彭妙顏，周錫韜

(1.廣州大學(xué)聲像與燈光技術(shù)研究所, 廣東 廣州 510006;2.廣東中南聲像燈光設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510006)

引言

博物館是收集、保管、研究和陳列、展覽有關(guān)自然、歷史、文化、藝術(shù)、科學(xué)、技術(shù)和人類(lèi)文化遺產(chǎn)等的實(shí)物或標(biāo)本的場(chǎng)所[1]，并對(duì)那些有科學(xué)性、歷史性或藝術(shù)價(jià)值的物品進(jìn)行分類(lèi)，為公眾提供知識(shí)、教育和欣賞，并提供休閑娛樂(lè)的功能。因此，博物館的建筑設(shè)計(jì)必須充分考慮妥善保護(hù)這些珍貴的歷史文化財(cái)產(chǎn)，包括溫濕度、 防潮、 防水、光照、 防煙塵、防有害氣體、 防蟲(chóng)、 防鼠、防盜、防火和防雷等要求。其中“光照”是指盡可能地使展品免受光學(xué)輻射(包括可見(jiàn)輻射、紫外輻射和紅外輻射)的損害。光線(xiàn)對(duì)展品的損害程度與光線(xiàn)的光譜能量分布有密切關(guān)系。隨著入射光的波長(zhǎng)向藍(lán)光或紫外波段移動(dòng)，光對(duì)展品的損害程度增大。為此，博物館展品的展覽陳列區(qū)要選用低紫外輻射的光源或加入紫外輻射過(guò)濾膜。

博物館特別是展品陳列區(qū)的照明設(shè)計(jì)，重點(diǎn)應(yīng)達(dá)到以下三個(gè)目標(biāo)：①創(chuàng)造一個(gè)良好的視覺(jué)環(huán)境，使觀(guān)眾能看清展品的形象和色彩，特別要能顯出被照物的“質(zhì)感”；②妥善保護(hù)展品，使其免受過(guò)量光學(xué)輻射的損害；③高效節(jié)能。因此，博物館的照明設(shè)計(jì)必須融入綠色照明的概念和要求。

廣州大學(xué)聲像與燈光技術(shù)研究所開(kāi)展了廣州市新建的博物館、美術(shù)館、文化館和科學(xué)館的光學(xué)專(zhuān)項(xiàng)研究技術(shù)咨詢(xún)工作，對(duì)國(guó)內(nèi)外30多所博物館進(jìn)行調(diào)研。本文在調(diào)研國(guó)內(nèi)外博物館的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外博物館的照明現(xiàn)狀，探討了基于綠色照明理念的博物館照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)措施，并闡述了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和發(fā)展趨向。

1 國(guó)內(nèi)外博物館照明標(biāo)準(zhǔn)的比較

我國(guó)有關(guān)博物館照明的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括：①GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》；②GB/T 23863—2009《博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范》；③JGJ 66—2015《博物館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》；④GB 50033—2013《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》；⑤GYJ 45—2006《電視演播室燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》；⑥GB/T 5700—2008《照明測(cè)量方法》；⑦JGJ 57—2016《劇場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》。其中博物館陳列室展品照明的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要集中在①②③④四項(xiàng)。

國(guó)外有關(guān)博物館照明的常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)有:①CIE S 008/E 《International Commission on illumination， Lighting of Indoor Work Places》 (室內(nèi)作業(yè)場(chǎng)所的照明)；②IESNA—2000 《Illuminating Engineering Society Standards》；③CIBS—1984 《British Standards， Lighting of Indoor》(室內(nèi)照明規(guī)范)；④JISZ 9110—1979 《Japanese Industrial Standards,Recommended levels of illumination》(照度推薦標(biāo)準(zhǔn))；⑤DIN 5035-1DIN 《lighting standards Artificallighting interiors General recommendations》(人工光源室內(nèi)照明一般規(guī)則)；⑥СНИП-23-05-95《俄羅斯自然照明和人工照明規(guī)范》。

國(guó)內(nèi)外博物館照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)對(duì)比如表1和表2所示。

表1 國(guó)內(nèi)外博物館陳列室展品照度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

表2 國(guó)內(nèi)外博物館相關(guān)場(chǎng)所照度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比 lx

根據(jù)表1和表2所列出的數(shù)椐及國(guó)內(nèi)外博物館照明標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)說(shuō)明，可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：

1)我國(guó)GB 50034—2013中的博物館照明標(biāo)準(zhǔn)對(duì)展品照明的照度、眩光、色溫、顯色指數(shù)及紫外線(xiàn)等均有嚴(yán)格的指標(biāo)要求，其中照度標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際照明委員會(huì)(CIE) 和發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)基本接軌，應(yīng)作為新博物館建設(shè)及原有博物館升級(jí)改造工程項(xiàng)目中照明設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。

2)我國(guó)博物館相關(guān)照明標(biāo)準(zhǔn)中，非展品照明場(chǎng)所如門(mén)廳、中央大廳、會(huì)議廳以及前臺(tái)、接待室等的照度指標(biāo)明顯低于美國(guó)、日本等國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)的發(fā)展現(xiàn)狀,建議新場(chǎng)館建設(shè)及原有場(chǎng)館升級(jí)改造工程項(xiàng)目中, 博物館以及美術(shù)館、科技館等觀(guān)展建筑的門(mén)廳、中央大廳、大會(huì)議廳等“形像窗口”區(qū)域宜參照美國(guó)、日本等國(guó)家的照度指標(biāo)適當(dāng)?shù)靥岣摺?/p>

2 國(guó)內(nèi)外博物館綠色照明技術(shù)的比較

2.1 推廣應(yīng)用太陽(yáng)能、風(fēng)能等綠色能源方面

太陽(yáng)能的利用系統(tǒng)主要是應(yīng)用太陽(yáng)能光伏電池板，國(guó)內(nèi)外博物館常采用光伏電池集成屋頂結(jié)構(gòu)等成熟技術(shù)，效果良好(圖1)。太陽(yáng)能和風(fēng)能的綜合利用系統(tǒng)則是由太陽(yáng)能光伏電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)組成, 通稱(chēng)為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。 風(fēng)光互補(bǔ)LED路燈,可廣泛應(yīng)用于博物館的室外路燈照明[5，7]。我國(guó)在光伏電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)等設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)已比較成熟，其中的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品出口國(guó)際市場(chǎng)。目前存在的主要薄弱環(huán)節(jié)是控制系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，影響運(yùn)行效果。解決辦法需從采購(gòu)招標(biāo)到品質(zhì)控制等各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理。

圖1 某博物館的光伏電池集成屋頂Fig.1 Photovoltaic cell integrated roof of Museums

2.2 天然采光和人工照明相結(jié)合方面

天然采光可以看作是太陽(yáng)能應(yīng)用的一個(gè)延伸。日光的光譜均勻，色溫適宜。同時(shí)，日光與人體的生理光學(xué)、色覺(jué)心理學(xué)等有著微妙的聯(lián)系。使用天然光照明，人體的適應(yīng)程度較高，眼球的疲勞度可大為降低，是最理想的光源。

圖2、圖3分別顯示美國(guó)華盛頓國(guó)家自然歷史博物館和紐約大都會(huì)藝術(shù)博物館的大面積采光天棚與人工照明結(jié)合的成功案例。白天、晴天全部采用天然光或天然光為主，人工照明為輔。夜間或陰天，通過(guò)智能控制自動(dòng)轉(zhuǎn)為以人工照明為主。圖4顯示某博物館設(shè)計(jì)的智能天光采集系統(tǒng)示意圖。

圖2 美國(guó)自然歷史博物館(白天、陰天和晚上)Fig.2 American Museum of Natural History (daytime, cloudy, evening)

圖3 大都會(huì)藝術(shù)博物館(埃及館，白天、陰天和晚上)Fig.3 Metropolitan Museum of Art (Egypt hall，daytime, cloudy, evening)

圖4 某博物館設(shè)計(jì)的智能天光采集系統(tǒng)Fig.4 A museum designed intelligent natural light collection system

國(guó)內(nèi)許多博物館的天然采光技術(shù)應(yīng)用比較成熟(圖5、圖6)，但和前述國(guó)外案例相比，缺乏大面積采光天棚的氣勢(shì)和震撼效果。為此需強(qiáng)調(diào)新建博物館從建筑設(shè)計(jì)開(kāi)始，就應(yīng)充分考慮正確地運(yùn)用天然采光。同時(shí)注意吸取某些教訓(xùn)，一是要避免天然光對(duì)光敏感的展品造成損壞；二是要避免天然光對(duì)人工照明的干擾。圖7顯示天窗射入的陽(yáng)光在展柜的玻璃上出現(xiàn)鏡像反射(絲綢之路博物館)，圖8顯示公共區(qū)的照明干擾展品的照明, 這些缺陷都對(duì)觀(guān)眾能否看清展品的形象和色彩帶來(lái)負(fù)面影響。

圖5 廣州南越王墓博物館——天然采光和人工照明結(jié)合Fig.5 The Museum of The NANYUE KING Mausoleum, Guangzhou—Natural lighting and artificial lighting combined

圖6 廣州藝術(shù)博物院的天然采光Fig.6 Guangzhou Museum of Art—Natural lighting

圖7 天然光造成鏡像反射的缺陷Fig.7 Natural light causes defects in mirror reflection

圖8 公共區(qū)照明干擾展品的照明Fig.8 Public lighting disturb with exhibits lighting

2.3 推廣應(yīng)用新型光源(如LED光源)方面[5，8，9]

長(zhǎng)期以來(lái)博物館常用的電光源有白熾燈、熒光燈和鹵鎢燈等。白熾燈具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉和顯色性好等優(yōu)點(diǎn)，但其光效過(guò)低。熒光燈具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但其顯色性較差，較少用于展品的照明。

鹵鎢燈具有顯色性好、使用方便、瞬間啟動(dòng)、便于調(diào)光等優(yōu)點(diǎn)，其色溫(2 800～3 200 K)特別適于繪畫(huà)、攝影和影視舞臺(tái)照明等。但它的光效也偏低，且發(fā)熱和紅外紫外輻射會(huì)對(duì)展品造成損傷。長(zhǎng)期以來(lái)采取的補(bǔ)救措施一是“高燈遠(yuǎn)照”，把燈具嵌裝或用軌道懸掛在展廳最高的天花棚頂上(圖9, 圖10)；二是對(duì)較低的燈棚加裝紫外輻射過(guò)濾玻璃(或貼過(guò)濾膜, 圖11)。

圖9 大都會(huì)藝術(shù)博物館——高燈遠(yuǎn)照Fig.9 Metropolitan Museum of Art—long distance lighting

圖10 瓦隆沉船博物館——高燈遠(yuǎn)照Fig.10 The Vasa Museum—long distance lighting

圖11 大都會(huì)藝術(shù)博物館——低燈過(guò)濾Fig.11 Metropolitan Museum of Art—short distance filter lighting

LED光源的優(yōu)點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)熱小，光線(xiàn)中不含紫外、紅外輻射，不產(chǎn)生電弧干擾，壽命長(zhǎng)、防潮、抗震動(dòng)、體積小且顏色多樣。由于博物館(美術(shù)館)對(duì)貴重展品的照明燈具往往高架于天花棚頂,且對(duì)照度、色溫、顯色指數(shù)和照射角度等要求準(zhǔn)確嚴(yán)格,每次維修更換都花費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間，因此LED光源應(yīng)用于博物館(美術(shù)館)具有潛在的優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)對(duì)LED照明的推廣應(yīng)用走在全球的前列。如廣州南越王宮博物館，采用可調(diào)校投射角的嵌裝LED，整潔美觀(guān)(圖12)。廣州南越王墓博物館的絲縷玉衣采用LED照明，展品下方安裝反射鏡，可看清背面情景，極具創(chuàng)意(圖13)。

圖12 廣州南越王宮博物館的嵌裝LEDFig.12 The Archaeological Site Museum of Nanyue Palace, Guangzhou—application of LED

圖13 廣州南越王墓博物館的絲縷玉衣Fig.13 The Museum of The NANYUE KING Mausoleum, Guangzhou—Jade silk thread

國(guó)外的成功案例如埃及國(guó)家博物館的鎮(zhèn)館之寶“法老黃金面具”以及木乃伊，均采用LED從下向上照明，營(yíng)造神秘感(圖14、圖15)。

圖14 埃及國(guó)家博物館的法老黃金面具Fig.14 The Museum of Egyptian Antiquities of Pharaoh Gold Mask

圖15 埃及國(guó)家博物館的木乃伊Fig.15 The Museum of Egyptian Antiquities of Mummies

但LED光源目前仍存在一些弱點(diǎn)，如GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的條文說(shuō)明3.2.2提出：“LED照明在諸如顏色一致性、色漂移以及生物安全等領(lǐng)域中還存在爭(zhēng)議，對(duì)于辦公室等室內(nèi)空間暫不將LED作為推薦使用光源”。

下面對(duì)三家不同的博物館對(duì)巨大的恐龍骨架(skeleton)采用不同的照明手段和風(fēng)格，產(chǎn)生不同的視覺(jué)效果，作一對(duì)比(圖16、圖17、圖18)。

圖17 廣東省博物館——LED光源Fig.17 Guangdong Museum—LED light source

圖18 大都會(huì)藝術(shù)博物館——天然采光+智能控制人工照明Fig.18 Metropolitan Museum of Art—Natural lighting + intelligent control of artificial lighting

圖16顯示美國(guó)自然歷史博物館采用傳統(tǒng)光源鹵鎢燈照明，比較簡(jiǎn)樸逼真，但稍感單調(diào)，且耗電較多。圖17顯示廣東博物館以L(fǎng)ED照明為主，色彩豐富，夢(mèng)幻感覺(jué)，且高效節(jié)能。但有一派意見(jiàn)認(rèn)為過(guò)分花哨，不大真實(shí)。圖18顯示紐約大都會(huì)藝術(shù)博物館的大面積采光天棚，極具氣勢(shì)和震撼效果，同時(shí)根據(jù)白天、黑夜以及天氣陰晴的變化，設(shè)置智能控制的人工照明相配合, 高效節(jié)能，當(dāng)屬較為成功的應(yīng)用方案。

2.4 推廣應(yīng)用智能照明控制系統(tǒng)方面

上述各項(xiàng)綠色照明措施控制和智能照明系統(tǒng)相結(jié)合可以獲得更佳的效能。我國(guó)在智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用方面與國(guó)外有一定的差距。從技術(shù)成熟和可操作性方面考慮，當(dāng)前智能照明控制較適用于博物館的以下場(chǎng)所[8]：

1)人流較少的地段可采用簡(jiǎn)單的位移感應(yīng)控制：例如地下車(chē)庫(kù)，無(wú)車(chē)移動(dòng)時(shí)保持較低照度，有車(chē)移動(dòng)時(shí)自動(dòng)跟蹤車(chē)的行蹤提高照度。

2)景觀(guān)照明和建筑外立面泛光照明：建立時(shí)間模式和光控模式結(jié)合的智能控制。按白天、黑夜和季節(jié)變化進(jìn)行編程，達(dá)到高效節(jié)能和安全美觀(guān)的綜合效果。

3)劇場(chǎng)、會(huì)議廳等場(chǎng)所：智能燈光系統(tǒng)預(yù)置會(huì)議報(bào)告、投影、視頻會(huì)議、文藝演出和打掃衛(wèi)生等場(chǎng)景。

4)智能調(diào)節(jié)遮陽(yáng)系統(tǒng)：光敏傳感器控制天然采光與人工照明結(jié)合，加上人工照明的自動(dòng)調(diào)光，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。國(guó)外成功案例如希臘雅典國(guó)家考古博物館，重要展館的采光窗全部安裝光控模式智能控制的電動(dòng)遮光窗簾。荷蘭阿姆斯特丹國(guó)立博物館[10]面積1.2萬(wàn)m2，藏有8 000多件展品，全館均采用LED燈具(75萬(wàn)套)照明，重要的展館安裝有智能調(diào)節(jié)遮陽(yáng)系統(tǒng)(圖19)，通過(guò)光敏傳感器控制天然采光與人工照明結(jié)合，自動(dòng)調(diào)光。其點(diǎn)睛之筆是營(yíng)造出一個(gè)全天候保持“藍(lán)天白云”的室內(nèi)天花景觀(guān)效果(圖20)，值得借鑒。

圖19 智能調(diào)節(jié)遮陽(yáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.19 Intelligent adjustment shade system structure diagram

圖20 荷蘭國(guó)立博物館“藍(lán)天白云”的室內(nèi)天花景觀(guān)效果Fig.20 Dutch National Museum (Het Rijksmuseum Amsterdam)“blue sky and white clouds” indoor ceiling landscape effect

3 結(jié)束語(yǔ)

為使博物館達(dá)到綠色照明的要求，特別是要確保珍貴的展品免受過(guò)量光輻射的損害，必須從建筑設(shè)計(jì)開(kāi)始，即需由裝飾設(shè)計(jì)人員與光學(xué)設(shè)計(jì)人員(或光學(xué)顧問(wèn))緊密配合，嚴(yán)格遵照有關(guān)的照明標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定量的照度計(jì)算和必要的計(jì)算機(jī)模擬仿真；施工過(guò)程須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)的監(jiān)理把關(guān)；最后，對(duì)場(chǎng)館實(shí)施嚴(yán)格的竣工驗(yàn)收，其中應(yīng)包括對(duì)場(chǎng)館環(huán)境照明指標(biāo)的測(cè)量驗(yàn)收和對(duì)重點(diǎn)展品照明指標(biāo)的測(cè)量驗(yàn)收兩個(gè)內(nèi)容[8]。需按照相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用專(zhuān)業(yè)光學(xué)儀器對(duì)重點(diǎn)區(qū)域(如展廳、報(bào)告廳、門(mén)廳)和重點(diǎn)展品進(jìn)行照度、色溫、顯色指數(shù)測(cè)量和輻射光譜分析,務(wù)必確保全面達(dá)標(biāo)。并對(duì)展品建立照明技術(shù)檔案,在博物館的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中若遇有展品布局改變或光源(燈泡)更換時(shí)，需重新測(cè)量復(fù)核調(diào)整。

按綠色照明的要求，博物館展品陳列區(qū)的視覺(jué)環(huán)境應(yīng)使觀(guān)眾能看清展品的形象和色彩， 保護(hù)展品免受過(guò)量光學(xué)輻射的損害，同時(shí)達(dá)到高效節(jié)能。我國(guó)頒布的GB 50034—2013針對(duì)博物館的照明標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際照明委員會(huì)(CIE) 及發(fā)達(dá)國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)基本接軌，應(yīng)作為新館建設(shè)及原有場(chǎng)館改造的照明設(shè)計(jì)基本依據(jù)。但該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)博物館的門(mén)廳、中央大廳、大會(huì)議廳等“形象窗口”區(qū)域的照度指標(biāo)明顯偏低，建議參照美國(guó)、日本等國(guó)家的照度指標(biāo)適當(dāng)提高。為實(shí)現(xiàn)博物館的綠色照明，應(yīng)推廣天然采光和人工照明相結(jié)合，并應(yīng)用太陽(yáng)能、風(fēng)能、LED照明和智能控制技術(shù)等技術(shù)措施。