国内外博物馆照明标准及其绿色照明技术的比较

彭妙颜，周锡韬

(1.广州大学声像与灯光技术研究所, 广东 广州 510006;2.广东中南声像灯光设计研究院，广东 广州 510006)

引言

博物馆是收集、保管、研究和陈列、展览有关自然、历史、文化、艺术、科学、技术和人类文化遗产等的实物或标本的场所[1]，并对那些有科学性、历史性或艺术价值的物品进行分类，为公众提供知识、教育和欣赏，并提供休闲娱乐的功能。因此，博物馆的建筑设计必须充分考虑妥善保护这些珍贵的历史文化财产，包括温湿度、 防潮、 防水、光照、 防烟尘、防有害气体、 防虫、 防鼠、防盗、防火和防雷等要求。其中“光照”是指尽可能地使展品免受光学辐射(包括可见辐射、紫外辐射和红外辐射)的损害。光线对展品的损害程度与光线的光谱能量分布有密切关系。随着入射光的波长向蓝光或紫外波段移动，光对展品的损害程度增大。为此，博物馆展品的展览陈列区要选用低紫外辐射的光源或加入紫外辐射过滤膜。

博物馆特别是展品陈列区的照明设计，重点应达到以下三个目标：①创造一个良好的视觉环境，使观众能看清展品的形象和色彩，特别要能显出被照物的“质感”；②妥善保护展品，使其免受过量光学辐射的损害；③高效节能。因此，博物馆的照明设计必须融入绿色照明的概念和要求。

广州大学声像与灯光技术研究所开展了广州市新建的博物馆、美术馆、文化馆和科学馆的光学专项研究技术咨询工作，对国内外30多所博物馆进行调研。本文在调研国内外博物馆的基础上，通过对比国内外博物馆的照明现状，探讨了基于绿色照明理念的博物馆照明设计标准和技术措施，并阐述了经验教训和发展趋向。

1 国内外博物馆照明标准的比较

我国有关博物馆照明的国家标准及行业标准包括：①GB 50034—2013《建筑照明设计标准》；②GB/T 23863—2009《博物馆照明设计规范》；③JGJ 66—2015《博物馆建筑设计规范》；④GB 50033—2013《建筑采光设计标准》；⑤GYJ 45—2006《电视演播室灯光系统设计规范》；⑥GB/T 5700—2008《照明测量方法》；⑦JGJ 57—2016《剧场建筑设计规范》。其中博物馆陈列室展品照明的有关标准主要集中在①②③④四项。

国外有关博物馆照明的常见标准有:①CIE S 008/E 《International Commission on illumination， Lighting of Indoor Work Places》 (室内作业场所的照明)；②IESNA—2000 《Illuminating Engineering Society Standards》；③CIBS—1984 《British Standards， Lighting of Indoor》(室内照明规范)；④JISZ 9110—1979 《Japanese Industrial Standards,Recommended levels of illumination》(照度推荐标准)；⑤DIN 5035-1DIN 《lighting standards Artificallighting interiors General recommendations》(人工光源室内照明一般规则)；⑥СНИП-23-05-95《俄罗斯自然照明和人工照明规范》。

国内外博物馆照明相关标准的主要指标对比如表1和表2所示。

表1 国内外博物馆陈列室展品照度标准对比

表2 国内外博物馆相关场所照度标准对比 lx

根据表1和表2所列出的数椐及国内外博物馆照明标准的有关说明，可以得出以下两点结论：

1)我国GB 50034—2013中的博物馆照明标准对展品照明的照度、眩光、色温、显色指数及紫外线等均有严格的指标要求，其中照度标准与国际照明委员会(CIE) 和发达国家的标准基本接轨，应作为新博物馆建设及原有博物馆升级改造工程项目中照明设计的基本依据。

2)我国博物馆相关照明标准中，非展品照明场所如门厅、中央大厅、会议厅以及前台、接待室等的照度指标明显低于美国、日本等国家的标准。根据我国经济和文化建设的发展现状,建议新场馆建设及原有场馆升级改造工程项目中, 博物馆以及美术馆、科技馆等观展建筑的门厅、中央大厅、大会议厅等“形像窗口”区域宜参照美国、日本等国家的照度指标适当地提高。

2 国内外博物馆绿色照明技术的比较

2.1 推广应用太阳能、风能等绿色能源方面

太阳能的利用系统主要是应用太阳能光伏电池板，国内外博物馆常采用光伏电池集成屋顶结构等成熟技术，效果良好(图1)。太阳能和风能的综合利用系统则是由太阳能光伏电池板、风力发电机和控制系统组成, 通称为风光互补发电系统。 风光互补LED路灯,可广泛应用于博物馆的室外路灯照明[5，7]。我国在光伏电池板和风力发电机等设备的生产技术已比较成熟，其中的优质产品出口国际市场。目前存在的主要薄弱环节是控制系统的产品质量良莠不齐，影响运行效果。解决办法需从采购招标到品质控制等各个环节加强管理。

图1 某博物馆的光伏电池集成屋顶Fig.1 Photovoltaic cell integrated roof of Museums

2.2 天然采光和人工照明相结合方面

天然采光可以看作是太阳能应用的一个延伸。日光的光谱均匀，色温适宜。同时，日光与人体的生理光学、色觉心理学等有着微妙的联系。使用天然光照明，人体的适应程度较高，眼球的疲劳度可大为降低，是最理想的光源。

图2、图3分别显示美国华盛顿国家自然历史博物馆和纽约大都会艺术博物馆的大面积采光天棚与人工照明结合的成功案例。白天、晴天全部采用天然光或天然光为主，人工照明为辅。夜间或阴天，通过智能控制自动转为以人工照明为主。图4显示某博物馆设计的智能天光采集系统示意图。

图2 美国自然历史博物馆(白天、阴天和晚上)Fig.2 American Museum of Natural History (daytime, cloudy, evening)

图3 大都会艺术博物馆(埃及馆，白天、阴天和晚上)Fig.3 Metropolitan Museum of Art (Egypt hall，daytime, cloudy, evening)

图4 某博物馆设计的智能天光采集系统Fig.4 A museum designed intelligent natural light collection system

国内许多博物馆的天然采光技术应用比较成熟(图5、图6)，但和前述国外案例相比，缺乏大面积采光天棚的气势和震撼效果。为此需强调新建博物馆从建筑设计开始，就应充分考虑正确地运用天然采光。同时注意吸取某些教训，一是要避免天然光对光敏感的展品造成损坏；二是要避免天然光对人工照明的干扰。图7显示天窗射入的阳光在展柜的玻璃上出现镜像反射(丝绸之路博物馆)，图8显示公共区的照明干扰展品的照明, 这些缺陷都对观众能否看清展品的形象和色彩带来负面影响。

图5 广州南越王墓博物馆——天然采光和人工照明结合Fig.5 The Museum of The NANYUE KING Mausoleum, Guangzhou—Natural lighting and artificial lighting combined

图6 广州艺术博物院的天然采光Fig.6 Guangzhou Museum of Art—Natural lighting

图7 天然光造成镜像反射的缺陷Fig.7 Natural light causes defects in mirror reflection

图8 公共区照明干扰展品的照明Fig.8 Public lighting disturb with exhibits lighting

2.3 推广应用新型光源(如LED光源)方面[5，8，9]

长期以来博物馆常用的电光源有白炽灯、荧光灯和卤钨灯等。白炽灯具有结构简单、价廉和显色性好等优点，但其光效过低。荧光灯具有节能的优点，但其显色性较差，较少用于展品的照明。

卤钨灯具有显色性好、使用方便、瞬间启动、便于调光等优点，其色温(2 800～3 200 K)特别适于绘画、摄影和影视舞台照明等。但它的光效也偏低，且发热和红外紫外辐射会对展品造成损伤。长期以来采取的补救措施一是“高灯远照”，把灯具嵌装或用轨道悬挂在展厅最高的天花棚顶上(图9, 图10)；二是对较低的灯棚加装紫外辐射过滤玻璃(或贴过滤膜, 图11)。

图9 大都会艺术博物馆——高灯远照Fig.9 Metropolitan Museum of Art—long distance lighting

图10 瓦隆沉船博物馆——高灯远照Fig.10 The Vasa Museum—long distance lighting

图11 大都会艺术博物馆——低灯过滤Fig.11 Metropolitan Museum of Art—short distance filter lighting

LED光源的优点是光电转换效率高，发热小，光线中不含紫外、红外辐射，不产生电弧干扰，寿命长、防潮、抗震动、体积小且颜色多样。由于博物馆(美术馆)对贵重展品的照明灯具往往高架于天花棚顶,且对照度、色温、显色指数和照射角度等要求准确严格,每次维修更换都花费大量人力、物力和时间，因此LED光源应用于博物馆(美术馆)具有潜在的优势。

我国对LED照明的推广应用走在全球的前列。如广州南越王宫博物馆，采用可调校投射角的嵌装LED，整洁美观(图12)。广州南越王墓博物馆的丝缕玉衣采用LED照明，展品下方安装反射镜，可看清背面情景，极具创意(图13)。

图12 广州南越王宫博物馆的嵌装LEDFig.12 The Archaeological Site Museum of Nanyue Palace, Guangzhou—application of LED

图13 广州南越王墓博物馆的丝缕玉衣Fig.13 The Museum of The NANYUE KING Mausoleum, Guangzhou—Jade silk thread

国外的成功案例如埃及国家博物馆的镇馆之宝“法老黄金面具”以及木乃伊，均采用LED从下向上照明，营造神秘感(图14、图15)。

图14 埃及国家博物馆的法老黄金面具Fig.14 The Museum of Egyptian Antiquities of Pharaoh Gold Mask

图15 埃及国家博物馆的木乃伊Fig.15 The Museum of Egyptian Antiquities of Mummies

但LED光源目前仍存在一些弱点，如GB 50034—2013《建筑照明设计标准》的条文说明3.2.2提出：“LED照明在诸如颜色一致性、色漂移以及生物安全等领域中还存在争议，对于办公室等室内空间暂不将LED作为推荐使用光源”。

下面对三家不同的博物馆对巨大的恐龙骨架(skeleton)采用不同的照明手段和风格，产生不同的视觉效果，作一对比(图16、图17、图18)。

图17 广东省博物馆——LED光源Fig.17 Guangdong Museum—LED light source

图18 大都会艺术博物馆——天然采光+智能控制人工照明Fig.18 Metropolitan Museum of Art—Natural lighting + intelligent control of artificial lighting

图16显示美国自然历史博物馆采用传统光源卤钨灯照明，比较简朴逼真，但稍感单调，且耗电较多。图17显示广东博物馆以LED照明为主，色彩丰富，梦幻感觉，且高效节能。但有一派意见认为过分花哨，不大真实。图18显示纽约大都会艺术博物馆的大面积采光天棚，极具气势和震撼效果，同时根据白天、黑夜以及天气阴晴的变化，设置智能控制的人工照明相配合, 高效节能，当属较为成功的应用方案。

2.4 推广应用智能照明控制系统方面

上述各项绿色照明措施控制和智能照明系统相结合可以获得更佳的效能。我国在智能照明控制系统的应用方面与国外有一定的差距。从技术成熟和可操作性方面考虑，当前智能照明控制较适用于博物馆的以下场所[8]：

1)人流较少的地段可采用简单的位移感应控制：例如地下车库，无车移动时保持较低照度，有车移动时自动跟踪车的行踪提高照度。

2)景观照明和建筑外立面泛光照明：建立时间模式和光控模式结合的智能控制。按白天、黑夜和季节变化进行编程，达到高效节能和安全美观的综合效果。

3)剧场、会议厅等场所：智能灯光系统预置会议报告、投影、视频会议、文艺演出和打扫卫生等场景。

4)智能调节遮阳系统：光敏传感器控制天然采光与人工照明结合，加上人工照明的自动调光，以达到最佳的节能效果。国外成功案例如希腊雅典国家考古博物馆，重要展馆的采光窗全部安装光控模式智能控制的电动遮光窗帘。荷兰阿姆斯特丹国立博物馆[10]面积1.2万m2，藏有8 000多件展品，全馆均采用LED灯具(75万套)照明，重要的展馆安装有智能调节遮阳系统(图19)，通过光敏传感器控制天然采光与人工照明结合，自动调光。其点睛之笔是营造出一个全天候保持“蓝天白云”的室内天花景观效果(图20)，值得借鉴。

图19 智能调节遮阳系统结构示意图Fig.19 Intelligent adjustment shade system structure diagram

图20 荷兰国立博物馆“蓝天白云”的室内天花景观效果Fig.20 Dutch National Museum (Het Rijksmuseum Amsterdam)“blue sky and white clouds” indoor ceiling landscape effect

3 结束语

为使博物馆达到绿色照明的要求，特别是要确保珍贵的展品免受过量光辐射的损害，必须从建筑设计开始，即需由装饰设计人员与光学设计人员(或光学顾问)紧密配合，严格遵照有关的照明标准进行定量的照度计算和必要的计算机模拟仿真；施工过程须严格执行设计方案，加强专业的监理把关；最后，对场馆实施严格的竣工验收，其中应包括对场馆环境照明指标的测量验收和对重点展品照明指标的测量验收两个内容[8]。需按照相关的国家标准和国际标准，应用专业光学仪器对重点区域(如展厅、报告厅、门厅)和重点展品进行照度、色温、显色指数测量和辐射光谱分析,务必确保全面达标。并对展品建立照明技术档案,在博物馆的运营过程中若遇有展品布局改变或光源(灯泡)更换时，需重新测量复核调整。

按绿色照明的要求，博物馆展品陈列区的视觉环境应使观众能看清展品的形象和色彩， 保护展品免受过量光学辐射的损害，同时达到高效节能。我国颁布的GB 50034—2013针对博物馆的照明标准与国际照明委员会(CIE) 及发达国家的相关标准基本接轨，应作为新馆建设及原有场馆改造的照明设计基本依据。但该标准对博物馆的门厅、中央大厅、大会议厅等“形象窗口”区域的照度指标明显偏低，建议参照美国、日本等国家的照度指标适当提高。为实现博物馆的绿色照明，应推广天然采光和人工照明相结合，并应用太阳能、风能、LED照明和智能控制技术等技术措施。