國家游泳中心是2008年北京奧運(yùn)會的主要比賽場館之一，屆時(shí)將在這里舉行游泳、跳水、花樣游泳、水球比賽，對2008年奧運(yùn)會的成功舉辦起著至關(guān)重要的作用。國家游泳中心座落在奧運(yùn)公園南端，東臨國家體育場，建筑面積80000m2，17000座，是迄今為止世界上最大的游泳館。經(jīng)過多方案論證，國家游泳中心建筑物景觀照明采用RGB型
LED，在
固定外層氣枕的
鋼結(jié)構(gòu)框架上布燈、側(cè)向投射，使“水立方”外表面的亮度、色彩、圖案達(dá)到一定要求，形成一定的場景和模式。這種“空腔內(nèi)透光”的照明方式及LED照明的這種應(yīng)用方式開創(chuàng)了一個(gè)先河。將為建筑物景觀照明朝著
節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展及LED照明向規(guī)模化方向發(fā)展樹立一個(gè)新的里程碑。
一、國家游泳中心建筑物景觀照明的構(gòu)思
國家游泳中心建筑物景觀照明充分利用LED色彩豐富的特點(diǎn)，利用光色的藝術(shù)語言和表現(xiàn)力，充分展現(xiàn)、描繪和重塑“水立方”在夜間的優(yōu)美形象，并賦予廣泛、深刻的文化內(nèi)涵。體現(xiàn)“人文、科技、綠色”奧運(yùn)的三大理念。
1、突出“水”的主題
“水立方”的建筑設(shè)計(jì)以及景觀、裝飾、結(jié)構(gòu)、環(huán)境等設(shè)計(jì)均是以“水”為主題。其建筑物景觀照明設(shè)計(jì)同樣也是以“水”為主題。其最基本的照明效果要求呈現(xiàn)藍(lán)色，體現(xiàn)水的純凈感和整體感，通過光與色的變幻，使“水”形象化和藝術(shù)化。
2.突出奧林匹克精神
“水立方”是2008年奧運(yùn)會的主要場館之一，其建筑物景觀照明的基本構(gòu)思是使燈光的圖案、場景、模式與館內(nèi)的比賽、發(fā)獎(jiǎng)及鳥巢的開幕式、閉幕式等奧林匹克比賽活動(dòng)有機(jī)地聯(lián)系起來。通過光與色、照明場景的變幻，突出“團(tuán)結(jié)、友誼、進(jìn)步、和諧”，“同一個(gè)世界，同一個(gè)夢想”，“更快、更高、更強(qiáng)”的奧林匹克精神，增強(qiáng)世界人民之間的友誼，促進(jìn)世界和諧。
3.與鳥巢交相輝映
“水立方”與“鳥巢”相鄰，“鳥巢”陽剛、激勵(lì)、興奮、外露;“水立方”寧靜、嬌柔、祥和、內(nèi)斂；兩個(gè)建筑的風(fēng)格迥異，又相互協(xié)調(diào),相互陪襯。在景觀照明設(shè)計(jì)上也必須交相輝映、相得益彰。
4.融入中國、北京的文化特色
中國、北京作為2008年奧運(yùn)會的主辦國和主辦城市，其建筑物景觀照明一定要融入中國、北京的文化特色。
二、照光方式、布燈方式及光源的選擇
國家游泳中心采用ETFE氣枕構(gòu)成外
圍護(hù)結(jié)構(gòu)。氣枕是由3-4層ETFE膜固定在
金屬框架上，每二層ETFE之間充有空氣，內(nèi)外氣枕靠近中間空腔的一層ETFE膜，按著建筑
熱工的要求鍍有銀色斑點(diǎn)，鍍點(diǎn)面積分別為10%、20%、30%、50%、65%，氣枕共24種規(guī)格。內(nèi)外氣枕中間是鋼結(jié)構(gòu)骨架。由于這種外圍護(hù)結(jié)構(gòu)決定了“水立方”不適合采用“外透光”的建筑物景觀照明方式，因?yàn)闆]有良好的反射面；也不適合采用“一般內(nèi)透光”的照明方式，因?yàn)楣庖腹?層膜，光的損失太大；也不適合采用輪廓照明方式，因?yàn)椤八⒎健睔庹硗饬⒚骐m有弧度，但非常平整，不適合外掛燈具。我們采用“空腔內(nèi)透光”的照明方式。在固定外層氣枕的金屬框架后面布燈，側(cè)面投射，這樣便于隱藏?zé)艟撸菀鬃龅揭姽獠灰姛簟榱斯?jié)能、環(huán)保以及便于形成更多的照明場景，我們選擇了LED光源。
三、亮度指標(biāo)和功率指標(biāo)
(1)亮度指標(biāo)
關(guān)于建筑物立面照明的亮度，國際照明委員會CIE規(guī)定：城市繁華地區(qū)為12cd/m2,一般地區(qū)為6cd/m2；北京市關(guān)于奧運(yùn)公園中心區(qū)建筑物立面照明亮度規(guī)定為不高于6cd/m2。根據(jù)上述規(guī)定，我們確定了國家游泳中心建筑物景觀照明四個(gè)立面亮度不高于6cd/m2，屋頂為不高于3cd/m2。
(2)功率指標(biāo)的估算
根據(jù)公式（1）、公式（2），可以推出估算公式了（3）。
L=E/（1） E=UP （2） P= （3）
·式中-ETFE膜的
透射率；
·U-利用系數(shù)；
·-每瓦LED所發(fā)光通量，Lm；
·L-亮度，cd/m2；
·P-每平米ETFE氣枕表面所需LED功率，W。
(3)ETFE膜和氣枕的透射率的估算
由于藍(lán)光LED光效最低，而且人眼對藍(lán)光最不敏感，所以計(jì)算中以藍(lán)光為依據(jù)。ETFE氣枕的透視率可以認(rèn)為三層ETFE膜的透視率的乘積。約為0.6。
(4)利用系數(shù)U的估算
假定利用系數(shù)U在0.2-0.3之間。
(5)每瓦LED-光通量
以藍(lán)光為例，取單位功率（每瓦）10-15Lm.(6)ETFE氣枕每平米表面所需功率約為6-15W，取6W。
經(jīng)過試驗(yàn)，對于大面積的ETFE氣枕外立面的亮度控制在2-4 cd/m2為宜。
四、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是景觀照明系統(tǒng)的核心組成部分。通過比較，我們提出了如下的設(shè)計(jì)方案：采用基于IPv6的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的組網(wǎng)方案。以FPGA為硬件載體，在單一芯片上實(shí)現(xiàn)控制
節(jié)點(diǎn)的所有功能。
（1）采用IPv6實(shí)時(shí)以太網(wǎng)
①以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最廣、技術(shù)最成熟的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，兼容性好。基于TCP/IP的以太網(wǎng)是一種標(biāo)準(zhǔn)的開放式網(wǎng)絡(luò)，一直都是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展主流。②具有豐富的軟硬件資源，價(jià)格低廉。通信速率高。目前以太網(wǎng)的通信速率比現(xiàn)場總線快得多，以太網(wǎng)可以滿足對帶寬的更高要求。③可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｓ捎谝蕴W(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使它吸引大量的技術(shù)投入。④IPv6采用128位地址長度，幾乎可以不受限制地提供地址，把IPv6引入照明控制網(wǎng)，使每個(gè)光源具有一個(gè)獨(dú)立的IP地址，這將使照明控制網(wǎng)的功能變得特別強(qiáng)大，在傳輸速率、組網(wǎng)規(guī)模、遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)維護(hù)等諸多方面都得到質(zhì)的提高。⑤傳統(tǒng)以太網(wǎng)應(yīng)用于控制時(shí)，最主要就是確保實(shí)時(shí)性問題。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)采用CSMA/CD的介質(zhì)訪問控制機(jī)制，具有排隊(duì)延遲不確定和通信響應(yīng)不確定的問題。在犧牲一些復(fù)雜功能的前提下，對以太網(wǎng)的協(xié)議進(jìn)行一定程度的修改和精簡，使以太網(wǎng)具備實(shí)時(shí)性，以太網(wǎng)將能滿足照明控制系統(tǒng)要求。
（2）采用FPGA現(xiàn)場可編程的邏輯芯片
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的基本組成和主要的硬件載體，應(yīng)具有如下特點(diǎn)和功能：
①自主性：系統(tǒng)上各節(jié)點(diǎn)過網(wǎng)絡(luò)連接起來的，各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立自主地完成自己的任務(wù)，且節(jié)點(diǎn)的容量可擴(kuò)充，配套軟件隨時(shí)可組態(tài)加載，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的高
可靠性子系統(tǒng)。 ②協(xié)調(diào)性：通過實(shí)時(shí)高可靠的控制局部網(wǎng)絡(luò)使傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，節(jié)點(diǎn)之間從總體功能及優(yōu)化處理方面具有充分的協(xié)調(diào)性。 ③在線性與實(shí)時(shí)性：通過大量I/O接口，對控制對象進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和檢測，同時(shí)可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路由、組態(tài)回路的在線修改、局部故障的在線維修。 ④可靠性：從結(jié)構(gòu)上采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，使得在任一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效的情況下，仍然保持系統(tǒng)的完整性；即使全局性通信或管理失效，局部站仍能維持工作。從硬件上包括節(jié)點(diǎn)主要功能模塊、通訊鏈路都采用多重化配置和備份。從軟件上采用分段與模塊化設(shè)計(jì)，積木式結(jié)構(gòu)，采用程序卷回或指令復(fù)執(zhí)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)。 保證系統(tǒng)的高可靠性。⑤適應(yīng)性、靈活性和可擴(kuò)充性：硬件和軟件采用開放式，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)積木式結(jié)構(gòu)，具有靈活的配置可適應(yīng)不同的需要。⑥處理能力：控制節(jié)點(diǎn)需在單一芯片上實(shí)現(xiàn)控制LED光源、運(yùn)行IPv6協(xié)議棧、對數(shù)據(jù)流解壓縮、對圖像實(shí)時(shí)處理、自動(dòng)預(yù)存顯示內(nèi)容、故障報(bào)告與處理等功能⑦友好性：控制節(jié)點(diǎn)能及時(shí)的報(bào)告自身狀態(tài)，便于故障的及時(shí)定位，方便維護(hù)。
采用FPGA，在處理能力、可靠性、體積、成本等方面都能得到很好的滿足。
（3）智能照明控制在國內(nèi)外均是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，所以要力求創(chuàng)新。在技術(shù)上堅(jiān)持先進(jìn)性與實(shí)用性緊密結(jié)合的研究策略。具體的實(shí)現(xiàn)方法如下：基于硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方法，開發(fā)用于網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)的SOPC（可編程片上系統(tǒng)）。該SOPC包括LED光源控制模塊、圖像處理功能模塊、網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制模塊、存儲器接口模塊等，所有模塊以IP Core的形式開發(fā)，并通過WISHBONE總線互聯(lián)，該SOPC最終在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)。
2008年奧運(yùn)會開幕時(shí)，國家游泳中心LED建筑物景觀照明將以千變?nèi)f化的色彩和豐富多彩的場景呈現(xiàn)給世界人民。我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)也必將以嶄新的面貌展現(xiàn)在世界人民的面前。我們期待這一天的到來。
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