铁路大型客站大空间照明方案研究

1　概述

1. 1　铁路大型客站建筑特点

随着我国铁路跨越式发展的推进,近年来铁路客站建设取得了突飞猛进的发展。在客站设计中,贯彻科学发展观和“以人为本”的理念,充分体现功能性、系统性、先进性、文化性、经济性的“五性”原则,催生出具有鲜明的时代特征和中国特色的铁路客站。现代铁路客站的建筑特点主要表现在以下几方面:

1.1.1　铁路大型客站建筑功能复杂。除了其本身作为铁路客运站所必需的售票、进出站、候车等功能外,客站建筑还具备购物、餐饮、休息、商务活动甚至展览、展示等功能。同时,大部分铁路客运站还是各种交通形式汇集的交通枢纽,复杂的人流车流也是其它建筑所少有的。

1.1.2　铁路大型客站建筑体量巨大,结构复杂。建筑面积动辄数十万平方米,室内大空间净高有时高达数十米。部分客站采用桥建一体化、站棚一体化。

1.1.3　铁路大型客站建筑大量采用玻璃、透光膜等透明、透光材料,包括大面积玻璃幕墙、大型采光天窗等。

1.1.4　客站建筑与站场密切融合,客站、站场和车站广场有机结合,列车直接穿过客站建筑。

1. 2　客站建筑特点对照明的影响

客站建筑的这些特点对照明和照明设计有着很大的影响,照明设计必须充分考虑这些特点,并有针对性地采取相应的对策,才能获得较理想的照明效果。概括起来,客站建筑的特点对照明的影响主要有以下几个方面:

1.2.1　客站建筑功能复杂

复杂多样的功能需要多样的照明,照明设计必须充分研究各种功能对照明的需求,有针对性地给出相应的方案,并使它们成为有机的整体。

1.2.2　客站建筑空间体量巨大

客站建筑的大空间使得照明效率急剧下降,同时给灯具的安装、维护带来了较大的难题。照明设计必须更新设计思路,以创造性的思维方式研究解决方案。要平衡效果、效率、安装维护的方便性等各方面的因素,综合优化方案,方能取得良好的效果。

1.2.3　大量使用透明透光材料

透明透光材料的大量使用是一把双刃剑,一方面在白天有效地利用了自然光,另一方面,由于这些材料能使大量光线从室内投射到室外,在夜晚会损失大量的人工光,极大地降低照明效率。因此应充分研究这些材料的光学特性及其在建筑物中的分布位置,并充分利用这些特性,如有些透光膜在透光的同时还具有较高的反射率,在为室内照明提供反射光的同时,还可利用其透光性创造理想的室外照明效果。

1.2.4　列车直接穿过客站建筑

由于高速列车通过时所引起的振动和高风速,为灯具的机械、电气性能提出了新的要求。同时由于铁轨和路基系统的构造形式与通常意义上的建筑形式差别很大,传统的照明方式和灯具安装方式很难满足要求,专业之间的配合也远比传统的建筑形式复杂。根据铁路客站建筑特点及对照明影响的分析,传统的照明方式已无法满足现代大型客站建筑照明的要求。客站建筑照明设计的理念和手段都有了深层次的革新,如何使照明与建筑有效结合,在满足功能照明的同时提升建筑的品质;客站大空间照明方案如何实现;如何实现客站建筑高大空间照明的有效节能等问题,亟待我们深入研究。

2　客站建筑照明设计的基本原则

基于对客站建筑特点的分析理解及多年从事铁路客站照明设计工作的实践,笔者认为客站建筑照明设计的基本原则主要有以下几点:

2. 1　建筑化照明

强调照明是建筑的一部分,强调照明的目的在于创造光环境而不是用灯具装饰空间。无论是光还是灯具,都必须与建筑环境相协调,形成一个整体。灯光应努力体现建筑的特点,与建筑的硬质元素一起营造恰当的环境氛围。应尽可能隐藏灯具,努力做到见光不见灯,确实需要明装灯具时,应选用简洁、与建筑相协调的形式。

2. 2　照明体现建筑文化特色

优秀的建筑设计应把文化性作为一个重要目标来考虑,照明设计也不例外。应充分发掘照明中的文化属性,从照明氛围、明暗、光色等方面体现中国文化特色。对于建筑设计中体现文化性的元素,可以通过照明加以强调,使之得到更好的表现。

2. 3　人工光与自然光协调考虑

照明是一个完整的系统,应统一考虑自然光与人工光、静态照明与场景变化过程、照明与控制系统之间的相互关系,把它们作为一个整体来考虑。客站建筑往往采用大量自然采光材料,这是室内照明十分有利的因素,应予以充分利用。结合自然光的变化对人工照明进行相应的场景切换,是营造最恰当照明环境、节能的必要手段。

2. 4　室内照明与室外照明统一考虑

大型客站建筑的外立面和屋顶往往使用了大量的透明材料,这给外立面照明设计既带来了挑战,又提供了机会。应利用透明材料的特性,将室内照明和室外照明统一考虑。室内照明环境通过透明材料展示在室外,形成室外照明景观;室外照明灯光投射到室内,可以有效补充室内照明。

2. 5　照明的辨向、定位作用

对于大型公共建筑,公众置身其中要准确快速地辨别方向、识别位置往往是一件比较困难的事。通常靠复杂的诱导标识系统来解决这一问题。合理、明晰的标识系统固然必不可少,但合理利用照明的辩向、定位功能作为补充能获得事半功倍的效果。利用灯光的色温来区别空间、利用明暗的走向来指引方向比标识系统更加直观。

2. 6　正常照明、应急照明、标识统一考虑

应急照明灯具、发光标识牌、发光广告牌等可发光设施其实也可以同时是正常照明器具。统一考虑这些发光设施,可以有效避免初期投资和运行能耗的浪费,同时还可以使建筑空间更加简洁统一。照明设计时应将这些设施统一纳入到人工照明的范畴之中去考虑,使之成为有机的整体。

2. 7　节约

节约主要从2个方面考虑,一是初期投资成本的节约,二是长期运营成本的节约。初期投资成本的节约主要从合理设定照度亮度、采用科学合理的照明方式、选择恰当的照明器具等方面综合考虑,通过精确计算和照明实验等手段,努力实现用最少的照明器具达到最佳的效果。长期运营成本的节约主要是降低维修79第4期管亚敏:铁路大型客站大空间照明方案研究更换费用和如何节电的问题。降低维修更换费用应从照明方案和选择长寿命灯具光源等方面入手。节电则应从利用自然光、选用高效光源、选用低能耗电器附件、选用高效照明器具以及引入先进的照明运营管理及控制系统等多个角度综合考虑,才能取得良好的效果。

2. 8　方便检修维护

高大空间的照明给将来的检修维护带来很大的难度。要解决这一问题,必须在设计阶段充分考虑检修维护的方便性。应避免将灯具安装在维护人员难于到达的位置,并尽可能选用长寿命、易维护的灯具。

3　客站大空间照明要求及照明解决方案

3. 1　客站大空间照明要求

铁路客站大空间区域主要分布在入口门厅、进出站大厅、候车大厅、售票大厅及无站台柱雨棚等区域。根据不同区域的功能,对照明有不同的要求,以下对客站功能区域的照明要求进行简单归纳。

3.1.1　进、出站大厅

由于铁路大型客站人流量很大,而且整个进站出站过程由多个阶段组成,因此一般会设置多个缓冲空间,如入口门厅、进站厅、出站厅等。旅客在这些空间不会停留太长时间,通常会很快进入其它空间。这些空间与通道有一定的相似性,但又有所不同。从功能上讲,照明只需达到基本照度即可,但由于旅客在这些空间可能被迫等待(如等待检票),心理上可能会有焦躁情绪,因此整体环境应较明亮。应注意使垂直面和顶面有一定的亮度,以改善人的视觉感受。

3.1.2　候车大厅

候车区是整个客站旅客停留时间最长的大空间,应给旅客创造一个宽敞、明亮的视觉环境。考虑到旅客候车时可能有阅读的需要,应提供足够的水平照度。但由于大型客站的候车区往往面积大、空间高,整体达到满足阅读要求的照度水平不利于节能,应考虑候车区内有不同的照度分布。即部分位置可满足阅读要求,而其它位置则保持相对较低的照度。但一定要保证分布合理,使有阅读需要的旅客很容易、不自觉地向高照度的区域移动。

3.1.3　售票大厅

售票大厅是功能性较强的区域,照明应满足功能要求。一般不需要整体的高照度,但考虑到旅客等待购票时心理上可能会有一定的焦躁情绪,因此整体环境应较明亮、洁净,不宜太花哨。对于售票窗口工作面,由于需要辨认、识别,因此需要较高的照度,应考虑增加局部照明。

3.1.4　站台雨棚

站台是车内空间和车外空间的交界面,是旅客上车前的最后一个空间和下车后的第一个空间。由于站台基本上可以定位为交通空间,因此不需要太高的照度。由于站台直接与铁路相通,一般中间没有隔离装置,因此安全照明应在考虑之列。照明应清晰展示站台上的安全警示线及各种标识。站台照明还应起到辅助导向的作用,可适当加强出口处的照明强度。

3. 2　客站大空间照明解决方案

高大空间由于存在照明效率低、安装维护困难等不利因素,一直是照明设计的难题。根据以往高大空间照明设计经验,高大空间的照明设计解决方案主要有以下几种。

3.2.1　直接照明

直接照明无疑是最高效的照明方式,但同时也是安装维护最困难的方式。采用直接照明方式时应充分考虑与其它专业设备的协调,尽可能借用其它专业设备的检修马道安装灯具。应仔细斟酌灯具的形式和配光数据,在保证高效率的基础上满足外观、易维护等方面的要求。

3.2.2　间接照明

为了解决直接照明安装维护难的问题,近年来大空间的照明方式较多采用间接照明。间接照明一般将灯具安装在比较低的室内设施顶部(如设备房屋顶、风塔顶部等),将光线投射到大空间屋顶,通过屋顶的反射间接为地面提供照明。间接照明不仅能解决安装维护难的问题,同时还有利于创造比较好的照明环境氛围和视觉效果。间接照明的缺点是照明效率较低,这当然取决于反射材料的反射率和照明方案的合理性。通常情况下,具有浅灰色实体屋顶的大空间适合做间接照明,其反射率一般在50%以上。深色屋顶及透明度较高的屋顶不宜作间接照明,除非其目的是效果照明,而不是基础照明。

3.2.3　反射镜系统

为了解决间接照明效率低下的问题,人们开始考虑设法提高反射面的反射率。普通建筑材料即使是纯白色,其反射率最高也只能达到70% ~80%,并且反射光的方向和配光无法控制,很大一部分光照向不需要照明的空间,实际效率远达不到这个比例。于是反射镜系统应运而生。反射镜系统是将反射率接近100%的反射镜安装在屋顶高处,灯具安装在易于维护的低处,照向反射镜。光线通过反射镜照向地面。这样既保持了间接照明易维护的优点,又解决了间接照明效率低的问题。反射镜系统的设计要点在于灯具的光束角必须足够窄,保证大部分的光通落在反射镜的范围之内。通常反射镜有许多小的凸面镜或凹面镜组成,可以将反射光控制在一定的范围之内,提高反射光的实际利用率。

3.2.4　导光管系统

导光管系统是另一种解决高大空间维护难问题的有效途径。导光管与光导纤维类似,可以将光线从一端传导到另一端而维持较少的损失。将灯具安装在易于维护的位置,利用导光管将光线传导到屋顶,像直接照明一样从屋顶提供向下的照明。这样既保证了较高的照明效率,又可以像间接照明一样便于维护。

3.2.5　综合应用

为了得到更优化的大空间照明方案,上述照明方式需要综合运用。照明设计应根据具体项目的实际情况,灵活运用上述解决方案,采用一种或多种照明方式。同时还应认真研究空间的细节特征,设计出既满足功能要求,又能提供有丰富的视觉效果和舒适的照明环境氛围的照明方案。

4　客站照明节能研究

4. 1　影响客站建筑照明节能的因素

随着电力技术开发利用的增加、电力资源的日趋紧张以及现代照明技术的发展,照明节能越来越成为人们普遍关注的问题。照明节能的方法手段可以说是多种多样,节能效果也各不相同,应针对影响照明节能的因素采取相应的措施。影响大型客站建筑照明节能的因素很多,但主要包括以下几个方面:

(1)高大空间区域范围大;

(2)采用大面积透光材料;

(3)运营时间长(24 h运营)。

4. 2　客站建筑照明节能实现

客站建筑的照明节能,一方面属于具有普遍意义上的照明节能话题,另一方面又具有其本身固有的特殊性。从普遍意义上讲,客站建筑照明节能的实现,必须综合运用各种照明节能手段,从自然光的利用、光源电器灯具的选择、照明控制系统的使用、运营管理等各个方面统筹考虑,实现全面节能。从客站建筑的特殊性角度讲,我们必须针对影响客站建筑照明节能的因素,采取相应的措施,实现更大程度的节能。

4.2.1　高大空间区域照明节能措施

高大空间的照明效率往往比较低,即使完全采用直接照明的方式,由于有很大一部分光被照射到不需要或需要较少照明的位置(如侧面墙壁),只有少部分光能够照射到真正需要照明的部位(如地面、台面等),浪费是十分巨大的。为解决这一问题,我们需要精确地控制灯具的配光,通过仔细地计算分析,选择配光精准的灯具,控制灯具所发出的光投射到特定的范围,以此提高整个空间的照明效率,减少灯具数量及功率,从而达到节能的目的。

4.2.2　建筑大面积采用透光材料的节能措施

大面积透光材料使照射到其表面的光无法反射回室内,加上高空间的效应,这部分的损失就更大了。但透光材料的使用也有有利的因素,白天可充分利用自然光进行照明,大大节省人工照明消耗。因此,除了前述的精确控制灯具配光的方法外,应尽可能地利用自然光进行照明。同时,在考虑外立面照明时,也应很好地利用透光这一特性,使室内光室外光相互利用,减少灯具数量及功率。当然,一套科学的照明控制系统是必不可少的。应利用控制系统来根据时间、照度等客观因素自动控制灯具开和关,使灯具的开启适时、适量。上述的这些方法综合起来运用,才能将透光材料这一特性变不利为有利,最大限度地提高节能指标。

4.2.3　针对客站运营特点的节能措施

铁路客站是24 h运营的建筑,如果所有的灯具都24 h开启,则消耗的能量是相当惊人的。但事实上,一方面由于白天可以利用自然光,另一方面夜间并不是每一个区域都有人的活动。尤其是大型客站,经过的铁路线很多,不同的线路使用不同的区域。照明控制系统除了可以根据时间、照度等因素进行自动控制外,还可以和列车运行系统连接,根据列车进、出站的情况通过编程自动调整照明。这样可实现只有在有人活动的区域才开灯,大大节省照明用电。

5　结论

铁路客站大空间区域照明应在充分研究其特性的基础上,综合考虑功能、视觉效果和环境氛围、节能、使用和维护的方便性等多方面的需求,利用各种有利因素,科学设计,精益求精,形成高质量的设计方案。