武汉天兴洲长江大桥景观亮化设计方案武汉天兴洲长江大桥景观亮化设计方案初醒悟1 1 项目概述项目概述 武汉天兴洲公铁两用长江大桥，是世界上首座拥有四条并行轨道、载荷最大的公铁两 用桥。大桥桥位区域两岸地形平坦，湖塘星罗棋布，属长江冲积平原地貌。大桥长江北岸 （汉口岸）属于武汉市江岸区的湛家矶工业区，主要为耕种区，分布较多鱼塘；南岸（武 昌岸）属于武汉市青山区的武钢工业区和生活区，建筑物稠密。 本方案系为营造武汉天兴洲长江大桥和谐自然的夜间光环境，受业主委托，所做的该 桥景观亮化设计。设计目的是为武汉天兴洲长江大桥景观亮化提供艺术的、可操作的、详 细的设计方案。设计内容是该项目景观亮化的总体构思、效果愿景，以及具体实施的技术 手段。设计范围为：天兴洲大桥正桥部分，包括公铁合建段和公路分建段，不含铁路分建 段。含桥铭雕塑景观平台。图 1 武汉天兴洲长江大桥2 2 设计主题设计主题 我们把该项目的设计主题确定为：新的跨越。大型城市桥梁，可以是一个城市的象征，体现城市精神。狭义上讲，天兴洲大桥，是 跨越长江的重要交通通道，它的建成通车，对武钢工业区、对武汉、甚至对整个华中地区， 都有十分重大的意义。广义上讲，天兴洲大桥，承载着武汉人民的梦想，更承载着湖北人民的梦想。 该项目的主题，就是象征着勤劳勇敢的武汉人民，实现经济的快速发展，社会的繁荣 稳定，实现新的跨越和腾飞。3 3 具体设计方案具体设计方案 3.13.1 设计重点设计重点 全长 1092 米，主跨 504 米的双塔三索面公铁两用斜拉桥。3.23.2 设计要素设计要素 依表达重要性由高到低，依次为：桥塔、钢桁梁、斜拉索、引桥桥体、桥墩。3.33.3 总体设计思路总体设计思路从节能角度考虑，我们建议在可能的情况下，尽可能多地应用现如今被称作第四代光 源的 LED。虽然 LED 具有光色纯净、寿命长、工作电压低、抗震耐冲击、冷光和光响应速 度快、易于调光和控制、无汞害从而利于环境保护等优点，但对于像大跨度斜拉桥这样的 远距离投光还无能为力。目前只有 HID（高强气体放电灯，如高压钠灯和金属卤化物灯） ，由于发光点小，容易 控制光束，能实现远距离投光。而暖黄色光的高压钠灯和冷白色的金卤灯相比较，高压钠 灯的光效更高，寿命更长。如 600W 的高压钠灯和 1000W 的金卤灯发光能力相当，光通量都 是 90000 流明。所以一般来说，用高压钠灯可以更省电。由于这座桥规模宏大，亮化耗电 量将非常大，所以不但要精打细算，还要设置平日和各种节假日不同的开灯模式。否则就 可能导致像国内很多亮化工程中出现的尴尬：建得起，用不起。斜拉桥部分是这座桥力与美的集中体现，也是设计的重点。大功率、窄光束的投光灯照亮桥塔，注重明暗对比和照明强度的自然过渡。灯具安装 在专门的转角平台上。在所有开灯模式下都应该被开启，以突出主塔的挺拔与力量。安装于连接钢板内的泛光灯将钢桁梁的上壁和内侧的左右两面打亮，灯具隐蔽性好。 这里的灯具要求加装特殊的透镜，产生能打出非对称椭圆形光斑的配光，提高光线利用率。斜拉索是个难点，处理不好的话，可能只有不到 10%的光线落到拉索上。这里同样需 要用大功率、窄光束的投光灯，投光方向应顺着拉索的方向。因为顶部是拉索密集的区域， 上面散开的光可以充分利用，并且可以同时打亮桥塔正面顶部，一举两得。灯具安装在保 护拉索防撞墙内。而防撞墙同时也能起到防眩光的作用。安装于防撞墙上、内外两面发光、贯穿整个大桥公路桥部分的 LED 轮廓灯，清晰地勾 画出大桥美丽的线条。靠行车道的内侧为单色的黄光，对行车有一定的导向作用，而又不 会刺激驾驶员的视线。外侧平日定色，节日变色，与斜拉桥钢桁梁上的 LED 星光灯共同烘 托了节日的喜庆气氛。选择性地打亮部分桥墩。桥铭雕塑做内透光或泛光处理，使其产生独特的艺术光影效果。 公路分建段大跨，梁的侧壁做有节奏的泛光。3.43.4 视点分析视点分析 以人为本是照明设计中要坚持的重要原则之一，因为毕竟夜景照明做出来是给人欣赏 的。做视点分析的另一个目的是要找出该项目的最佳观景点在哪里，要保证哪些视角的视 觉效果。 武汉天兴洲长江大桥景观亮化的最佳观景点在南岸的临江大道，约与大桥轴线成 3060 度角的地方。沿临江大道的人行视点属静态视点。由于江轮航速较慢，航道上的视 点也可看作静态视点。 沿临江大道的车行视点，以及大桥主线公路部分的车行视点，是动态视点。而乘坐铁 路列车的旅客，则基本上无法看到大桥的亮化效果。图 2 视点分析3.53.5 光色设计光色设计 综合分析并征求业主意见后，决定采用以一种色温为主的单一色光方案。 方案一为色温 1900K2100K 的暖黄色高压钠灯光源，视觉冲击力强，辉煌、高贵、大 气的感觉，如果选择此方案，建议路灯光源用同一品牌、同一色温的高压钠灯光源； 方案二为色温 5700K6000K 的冷白色金卤灯光源，明亮而温馨，纯净、清新、整洁的 感觉。如果选择此方案，建议路灯光源用同一品牌、同一色温的金卤灯光源。3.63.6 主要节能措施主要节能措施选择发光效率高的光源 选择效率高的灯具 选择合理的照明方式 选择节能的照明电器 选择合理的供电线路和控制方法 不超出 CIE 和国内有关规范、标准规定的照明标准值和亮度水平 采用 LED、太阳能等照明节能的新产品和高科技产品 加强夜景照明的维护与管理图 3 全景效果图图 4 斜拉桥透视效果图图 5 钢桁梁局部效果图图 6 主塔透视效果图图 7 桥铭雕塑效果图4 4 整体灯具分布的模拟夜间照明效果整体灯具分布的模拟夜间照明效果 照明设计的初期，设计公司大都会给客户提供预想的夜景效果图，以及要达成这些效 果的各种灯具设备。 但这些看似漂亮的效果图能实现么？以前没有人能回答这个问题，特别是泛光照明工 程，更难把握。DIALux 是一款由德国 DIAL 公司开发的比较出色的照明设计软件。它诞生至今已整整 15 年，约每半年升级一次，版本从最初的 1.0 发展到现在的 4.5，功能更是日臻完备。使用者可以将 DIALux 当成一个照明设计的实验室，在施工前将照明的配置图于软件上 反复实验到最完美的地步。如此一来，就不会再有施工时，发现照度不够，或是发现照明 角度不恰当等问题，而临时换灯具、改配置等情形发生了。由于 DIALux 可以统合各个生产厂家的各种照明灯具，做精准的照明计算，且还具有虚 拟实境的功能，让整个空间设计案，都能以 3D 立体图的方式在电脑中完美地呈现，而所有 的照明数据，也都以图表化的方式清楚地详列出来，加上操作介面相当简易、人性化，现 已成为业界公认的最佳照明分析软件。由于该项目的规模大、复杂程度高，所以我们专门用 DIALux 程序，做了斜拉桥部分的 泛光照明分析，并取得了令人满意的结果。图 8 计算模型图 9 斜拉桥泛光效果部分角度渲染图图 10 重大节日模式泛光效果塔上表面等照度图5 5 灯光变化的控制方案灯光变化的控制方案 分三种开灯模式：平日、周末及一般节假日、重大节日。 * 模式一：平日，斜拉索投光灯只亮中间一排，桥塔、桥墩、钢桁梁灯具全亮。LED 轮廓灯只亮外侧且为单色。 * 模式二：周末及一般节假日，斜拉索投光灯打亮外侧两排，中间一排不亮，桥塔、 桥墩、钢桁梁灯具全亮。LED 轮廓灯内侧开启，外侧仍为单色。 * 模式三：重大节日，所有灯具全部开启，LED 光管外侧为变色。公路分建段大跨及 桥铭雕塑照明灯具在三种开灯模式下都全部开启。表 1 各种开灯模式的用电总负荷 开灯模式方案一 高压钠灯方案方案二 金卤灯方案 平日395KW474KW 周末及一般节假日489KW596KW 重大节日608KW742KW6 6 注意事项及有关建议注意事项及有关建议由于桥上交通繁忙、荷载重，震动幅度大，故桥上所有灯具均要求抗震性能好。泛 光灯具光源的灯头最好选用如 Rx7s 等双端型，若是 E40 等单端型号，则建议加装光源固定 装置，以防因震动松脱，或造成接触电阻大，引起供电线路异常甚至烧坏光源。从灯具隐蔽和防风抗震等多方面考虑，景观灯具不能采用立杆照明的方式。景观照明要和功能照明统筹考虑，使二者融为一体。当二者产生矛盾时，应首先满 足功能照明。道路照明因为是立杆方式，故建议在灯头内加装专用减震器。因单侧 3 车道，路幅 并不宽，建议取消路灯挑臂，灯头采用直插式。道路照明灯具将打亮斜拉索和桥塔的约 10 米高度以下的部分，所以路灯光源的色温 应与斜拉索和桥塔泛光灯的色温保持一致，以避免光色混乱，影响景观照明效果。由于是圆形断面，且直径很小，以及投光角度的限制等原因，斜拉桥的拉索很难打 亮，建议在可能的情况下，在其表面涂刷反射率高的亚光材料（但要防止表面在白天产生 反射眩光） 。可以达到在同样照度的情况下，看起来更亮的效果。桥的其他部位也建议表面 涂刷反射率高的亚光材料。采用此手段可以节约 20%30%的电能。斜拉桥亮化配电箱建议设在两个主塔内，以减小供电半径。不建议以在灯具面盖上加装滤色片的形式，产生彩色光的效果。因为滤色片的透光 率一般都在 50%以下，有的甚至只有 20%左右。使用滤色片要达到同样的照度，需要数倍的 用电量。彩色金卤灯的光效也比较低，如某知名品牌 400W 蓝色彩卤灯的光效只有同功率常 规金卤灯的四分之一。 （红色为二分之一）光源建议采用 OSRAM，或 GE、PHILIPS 等知名品牌。根据以往经验，OSRAM 光源的色 温一致性更好，同规格光源色偏差小。灯具基本技术参数要求：*所有泛光灯的灯具效率应大于 70%。*泛光灯具防护等级建议 IP67 或 IP66，最低 IP65。*打斜拉索和桥塔的泛光灯，发光角为 45 度左右，中心最大光强要求大于 8000cd/klm；打钢桁梁的泛光灯短轴发光角为 68 度左右，长轴发光角为 3050 度左右。 中心最大光强要求大于 1200cd/klm。注：本文发表于2010 上海世博照明研讨会文集 ，2008.8上海