上海外滩“和平畅想”大型动态景观灯光设计

上海外滩“和平畅想”大型动态景观灯光设计

摘 要：文章概述了上海外滩“和平畅想”大型动态景观灯光设计方案的主要内容。对所选用的ＬＥＤ光源与其它光源进行详细深入的比较，展现了ＬＥＤ光源的优势所在。并详细介绍了ＬＥＤ灯的封装结构。最后对该工程的控制系统进行分析，突出其控制系统的各项优越性能。

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关键词：ＬＥＤ 照明工程 动态 控制系统 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串1

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1、前言 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串2

随着各大城市在经济、政治、文化、科技等各个方面的不断创新与发展，人们对生活的追求也发生着日新月异的变化。以前那种简单、老式的城市照明已经远远无法满足现今人们对于城市照明的要求，生活在城市里的人们对于夜景照明的要求也越来越高。现在的夜景照明不但可以美化城市、提高城市的文化品位，而且还可以提升人居质量、丰富群众的文化生活，同时促进旅游业的发展，更重要的是它能增添城市的魅力，提升现代化文明城市的整体形象。

虽然城市夜景照明技术已经得到了显著的发展，但是，在取得成功的背后也出现了片面追求亮度、刻意营造奢华环境的趋势，有时甚至以牺牲大量人力、物资和能源作为代价。这显然违背了国家一贯坚持的“可持续发展”战略。因此，在进行照明工程设计时，一定要在保证设计效果的同时考虑环保、节能和舒适的需要。

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上海市人民政府为了迎接“上海合作组织六国峰会”的召开，同时也为了向世界展示上海国际大都市的形象，对城市里许多灯光工程作了改造，特别是对外滩防汛墙灯光工程进行全面改造，新工程命名为“和平畅想”。在这次“和平畅想”的市政工程建设中，以塑造健康、动感、节能、环保的光环境为前提，对防汛墙的照明进行了专门的设计，使用了环保、节能的ＬＥＤ灯满足各种动态控制的需要，使外滩防汛墙的灯光获得了全面的改造，成功地迎接了“上海合作组织六国峰会”的召开，获得了各国来宾、各领导嘉宾及各方游客极高的评价和赞赏。笔者将对这一景观灯光设计的项目情况、设计思想、使用灯具、控制方式和设计效果做综合的介绍。

2 工程概况 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串6

２．１　外滩历史

外滩可以说是上海的标志之一，它是整个上海进行开发的起点。１８４４年，外滩被划为英租界，不久就在外滩旁边开设了一批英资公司，随后国外的各大洋行、银行等相继在此建立，到上世纪初期，许多中外银行都集中在此，使外滩成为了上海的金融中心，享有“东方华尔街”的美誉。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串1

２．２　防汛墙 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串8

１８４８年，人们在外滩上铺设了马路以加固江岸，于是便有了最初的外滩防汛墙。然而到了20世纪８０年代末，随着一幢幢摩天大楼的建成，与那些老建筑就形成鲜明的对比。黄浦江边的旧码头也被陆续地迁走，同时江畔的防汛墙再次得到修复与加固。20世纪９０年代，外滩在市政府的大力支持下完成了防汛墙外移的改造，并且进行了大规模的绿化。观景平台绿化（防汛墙厢廊屋顶）和地面绿化组成了绿化带。观景平台绿化的高度是６．９m，地面绿化的高度是４．７m和３．５m，由于二者的高度不一，形成了阶梯绿化景观。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串3

3 设计思想及实现

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３．１ 光源及灯具的选用 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串3

随着人们对于居住城市的环境要求越来越高，现今的城市灯光照明正朝着动态化、节能化、环保化的方向不断发展。基于以上考虑，“和平畅想”防汛墙灯光改造工程中采用了直径为８０ｍｍ的透明ＬＥＤ全彩数码管。因此，我们有必要对该工程的ＬＥＤ灯及其控制系统做一个更为深入的分析。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串8

3.1.1 LED灯的优势 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串3

（1）发光效率潜力大：据报道，目前白光LED光效的实验室数据已超过100Lm/W，而进入商业领域的大功率白光LED也达到50Lm/W。红色、橙色的LED光效已达到100Lm/W，绿色的LED光效为50Lm/W。随着关键技术的突破，未来大功率LED的光效仍具有很大的上升空间，最高有可能达到150～200Lm/W。

由表１可看出，相对于其它几种电光源的光效来说ＬＥＤ灯已经有了明显的优势。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串2

（２）结构牢固，寿命长。这是因为ＬＥＤ是由Ⅲ－Ⅳ族化合物，如ＧａＡｓ（砷化镓）、ＧａＰ（磷化镓）、ＧａＡｓＰ（磷砷化镓）等半导体制成的。此类半导体芯片能够将电能转化为光能并发光。再加上ＰＣ材料进行封装后，ＬＥＤ灯可承受高强度机械冲击和震动，使单管的理论寿命高达5~6万小时。并且我们在这次的“和平畅想”工程中采用了美国爱特梅尔（ＡＴＭＥＬ）公司进口的半导体芯片。该公司的半导体产品处于世界领先地位，其半导体芯片具有可靠性高、稳定性好的特点，而且有相当高的技术含量。使用这种原材料更可以延长ＬＥＤ灯的使用寿命。

一般白炽灯里面的钨丝受热容易被烧断，而且会产生沉淀物，会大大减少发光效率。同时，白炽灯的灯壳在使用过程当中极易被损坏，其使用寿命一般只维持在１０００h左右。远远不及ＬＥＤ的使用寿命。

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（3）维护成本低：在本工程中的LED灯具采用高分子PC材料制成，防老化、抗紫外线、防水、防尘性能好；同时选用高质量LED颗粒，并且保证其封装和散热性能佳，能达到5～6万小时的使用寿命，从而大大减少了修理、替换和维护方面的费用。更加重要的是ＬＥＤ灯在工作时耗电量相对于其它光源来说是很低的，可大大节约成本。LED灯与传统光源的能耗与电费方面的比较如表2所示。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串7

通过表２的比较我们可知，ＬＥＤ灯无论在能源的消耗方面或者是费用的节省方面都大大优于传统的光源，加上维修、替换费用低等优点都是我们使用ＬＥＤ灯作为该景观照明的理由。

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（４）ＬＥＤ灯的光色选择十分丰富。LED灯按发光管发光颜色可分为红色、橙色、绿色（又可细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含2种或3种颜色的芯片，这样可以产生不同颜色的组合。而且根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射4种类型。其灯光颜色的灵活多变是其它光源无法媲美的。

（5）ＬＥＤ的可控制性强。LED通过计算机软件和控制器可以轻易变换出各种灯的颜色或者通过颜色的变换组合出各种不同的图形。使景观灯不再是一成不变的，而ＬＥＤ的出现给人们在照明方面带来了动态的享受。

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此外LED还具有电压低、电流小、亮度高的特性。它在做立面照明的时候把灯具安装在防汛墙的外侧，光向着防汛墙的外侧照射，对外滩的观光景点不会造成光污染。

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3.1.2　LED灯的封装结构及技术 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串7

ＬＥＤ灯的封装与一般分立器件的封装技术相比，具有特殊性。ＬＥＤ灯的封装能起到完成输出电信号、保护管芯正常工作的作用。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串4

我们知道，ＬＥＤ的核心发光部分是ｐｎ结管芯。当注入ｐｎ结的少数载流子与多数载流子复合时，ＬＥＤ就会发出频率不同的光，其中有可见光，紫外光和近红外光。由于ｐｎ结发出的光子在各个方向上都有相同的几率，所以并非所有的光子都可以释放出来，而管芯的结构、封装结构、包封材料都对其有着重要的影响。

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此外，对于ＬＥＤ的发光波长来说，它会随温度的变化而变化，从而使光谱宽度增加，会造成颜色艳丽度的明显下降。而且在ＬＥＤ中通有正向电流的时候，会导致温度升高。温度每升高１℃便会造成ＬＥＤ的发光强度减少１％左右。因此封装散热技术的好坏将严重影响ＬＥＤ的发光强度与颜色鲜艳度。由此可见，封装技术对于ＬＥＤ的发光性能具有很大的影响。ＬＥＤ产品封装分类如表３所示。

通过多个管芯组装构成面光源和线光源，可以起到显示信息、状态等作用。加上发光显示器也是通过多个管芯的适当连接（包括串联和并联）与合适的光学结构组合而成构成发光显示器的发光段和发光点。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串7

由于此次工程需要把ＬＥＤ灯安装在防汛墙上，因此该ＬＥＤ灯的防水性能也非常重要。在此次的工程中，引进了先进的国际密封技术。采用的ＬＥＤ丽得管外壳是高分子ＰＣ工程塑料，具有很好的防水、防尘、防紫外线、防老化等功能。我们甚至在控制信号线的接驳插头和插座上都加以考虑，在原有的密封基础上再增加一层树脂密封加压圈，从而将渗水等可能对灯具造成影响的因素降到了最低。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串2

3.2 控制系统 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串1

此次工程我们采用的控制系统中还包含了可编程序控制器，控制灯管的高速通讯接口，接受ＤＭＸ５１２控制台，总控台控制的接口这几大元素。

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对于可编程序控制器来说，不但要完成指定的控制功能，有时候还经常要求附带有输出显示。这样有利于操作者监控整个工作过程。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串7

3.2.1 RS-485通讯方式 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串2

对ＬＥＤ灯采用了可靠性相当高的ＲＳ－４８５通讯方式。ＲＳ－４８５串行总线接口标准是以差分平衡方式来传输信号的。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串2

如图1所示。在总线末端接一个与总线的特性阻抗相当的匹配电阻能够吸收反射信号，从而使传输信号无毛刺现象出现。而在总线上差分信号的正端Ａ＋和＋５V电源间接一个１０Ｋ的电阻；正端Ａ＋和负端Ｂ－间接一个１０Ｋ的电阻；负端Ｂ－和地间接一个１０Ｋ的电阻形成一个电阻网络后，一旦总线无传输信号时，正端Ａ＋的电平大约为３．２Ｖ，负端Ｂ－的电平大约为１．６Ｖ，这样可以防止总线发生悬浮状态。同时即使有干扰信号，对该系统也基本无影响。因此其具有较强的抗干扰能力。