博物馆光环境设计

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特别策划：博物馆设计

Special Scheme:Museum Design

博物馆光环境设计

Design for Museum Lighting Environment

杜 异 Du Yi

| 内容摘要 | 博物馆具有收藏保管、调查研究和普及教育三大基本职能，其照明设计同样需要满足这三大职能。本文从自然光采光口的形式、位置，人工照明的形式，展示照明的设计原则和展品保护等方面强调了博物馆光环境设计的重要性。

[关键词] 博物馆光环境/环境照明/展品照明/照明设计/展品保护

博物馆的定义指出博物馆要“对人类和人类环境的物质见证进行搜集、保护、研究、传播和展览”，这些物质包括自然、历史、文化、艺术、科学、技术方面的实物或标本。这一定义体现了博物馆所具有的收集保管、调查研究和普及教育三大基本职能。而在博物馆照明的设计同样需要满足这三大基本职能。

光能引起视觉的电磁波，并通过神经系统将信号传递到大脑，使人达到感知物体的目的，没有光，我们就无法感知事物，就无法认知世界。博物馆照明的基本要求是将展品呈现出来，更高要求是真实还原展品的“原貌”。光不仅能揭示展品，使观赏者能够准确、全面、完整地掌握展品的信息，还能将展品的魅力充分展现在观众面前。

但应注意，对展品的照明要根据展品的感光性决定适宜的照度，才能得到良好的展示效果。其次，对展品的照度要均匀，不均匀的照明会使观赏者对展品的形体、色彩、质感等产生错觉，从而失去对展品的准确判断。

对展品照明的光源包括自然光源与人工光源。自然光源是太阳，可利用的自然光包括直射的太阳光和天空光。人工光源是各种人造光源，通过灯具的重新配光，我们可以得到理想的照明效果。

一、利用自然光照明|||

在现代博物馆建筑设计，特别是美术馆的设计当中，自然采光被广

泛运用，它的许多优点是人工光无法比拟的：有较宽阔的光束和布光，能够充分表现展品的立体感和质感；是显色性能最好的光源；

节约能源；

能创造舒适的视觉光环境。自然光又可细分为日光和天空光，日光是太阳的直射光；天空光是太阳光在天空中的折射光。博物馆展厅引入自然光，要从三个层面进行评估：对展品的保护，防止光线对展品的损害；防止直射日光造成的室内过热；眩光造成的视觉损伤和干扰。这就需要对自然光进行控制，尤其是对日光的控制。

采光口的形式和位置决定了室内期望得到的光照位置、强度和面积，同时，也决定了采光的目的是为展品照明还是环境照明。如果用于展品的照明，就要尽可能多地把光线导向展示区域。

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展厅的最基本的自然采光形式有侧窗式、高侧窗式和顶窗式三种形式。侧窗式：侧窗式采光光线充足，窗户构造简单，易于管理。但是，展厅室内照度分布不均匀，垂直面上的眩光不易消除。这种采光方式适用于进深小的陈列室。

高侧窗式：将侧窗窗口提高到离地面2.5m以上为高侧窗。采用高侧窗有利于扩大墙面展陈面积，提高墙面照度，减少眩光产生，但是需

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要增加建筑的层高。

顶窗式：顶窗式由屋顶天窗或采光屋面进行采光，其优点是展厅室内照度均匀，采光效率高，采光口不影响陈列品的布置。但是窗户的管理与清洁不方便，而且一般只能在单层或顶层使用。

除了从建筑设计的角度对采光口进行设计以外，还需要考虑自然光不断变化的特征，对采光口进行细化设计：设置光线扩散装置、反光板来改变自然光照射方向，以避免日光直射展品；设置挡光板、低透光性玻璃来降低自然光的照度，避免产生眩光；设置采光井、屋面局部自然采光的手段来控制照明区域和环境亮度（图1-2）。

直接照明：光线通过定向式照明灯具的作用，有90﹪-100﹪的发射光通量直接到达假定的工作面上，这种照明方式叫直接照明。直接照明方式

的工作效率比较高，在光环境中能够很好地表现出须突出的重点。但是单

一使用直接照明会使展品的光影变化较大，形成明暗强烈对比的现象。

间接照明：

光线通过照明灯具的作用，有

90﹪-100﹪的发射光通量

通过反射间接到达假定的工作面上，这种照明方式叫间接照明。间接照明方式需要借助灯具以外的界面来折射光线，根据界面的性质会不同程度地吸收一部分光能，所以反射到假定工作面上的光能会有一定的损耗。但是间接照明方式会创造一种柔和的光环境和理想的扩散光，特别是作为营造气氛的照明方式比较合适。

半直接照明：光线通过照明灯具的作用，有60﹪-90﹪

的发射光通量直接到达假定的工作面上，其余的发射光通量通过反射间接到达假定的工作面上，这种照明方式叫半直接照明。半直接照明是以对工作面的直接照明为主要目的，利用反射光对工作面及其它环境进行辅助照明。

二、利用人工光照明|||

人工照明根据配光形式分为直接照明、间接照明、半直接照明、半间接照明等。与自然采光相比，人工照明具有安装灵活和光源稳定等特征，是博物馆照明的主要光源。

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由于反射光的方向性较弱，所以会使光环境得到主次分明的效果。

半间接照明：光线通过照明灯具的作用，有10﹪-40﹪的发射光通量直接到达假定的工作面上，其余60﹪-90﹪的发射光通量通过反射间接到达假定的工作面上，这种照明方式叫半间接照明。半间接照明的主导照明方向是指向非工作面上的，所得到的光环境效果比较类似间接照明所产生的效果，但是避免了间接照明所产生的阴影部分（图3）。

以上是最基本的照明类型，在设计过程中可以根据博物馆的环境和展品的特征，因地制宜地将这些形式合理运用到灯具、结构和设备当中，创造出在视觉上与环境和展品相协调的照明形式。

根据展品的不同特点和变化还需要运用电气照明控制来改变照明方式和光输出，无论采用分级控制方式，还是连续调节方式，必须考虑控制方式。感光装置可以随着天空光的变化控制电气照明的光辐射输出。光输出可以通过转换开关来控制，也可以通过光传感器或时间控制装置进行控制。

与环境之间的亮度变化，都需要限制亮度范围，使眼睛在任意时刻都可以适应。相反，亮度过高的区域将成为眩光源，造成视觉困难，影响对展品细节的观看，而照度过低又使参观者耗费过多的适应时间（图4）。

对展品的判断取决于对展品的照明，同时背景的质量也直接影响展品展示效果，这就是展品与背景的对比因素。其质量需从两个方面进行评估：亮度和颜色。背景过亮或过暗，都会降低参观者对展品细部的判断。只有当展品与背景的亮度比控制在一定较小比例的范围内，才能更好地表现展品细节，展品表面照度与环境的照度之比通常为3∶1。很多情况下可以考虑展示照明的反射光对背景的作用。同时应注意，较大背景本身的亮度变化比也应该控制在3∶1以内，避免由于背景强烈的明暗对比，使参观者的视线转移到明亮的方向。但是，展品和背景的亮度取决于展品及背景表面的反射性能和照明水平（图5）。

当展品与背景在同一个光源作用下，会出现展品与背景的亮度一致，这样反而不利于突出展品，这时颜色的变化至关重要。变化可以通过运用不同色温的光源对展品和背景进行照明，也可以通过物体表面的色彩差异来区别。但要注意，丰富的色彩变化会分散人们的注意力。

影响展品质量的重要因素还有光源的显色性能。不同光源对于物体表面颜色的感知效果用“显色性能”来定义，显色指数是衡量光源对物体表面色彩的还原程度。

对于博物馆内展品照明来说，真实地还原展品的色彩是重要的原则。一般说来光源的显色指数越高，显色性能越好。显色指数若超过90，表明其显色性能优异。显色指数低于80的光源通常不能用于博物馆照明。对色彩表现要求很高的博物馆、美术馆应该尽量引用自然光进行展品照明。传统绘画作品多是在自然光下进行创作的，这些光源的显色指数均为100，故对于绘画作品的展示来说，光源显色指数越接近100越能正确反映展品的“原貌”（图6）。

考虑照明的同时也应该考虑眩光的出现。眩光会使参观者的视觉受到干扰，影响对展品和环境的正确判断，严重的眩光现象还会造成视觉

三、展示照明的设计原则|||

在博物馆展示照明系统中，整体性照明与局部重点照明之间的平衡原则，在视觉传达方面尤为重要。整体性照明与局部重点照明的概念包括：空间环境与全部展品、重点展品与一般展品、展品与环境背景、个别展品的整体与局部等。同时，照明分析过程也应遵循这样一个递进过程。而平衡则是通过光对展品及环境的影响，使上述的关系在视觉适应、亮度对比、颜色对比、显色性能、展品背景、眩光、立体感、重点表现等方面得到平衡和协调，这是博物馆照明设计的基础框架。

人的视觉系统对于视野范围内的亮度能自动进行调节，以适应不同的亮度，包括明适应和暗适应。

明适应是从低亮度区转向高亮度区的适应过程，需要的适应时间比较短。而暗适应是从高亮度区到低亮度区，所需的适应时间较长。因此，为得到良好的视觉适应，在博物馆内无论是空间之间的亮度变化，还是展品

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失能。因此，消除由光源及物体反射造成的对于视觉有害的眩光非常重要。

眩光有直射眩光和反射眩光两大类。对于避免直射眩光的产生，需要正确选择灯具采光口的形式和位置，对于来自电光源的直射眩光要通过设置遮光隔栅，使正常的参观视角看不到光源，但遮光隔栅不应影响对展品的常规照明。对于自然光采光口，需要设置调光装置，避免阳光直射室内。

而对于避免反射眩光，需要选择适当的陈列方式，避免光源在展品表面形成反射现象。还要正确处理展品、光源和参观者的相对位置，尽量减小光源射线与展品表面的夹角，夹角越小反射角度就越大，反射光就不易进入参观者的视线。博物馆中大量的展品是在陈列柜内展示的，玻璃窗的镜面反射现象会影响观赏柜内展品，包括外环境当中的明亮区域、参观者、周围物体等会映到玻璃面上。最好的办法是使柜内的照度值高于柜外，亮度比应为2∶1以上。也可以采取向下倾斜玻璃面，加大反射角度的办法，避免参观者看到反射的物体影像（图7）。

展品的立体感与质感的表现，是能够准确认知展品的重要视觉因素。对立体形状的感知源于投射在物体上的光线所产生的光影变化来获得的。漫射光趋向于使物体的表面布光均匀，会减少空间和纹理的表现。而点光源由于光线的方向性较强，使物体对应光线的不同界面接受不同角度的布光，形成了明暗的变化，继而达到观赏者对物体立体感的认识。物体呈现的立体感效果，取决于光源投射的角度和光分布，一般情况下，从物体的侧上方40°—60°位置设置光源，同时配合一般性的泛光照明，避免处在阴影当中的信息丢失。但是主要照明的照度值应控制在辅助照明照度值的3-5倍以内比较合适，对于较暗的物品则应控制在不超过5-10倍。光以倾斜的角度投向物体表面时，将强调表面的质感（图8）。天空光能够使物体呈现一种温和的立体感表现，对于大型的和相对空间肌理复杂的物体比较适合。

对于展品精彩之处的展现，通常需要通过重点照明来实现，这是对于物品细节信息的强化表现，会使物品的精华部分表现得更充分。

强调视觉的重点、展品的立体感和精华区域通常运用产生光束的点光源来实现。重点考虑的因素是掌握光束的“构造”，特别是光束的尺寸和形状（光束角范围、光线边界、光强分布），还有溢出光的量和光线的强度（图9）。光束的尺寸对于物体需要照射的范围具有决定作用。大部分的光束是圆锥形的，光源距离物体的距离越近，覆盖面就越小，反之则越大。落在主要光束外面的光被定义为溢出光，也可以由光束边缘区域照度的变化率来描述，照度变化得越快，分界线就越强烈。溢出光的数量将影响物体本身和物体与环境之间的对比度，含有大量溢出光的光束将在照亮物体的同时照亮背景、降低对比度，也因此削弱对物体本身的强调作用。

四、展品保护与照明设计|||

物质不是永恒的，其分子运动随时间改变而使物质发生一定的变化，博物馆的一切保护措施只是为了尽量延迟这个变化过程，照明设计在满足视觉要求的同时也应遵循这一原则。而实验已经证明光学辐射与藏品的变质有着明确的关系。由光辐射引起的展品损害可以划分为两个主要类型——辐射热效应和光化学效应，破坏效应的类型与辐射的波长是密切相关的。

辐射热效应是指由于展品获得一定的辐射通量而造成物体表面温度升高，为展品自身的物理和化学变化提供了动力，最终展品按照物体的热容量、密度或浓度的不同发生形体上的延展变化，特别是在材料具有高延展系数的位置变化尤其明显。

辐射热也会改变环境和展品的湿度，进而破坏展品的最佳恒定湿度，加速展品的物理和化学变化，使展品表面最先出现表面硬化、隆起、裂化和褪色等现象。如容易发生于吸湿材料或表面由多层不同材料构成的物品，以及表面覆盖清漆的由多层颜料绘制的作品。因此，照明应力求通过将空气温度和湿度控制在规定范围之内，以使这种效应最小化。控制辐射热效应可选择在红外波段输出低的光源、可以吸收红外波段的反射灯具及使用红外滤镜。

光能够使物质分子发生化学变化，变化的激活能量来自于对光子（光量子电磁能的量子，一般认为是零质量、无电荷和不定长寿命的离散性粒子）的吸收。紫外辐射、可见辐射造成的破坏有颜色改变和弱化；导致物品强度的降低。因此，滤掉波长小于400nm的非可见辐射——紫外辐射至关重要。

对于人工光的紫外线控制，UV过滤装置适用于所有在博物馆中使用的光源，在光源前面增加纯净丙烯酸薄片组成的有机滤镜、层积玻璃、二色性矿物质滤镜。对于选择自然光照明，要避免阳光直射陈列品，由界面反射之后的效果更佳。也可在自然光采光口设置遮阳片、散光片及调光装置，对自然光加以控制和调整。或者，利用北侧采光口采光，可以获得均匀、变化少、无阳光直射的天然光线。

五、展品照明与环境照明|||

在现代博物馆设计中，展品已经不是唯一反映博物馆主题的内容了，空间视觉环境的重要性逐渐被提高。主体的参观目的除了展品之外，也包括欣赏空间、感受氛围。很多展品也与环境融为一体，环境成为展品的补充和衬托，而展品也成为空间的重要组成部分。因此，以博物馆收藏展出的主题作为环境设计构思与创意的途径，能使博物馆的特色更加鲜明，更能引导观众进入设定的角色，通过视觉刺激将环境和展品所产生的生理、心理和社会意识进行综合，达到对展览主题更深刻的理解。对于照明设计，保持环境与展品的相互协调和一致性至关重要。

博物馆展厅的光环境设计要素包括照度、

方向性、色温、显色性等，缺一不可。但光环境设计要以突出展品为主，展品的照度宜大于陈列室的环境照度。对垂直布置的展品，其画面照度至少要为环境照度的2倍以上。雕塑展品除了利用室内环境照明进行泛光照明外，还要根据雕塑的特征设直射光照明强调重点。展品和环境的照度都应力求均匀。

对于整体环境而言，应该按照所设想的视觉环境中明暗的分布进行大致的亮度分配，以突出这个环境中的注意力集中点并保持眼睛的适应亮度。在亮度的分配中，需要考虑基本色调、色彩和它们的光反射率。同时，博物馆的参观活动是动态的，展厅有多个空间组成，根据展览内容进行空间及照明的总体规划，创造富有节奏和韵律的参观效果，这样才能达到理想的视觉环境（图10-12）。