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【中国国家博物馆】照明与展柜一体化设计——解析“古代中国”展览照明改造案例

发布时间:2022-11-16 15:24:56浏览次数:

照明与展柜一体化设计

——解析“古代中国”展览照明改造案例


摘 要:在“双碳”目标的时代大背景下,全国各级各类博物馆、美术馆都在进行有效地节能减排,以推动全行业的可持续发展战略。日常管理中,各馆也开始聚焦新技术、新模式以及场馆改造升级等事项。备受国内外观众青睐的国家级博物馆,中国国家博物馆近期也对“古代中国”基本陈列进行了照明改造工作。本文着重解析该项目在公众开放前提下,改造和升级展览照明,实施照明与展柜一体化设计,以及改造前后比对分析,借此向其他博物馆、美术馆现状陈列实施照明改造提供参考。

关键词:“双碳”目标;光环境提升;照明与展柜一体化设计;高品质照明;文物柜照明改造
  
原文引自:照明工程学报》2022年第33卷,第3期



引言


伴随着全球疫情反复,以及资源危机等不确定性因素,我国把“碳达峰、碳中和”纳入“十四五”规划和2035年远景目标纲要,正号召各行业拿出抓铁有痕的劲头,如期实现目标。目前各博物馆和美术馆也掀起可持续发展节俭行动计划,诸如延长设备使用寿命,降低运营成本和碳排放,以促成行业良性循环。中国国家博物馆作为我国对外传播文化的重要窗口,我们对其最为重要的基本陈列“古代中国”场馆,率先示范性开展简约高效的光环境改造提升设计,实施光品质的提升计划。



1 .“古代中国”场馆照明现状


“古代中国”基本陈列是中国国家博物馆最为重要的常设展览,也是全国唯一一个全面反映我国上下5000年历史的通史陈列,是观众来国家博物馆参观人流最为集中的场馆。该场馆中,由于照明设备老化和部分光源损坏,很多展品看不清楚纹饰,影响了观众对展品的欣赏与喜爱,因此对这些展柜急需进行照明改造。另外,由于该展览开展了十多年,原有照明如传统卤素灯、荧光灯和光纤照明,以及部分展柜采用的LED光源,均随着时间推移,灯具已开始变色或损坏,部分区域存在光影凌乱和光衰问题,尤其展示青铜器的区域,观众对展品色彩与肌理已无法认知,像国宝级文物“四羊方尊”和“青铜冰鉴”两件展品,观众参观时,非常渴望能获取展品艺术美感和内涵信息,但现场的光环境不尽如人意,尽管展品无与伦比的精美,但观众却苦于看不清楚展品纹饰,在参观兴趣上大打折扣,无法感受到展品精致与震撼的视觉效果。如图1和图2所示,“四羊方尊”展品纹饰几乎无法辨别清楚,伴随着眩光和频闪等干扰光现象,影响着该展品信息的传达;“青铜冰鉴”展品底部光源光衰严重,局部光源已损坏不发光,整个展品显得暗淡无光,光圈一朵一朵,影响展品整体效果,呈现支离破碎展示印象。


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图1 “四羊方尊” 旧展柜光环境

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图2 “青铜冰鉴”旧展柜光环境



2. 设计构思解析


这类改造工作,为保障展览正常开放,每次施工要在周一闭馆时进行,除了要考虑资金支持力度外,还要考虑周期问题,要在一天内完成相应工作量,需要做详细施工计划和进度时间表。另外,我们考虑“古代中国”展览有8000多平米,涉及展柜数量庞大,因此前期改造计划,主要解决重点和难点问题,挑选 “古代中国”展厅中最急需改造的30余处进行光环境提升,待前期改造工作完成后,能改善展览中一些文物展品光环境的展示问题,解决辨识难、清晰度差等现象。


我们首选展厅中较突出的照明问题,将一些较珍贵文物柜率先进行照明提升。由于这些展品的稀缺价值,馆方要求特别严格,不让轻易移动展品和开启这类展柜,尤其大体量青铜器展品自身体量也不容易挪动,还有部分展品的材质有裂纹,其脆弱的表面也容易发生脱落损坏现象(图3、图4)。


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图3 “青铜鼎”旧展柜光环境

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图4 “王子午青铜鼎”旧展柜光环境

因此,施工我们只能采取就地改造,以替换原展柜电器和光源为主,工作范围局限于现场来完成任务。但仅更换旧有照明设备,很多新光源与旧设备的光源色彩匹配一致性较差,技术工人现场操作施工难度大,在现场施工出于安全考虑,也只能在确保文物展品万无一失的前提下推进工作。另外,部分展品造型丰富,纹饰也精美,原有展柜底部结构没有照明设计,要提升展柜的照明品质更存在难度,需要对展品底部进行有效补光,否则很难解决柜内光环境的问题。因此,我们在这些苛刻要求下,重新考虑照明方案,趋利避害,如新添附加件,增加一些可灵活可操作元素,重新设计照明与展柜一体化结构件来解决难题。但新设计改造结构件需要保证与原展柜材质和色彩一致,大小比例结构要与柜内展品尺度和谐,尤其新结构件的样式与设计高度要与原展柜文物底托形状和高度协调,改造后的结构件要与原展柜无缝衔接搭配合理,要让观众视觉舒适性和审美提高,又能与空间周围展示环境完美契合,才能显得不突兀(图5~图7)。


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图5 新龛柜照明与展柜一体化结构件

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图6 新改造后实际照明效果

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图7 展柜与照明一体化结构

该展览金属展柜使用较多,不同展品照明要求也不同,需要根据展品类型和文物形状来设计,初始状态下,展柜照明效果能满足馆方正常使用需求。但随着展出时间的增长,展柜内部照明灯具的衰减要先于展柜的淘汰速度,当展柜达不到报废年限,而灯具衰减不能实现正常使用,导致光环境效果已影响观众正常观赏的情况下,馆方需要对其进行改造。传统展柜的照明改造方法有两种:一是直接更换新展柜,此方案成本较高,实施周期也较长;二是更换照明设备或光源,但新光源与旧照明设备有可能匹配性较差,这两种解决方案均是不理想的。尤其淘汰旧有展柜会造成资金浪费,而且也不低碳环保。本次改造提升任务本着节约成本、以小见大、先局部后整体,带有先期实验和学术探讨双向目标来推进工作。例如展厅中很多旧展柜照明设计不理想,尤其展柜顶部大面积泛光,会吸引观众视线到展柜顶部,直接影响观众对展品的观赏。改造中,我们需要解决展柜顶部的发光问题,以减轻它们对观众视线的干扰;另外,通过减少不必要的光源,也可以节省能源和资金问题。在设计新改造方案中,我们尽可能关闭展柜顶部照明设备,将新替换的光源光束能集中到展品上,角度可以灵活调节,以消除不必要杂光。再譬如,大部分重点照明展柜采用光纤照明,该光源光色一致性较好、没有紫外线和红外线等有害光的辐射、对文物保护有利,以往国内很多博物馆和美术馆经常使用,但该光源的缺点是造价成本昂贵。随着LED新光源普及利用,以及技术性和功能性日益提高,在改造中我们为进一步节约成本,对部分展柜保留原有的光纤设备,仅将配件发光器中的传统光源替换为LED光源,并对原有光纤灯导线和灯头进行清洁和维护,以延长该照明设备的使用寿命,这样既可以提升旧展柜的光环境品质,还可以节约成本。此外,针对部分原有展柜由于原灯具安装设计位置不合理,其展柜底部根本无法补光,我们必须新增加结构件,以解决展柜中展品底部昏暗和照明品质低劣等问题,只有充分考虑原展柜照明的利弊,才能设计好展柜与照明一体化新方案,实现预期光环境提升的效果(图8~图9)。


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图8 “青铜鼎”旧展柜光环境

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图9 “青铜鼎”新改造展柜光环境





3. 照明与展柜一体化设计



在改造进程中,我们除了采取替换旧设备为新高品质照明产品以外,还要进行新的照明设计,以解决原有照明条件不佳等难题。在施工中,我们除了参照《博物馆照明设计规范》(GB/T 23863-2009)和《文物展柜基本技术要求及检测标准》(GB/T 36111-2018)等标准以外,在改造工作中,我们主要应用了最新的《美术馆光环境评价方法》(WH/T94-2021)标准来选择光源,并严格按照此标准对光环境进行优化设计,以确保展品的真实色彩还原,又能清晰辨识展品的纹饰,还能提升展览的整体光环境品质。这里我们做了一次投入小、见效快的改造方案,主要针对基本陈列等长期展览,在原有旧展柜基础上,增加新结构件,置入展柜与照明一体化设计新元素,保证展柜整体效果不变的情况下,巧妙安装新结构件和配置新光源,在“见光不见灯”设计理念的指引下,迅速提升光环境的改造计划。




  3.1 设计方案一  



我们主要做了三项照明与展柜一体化设计方案,方案一:在保障常设展览或专题展的正常展出,不移动展品的情况下改造,以四面中心柜为主的设计,解决了四面柜内部光效的衰减与照明设备损坏问题,在原有照明设备无法实现理性效果的前提下,保留原旧展柜初始结构,置入新的展柜与照明一体化设计结构件,同时,根据展柜外观尺寸与柜内展台样式来构思设计,采用碳钢板焊接技术,折弯成型,外观呈凹槽包裹状造型,将迷你轨道射灯进行隐藏安装,并采用磁吸式轨道进行灵活地布置灯光,在根据现场的需要,来增减或更换灯具设备来解决现场问题,此结构件可以直接放置到展柜中,可以对展品自下而上整体均匀补光,还可以利用灯具的位置,任意调节灯具的角度等方式,来满足对柜内展品照明改造的提升需求,实现见光不见灯的光环境展示效果(图10)。


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图10  展柜一体化设计方案一
1、照明一体化结构件主体;2、底板;3、竖板;4、非定点型磁吸照明机构;5、隐藏式轨道送风机构

改造后展馆照明效果得到明显提升,原有四面展柜照明突出问题得到有效解决。如展馆中国宝级文物 “四羊方尊” 展品为观众所熟知,但原展柜光源的光衰较严重,展品纹饰很难被看清楚,细节已无法辨认。尽管它摆放在过廊的中心展示位置,由于展柜内的光环境衰减问题,使整个文物的色调显得沉闷昏暗,直接影响观众对展品的观赏。展柜照明设计效果欠缺还包括:展柜照明结构件底部安装位置不合理、灯具角度和光圈调节不灵活、顶部光源的频闪严重,已不能满足展品细节的展示需求,而“四羊方尊”这件展品器物造型呈上宽下窄形态,加上原展柜底部和顶部光源安装位置不合理,仅替换原有光源很难实现理想的光环境效果。因此,我们对此件展品进行多次实验性改造,具体方法分三步:一是添加展柜与照明设计一体化结构件,覆盖原有照明结构,通过结构件的造型与底板尺寸设计,让新结构件与旧展柜内部展台的形式达到完美结合;二是调整光源与结构件的高矮尺度,以实现对底部展品纹饰的完美呈现;三是选择合理光色的光源,尽可能展示文物展品的真实色泽和艺术美感,实现360°无死角观赏效果(图11)。由于该展品的特殊与珍贵,在改造过程中,我们还对展品进行了数据采集工作,我们运用了《美术馆光环境评价方法》(WH/T94-2021)标准的采集数据方法与评价光环境方式,做了原旧展柜与新改造后展柜光环境数据比对工作。表1和图12为“四羊方尊”改造前旧展柜光环境采集指标信息,表2和图13为“四羊方尊”改造后新展柜光环境采集指标信息。


微信图片_20221116153416.png步骤1

微信图片_20221116153418.png步骤2

微信图片_20221116153420.png步骤3

图11 “四羊方尊”的改造过程与光环境效果


表1 “四羊方尊”改造前旧展柜光环境采集指标信息

参数

测量点 1身

测量点顶

测量点低

测量点 N

测量分组标记*

[自定义,如G1]

G1

-

Gn

测量位置

√水平面

□垂直面

□水平面

√垂直面

√水平面

□垂直面

□水平面

□垂直面

照度/lx

14.7

84.5

30.6

-

显色指数

Ra

96.7

95

96

-

R₉

78

76

78

-

Rf

94

92

93

-

频闪控制


F(频率

100

100

100

-

FPF

闪烁百分比

91.57


91.57


21.59


-

色容差SDCM

5

-

-

-

色温/K

2867

2939

2849

-





微信截图_20221116153529.png

图12  现场光学数据与频闪指标图(旧展柜参观模式数据)

表2“四羊方尊”改造后新展柜光环境采集指标信息

参数

测量点 1身

测量点顶

测量点低

测量点 N

测量分组标记*

[自定义,如G1]

G1

-

Gn

测量位置

√水平面

□垂直面

□水平面

√垂直面

√水平面

□垂直面

□水平面

□垂直面

照度/lx

236

321

245

-

显色指数

Ra

98.8

98.7

98.8

-

R9

94

94

94

-

Rf

92

91

92

-

频闪控制


F(频率)

4975

4975

4975

-

FPF

闪烁百分比

17.82


17.82


17.82


-

色容差SDCM

3

-

-

-

色温/K

3120

3164

3209

-



微信截图_20221116153622.png


图13 现场光学数据与频闪指标图(新展柜参观模式数据)


通过对比两组新旧展柜的改造数据,我们可以看出该展品各项照明指标均明显提升。青铜器展品的色温提高,有助于展品材质感的体现;频闪得到了有效控制,能让观众随时可以拍摄到称心如意的展品照片留念,再不用担心发生模糊虚晃影像了。其它指标提高如显色指数和色容差,可以使展品色彩还原效果接近真实;另外,展品照度的提高,可以使展品细节观赏起来更加清晰,在展厅中散发迷人光彩。




 3.2 设计方案二  



以沿墙三面柜为主进行设计,解决三面柜内因光效衰减、色彩不一致或照明设备损坏等问题,同样可以满足在不移动展品和正常展出情况下,进行光环境改造与提升计划。设计方案中,我们首先拆除了原旧展柜点光源的照明设备,关闭旧展柜顶部荧光灯的泛光光源,在不改变旧展柜整体结构的前提下,新结构件利用原旧展柜的点光源凹槽结构开孔进行安装,即方法灵活,还保留了原旧展柜的结构,重新置入展柜与照明一体化新结构件,再结合展柜的比例,采用经过焊接后折弯成型的碳钢板,嵌入泛光洗墙灯与重点照明轨道射灯,通过配光方式的综合运用,让面光和重点照明能组合在一起,另外,还设计了遮挡形式,消除观众视线之外的杂光,实现三面柜整体光环境俱佳效果。在新结构件中,还可以任意调节射灯的角度和位置,可根据展品实际来增减导轨射灯数量,随时为柜内展品进行立体补光,外观形式与原旧展柜完美融合,不仅可以满足对三面柜展品的灵活布展,还可以实现对光环境品质提升的设计需求(图14~图16)。


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图14 旧三面柜照明结构件
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图15 新三面柜照明结构件

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图16 三面柜展柜与照明一体化结构安装示意图

展厅中数量最多的展柜是沿墙三面柜,我们在改造中仅选了两个临近的展柜进行试验性改造,因旧展柜是机械化大生产的产物,照明设计形式较为单一传统,展柜内部灯具调节的程度有限,只有顶部配光,对于柜内摆放大件展品或造型结构复杂的展品适用性不高,要实现理想光环境展示效果有一定难度。以“妇好”青铜三联甗展品为例,原柜内展品光色不均匀,展品器物纹饰也很难看清晰,顶部光源泛光是利用荧光灯管和LED灯混合进行照射,对文物色彩还原效果较差,青铜器上的绿锈也无法辨别(图17)。通过改造使展柜内光环境效果得到很大程度提升(图18)。


我们通过数据采集,可以清晰辨析原旧三面柜各项指标,皆低于新改造的展柜数据,尤其是R₉值,新改造后的展柜光环境数据从指标23到97提高4倍有余。从数据上,我们可以分析判断,新改造后的三面柜光环境明显会提高展品的材质和肌理呈现效果。另外,新改造的光源还可以提升展品的照度均匀度,能让展品各个面展示完整,同时立体感和艺术效果也得到增强。此外,综合指标呈现频闪指数有所降低,色容差指标也提高了等级,展品光环境更接近展品的真实效果。由于改造后各项指标的提升,展品的光色也均匀,观众可以明显感受到改造后的展品不仅纹饰精美,在展示环境中的美感效果也更加突出,如图19所示。


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图17 “妇好”青铜三联甗旧展柜光环境

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图18 新改造“妇好”青铜三联甗光环境

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图19 新改造“妇好”青铜偶方彝光环境



3.3 设计方案三


此方案主要针对嵌入式大尺度龛柜,尤其是龛柜内平面尺幅大的展品照度不均匀的问题,同时解决光色不一致和照明设备老化现象,保障展览可以在正常展出和不移动展品情况下,对大尺度龛柜进行照明效果升级,实施改造计划的任务。设计方案中,首先我们保留了原有部分照明的顶部点光源,有选择性地改造泛光光源,回避了展柜顶部杂光,利用顶部重点照明点光源结合新改造的泛光源一同对展品进行补光。新结构件设计可以灵活拆装,根据龛柜外观尺寸来设计,采用碳钢板经过焊接后折弯成画框形式的包裹状,泛光光源直接安装在新结构件内侧,利用内凹造型巧妙将灯具隐藏,布光位置也根据展品尺幅可以量身定制,从两侧向中心展品方向进行均匀洗墙式补光,结合原展柜顶部重点照明,调整用光角度和位置配合补光,满足大尺度龛柜对平面展品照明提升展示的需求,实现柜内光环境照度均匀度的提高与展示艺术的最佳效果(图20、图21)。


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图20“ 楼中人”旧展柜光环境

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图21“ 楼中人”改造后展柜光环境




4. 新改造方案推广价值



“古代中国”基本陈列不仅对国家博物馆至关重要,对全国博物馆、美术馆来说也会产生深远影响,它是汇聚我国珍贵文物最多的殿堂之一,如何让这批珍贵文物在改造提升设计中重新换发精神和光芒,是我们研究的重要任务。当前我国在“双碳”目标的时代背景下,提倡各行各业稳中求进地推动节俭,以实现节能减排的目标任务,我们实施的对“古代中国”基本陈列照明改造案例,无疑是一次很好地尝试,可以在小范围内利用照明与展柜一体化设计方案,即可以维持现状陈列的正常开放,还可以在短时间内就可以实现对光环境效果的整体提升,为其他博物馆和美术馆可持续发展提供新思路。

“古代中国”基本陈列照明改造后效果图(部分):

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作者:艾晶

发表:《照明工程学报》2022年第33卷,第3期

改造实施单位:北京华源彤达科技有限公司

内容整理:博物馆头条