数理关系在文化建筑公共空间照明设计中的应用
——以天津市滨海文化中心市民中心为例

王 晅，于 娟，高元鹏，王立雄

(天津大学，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

数理关系在文化建筑公共空间照明设计中的应用
——以天津市滨海文化中心市民中心为例

王 晅，于 娟，高元鹏，王立雄

(天津大学，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

文化建筑作为公众业余休闲重要场所，人们对文化建筑的需求量也越来越大。大众在物质生活得到满足后，对更高精神场所需求更加强烈。文化建筑的建筑空间照明更注重空间氛围的营造。本文以天津市滨海文化中心市民中心为例，在对市民中心的公共空间进行照明设计时，从空间氛围中提炼出其内涵的数理关系，并将这套数理关系应用到灯具的布置中，通过提炼和转化，使感性的设计意向和理性的布灯方式结合在一起。通过这种方式，更好的烘托文化建筑公共空间的环境氛围，并有效的转化为忠实于设计理念的室内光环境。为室内照明设计提供了一种切实可行的操作方式，丰富了室内照明的设计方法。

照明设计；公共空间；环境氛围；数理关系；建筑照明

引言

人类对外界信息的获取，80%来源于视觉，只有20%来源于听觉触觉等[1]，夜间的照明质量，很大程度上决定了人们夜间活动的质量。伴随着文化建筑的兴建和公众审美品质的提高，对文化建筑的照明提出了更高的要求。社会大众已经不仅仅满足于常规的功能照明，而渴望根据不同的功能性质、空间氛围，针对性的配以不同的照明方式。

随着社会经济的进步和人们生活水平的提高，公众对文化生活的要求也逐步提高，大量的文化设施拔地而起，各地纷纷兴建文化馆、市民活动中心、艺术中心等，文化类建筑设计十分繁荣。文化建筑公共空间面积较大、使用率较高。文化建筑的公共空间，由于其承担了建筑空间和城市空间的双重属性，除了承担一定的疏散交通作用以外，人们往往会在这里驻足、休憩、交往等。另外，文化建筑的公共活动空间面积较大，出现在流线的各个位置上。针对不同空间的氛围配以特定的照明方式，对提高文化建筑的使用体验和使用质量有极大帮助。

1 项目概况

滨海新区文化中心位于天津市滨海新区核心区，滨海新区文化中心规划总用地45.2公顷，总建筑面积51.3万m2，包括地上建筑面积39.9万m2，地下建筑面积11.4万m2，由滨海东方演艺中心、滨海市民活动中心、现代工业博物馆、滨海现代美术馆、滨海图书馆等组成(见图1)[2]。

图1 滨海文化中心总平面图*图1～图4源于天津华汇工程建筑设计有限公司天津滨海文化中心市民中心室内设计。Fig.1 Master plan of Binhai culture center

本文主要介绍滨海市民活动中心主要公共空间的照明设计，包括：主入口直跑楼梯以及电影院门厅、4～7层中空绿色庭院、2～4层多功能共享大厅。从建筑功能特点出发和整体的环境氛围出发，力求创造舒适怡人的建筑室内光环境。

2 设计理念

根据马斯洛的层级需求理论，人类在生理需求之上，还需要情感和归属的需求。[3]所以在进行公共空间照明的过程中，不仅仅应该满足功能的需求，更应该注重挖掘空间内在的特征，满足人的精神需求，渲染出合适的空间氛围。

2.1总体设计理念

市民活动中心是城市的起居室，是市民之间相互交流和举办市民活动的场所。市民活动中心也是公众与城市的纽带，有较大的城市展示空间，可以使公众可以更好的了解城市的变化和发展。同时，市民活动中心中也有部分电影院、健身房等公共娱乐的场所。

市民中心存在的价值在于为公众提供城市的归属感。在社会高速运转、生活节奏日趋紧张、商业快速发展的时代中，人们厌倦了聚光灯带来的过度的感官刺激，对繁复的彩光广告牌有时也感到麻木。市民渴望逃离高娱乐性、高刺激感的夜间环境，寻找舒适、温和的夜间环境。

在设计市民中心内部照明环境时，从公众的心理出发，避免高亮度、复杂变化的空间，挖掘市民的精神需求，提炼出每个空间特有的空间氛围，配合建筑空间的变化和室内的材质、色彩，营造舒适、融洽的室内光环境。

2.2空间特征分析及氛围提炼

滨海文化中心是多个建筑的组团，建筑的间隙覆盖了以四角锥网架撑起的灰空间。市民中心的主入口的直跑楼梯与组团的灰空间相连，直接通向四楼的门厅，门厅向左与电影院的休息厅相连，向右连接4～7层的中空绿色庭院，庭院周围分布着市民体验中心、健身房等市民公共活动空间。入口直跑楼梯、电影院休息厅以及绿色庭院三部分空间各具特色又相互渗透，直跑楼梯部分是连接室外的灰空间，电影院的休息厅是纯粹的室内空间，绿色庭院虽然是室内空间，但是庭院内种满了绿植，并设计了天窗，将天空的景色收入室内。三个空间各有特色，并围绕着门厅相互连通，空间相互渗透。

在对这三个空间进行照明设计时，不仅要考虑每个空间的特点，更要考虑空间的连贯性，贯彻总体设计设计理念，使三个空间的亮度保持一致，弱化空间之间的独立性，让市民在其间穿行时不会有不适感。

图2 滨海文化中心市民中心主入口Fig.2 Main entrance of citizen zoon of Binhai culture center

当公众由城市空间通过直跑楼梯进入到市民中心时，会感受到很强的进深感，同时由公共城市空间到达门厅，建筑净高也不断压缩，这种进深感便被大大加强(见图2)。在进行照明设计时，显然更应该强调这种进深感，同时让公众由城市空间进入到建筑的过程中，情绪逐步被调动起来。将入口处的空间亮度与城市空间的亮度保持一致，随着人们拾阶而上，空间亮度逐步增大，人们的情绪随着亮度的增强变得活跃起来；亮度的变化对空间的进深感也有加强，入口空间更具导向性，符合入口空间的功能特点。

人们由门厅转入电影院的休息厅，休息厅是由框架支撑，面向入口和城市空间由玻璃幕墙包裹，空间匀质，符合人们在等待电影入场时所需的平静、舒缓的气氛。为配合休息厅舒适的氛围，空间照明也应该匀质、统一，亮度不宜变化过大，照度满足室内照明的规范要求即可。

共享绿色庭院与多功能共享大厅分别位于建筑中同一位置的不同标高上，平面轮廓也很相似。基于其位置和功能，两个空间的氛围很相似，但是也有区别。绿色庭院中种植了大量的绿植，在北侧设置了垂直绿化的墙体，紧挨着绿墙是一条直跑楼梯，其余部分均为草坪等室内绿化，有小径穿插其中(见图3)。多功能共享大厅中相对纯粹，除去通往四楼的自动扶梯外，没有附加过多的装饰，赋予了空间更多可能性；常规条件下，共享大厅作为在周边活动的市民散步和交流的空间，更需要一种舒适平和的空间氛围。整个空间由两个立方体夹一个楔形空间组成，空间带有舒缓的动感(见图4)。室内设计师也提前为共享大厅设计了楔形灯槽，灯具的安装位置相对固定。

图3 滨海文化中心市民中心绿色庭院Fig.3 Inner garden of citizen zoon of Binhai culture center

图4 滨海文化中心市民中心地下共享大厅Fig.4 Sharing hall of citizen zoon of Binhai culture center

基于绿色庭院的设计，将绿色庭院分为活跃区和静谧区，活跃区根据照明规范要求设计照度较高；由活跃区的高照度向静谧区的低照度平稳过渡，并进入一个稳定状态。活跃区和静谧区的照明均在整个建筑舒适、融洽的设计理念的控制之下，照度合适即可，不追求高亮度高照度。对于地下大厅纯粹的空间，空间亮度应该更加均匀。楔形的灯槽会产生见光不见灯，光“撒”下来的感觉，很像天然光照射的感觉，这为我们设计提供了很好的启发，整体空间的楔形部分不断扩大，人的空间感受也逐渐变得开阔，这种“撒”下来的光将空间膨胀的效果有所加强，极大的激发了人在空间中的好奇心，增加空间的趣味性，为了增强“撒”的趣味，在整个空间的四周墙体也“撒”灯光，使整个空间“撒”满光。

3 设计方案深化

3.1设计理念与灯具布置的数理关系转化

在确定室内空间独特的光环境氛围之后，设计时需要选择合适的灯具，并通过合理的布置实现先前的设计理念。然而灯具只是冰冷的产品，并不具备任何主观倾向，更不会自己创造出合适的光环境。我们在进行照明设计时试图寻找一个桥梁，用来联系室内光环境氛围和灯具排布的逻辑关系。

古希腊的毕达哥拉斯学派的学者认为：“数是万物的本质，是存在由之构成的原则，而整个宇宙是数及其关系的和谐的体系。”[4]我们无意去深究他们的学说是否正确，不过这个原理显然很适用于我们当前的项目。我们从主观的光环境设计意象之中提炼出其内涵的数理关系，在设计中我们把每个灯具都看作一个单独的元素，然后将这个元素带入到之前提炼的数理关系中，经过这个过程，灯具的布置便和环境的氛围产生了内在的逻辑联系，主观的设计意向与客观的灯具排布之间的联系由此建立起来。

休息厅与主入口之间有很强的联系；门厅与主入口的吊顶形式相同，有休息厅自然延伸至室外的主入口，有很强的延续性。当主入口的亮度逐步提高，在门厅的平台达到高潮。为保证空间的延续性，亮度需要与门厅保持一致，同时休息厅舒缓的空间氛围不需要过亮，由此对门厅的照明也提出了限制。

斐波那契数列从第3项开始，每二项都等于前两项之和，后一项的数值与之前的数字存在内在的逻辑联系，并且逐步增大[5]。斐波那契数列内在的逻辑恰巧符合主入口光感逐步增强的设计意图。依据之前确定的设计意图，电影院的休息厅等距布置灯具，并将布灯的纵向间距作为基础参数，门厅依然采用这种基础间距，随后将斐波那契数列带入到布灯间距中，使灯具间的间距逐步增大，以降低空间亮度。

绿色共享庭院分为活跃区和静谧区，为了保证环境氛围的统一和谐，活跃区的空间亮度与门厅和电影院的休息厅保持一致，静谧区则采用微光照明的方式，由活跃区向静谧区平稳过渡，然后达到稳定。共享大厅闲适、慢节奏的光环境需要均匀的光，空间亮度不需要太高。空间高度不断升高的的楔形空间给我们的布光带来了一定的麻烦。同时，安装灯具的灯槽已提前由室内设计专业设计完成，无形中也限制了灯具的布置。面对这种情况，我们试图寻求空间高度和灯具数量之间的数理关系，通过增加灯具的数量谋求空间亮度的一致，从而达到整个空间光环境均匀，舒适。

3.2模拟及调整

我们使用Dialux对深化方案进行模拟。在布置休息厅和入口大厅的灯具时，依据吊顶的构造形式和尺寸，我们将两个条形定制防眩LED条形灯和两个筒灯组成一个单元，布置在吊顶上，灯盘光通量为2 000 lm，筒灯光通量为6 000 lm。休息厅的灯具均匀布置，灯具横向间距为3.6 m(即吊顶格栅的单位宽度)，纵向间距为3 m，相邻的两排灯具相互错开3.6 m。入口及门厅空间以2 m为基础量，以1 m为增量，带入到斐波那契数列中，灯具的纵向间距以此为3 m、3 m、4 m、5 m、7 m，之后根据柱子的位置对灯具为止进行调整，避免柱子对光的遮挡(模拟结果见图5～图8)。根据模拟结果发现，入口亮度依据1∶2的比例可以分出三个层级，人们在楼梯上前行时可以明显感觉到亮度的变化。并且楼梯缘端和门厅处的亮度比大于1∶10，这样人在期间行走的时候不会有不适感；环境亮度均匀变化，并未因灯光间距变化而形成暗区。休息厅布光较为均匀，达到规范照度要求。入口和休息厅达到之前的设计意图。

图5 市民中心入口模拟效果图Fig.5 Rendering image of main entrance of citizen zoon

图6 市民中心入口亮度模拟伪色图Fig.6 Luminance false color image of main entrance of citizen zoon

图7 市民中心电影院休息厅模拟效果图Fig.7 Rendering image of lounge of citizen center theater

图8 市民中心电影院休息厅模拟亮度伪色图Fig.8 Luminance false color image of lounge of citizen center theater

图9 市民中心绿色庭院模拟效果图Fig.9 Rendering image of inner garden of citizen center

绿色大厅的照明设计依然延续门厅和电影院休息厅的灯具单元，横向间距为6 m，纵向间距依次为3 m、3 m、4 m、5 m、7 m，相邻两排相互错动3 m。由于先前对静谧区的设想为低照度、低亮度照明，所以将静谧区的筒灯去除，只是用灯管照明。活跃区东侧由于空间高度较低，也减少了部分筒灯的使用。参考模拟后的伪色图(图10)，由活跃区向静谧区亮度逐步降低，静谧区未形成暗区，活跃区的地面照度也符合规范要求。

图10 市民中心绿色庭院亮度模拟伪色图Fig.10 Luminance false color image of inner garden of citizen center

共享大厅的灯具数量随着空间高度的升高逐步增加，我们根据空间高度，逐步增加灯具数量，每个灯槽采用定制防眩LED条形灯，随着空间高度的升高，根据灯槽的尺度，灯管的数量依次是 1、1、1、3、3、5、5、7。根据空间的高度，调整灯管的光通量分别是2 000 lm、3 000 lm、3 500 lm。同时两侧墙体配合折板结构安装250 lm的射灯，横墙上安装6 000 lm的洗墙灯。经过模拟(图11、图12)，空间整体亮度较为匀质，同时得益于灯槽的设计和有效的灯具隐藏措施，整个共享大厅“撒”满了灯光。

图11 市民中心共享大厅模拟效果图Fig.11 Rendering image of sharing hall of citizen center

图12 市民中心共享大厅亮度模拟伪色图Fig.12 Luminance false color image of sharing hall of citizen center

4 结束语

本文通过滨海文化中心市民中心的照明实践，分析公共建筑空间空间特性，了解公众的心理需求，提炼出每个空间所内涵的空间氛围。使用理性的数理关系，搭建空间氛围与布灯方式的桥梁，忠实反应之前的设计理念。经过实践探索，凝练出一套操作方式，将感性的设计理念与理性的操作方式相结合，丰富了室内照明设计的方法。

[1] 赵睿. 建筑光环境设计中的心理学因素[J]. 工业建筑, 2007,(1): 153-156.

[2] 徐勇, 孟令强, 尤光朝, 等. 天津市滨海新区文化中心工程建设的安全管控[J]. 建材与装饰, 2016,(5): 171-171.

[3] KOLTKO-Rivera, MARK E. Rediscovering the later version of Maslow’s hierarchy of needs: Self-transcendence and opportunities for theory, research, and unification[C]. TORONTO, CANADA:104th Annual Convention of the American-Psychological-Association, 2006.

[4] 林夏水. 毕达哥拉斯学派的数本说[J]. 自然辩证法研究, 1989,(6): 48-58.

[5] ESMAEILI, M, MOOSAVI, M, GULLIVER T A. A new class of Fibonacci sequence based error correcting codes[J]. CRYPTOGRAPHY AND COMMUNICATIONS-DISCRETE-STRUCTURES BOOLEAN FUNCTIONS AND SEQUENCES, 2017, 9(3): 379-396.

[6] 官旭军, 徐永. DIALux 对阶梯教室照明环境的设计和优化[J]. 照明工程学报, 2016,27(6): 37-42.

[7] 王未. 博览馆建筑照明-精神与文化[J]. 建筑文化, 2007,(5): 74-76.

[8] 王宇洁, 仲利强. 当代文化建筑中的共享空间设计[J]. 中外建筑, 2009,(4): 119-122.

[9] 陈巍. 公共空间照明设计的心理学评价[D]. 西安:西安建筑科技大学, 2008.

[10] 白鹤. 光环境的艺术性与功能性——城市公共空间的照明的探索与研究[D]. 天津:天津大学, 2006.

[11] 陈荃. 基于中国传统文化意向的千岛湖景区夜景照明设计[J]. 照明工程学报, 2016,27(4):65-69.

[12] 杨韬. 拉萨大昭寺夜景照明设计实践[J]. 照明工程学报, 2016,27(4):79-83.

[13] 方炜淼, 吴云. 现代建筑在“奔向匀质空间”过程中的几个概念[J]. 华中建筑,2011,(8): 9-13.

[14] 何崴. 照明公共艺术化趋势影响下的城市公共空间研究[D]. 北京:中央美术学院,2013.

ApplicationofMathematicalRelationinLightingDesignofPublicSpaceCulturalArchitecture—TakingtheExampleoftheCivicCenterofTianjinBinhaiCulturalCenter

WANG Xuan, YU Juan, GAO Yuanpeng, WANG Lixiong
(TianjinUniversity,TianjinKeyLaboratoryofArchitecturalPhysicsandEnvironmentalTechnology，Tianjin30072，China)

Cultural buildings are more and more demanded by the citizens, because of the importance in public amateur leisure. The demand for a higher spiritual place is even stronger when the material life of the masses has been met. The architectural space lighting of cultural architecture pays more attention to the creation of space atmosphere. This paper takes the example of the civic and cultural center in Binhai Tianjin. Combining design sensibility with reasonable lamp arrangement, in the lighting design of the public space of the Civic Center, the mathematical relation of the connotation is extracted from the spatial atmosphere, through refining and transforming. By this way, it foils the atmosphere of cultural architecture and public space better and effectively converts to the interior light environment that is loyal to the design concept. It provides a kind of feasible operation mode for interior lighting design, and enriches the design method of interior lighting.

lighting design; public space; environment atmosphere; mathematical relation; architecture lighting

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.05.023

王立雄，E-mail:wlixiong0011@sina.com