从国博谈博物馆照明设计︱中辰照明_齐洪海

从 2009年 10月至今，受中国国家博物馆展览一部的委托，中辰照明集团陆续完成了《古代中国陈列》《中国古代佛造像艺术》《中国古代青铜器艺术》《中国古代钱币》《小莽苍苍斋藏清代学者法书展》《中国古代经典绘画作品展》《百年国博——中国国家博物馆百年简史与成果展》《名家珍品集萃——孙照子女捐赠中国古代绘画珍品展》《小品大艺 ——明清扇面艺术展》《明清家具展》《面具艺术展》《江汉汤汤 - 湖北出土商周文物展》《丝绸之路展》《来自肖邦故乡的珍宝 - 15至20世纪的波兰艺术展》《甲骨文金文集萃展》《新入藏品展》《大象中原-河南历史文化展》等 17个主题展览的照明设计。本文是对上述展览的展陈照明设计的过程和经验的回顾和总结。

照明设计背景

中国国家博物馆（下简称国博）改扩建工程的设计工作始于2004年02月，到2011年05月正式重新开馆，历时7年多。展陈照明设计工作在 2009年10月启动时，国博整体的设计和施工都已经接近尾声。

设计方面。建筑设计和室内设计都已经完成，展陈设计也已经基本定型。相应的，展厅内照明的供电和控制方式、天花上的轨道排布和选型都已经确定。照明供电的方式，包括天花上的轨道以及墙面和地面上的固定位置的插座。控制方式，天花上的轨道分区域按回路可调光，墙面和地面上的插座分区域通断开关。

施工方面。强电系统的施工已经基本完成。弱电系统的设备选型已经确定，还没有开始施工。吊顶以上除照明外的各专业隐蔽工程接近完成。室内完成面的施工还没有开始。

照明设计工作开始于整体设计和施工都已经接近尾声的阶段，意味着照明设计的自由度相当有限。

博物馆照明设计的三类重要问题

博物馆的照明设计要特别关注三个方面的问题：展品的保护；展品和展陈空间的视觉呈现；其他设计、工程和维护问题。

1 展品的保护

1.1 控制红外辐射和紫外辐射。通过选择不含红外或紫外辐射的光源，或者加装可以滤除红外或紫外辐射的透镜，来尽可能减少照明带来的红外和紫外辐射。

1.2 限制照度和年曝光量。不同类别的展品的光敏感度有很大的差异。按照《博物馆照明设计规范》（中华人民共和国国家标准 GB/T 23863-2009），比对其他国家博物馆照明设计规范，选取适合具体项目的照度和年曝光量标准。根据标准，对展品按光敏感度进行分类，相应的，确定针对每一个展品的照度和年曝光量限制值。

2 展品和展陈空间的视觉呈现

2.1 视觉适应。这是一个重要的，而且经常被忽略的问题。从博物馆的室外，到门厅、交通空间，到展览的序厅、展厅，到展厅的不同部分，亮度可能存在很大的差别。而且通常的情况是，展厅内的亮度低，展厅以外的区域亮度高，观众从高亮度环境进入低亮度环境，如果转换速度过快，视觉会不适应。而且，对应亮度上从高到低，内容上却是从次到主，和观众的心理期待相反。因此，在进入到展厅之前的空间序列当中，亮度应当逐渐降低到低于展厅内亮度的水平，或者至少和展厅内的亮度水平接近。要实现这样一个理想的亮度过渡，需要在建筑设计的起始阶段就着手整个博物馆的空间亮度规划。展厅内的亮度分布和展览的策划以及展陈设计有很大的相关性，比如按编年进行的展览和按材质进行的展览，亮度的分布可能会有很大的不同。按编年进行的展览可能会把一件青铜器和一件彩色的丝绸放在一起，二者的照度限制差别很大（300lx和 50lx），可能造成一个视野范围内过高的亮度比，这个问题需要从展陈设计的角度或者照明设计的角度来解决。按材质进行的展览，比如青铜器展或者丝绸展，可能就不会碰到这样的问题。

2.2 展品数据和空间界面数据的取得。照明设计应当是亮度设计，也就是以直观的视觉结果为目标的设计。要设计亮度，展品的形体和材质数据（比如 3D模型、颜色、光洁度、反射比），展厅空间和界面的形体和材质数据，都是做照明设计必不可少的前提条件。

2.3 展厅光环境气氛的营造。博物馆的照明，特别是展陈空间的照明，有风格的不同。展陈空间的照明风格很大程度上取决于建筑风格和展陈风格。空间和展陈方式可能是一个完全冷静客观的背景，也可能是一个参与叙述，具有故事性的角色，照明会采用相应的方式，形成相应的风格。除了配合展陈风格，在博物馆中，通过营造或改变光环境气氛来缓解观展疲劳是照明的另一个重要功能。自然光的引入，或者是自然光印象的引入，对于博物馆光环境气氛的营造有非常积极的意义。当然，自然光的引入必须得到有效的控制，确保不对展品构成损害。

2.4 展柜的照明。由于展柜内部空间的局限性，展柜内的灯具选型，设置位置，投光角度都受到很大的限制。如果不能就具体展品有针对性的进行展柜设计和照明设计，展柜内的照明很难达到理想的效果。出于展品保护或者场景设定的需要，展柜内照明的控制有可能并入整个展厅照明的控制系统，应尽早考虑控制模式和线路的敷设。展柜玻璃表面的反射眩光是影响展柜照明效果的另一个关键因素。采用低反射玻璃，控制玻璃对面实体和空间（经过空间的观众）的亮度，都是有效的控制反射眩光的手段。当展柜的玻璃面和其他展品相对时，控制反射眩光的难度很大。

2.5 满足展陈的灵活性。博物馆照明应当具有一定的灵活性，以适应展陈调整和临时展览的需要。灵活性包括送电位置的灵活性，照度分布的灵活性，以及控制设备设置的灵活性（主要是感应设备设置的灵活性）。

2.6 眩光控制。眩光控制水平对博物馆的视觉品质有决定性的影响。在博物馆的照明当中，眩光大致包含三类：直接眩光，主要是灯具直接产生的眩光，比如在正常的视野范围内看到灯具的出光面；一次反射眩光，主要是由灯具的出光面的虚像产生的眩光，比如在比较光洁的展品表面或者展柜的玻璃面上看到灯具的出光面的虚像而无法看清展品；二次反射眩光，即由被照亮的物体的虚像产生的眩光，比如在展柜的玻璃表面看到其他展品的虚像而无法看清展柜内的展品。通过选择灯具和防眩光配件，可以消除或者削弱直接眩光，比如选择光源深置的灯具，加装防眩光格栅、蜂窝、可调节角度的遮光板等等；通过控制投光角度，可以消除或者削弱直接眩光和一次反射眩光，比如使投光方向和水平面的夹角大于 60 °，使灯具的出光面对正常的视野范围产生的影响较小；通过控制玻璃展柜等反射面对面实体和空间（经过空间的观众）的亮度，使其虚像的亮度低于观赏对象的亮度，以消除二次反射眩光。

3 其他设计、工程和维护问题

3.1 控制方式的选择。控制系统，包括感应系统，在展品保护（比如控制年曝光量），场景设定，灯光调试等方面发挥关键作用。目前常见的控制方式包括按回路通断开关，按回路调光，和单灯可调光（通过控制系统调光，非手动调光）。相应的，决定了场景设定的可能性。不同的控制方式对线路敷设方式和设备选型有不同的要求。特别是线路敷设，通常在工程的较早阶段完成，要求尽早确定控制方式。

3.2 调试和维护的方便。在博物馆当中，照明系统通常都设置在天花上，比如轨道照明系统和人工天窗。由于所处的位置较高，给灯光调试，更换光源，设备维护，都带来一定的困难。在建筑设计和室内设计阶段就应该考虑照明设备的调试和维护方式，比如设置马道甚至上人吊顶。无法设置马道和上人吊顶时，应该选用操作方便的升降车。影响调试和维护的另外一个重要因素是控制系统。如果采用单灯可调光的控制系统（ DALI，即数字可寻址照明接口），调光时，可以在地面完成对单个灯具的出光强度的改变；设备发生故障时，系统能够发出提示，并且更快速准确的发现故障原因。

3.3 轨道设置的间距和方向。博物馆的展陈具有不确定性，照明应当能够灵活应对。轨道的设置对保证照明的灵活性有决定性的影响。检验轨道的布置是否合理有两个最基本的标准。一是在灯具的投光方向和水平面的夹角不小于 60°的情况下，光强中心的可达区域对博物馆空间的覆盖情况。如果不能覆盖地面以上至少2~3m的空间，说明轨道间距过大了。

△ 轨道间距

二是至少针对已知垂直面，是否具有设置洗墙型灯具的合理位置（因为洗墙照明对灯具的布置间距和到垂直面的距离有相对固定的要求）。轨道设置和建筑以及室内设计的关联性极大，所以在建筑和室内设计当中应当尽早充分考虑照明需求。

3.4 现场实验和模型检验。由于照明对博物馆有至关重要的影响，所以在博物馆照明设计当中，应当尽可能在现场模拟真实展陈状态进行照明实验。特别是在有较多展柜的环境中，检验二次反射眩光的情况，以及展柜在墙面和地面形成阴影的情况。没有条件进行现场实验或者等比例模拟时，应当进行实体模型的模拟。但是受到照明设备的限制（没有等比例缩小的灯具），实体模型的模拟很难达到理想的效果。

理想的设计工作流程

所谓“理想 ”，体现在照明设计的两个目标，一是做亮度设计，二是有针对性的为每个展品做照明设计。做亮度设计，是要确定照明对象的亮度，而不只是照度。做照度设计，只知道有多少光到达对象表面，却不知道反射的光有多少，不知道到底有多亮，也就无法在设计阶段控制和推敲一定视野范围内的亮度比。有针对性的为每个展品做照明设计，是希望展品得到最充分的表现。以此为目标，制定了以下工作流程。

1 建立完整准确的数字模型，包括空间和展品的数字模型。

2 对展品按光敏感度进行分类（需要文物保护专家的协助）。

3 进行具体的照明设计。包括针对展陈空间、裸露展品和展柜内展品的亮度设计。可能提出对建筑、室内、展陈等相关专业设计的修改要求。

4 把展厅内的亮度分布结果与序厅、交通等空间的亮度进行比较。可能修改设计。

5 核算展品的年曝光量。可能修改设计。

6 进行现场实验或者制作实体模型。

7 初步确定照明设计。

8 明确对照明设备和控制设备的要求。

9 完成招标所需的技术文件。

10 根据招投标结果进行深化设计。

11 现场施工服务。

12 灯光调试。

上述工作流程的基础是“建立完整准确的数字模型”，需要业主提供空间、界面、展柜、展品的准确的形体数据和材料数据，或者由照明设计师来采集这些数据。但是，短期内，数据采集的工作不具有现实可行性，所以这个希望做亮度设计和针对每个展品做设计的工作流程不可行。不得已，照明设计要回到做照度设计和做没有针对性的设计的“正常”的设计流程上去。

正常的设计工作流程

1 对展品按光敏感度进行分类（需要文物保护专家的协助）。

2 进行主要是照度设计的照明设计。

3 核算展品的年曝光量。可能修改设计。

4 进行现场实验或者制作实体模型。

5 初步确定照明设计。

6 明确对照明设备和控制设备的要求。

7 完成招标所需的技术文件。

8 根据招投标结果进行深化设计。

9 现场施工服务。

10 灯光调试。

在这个正常的设计流程中，设计工作至少要进行到第 5步，“初步确定照明设计”后，照明设计成果才有可能开始服务于工程。而工程的实际进度要求照明设计以已有的建筑和室内设计（包括建筑设计和室内设计中有关照明的设计，比如轨道的排布、控制模式等）为前提，尽快提供与建筑和室内施工相关的设计成果，所以设计工作必须根据工程进度的需要来重新考虑设计思路和工作流程。

满足工程进度需要的设计工作思路和流程

1 照明对象的分类以及相应的照明方式和控制方式。

△ 照明对象的分类

1.1 建筑墙面（3.75米高，7.25米高，8.25米高）和展陈墙面（3.6米高）。采用设置在天花上的轨道灯照明。已有天花上轨道的间距为 3米和 3.5米，分析能否确保对所有建筑墙面形成均匀的洗墙照明以及对策（比如增设轨道）。控制采用 DALI系统。

1.2 展柜内展品。照明和控制柜内解决。

1.3 裸露展品。采用天花上轨道灯和展位上的灯具进行照明。天花上的轨道灯采用 DALI系统控制；展位上的灯具由展位上的控制系统控制。

1.4 展陈空间。采用设置在天花上的轨道灯照明。控制采用 DALI系统。

2 照明设备的分类。

2.1 DALI系统。与天花上的轨道相连。与室内工程相关。

2.2 天花上的轨道。与室内工程相关。

2.3 天花上的轨道灯。与其他专业不相关。

2.4 展柜内和展位上的灯具。与展柜和展位制作相关，与室内工程不相关。

2.5 展柜内和展位上的控制系统。与展柜和展位制作相关，与室内工程不相关。

2.6 供电系统。包括吊顶内供电和墙地插供电。为已有设计条件。与室内工程相关。

3 根据和其他相关工程的关联度决定选择照明设备的先后顺序和主要的技术环节。

3.1 供电系统。为已有设计条件。

3.2 天花上的轨道。建议将建筑设计选定的三回路轨道改为 DALI轨道，可解决绝大部分的展陈空间和裸露展品照明的需要。校核已有轨道对墙面、裸露展品和空间照明需求的响应程度。增设必要的轨道。

3.3 DALI系统。包括数据线和控制器。需要明确数据线和控制器的连接方式，以明确是否需要首先估算控制点的数量。

3.4 展柜内和展位上的灯具。考虑垂直面、水平面和空间照明，均匀照明和重点照明，不同方向的照明等照明方式分别确定构造方式和灯具选型。光源类型原则上以卤钨灯和荧光灯为主，需估算用电量以确保不超过设计容量。通过控制系统实现照度调节。

3.5 展柜内和展位上的控制系统。

3.6 天花上的轨道灯。

实际的设计工作过程

1 确定工作思路和流程。先后提出“理想的”、“正常的”、和“满足工程进度需要的”设计工作思路和流程。确定采用“满足工程进度需要的”设计工作思路和流程。

2 控制系统的选择。鉴于控制系统和轨道尚未完成采购，建议控制系统和轨道改为 DALI系统和 DALI轨道，并完成了 DALI系统（包括感应系统）和轨道的设计和造价估算。最终由于招投标的程序要求和工程进度的原因，建议未被采纳。

3 核对和调整轨道排布。按照前述的方式，核对轨道的排布密度和方向是否满足投光和洗墙的需要。经过核对，证明轨道排布不能满足洗墙的理想需要，部分区域不能满足投光需要。

洗墙照明。展厅空间高度分别是 8.25米、7.25米和 3.75米。在高 8.25米和 7.25米空间，作为背景的洗墙照明希望均匀照亮展柜以上（展柜最高 3.6米）的墙面，也就是对吊顶下 4.65米和 3.65米高墙面的洗墙照明。洗墙灯具的理想的布置间距和墙距是 1.55米和 1.22米（现有常见的洗墙灯具排布方式，洗墙高：灯墙距：灯间距=3:1:1）。在 3.75米空间，要均匀照亮整个墙面，洗墙灯具的理想的布置间距和墙距是 1.25米。在高 8.25米和 7.25米空间，轨道间距是 3米，轨道平行于墙面时，轨道到墙面的最近距墙 0.8~0.9米，也就是说轨道垂直于墙面时，洗墙灯具的间距过大；轨道平行于墙面时，洗墙灯具距墙过近或过远。在 3.75米空间，轨道间距是 3.5米，需要做洗墙照明的区域，轨道和墙面垂直，如果要设置洗墙灯具，灯具间距过大。

投光。用前述的方法核对轨道的排布密度、在3.75米空间，灯具的投光方向和水平面的夹角不小于 60°时光强中心的可达区域仅覆盖到 0.7米以下的空间，意味着在 3.75米空间，眩光控制存在风险。

相应的，建议加设轨道来解决上述问题。同样由于程序和进度原因，未被采纳。给日后的调光工作带来很大的困难。

4 提出展柜内照明的技术要求。展柜的设计制作，包括具体的照明设计，由展柜厂家负责完成，照明设计师负责提出展柜内照明的技术要求。

4.1 光束的角度和投射方向。光束的角度应具有一定的灵活性（可选择或可连续调整），以满足针对不同对象面积进行照明的需求。同时，光束的投射方向应具有一定的灵活性。

4.2 照明的强度范围（0~300 lx）。对照明的强度同时关心最高值、最低值和连续调整的能力。用尽可能低的照度叠加进行照明，有助于创造细腻的照明效果。最大照度值通常不超过 300 lx，考虑到展品的具体形态，设备应具有一定的富余量或灵活调整的能力。

4.3 光分布的灵活性。光分布应能够根据展品的分布情况灵活设置。

4.4 光分布的均匀性。光分布应根据展示需要能够实现必要的均匀性。通常情况下，针对展柜内的立体和水平面展品的照明易于达到视觉上的均匀，而实现垂直面的光分布均匀有一定的难度，是考察可能设置垂直面展品的展柜内照明设备能否达到设计要求的关键环节。

4.5 出光单元的数量。为实现细腻的和足够强度的照明，展柜应提供尽可能多的出光单元。

4.6 预留下部投光的条件。展柜应具备从展品下部向上投光的可能性。

4.7 控制设备噪音。

4.8 调光。展柜应具备分组进行连续调光（ 0~100%）的能力，即可对灯具进行分组并分别进行连续调光。

4.9 控制红外、紫外辐射，限制年曝光量。对光敏感的展品，控制红外、紫外辐射，并通过控制系统限制和监控展品的年曝光量。

4.10 光源类型。展柜照明采用的光源以卤钨灯和荧光灯为主，显色指数大于 90。

5 对展品按光敏感度进行分级。分级是经过照明设计师和文物保护专家讨论，最终以文物保护专家的意见为准。展品按照光敏感度被分为三个级别，对应的照度限制为50lx,150lx.和300lx.由于控制系统的能力所限，无法限制展品的年曝光量。

6 照明设计。由于程序和进度原因，任何需要对现有建筑和室内设计成果进行修改的照明设计方案都不能被接受；照明设计也不能参与到具体的展陈设计当中，因为展陈设计具有很大的不确定性，包括展柜内展品和裸露展品的展陈。这就意味着，引入自然光或自然光印象，调整轨道排布，改变控制模式，有针对性的对待具体展品，和展品所处的环境结合（包括构造上和视觉呈现上）等照明设计的重要手段都不能采用。照明设计师实际上可以采用的手段只剩下一个：在给定的轨道上装灯。

关于照明效果，馆方明确提出，希望国博的整体视觉感受明朗清晰，不要像进入某些博物馆时有“钻黑洞”的感觉。为了达到上述目标，针对所有不设置展品的垂直面都设置了照度可调的洗墙照明，可以根据展品的具体需要，创造出不同亮度的背景，从而有效的调配展品和背景的亮度对比，提升观众对空间的识别和感受。

具体的照明设计工作包括三个主要步骤。

第一步，按照展柜内展品的限制照度，模拟展柜照明对展厅光环境的影响。作为针对展厅环境和裸露展品的照明设计的前提条件。

第二步，完成针对裸露展品的照明设计。

第三步，在考虑展柜照明和裸露展品照明给展厅整体光环境带来的影响的前提下，补充展厅内垂直面和水平面照明最高达到平均 100 lx。

△ 展柜照明和裸露展品照明给展厅整体光环境带来的影响

△ 补充照明后

7 在初步完成了照明设计方案后，在国家博物馆内进行了两次现场实验。通过实验，证明轨道间距过大造成在实现比较均匀的洗墙照明时，会在靠墙摆放的展柜内形成难以彻底消除的阴影；展柜设计缺乏针对性，特别是对垂直面展品的照明效果不理想；

△ 展柜照明情况

比较了现场数据和模拟数据的差异，结合主观感受，对灯具的配光和功率做了细微的调整。同时，通过实验，比较了使用erco和 iguzzini两个品牌的产品的实际照明效果。实验通过了专家评审，认定照明方案可行。

8 调试。在国家博物馆这个项目当中，相对于建筑设计和室内设计，照明设计介入较晚；面对展陈设计的不确定，照明设计的对象又不够清晰。因此，调试才是照明设计的真正开始。调试工作面临的主要困难有两个，一是时间紧迫，二是轨道排布不合理。

时间紧迫。作为国家博物馆最重要的永久性展览，《古代中国陈列》的展厅面积约 8000平米，留给灯光调试的时间是9天。相比之下，面积约 1900平米的《中国古代青铜器和佛造像艺术》展览，留给灯光调试的时间是7天，显得非常奢侈。时间的紧迫使灯光调试工作只能侧重于重点展品的呈现，照明在整体协调和细节推敲上还有很大的欠缺。

轨道排布的不合理给洗墙照明的调光带来最大的困难。比如在佛造像艺术展中，轨道垂直于墙面，间距 3.5米，而且纵向不连续，造成可选灯位非常有限。经过反复实验，决定在每个轨道上安装两个洗墙灯，一个垂直向墙面投光，输出光通的百分比较低；另一个倾斜很大的角度向墙面投光，输出光通的百分比较高。最终洗墙的效果仍显不够均匀。

△ 最终洗墙效果

总结

中国国家博物馆的照明设计，经历了相对完整的研究和思考过程；在工作思路和设计构思上，馆方、各个设计专业和施工单位也进行了充分的沟通。但是由于招投标的程序要求和工程进度紧迫等原因，照明设计工作实际上集中在解决照明和其他专业的设计和施工的衔接上，真正投入到视觉呈现上的工作量非常有限。因此，从最终的结果来看，照明设计工作的成果主要体现在以下四个方面：

1 按照工程进度要求，完成照明设计工作，配合完成施工和调试工作。

2 制定并且严格执行了展品的照度限制标准。

3 照明系统具备了一定的控制展品和背景的亮度对比的能力。