于家堡站站房景观照明设计

于家堡站站房景观照明设计

摘要：于家堡站房采用“贝壳”造型理念以及ETFE膜幕墙,使建筑外观具有强烈的艺术特征。为了使景观照明完美地诠释其特点,同时达到绿色节能并节约投资的目的,采用方案比选并辅以软件模拟的研究方法,分别对分散布灯、集中布灯及多种辅助布灯方案进行研究,并对各种方案在平日模式、一般节日模式及重大节日模式下进行模拟,最终确定集中布灯方案+顶部天窗辅助布灯方案。该方案通过不同场景的设置以及大功率LED投光灯的应用,不但使总投资在投资控制范围以内,还有效地隐蔽了灯具,将夜晚的站房变换成一颗熠熠闪光的“璀璨明珠”。

关键词：铁路客站；景观照明；贝壳；ETFE膜；LED投光灯；场景模式；软件模拟

近些年我国铁路客站站房建设在功能、绿色、技术、艺术等方面不断提升品质[1],其中景观照明对建筑艺术的展现不可或缺,它通过灯光的重塑,在夜晚更加突显了客站的特征和内涵,达到对建筑艺术的升华[2-7]。在已建成的北京南站、上海虹桥站、天津站、武汉站等典型案例中,车站主体均采用钢结构与玻璃幕墙相结合的建筑外观,据此景观照明采用点、线、面相融合的方法,展现客站的夜晚风采。而于家堡站房是一座从建筑外观、结构形式及幕墙材料完全不同于以上的独特建筑,在独特风格下也带来了特有的设计难点。以绿色、节能、经济为前提,以融合建筑艺术和地域特点为目标,采用内透光方式,经过多种布灯方案的对比研究,并借助软件模拟计算,妥善解决了于家堡站房的景观照明问题,同时也为站房景观照明设计提供了一种新思路。

1 工程概况

天津于家堡金融区坐落于滨海新区的核心区,是滨海新区中心商务区的核心,它距天津市区45 km,距北京145 km。于家堡站是京津城际延伸线的终点站,位于于家堡中心商务区北端,并与城市轨道交通Z1、Z4和B2线以及公交、出租车等工程构成一大型综合交通枢纽。站房设计分为地下二层和地面层,地面层为入口大厅；地下一层为站厅层；地下二层为站台层,车站建筑面积约8.6万m2[8]。

2 建筑特点

由于地理位置的重要性,加之临海的特点,地面站房建筑方案最终确定为螺旋形建筑造型,即由36根正螺旋杆件与36根反螺旋杆件编织而成的“贝壳”形穹顶建筑；双曲面的单层钢结构体系；钢结构外露结合ETFE膜与Low-E玻璃,组合形成透明的采光屋面。“贝壳”纵向跨度约143 m,横向跨度约80 m,结构矢高约24 m。南端陡度较大,北端呈平缓的曲面,整体倒扣在绿化广场上,效果如图1所示。

图1 地面站房鸟瞰

3 针对难点确定设计原则

由于于家堡站房的特殊结构及造型,不仅规模大,而且照明器具的安装条件和布设点位受到诸多限制,尤其在外檐,布设灯具更加困难。同时考虑到室内照明存在低峰运营时段,加之ETFE膜的通透率以及室内螺旋结构的遮挡效果,利用自然内透光达不到应有效果。所以,在经济合理的前提下实现理想的照明效果难度很大。

基于此,制定了几个基本的设计原则[9-12]：

(1)照明效果围绕“贝壳”造型,在夜晚应能展现出一颗熠熠闪光的“璀璨明珠”的景观,使之成为滨海新区的一个新地标；

(2)采用设计专用景观照明灯具的方式,以室内设置为主,并且尽量隐藏,最大限度地减少对室内外建筑的影响；

(3)鉴于车站的功能特性并根据铁路部的审查意见,景观照明光色采用白光；

(4)设置不同的场景模式,满足平日及节假日的需求,并达到节能的效果；

(5)必须满足高效、节能及环保的要求,同时在保证灯具安全、可靠、维护方便的前提下,将投资控制在预定范围内。

4 方案设计

景观照明设计方案从整体到细节,需依托于软件模拟等科学手段,并结合现场测试,方可达到对光线的精确区分与控制,以确保研究成果趋于合理和工程实际。

4.1 分散布灯方案

为使整个“贝壳”成为清晰、柔和的发光体,同时不眩目、且不产生光污染,因此采用在每一块ETFE膜四角之处安装灯具,位置见图2。经过反复模拟计算,该方案灯具采用48 W LED泛光灯,共计3 100套,总功率为148.8 kW,投资约1 200万元。

图2 分散布灯方案灯具布置(单位：mm)

方案在模拟计算中展现了非常好的视觉效果,同时对每个灯具单独控制,可实现对整个“贝壳”的多种场景模式,但该方案存在以下缺点：

(1)灯具数量多,同时为达到照射效果,其安装的位置不隐蔽,造成在白天对室内建筑效果的极大影响；

(2)投资较大,超过了投资控制范围的1倍多；

(3)施工、安装、维护及调试较为复杂；

(4)能耗较大。

经进一步分析和研究,前两条缺点都无法予以克服和改变,而对分散布灯其他方案的研究,均存在相似的问题。

4.2 集中布灯方案

由于分散布灯方案的致命缺陷,改变设计思路,采取了完全相反的方式——集中布灯方案。该方案利用地面主题环作为灯具安装点,其位于车站地面层偏北侧、呈“C”形,弧长约130 m、高约6 m,主题环开口端部距穹顶最远距离约70 m,主题环中心距穹顶北端距离约25 m,灯具布置见图3。

图3 集中布灯方案灯具布置

本方案的关键点是照射距离及其产生的亮度,同时兼顾一定的均匀度。最初考虑采用400 W和1 000 W的金卤投光灯,但存在灯具数量多、功率大且投光角度可调范围小的缺点。经研究,选取250 W大功率LED投光灯,分散安装于主题环上,照射距离在20～70 m,灯具外形见图4[13-14]。

图4 主题环处250 W LED投光灯

LED投光灯主要技术指标见表1。

通过模拟计算,膜结构表面照度应达到100 lx左右,方可较好地展现“贝壳”通透的效果。在确定灯具规格及照度标准后,需对灯具布置进行深化研究,方可得到理想的照明效果。从图3可知,主题环上各点与膜的距离呈东西镜像、南北极不对称的格局。通过建立模型,模拟了多种布灯方案,最终确定：在弧中央均匀布置60盏灯具、间距约1.9 m；在靠近端部约8 m的范围内,每端密集布置9盏灯具。同时,根据每盏灯具位置的