劉顯明，李相迪，張 軍，李毅東，陳偉民

(1.重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，光電技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044；2.中國(guó)四聯(lián)儀器儀表集團(tuán)有限公司，重慶 400700)

博物館展陳照明設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題與對(duì)策

劉顯明1，李相迪1，張 軍2，李毅東2，陳偉民1

(1.重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，光電技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044；2.中國(guó)四聯(lián)儀器儀表集團(tuán)有限公司，重慶 400700)

展陳照明是博物館展陳設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)，目前國(guó)內(nèi)博物館在展陳照明布置方面的水平參差不齊，有些眩光嚴(yán)重、均勻性差，甚至讓觀眾產(chǎn)生嚴(yán)重不適影響觀感，而有些則光照均勻舒適無(wú)干擾，讓觀眾能賞心悅目欣賞展品。本文基于近期對(duì)國(guó)內(nèi)多家博物館的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，總結(jié)了展陳照明布置的一些典型共性問(wèn)題，并通過(guò)優(yōu)秀案例的對(duì)比為這些問(wèn)題的有效解決提供方法參考。

博物館；展陳照明；眩光；照度均勻性；照明設(shè)計(jì)

引言

展陳照明是博物館展陳設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)，優(yōu)良的展陳照明不僅可減少光輻照對(duì)文物的損害，更可營(yíng)造舒適的光環(huán)境氛圍，讓觀眾充分感受展品的形狀、色彩和質(zhì)感等藝術(shù)元素。《博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 23863—2009)分別從文物保護(hù)和視覺(jué)照明兩方面的角度對(duì)展陳照明進(jìn)行了規(guī)范[1]。對(duì)文保而言，主體是受照文物，限定參數(shù)是受照面光的成分、光功率密度和照射時(shí)長(zhǎng)，是輻射度學(xué)參數(shù)，主要由光源的光譜成分和有效光功率決定，通過(guò)合理選擇光源并調(diào)整功率即可在很大程度上實(shí)現(xiàn)保護(hù)性照明[2]。而對(duì)以觀察者為主體的視覺(jué)照明而言，衡量指標(biāo)是工作面光的照度、均勻度和眩光指數(shù)，是光度學(xué)參數(shù)，主要由燈具的光分布和燈具的空間布置決定，是進(jìn)行博物館展陳照明設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本文對(duì)博物館展陳照明光環(huán)境進(jìn)行分析，結(jié)合多家博物館實(shí)際照明效果，對(duì)目前展陳照明應(yīng)用存在的問(wèn)題進(jìn)行了小結(jié)，并給出了相應(yīng)的解決方法。

1 博物館展陳照明光環(huán)境分析

展陳光環(huán)境是博物館實(shí)現(xiàn)其展示功能的重要環(huán)境，是觀眾感知展品的關(guān)鍵條件。為了有效的展示展品，受照面必須達(dá)到一定的照度水平，目前關(guān)于基礎(chǔ)照度的實(shí)現(xiàn)，業(yè)內(nèi)有兩種截然不同的認(rèn)識(shí)：

一是主要進(jìn)行局部和重點(diǎn)照明，即僅對(duì)展品及周?chē)苄〉目臻g范圍內(nèi)進(jìn)行重點(diǎn)照明，而整體環(huán)境亮度處于較低水平(如圖1所示)。其優(yōu)點(diǎn)非常突出，在較暗的環(huán)境空間內(nèi)參觀，可讓觀眾從心理上感受到一種安靜的氛圍，讓觀眾能靜心地去欣賞展品。此外，暗環(huán)境下對(duì)展品進(jìn)行局部照明，可形成良好的空間層次感，通過(guò)以暗襯亮的照明來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向性，引導(dǎo)和強(qiáng)調(diào)觀眾去重點(diǎn)參觀展品。

二是加強(qiáng)基礎(chǔ)照明，即提升整個(gè)館內(nèi)展示空間的亮度水平，在相對(duì)較亮的環(huán)境空間內(nèi)觀察展品(如圖2所示)。其優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)整體光照度水平的提升，可緩解長(zhǎng)時(shí)間暗環(huán)境下觀展所帶來(lái)的視覺(jué)疲勞。對(duì)于一些需要臨摹的觀眾，可提供一個(gè)相對(duì)明亮的學(xué)習(xí)和筆錄的環(huán)境。此外，在照明設(shè)計(jì)上相對(duì)簡(jiǎn)單，均勻性好，即使在展品發(fā)生變化時(shí)也不需要對(duì)照明進(jìn)行調(diào)整。

圖2 亮環(huán)境氛圍的展廳Fig.2 Bright ambience of the exhibition hall

相比而言，由于較暗背景下的重點(diǎn)照明方式在文物保護(hù)、視覺(jué)效果、氛圍營(yíng)造、節(jié)能等多方面具有優(yōu)勢(shì)，是目前各博物館所采用的主要展陳照明方式。但對(duì)于不同的展品和館內(nèi)空間，往往需要進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。尤其當(dāng)展廳內(nèi)的展品發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行照明方式調(diào)整。而目前相當(dāng)多的博物館忽視了照明的作用，采用一成不變的光線去應(yīng)對(duì)不同形貌的展品，例如：圖3中展柜上方開(kāi)了兩盞射燈，中間燈光幾乎全被展品頂部遮擋，不僅難以展示展品前部細(xì)節(jié)，過(guò)分集中的光能對(duì)展品頂部將產(chǎn)生輻照損害，右側(cè)燈光集中照在展柜底部并覆蓋右側(cè)小展品，而左側(cè)小展品則無(wú)直接光照。

2 展陳重點(diǎn)照明的主要問(wèn)題

在暗環(huán)境下進(jìn)行照明系統(tǒng)布置，由于整體環(huán)境亮度水平低，將使得眩光和不均勻性問(wèn)題非常突出，這也是博物館展陳照明設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難題[3]。目前，LED光源大量替代傳統(tǒng)光源，其無(wú)紫外和紅外光的光譜特性在文物保護(hù)方面具有較大優(yōu)勢(shì)，但其點(diǎn)光源、高亮度的性能特點(diǎn)對(duì)于眩光和不均勻性的控制更為不利，必須進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)以減小不利影響。

2.1 眩光問(wèn)題

眩光是指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時(shí)間上存在極端的亮度對(duì)比，以致引起視覺(jué)不舒適和降低物體可見(jiàn)度的視覺(jué)條件。當(dāng)存在眩光時(shí)，將影響觀眾觀察展品，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生不適[4]。

博物館內(nèi)的眩光可用統(tǒng)一眩光指數(shù)UGR(Unified Glare Rating)進(jìn)行衡量：

(1)

其中，Lb為背景亮度(cd/m2),La為觀察者方向每個(gè)燈具的亮度(cd/m2),ω為每個(gè)燈具發(fā)光部分對(duì)觀察者眼睛所形成的立體角(sr),P為每個(gè)單獨(dú)燈具的位置指數(shù)。

由此可知，暗環(huán)境下背景亮度Lb低，在同樣的照明布置條件下，眩光問(wèn)題更為突出，因此必須通過(guò)空間光分布設(shè)計(jì)和減小燈具亮度兩方面出發(fā)，減小因背景亮度低帶來(lái)的不利影響。

眩光包括光源的直接眩光和反射面(通常是鏡面)的反射眩光。一些光源不經(jīng)遮擋會(huì)直射人眼，尤其在人眼直視展品時(shí)，若視野中心存在較強(qiáng)的光照將使得眩光問(wèn)題更為突出。圖4給出了光源和視軸夾角與眩光強(qiáng)弱的關(guān)系。其中視軸并不一定為水平方向，而是人眼和觀察點(diǎn)之間連線的方向。如圖5所示，人眼直接觀察展品時(shí)，展品下方設(shè)有補(bǔ)光，由于光源功率過(guò)大導(dǎo)致直接刺激人眼，讓觀眾難以直視展品。

圖3 不利于文物展示的照明方式Fig.3 Bad lighting for cultural relics exhibition

圖4 光源和視軸夾角與眩光強(qiáng)弱的關(guān)系Fig.4 Relationship between the light source and boresight angle and glare strength

圖5 直接眩光Fig.5 Direct glare

當(dāng)觀眾透過(guò)展柜觀看其中的展品時(shí)，光源和展柜玻璃的相對(duì)位置和方向若處理不當(dāng)，展柜玻璃可將光源發(fā)出的光反射至人眼，產(chǎn)生不適的反射眩光。反射光可能來(lái)自自然光(如圖6所示)，也可能來(lái)自室內(nèi)燈具(如圖7所示)，一些博物館在進(jìn)行展品陳列時(shí)，采用玻璃或PC等具有鏡面反射特性的面板作為支撐底板，其反射面也可能形成反射眩光(如圖8所示)，給觀眾帶來(lái)嚴(yán)重的不適。此外，采用普通玻璃制作的展柜，還會(huì)在玻璃表面產(chǎn)生多次反射并成像，形成多組虛像的重影，影響觀感(如圖9所示)。

圖6 自然光產(chǎn)生的反射眩光 Fig.6 Reflected glare produced by natural light

圖7 展柜玻璃反射燈具形成反射眩光Fig.7 Reflected glare produced by reflecting lamps on showcase glass

圖8 展柜內(nèi)展臺(tái)面反射柜內(nèi)光源形成嚴(yán)重的反射眩光Fig.8 Booth surface of showcase reflects internal light source causing the reflected glare

2.2 均勻性問(wèn)題

照度均勻度是描述工作面上一定面積范圍內(nèi)照度均勻性的指標(biāo)，可用不同的公式進(jìn)行計(jì)算衡量，大部分文獻(xiàn)將均勻度U0定義為工作面上的最小照度Emin與平均照度Eav之比[6]。即

(2)

光線分布越均勻說(shuō)明照度越好，視覺(jué)感受越舒服，照度均勻度越接近1越好，反之將導(dǎo)致視覺(jué)疲勞。

目前國(guó)內(nèi)博物館大量使用甚至濫用射燈進(jìn)行照明，由于射燈的光束角往往較小，光能相對(duì)比較集中，當(dāng)展品更換時(shí)，若展品的尺寸大于射燈的照射面積，由于環(huán)境亮度低，工作面上的Emin也較低，而光斑中心集中了燈具發(fā)出的絕大部分能量，最大照度Emax和平均照度Eav值都較高，使得U0值很低。工作面上照度不均勻，不僅破壞了展品整體感觀，其過(guò)亮和過(guò)暗照明部分可能?chē)?yán)重影響觀眾對(duì)展品細(xì)節(jié)的觀察；對(duì)于一些具有立體形貌的展物，不合理的照明還將產(chǎn)生陰影，甚至將關(guān)鍵部分籠罩在陰影中(如圖10所示)。

圖9 普通玻璃多次反射形成的重影Fig.9 Ghosting caused by multiple reflection of glass

圖10 濫用射燈導(dǎo)致不利于呈現(xiàn)文物細(xì)節(jié)Fig.10 Abuse of spotlight against presenting details of cultural relic completely

3 眩光和照度均勻性的處理方法

以上博物館展陳照明的不良問(wèn)題都因光分布的不當(dāng)布置導(dǎo)致，通過(guò)一些合理的調(diào)整即可減小其不利影響。

3.1 直接眩光

防直接眩光的關(guān)鍵在于減小燈具相對(duì)觀察者方向上發(fā)光的亮度，最好能讓觀察者見(jiàn)光不見(jiàn)燈。為保證工作面有足夠的照度，光源的光功率通常不能降低，減少亮度主要采用增加發(fā)光面積將光進(jìn)行散射擴(kuò)散，而見(jiàn)光不見(jiàn)燈主要依賴于燈具設(shè)計(jì)或者在光源和人眼之間設(shè)置遮擋，可簡(jiǎn)述為擴(kuò)散法和遮擋法。

其中，擴(kuò)散法主要采用光擴(kuò)散板使光線發(fā)生不同方向的折射、反射、散射，擴(kuò)散板包括平面擴(kuò)散板和3D擴(kuò)散板，一般在PMMA、PC、PS等透光基材中添加光擴(kuò)散劑，或?qū)⒒谋砻婕庸樘厥饣y結(jié)構(gòu)(包括表面微結(jié)構(gòu))制成。經(jīng)過(guò)光擴(kuò)散板后，可實(shí)現(xiàn)大面積均勻平面發(fā)光的效果，將點(diǎn)光源和線光源轉(zhuǎn)換為面光源，從而減小發(fā)光面的亮度(如圖11所示)。

圖11 平面擴(kuò)散板與3D擴(kuò)散板效果圖Fig.11 Effect drawing of 3D diffusion plate and planar diffusion plate

遮擋法可更有效的避免直接眩光的影響。在燈具設(shè)計(jì)時(shí)，可在燈具出光面增加格柵，目前不少展柜頂部光源都增加了格柵進(jìn)行光源的遮擋。也可將光源置于燈具深處或在燈具外部增加遮光罩，從而加大防眩保護(hù)角，避免眩光(如圖12、圖13所示)。

圖12 燈具防眩示意圖Fig.12 Anti-glare schematic of lamps

圖13 采用四葉遮光片的防眩燈具Fig.13 Four leaf gobo lamps

對(duì)于獨(dú)立展柜或四周包圍參觀的大型展品，可在燈具和人眼之間設(shè)置遮擋，也能很好的避免眩光。這些遮擋通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，可成為一種展柜裝飾，甚至作為背景標(biāo)識(shí)(如圖15所示)。

3.2 反射眩光

相比直接眩光，反射眩光的處理更為棘手。為減小甚至避免反射眩光，可從反射面和光路設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行處理。首先，鏡面反射是導(dǎo)致反射眩光的主要因素，在進(jìn)行展陳設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免采用具有鏡面反射屬性的材料。如圖8中展柜內(nèi)的展品底座，人為添加的反射面是導(dǎo)致反射眩光的主要原因，若采用襯布則不會(huì)出現(xiàn)此反射眩光問(wèn)題。而展柜玻璃是觀眾觀察和展品保護(hù)的重要窗口，普通玻璃反射面的鏡面反射率較高，采用特殊材質(zhì)制成的減反(無(wú)反)玻璃，可在較大程度上降低其表面反射率，不僅可以減小眩光的影響，還可以減小重影現(xiàn)象帶來(lái)的不適(如圖16所示)。

此外，通過(guò)合理的系統(tǒng)布置，對(duì)于靠墻展柜和俯視展柜，可將燈具的發(fā)光方向朝向展品而背向人眼，避免眩光。一些展柜將燈具設(shè)置在展柜上方并利用展柜自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行遮擋，實(shí)現(xiàn)見(jiàn)光不見(jiàn)燈的完美照明效果(如圖14所示)。

圖14 利用展柜自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)見(jiàn)光不見(jiàn)燈的功能Fig.14 Showcase using its structure to achieve hiding lamps

圖15 用于裝飾和標(biāo)識(shí)作用的擋板設(shè)計(jì)Fig.15 Baffle design used for decoration and identification

圖16 采用了減反玻璃的展柜Fig.16 Showcase used anti-reflection glass

其次，照明光路的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。展柜外部的光線是導(dǎo)致反射眩光的來(lái)源，若展柜外部有光源的存在，包括對(duì)面展柜發(fā)出的光，都可能在展柜玻璃表面形成反射。不僅會(huì)形成眩光，還會(huì)形成影像影響觀眾的正常觀察，因此展柜玻璃窗口應(yīng)盡量面向暗區(qū)設(shè)置。當(dāng)展柜前方必須設(shè)置燈具時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)整其高度和離展柜的距離，使觀眾在參觀時(shí)人眼置于反射眩光區(qū)域以外(如圖17所示)。

圖17 通過(guò)調(diào)整燈具和展柜相對(duì)位置避免反射眩光Fig.17 Avoid reflected glare by adjusting the relative position of lamps and showcase

3.3 照度均勻性

對(duì)于一些大幅字畫(huà)、碑文、石刻等展品，表面積較大，容易出現(xiàn)照度均勻性問(wèn)題。尤其是在大量使用大功率射燈的背景下，照度均勻性問(wèn)題尤為突出。為改善照度均勻性，可做如下幾方面工作：

1)對(duì)于大面積展品，若非光敏性文物，建議優(yōu)先考慮采用前文所述增加基礎(chǔ)照明強(qiáng)度的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)(如圖2所示)，這是獲得均勻照度的最佳方法；

2)盡量避免使用光束集中型的射燈，而采用面板燈進(jìn)行照明。若采用射燈照明，應(yīng)采用小功率多燈具進(jìn)行照度的混合疊加，可實(shí)現(xiàn)均勻無(wú)影的照明效果。由于采用小功率的光源，其亮度也會(huì)相應(yīng)降低，因此有助于控制眩光(如圖18所示)；

圖18 多燈環(huán)繞照明方式及其效果Fig.18 Lighting option of multi-lamp surrounds and its effect

3)對(duì)于大功率射燈，采用大發(fā)光角的燈具，拉遠(yuǎn)展品與燈具的距離，將展品完全置于中間照度均勻區(qū)域，也可在展品表面形成均勻照明(如圖19所示)；

圖19 (a)、(b)、(c)為不同光束角燈具在相同面積范圍內(nèi)的照度分布，(d)為較好的照明效果Fig.19 Illumination distribution of different beam angle lamps(a)、(b)、(c), (d) figure is better lighting effects

圖20 將展品進(jìn)行傾斜可獲得更為均勻的照明效果Fig.20 Exhibits tilting can obtain more uniform lighting effects

4)可調(diào)整燈具和展品的相對(duì)角度，將展品或燈具傾斜甚至垂直照射，可使垂直照度轉(zhuǎn)換為水平照度，有效提升其照度均勻性。圖20為頂部射燈向下打光時(shí)，相同照明條件下垂直石碑和近似水平石碑的照明效果。左側(cè)展品因表面凹凸不平導(dǎo)致出現(xiàn)了相當(dāng)多明顯的陰影，而右側(cè)展品不存在此問(wèn)題(如圖20所示)。

4 結(jié)語(yǔ)

展陳照明的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)既要滿足文物保護(hù)的基本標(biāo)準(zhǔn)，更要以人為本為觀眾提供優(yōu)良的光環(huán)境氛圍去舒適地欣賞展品。本文列舉了近年來(lái)國(guó)內(nèi)十余家博物館的現(xiàn)場(chǎng)照明情況，對(duì)其中的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了小結(jié)，并針對(duì)這些問(wèn)題提供了相應(yīng)的解決方法。雖然一些博物館存在照明設(shè)施水平的限制，但文中列舉的一些照明問(wèn)題是可結(jié)合合理的展陳布置得以有效避免。希望相關(guān)從業(yè)人員能結(jié)合不同博物館的實(shí)際情況，為觀眾創(chuàng)造更好的博物館參觀視覺(jué)環(huán)境。

[1] 博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范：GB/T 23863—2009[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] 黨睿,張明宇,劉剛,等.基于文物保護(hù)的博物館展陳照明調(diào)查研究[J].照明工程學(xué)報(bào),2013, 24(3): 18-23.

[3] 李文銓,王海波,卓寧澤.博物館展陳光環(huán)境的回顧與現(xiàn)狀[J].中國(guó)照明電器,2016(8):5-8.

[4] 林燕丹，邱婧婧，劉奕宏.不舒適眩光研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].照明工程學(xué)報(bào),2016,27(2):7-13.

[5] Discomfort Glare in Interior Working Environment：CIE 1983.

[6] 馬丙戌, 文尚勝, 陳穎聰. 大學(xué)階梯教室照度均勻度的分析與優(yōu)化. 照明工程學(xué)報(bào), 2015, 26(1): 69-74.

The Common Problems and Countermeasures of Display Lighting Design in Museum

LIU Xianming1, LI Xiangdi1, ZHANG Jun2,LI Yidong2, CHEN Weimin1

(1.CollegeofOpto-electronicEngineering,ChongqingUniversity,theKeyLaboratoryforOpto-electronicTechnology&SystemsofMinistryofEducation,Chongqing400044,China; 2.ChinaSilianInstrumentGroupCo.,Ltd,Chongqing400700,China)

Display lighting plays an important role in museum display design. There are serious glare and poor illumination uniformity problems in some museums, making the audience feel uncomfortable. While some of the museums can provide the audience a comfortable light environment due to its excellent lighting design. The paper summarizes some typical common problems of display lighting in museums based on the field survey. Several effective ways of solving these problems are provided by comparing the good examples.

museum; display lighting; glare; illumination uniformity; lighting design

劉顯明，E-mail:xianming65@163.com

TU113

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2017.04.007