王 剛，沈 葳，高小輝，楊 晟，高希揚，虞建明

(1.杭州運河集團(tuán)文化旅游有限公司,浙江 杭州 310000;2.浙江城建規(guī)劃設(shè)計院有限公司,浙江 杭州 310000;3.杭州市運河集團(tuán),浙江 杭州 310000;4.浙江浙坤工程管理有限公司,浙江 杭州 310000)

引言

2008年，杭州運河集團(tuán)負(fù)責(zé)實施運河主城區(qū)段(三堡船閘-石祥路)景觀亮燈建設(shè)。面向全世界征集杭州運河夜景規(guī)劃方案，最終由法國著名燈光設(shè)計大師羅杰主持設(shè)計。經(jīng)過對大運河文化特質(zhì)和底蘊(yùn)的梳理，并結(jié)合人文地域風(fēng)貌，確定以藍(lán)綠燈與中國燈籠組合形成的“水墨丹青”意境為主基調(diào)開展運河亮燈設(shè)計，勾勒21 km運河夜景藍(lán)圖。如圖1所示，其總體設(shè)計構(gòu)思是通過景觀燈光藝術(shù)表現(xiàn)運河內(nèi)在氣質(zhì)，選擇的藍(lán)綠色、青色系，可以令夜色下的運河籠罩一層薄霧，透出神秘和浪漫的韻味，月光照映下猶如一幅中國傳統(tǒng)的水墨丹青古畫。此外，2016年9月杭州舉辦的G20峰會對城市夜景提出了世界級的要求，運河需打造更高級的夜景燈光產(chǎn)品來迎接此次峰會。

運河十景中的十里銀湖墅、江橋暮雨長度約3 km，有三百多顆楊柳樹，據(jù)《湖墅小志》載：“江漲橋與華光橋作八字式，河面極為開闊，有時暮雨蕭蕭，頗有詩意，而入夜蟹火漁燈如點點繁星，稱‘江橋漁火’輝映岸上，更是別有情趣?！边@就是所謂的“江橋暮雨”。而“十里銀湖墅”包涵兩種意義，一是商旅云集、帆檣卸泊、百貨登市的經(jīng)濟(jì)內(nèi)涵，二是歷史上所流通的主要商品之特色及其所呈現(xiàn)的商業(yè)生態(tài)內(nèi)涵。即使拋開經(jīng)濟(jì)因素不論，湖墅依然飽含“銀山銀?！钡臍v史人文質(zhì)地。

本文以京杭大運河杭州景區(qū)“江橋暮雨”、“十里銀湖墅”景點為研究試點，以LED點光源在柳樹安裝為研究對象，通過對點光源安裝的技術(shù)、控制程序、安裝方式、景觀協(xié)調(diào)的創(chuàng)新，使點光源白天完全隱藏在柳樹葉中，夜晚亮燈時達(dá)到“瀑布銀河、繁星點點”的壯觀效果，再現(xiàn)了古時杭州的繁華盛景，打造出世界級夜景燈光。

圖1 杭州運河的夜景Fig.1 Night view of the Grand Canal

1 技術(shù)創(chuàng)新

1.1 LED點光源

1)LED二次封裝技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的DIP發(fā)光二極管燈串，LED點光源從壽命、效果、維護(hù)等角度都有明顯的優(yōu)勢[1]，而這些優(yōu)勢存在的一大原因，便是LED等的二次封裝技術(shù)。LED二次封裝是在完成電子線路焊接后，在LED封裝或模塊及其驅(qū)動或控制電路上使用共混改性RPVC混合材料進(jìn)行封裝，以實現(xiàn)防水、防塵和防護(hù)。二次封裝技術(shù)[2]采用共混改性RPVC混合基材，集材料質(zhì)量高，技術(shù)先進(jìn)。采用混合改性技術(shù)的混合型抗UV包裝材料，具有較強(qiáng)的耐候性、耐熱性和耐寒性、抗靜電性能。它可以使用10年而不會自行開裂，可用于-40 ℃環(huán)境，防護(hù)等級達(dá)到IP68，這是照明領(lǐng)域的最高級別保護(hù)。阻燃防護(hù)等級達(dá)到最高等級V-0級別，當(dāng)從火源移開時，可實現(xiàn)防火自熄。二次封裝特殊技術(shù)特性包括：IP 68，防火V-0，防紫外線4～5級，防鹽霧，抗沖擊，LED工作環(huán)境溫度(-40～55 ℃)。

2)LED燈具防護(hù)等級。LED燈具的防護(hù)燈具有別于傳統(tǒng)戶外燈具，采用的是IP68等級[3]。傳統(tǒng)戶外燈具通常使用交流模式驅(qū)動，其中LED通常在直流模式下供電，因此在直流模式下供電的LED可能會引起電化學(xué)腐蝕效應(yīng)。LED模塊中使用的許多組件都是由錫(如用于焊接LED和導(dǎo)線電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸或?qū)щ姷牟牧匣蛴脕砗附覲CB板上的IC的材料)和銅制成(銅線線纜本身和PCB板通常是由銅制成)。如果LED二次封裝質(zhì)量不好， 水滲透進(jìn)去了，這將提供錫和銅之間的一個優(yōu)越的電化學(xué)腐蝕環(huán)境。如我們所知，電解是直流電流通過離子物質(zhì)，該離子物質(zhì)可以化解或溶解在合適的溶劑中，這導(dǎo)致電極處的化學(xué)反應(yīng)和材料的分離[4]，錫將會慢慢地被溶解掉。 如果是在氯化鈉溶液中，即使在銅和銅之間，電化學(xué)腐蝕也會發(fā)生，銅將被溶解。

3)點光源的光學(xué)條件和光學(xué)實驗數(shù)據(jù)。目前常用的白光LED發(fā)光制作方式有[5]：①使用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光層， 使得激發(fā)出的黃光與部分未被熒光粉吸收的藍(lán)光混光后形成白光。②直接使用紅綠藍(lán)3種單色LED混光后形成白光。本課題所使用的LED的光和顏色都是經(jīng)過嚴(yán)格篩選的，為了達(dá)到“瀑布銀河， 繁星點點”的視覺效果，設(shè)計師特地選了兩個不同直徑的點光源(20 mm 和90 mm，以下簡稱直徑為20 mm和90 mm的點光源分別為20點光源和90點光源), 具體參數(shù)見圖2，比起傳統(tǒng)的DIP發(fā)光二極管燈串(直徑只有7 mm：8～9 lm)，這個LED點光源不止擁有更加高的光通量(20點光源：15 lm; 90點光源：150 lm),這樣不止可以確保更遠(yuǎn)的視覺距離，而且最關(guān)鍵的是：20點光源和90點光源被穿插和布置在同一棵樹里，這樣將會在亮燈后可以呈現(xiàn)出一個有層次感的亮度視覺效果。與此同時， 在不同的區(qū)域，不同的顏色和色溫的燈也被應(yīng)用在不同的區(qū)域，江橋暮雨區(qū)域用了黃光(586 nm)，十里銀湖墅則用了正白光 (6 500 K), 這樣能夠呈現(xiàn)兩種截然不同的視覺效果和給觀眾多一個新鮮的選擇。在LED封裝過程中可能產(chǎn)生光和顏色質(zhì)量的變數(shù)有： 封裝材料的一致性，注塑設(shè)備和設(shè)備之間的機(jī)械差異，注塑的技術(shù)和熟練，封裝的環(huán)境和溫度，封裝的厚度和形狀等等。另外，封裝材料的導(dǎo)熱能力也是非常重要的，所有LED的光色參數(shù)都會隨著LED的PN節(jié)的溫度而相應(yīng)改變，被封裝了的LED必須有效的把LED熱能從里往外導(dǎo)熱，以便所有的光電參數(shù)可以保持一致性。整個技術(shù)的關(guān)鍵是一個卓越的二次封裝的材料和封裝過程不可過多地改變顆粒LED的光色的質(zhì)量，如果有變化的話，LED個體和LED群體的改變，變化也必須是一致性的，這樣才能有效的保證所生產(chǎn)出來的一致性和均勻性。安排專業(yè)的檢測人員在檢測和校準(zhǔn)中心為LED二次封裝的比對進(jìn)行光學(xué)實驗[6]，用的設(shè)備是遠(yuǎn)方光電的2 m積分球HAAS 2000 還有GO2000 臥式分布光度計設(shè)備， 所有的設(shè)備都是校準(zhǔn)和溯源到國家計量院的。

圖2 20點光源和90點光源的黃光(586 nm)和正白光(6 500 K)的光譜曲線圖Fig.2 Spectral graph of yellow light (586 nm) and positive white light (6 500 K) of 20-point source and 90-point source

1.2 衛(wèi)星同步控制程序

我們采用了衛(wèi)星控制技術(shù)實現(xiàn)單燈控制的創(chuàng)新技術(shù)[7]，每個燈閃亮完全可以任意聯(lián)動，解決了傳統(tǒng)控制聯(lián)動性差、刻板等問題[8]。如圖3所示，基本上每棵樹上掛了平均5～6個支架； 一個支架上有三串20點光源和兩串90點光源， 20點光源每串長3 m共有15顆， 90點光源每串長3 m共有4顆，兩岸共裝飾了300多棵樹。同時，為了讓這些燈具能“行動統(tǒng)一聽指令”，還特別編寫了一套衛(wèi)星控制程序，確保3 km范圍內(nèi)的每一個光源都能在規(guī)定時間內(nèi)亮起、變幻，形成流星瀑布及星光閃爍的效果，視覺沖擊力強(qiáng)，場面壯觀。由于樹木較為分散，距離較遠(yuǎn)，因此選擇多臺主機(jī)衛(wèi)星同步的方案，這樣每臺主控制器只控制距離較近的幾棵樹，在一定程度上降低了多臺分控器級聯(lián)情況的產(chǎn)生，也減少了網(wǎng)線使用的數(shù)量，相對降低了人工操作時出錯的概率[9]。

圖3 衛(wèi)星同步控制系統(tǒng)Fig.3 Satellite synchronous control system

1.3 創(chuàng)新性工藝安裝方式

運河游步道位置條件特殊，無法使用大型登高車，且使用登高梯也無法滿足柳樹臨水面燈具安裝的需求，經(jīng)過一次又一次的安裝方式的嘗試，最終采用大型工程船配合登高車，克服運河沿水面燈具及支架安裝難度較大的困難，完成燈具及相關(guān)設(shè)施的安裝工作。燈具需要安裝在樹上，但又不能直接懸掛于樹干上，經(jīng)過多方比較，最終決定將燈具固定在支架上，這樣做較好的解決了燈具的安裝問題，推廣至沿線景點，實現(xiàn)圖4的燈具排布形式。

圖4 點光源安裝平面圖Fig.4 Point source installation plan

在支架安裝過程中，發(fā)現(xiàn)原定使用的支架重量過大，最終使用了直徑較小重量更輕的鍍鋅管，同時樹的頂端因承重問題又盡量多的使用鋼絲吊裝。

關(guān)于控制器之間如何級聯(lián)的難題，前期提出兩種方案。方案1：按照常規(guī)控制器的級聯(lián)方案，使用網(wǎng)線連接各控制器。因為該項目樹木較多，若采取該方案需要較多網(wǎng)線，施工時需要更多管線，增大施工難度。故該方案被否決。方案2：使用交換機(jī)進(jìn)行級聯(lián)控制。這種做法可以減少網(wǎng)線使用使用數(shù)量，同時使控制器之前的級聯(lián)變?yōu)椴⑿锌刂?，也避免了后期燈具大面積不亮的問題出現(xiàn)。最終通過比較，決定按圖5所示，使用方案2來進(jìn)行控制器級聯(lián)。

圖5 使用交換機(jī)級聯(lián)的控制器Fig.5 Controller for cascading switches

1.4 運河兩岸景觀的協(xié)調(diào)

在運河柳樹亮化時，主要遇到了以下的問題：

難點1：燈具、支架與樹木不協(xié)調(diào)的問題。LED點光源在樹木安裝非常重要的需解決的難題，就是點光源和線路過于明顯，容易被旁邊或?qū)Π队慰?、市民看出大量線路和支架、點光源掛在樹上，與周邊景觀不協(xié)調(diào)。此段主要寫采用仿真柳葉方式美化柳樹上線路和點光源，不僅夏季仿真效果好，冬季在真的柳葉大量脫落的情況下仍看起來與真柳葉一致，無明顯差別，通過圖6的處理方式，春夏秋冬四季支架均能較好地被“掩飾”。研究結(jié)論：原來的計劃是燈直接纏在柳樹上，但初期安裝過后發(fā)現(xiàn)支架、點光源線路等設(shè)施外露明顯，且色差較大，影響白天的景觀協(xié)調(diào)，如何平衡白天與夜晚的景色成了設(shè)計和施工的頭號難題[10]。經(jīng)過數(shù)次現(xiàn)場實物對比、電腦效果模擬，最后決定將部分線路刷成類同柳條顏色的外觀，同時點綴上假葉片，一小部分線體纏在假柳條上。這樣一來，兩岸柳樹幾乎完全恢復(fù)了自然景觀狀態(tài)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，在柳樹中安裝的燈具很難被發(fā)現(xiàn)。

圖6 噴漆后的實景圖Fig.6 Real shot after painting

難點2：樹木修剪對燈具的影響。燈具安裝到支架上之后，需要將支架固定在樹上。支架如何固定并且固定的位置也成了一個難題。第一個固定方案是將支架伸出樹枝外，考慮到樹木日常的修剪,如果支架伸出，可能樹木修剪人員會在工作中不慎將燈具剪斷，故該方案被否決。第二個固定方案，在安裝燈具定制挑臂支架位置在整個柳樹樹冠形立面2/3以上。這樣的安裝位置，避免了在樹木后期修剪時會觸碰到燈具的問題。最終被采納。然而這樣的位置安裝，使得安裝工人站在樓梯上安裝鍍鋅管的時候，有較大的難度。后來使用工程船，施工人員站在登高車上進(jìn)行安裝，在一定程度上降低了施工難度。

2 夜景照明的效果

提升后的燈光于2016年春節(jié)前正式亮相，正如圖7 “江橋暮雨”(湖墅八景之一)與“十里銀湖墅”經(jīng)典節(jié)點動態(tài)效果的展示，再現(xiàn)了古時杭州的繁華盛景。江橋暮雨、十里銀湖墅等節(jié)點的樹木點光源燈宛若星光瀑布，視覺沖擊力強(qiáng)，場面壯觀，浙江衛(wèi)視、杭州電視臺、浙江日報等六十余家媒體爭相報道，好評如潮，反響熱烈。

圖7 “江橋暮雨”與 “十里銀湖墅”實景Fig.7 Real Scene of “Jiangqiao Rain” and “Shili Yinhushu”

亮燈提升有力促進(jìn)了杭州運河夜游。2015年上半年杭州運河夜游客流量共計91 957人次；提升后，2016年上半年客流量共計141 472人次，同比增加超過35%，一季度增收五十余萬元，今后旅游營收可望繼續(xù)增長。目前，本文提出的柳樹安裝LED點光源的方式在南京秦淮河及城市入城口等區(qū)域都得到了推廣應(yīng)用。

3 結(jié)論

亮麗的城市夜景不僅可以為人們的夜間活動創(chuàng)造一個良好的環(huán)境，而且對繁榮經(jīng)濟(jì)、樹立和表現(xiàn)一個城市的夜間形象，營造高尚的文化氛圍等具有十分重要的意義。杭州G20峰會前夕，通過對京杭大運河(杭州段)德勝高架橋至登云橋段沿河的柳樹重新梳妝打扮，在總跨度長度約3 km的楊柳樹上隱蔽式地安裝了LED點光源。因為所采用的的燈具具備了最高的LED防護(hù)等級[11](包括P68防水防塵I，抗UV4～5級，抗鹽霧，阻燃V-0)， 再加上生動和變換無窮的燈光效果，并做了相應(yīng)的景觀美化處理，每當(dāng)夜幕降臨，杭州運河湖墅八景“江橋漁火”、“銀山銀?！钡膲延^場面重現(xiàn)，吸引著游人的眼球；華燈初起時，運河升起的水氣和霧氣成為照明效果的組成部分，遠(yuǎn)觀貌似一條飄舞的藍(lán)綠色綢帶，將古老運河的千年風(fēng)情幻化出唯美的深遠(yuǎn)意境。