。因此，盡管本次設計由于客觀(guān)條件限制，無(wú)法實(shí)現我們的設想，但從成本分析來(lái)看，如果有足夠的實(shí)墻面作背景，這一想法是完全可以實(shí)現的。
——LED點(diǎn)光源照明
在隱框玻璃幕墻上，設置了兩組5W/只的彩色LED點(diǎn)光源，可配合音樂(lè )產(chǎn)生跳動(dòng)和圖案變化，用于烘托節日氣氛。 在南立面的相應位置上，我們將LED點(diǎn)光源換成了自主研發(fā)的新型LED流彩燈，LED流彩燈的色彩飽滿(mǎn)、明亮，可實(shí)現多種動(dòng)態(tài)變化組合，這是常規流彩燈和爆光燈管難以實(shí)現的。
——LED線(xiàn)光源照明
在最初的方案設計中，為配合時(shí)間變化，在幕墻內每層樓梯間的檐口位置，裝設了21W T5熒光燈，當幕墻上的LED燈具全部關(guān)閉時(shí)開(kāi)啟，以形成簡(jiǎn)潔的內透光效果（見(jiàn)圖三）。但由于取消了建筑頂層的“大屏幕”設計，而甲方對可顯示畫(huà)面的“大屏幕”方案非常認可，因此，將這部分照明方式改為了LED點(diǎn)光源設計，試圖在此處形成一個(gè)點(diǎn)數較稀疏的“大屏幕”。從實(shí)施的效果來(lái)看，盡管畫(huà)面的精度和復雜程度遠無(wú)法與頂部原設計的“大屏幕”相比，但仍可動(dòng)態(tài)地顯示一些簡(jiǎn)單的數字和圖案。
圖三 內透光效果
（2）顯框玻璃幕墻照明
在這一部位，設置了LED線(xiàn)狀燈具，沒(méi)有按常規采用同一規格的燈具，而是采用漸變的形式，選用了長(cháng)度分別為300mm、600mm、900mm，功率分別為10W、15 W、20 W的LED燈具，消除了均勻設置線(xiàn)狀燈具所產(chǎn)生的單調感，使畫(huà)面顯得疏密有致，更加富于變化和生動(dòng)。由于整個(gè)系統的智能控制系統由我們自主開(kāi)發(fā)設計，因此，此處每一支LED線(xiàn)狀燈具均被分為四段控制，可更自由地實(shí)現圖案變化，這也是本項目的創(chuàng )新之一。
（3）頂部玻璃穹頂照明
構思來(lái)源于星辰滿(mǎn)布的星空圖，為了突出頂部星空的效果，在用燈上，選用了20W的LED 點(diǎn)光源，而建筑其它部位的LED點(diǎn)光源的功率則較小，為5W，以保證頂部星空有更高的亮度。
（4）頂部標志照明
——電梯機房泛光照明
在屋頂上設置了68盞60W的LED投光燈對頂部電梯機房各面進(jìn)行泛光照明，可根據季節產(chǎn)生不同色彩變化。如春、夏、秋、冬分別用綠、藍、黃、紅色來(lái)表現。燈具內的控制元件由我們自行設計、制作。
——標志照明
頂部的標志照明在城市夜空中最為醒目。標志牌采用自發(fā)光照明，采用微機控制可實(shí)現徽標的各種色彩、動(dòng)作變化，其控制系統的復雜程度甚至超過(guò)了整幢建筑的外立面照明控制系統。避雷針的照明采用100W極窄配光的LED投光燈重點(diǎn)照明，為了提高亮度，在避雷針上涂有發(fā)光涂料（圖四）。
圖四 頂部可變幻色彩的標志照明
?。?）控制系統
本項目在控制系統的設計上，目前在國內屬領(lǐng)先水平。新開(kāi)發(fā)的控制系統主要具有以下特點(diǎn)[5]：
A、實(shí)現了夜景照明中點(diǎn)對點(diǎn)的通信；
B、實(shí)現夜景照明中色彩的的灰度等級變化；
C、實(shí)現了效果的軟件畫(huà)面編輯、實(shí)時(shí)通信；
D、實(shí)現了與樓宇智能控制系統的接口配合；
E、消除了目前夜景照明控制系統中常見(jiàn)的“一燈壞一片滅”的弊端。
本燈光控制系統是一個(gè)基于RS485通信技術(shù)的現場(chǎng)總線(xiàn)，主要包括：系統構架設計、通信協(xié)議設計、軟件構架設計的三個(gè)關(guān)鍵方面。
從硬件上來(lái)看，屬于在總線(xiàn)上外掛各類(lèi)類(lèi)別控制器，并由主控統一管理的主從式總線(xiàn)型夜景控制系統。包括主控層、通信層、及LED燈具層，系統層次結構如表一所示。
表一 系統邏輯層次結構圖
從軟件上來(lái)，可看分為三層：界面交互層、數據處理層、數據傳輸層。在模型中，界面交互層為友好的主人機交互界面，它向用戶(hù)提供整個(gè)系統的運行情況、控制器的運行情況、燈光效果編輯、系統參數的設定。數據處理層是交互層和傳輸層的橋梁，該層根據上層的設定，進(jìn)行相關(guān)數據信息的處理，并將下層反饋數據進(jìn)行處理后傳送到交互層。傳輸層將通過(guò)數據協(xié)議，組織成幀、打包，通過(guò)通信物理層發(fā)送給主控制器，并繼續將數據分配。
四、結 語(yǔ)
由于整個(gè)夜景系統由我們自主設計、研發(fā)、制作，因此，節約了大量的成本：在項目初期，我們曾進(jìn)行過(guò)成本測算——由于項目的控制系統相當復雜，如果采用直接購買(mǎi)成品的方式，僅控制系統一項，即要花費約200萬(wàn)元。因此，從經(jīng)濟性來(lái)看，是不可行的。而通過(guò)一年多的艱苦研發(fā)，我們開(kāi)發(fā)出了目前的控制系統，其性能已完全達到了設計要求，可替代國外同類(lèi)產(chǎn)品，且價(jià)格優(yōu)勢非常明顯。同時(shí)，為保證LED的穩定性及與系統的匹配性，項目所有LED燈具的組裝均由我們自行完成，解決了光源散熱問(wèn)題，延長(cháng)了LED光源的壽命，系統更加穩定。因此，從LED燈具的質(zhì)量和價(jià)格來(lái)看，都大大優(yōu)于國內同類(lèi)產(chǎn)品。
本項目最終總投資為200萬(wàn)元人民幣，遠低于國內同類(lèi)項目的投資。同時(shí)，盡管作為示范項目，使用了五大類(lèi)不同功率、不同形式、共2146套LED燈具，而整幢大樓的夜景照明系統（包括頂部標志）的總用電負荷卻僅為10個(gè)千瓦，僅相當于一幢普通住宅樓頂部泛光照明的用電負荷。
因此，從經(jīng)濟、節能、提高自主創(chuàng )新能力等角度來(lái)看，本項目無(wú)疑是非常成功的。
此外，通過(guò)本項目的實(shí)踐和摸索，我們開(kāi)發(fā)出了新的LED流彩燈，并形成了一條生產(chǎn)線(xiàn)，為本市LED產(chǎn)業(yè)化和LED產(chǎn)品本土化提供了示范。我們相信，通過(guò)這個(gè)項目的實(shí)施，將會(huì )對本地LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。
在2005年度重慶市優(yōu)秀夜景照明工程項目的評選中，本項目被評為重慶市夜景八大精品項目之一。
參考文獻：
[1]重慶大學(xué)半導體照明工程研究中心，重慶大學(xué)半導體照明工程發(fā)展研究思路[R]，2005年2月：1~7.
[2]嚴永紅、王丹等，重慶科技服務(wù)大廈外立面照明設計方案文本[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]嚴永紅、何宏光等，文學(xué)化敘事手法在夜景設計中的運用，重慶建筑大學(xué)學(xué)報[J]，2006，（2）：14~16.
[5] 郭秋東、嚴永紅，基于RS-485總線(xiàn)LED立面照明智能控制系統，2006年中國照明學(xué)會(huì )青年學(xué)術(shù)論壇——半導體（LED）照明設計與應用論文集[R]，2006，3：73~76.
