國家游泳中心是2008年北京奧運會的主要比賽場館之一，屆時將在這里舉行游泳、跳水、花樣游泳、水球比賽，對2008年奧運會的成功舉辦起著至關重要的作用。國家游泳中心座落在奧運公園南端，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構框架上布燈、側向投射，使“水立方”外表面的亮度、色彩、圖案達到一定要求，形成一定的場景和模式。這種“空腔內透光”的照明方式及LED照明的這種應用方式開創了一個先河。將為建筑物景觀照明朝著節能環保的方向發展及LED照明向規模化方向發展樹立一個新的里程碑。 　　一、國家游泳中心建筑物景觀照明的構思 　　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，利用光色的藝術語言和表現力，充分展現、描繪和重塑“水立方”在夜間的優美形象，并賦予廣泛、深刻的文化內涵。體現“人文、科技、綠色”奧運的三大理念。 　　1、突出“水”的主題 　　“水立方”的建筑設計以及景觀、裝飾、結構、環境等設計均是以“水”為主題。其建筑物景觀照明設計同樣也是以“水”為主題。其最基本的照明效果要求呈現藍色，體現水的純凈感和整體感，通過光與色的變幻，使“水”形象化和藝術化。 　　2.突出奧林匹克精神 　　“水立方”是2008年奧運會的主要場館之一，其建筑物景觀照明的基本構思是使燈光的圖案、場景、模式與館內的比賽、發獎及鳥巢的開幕式、閉幕式等奧林匹克比賽活動有機地聯系起來。通過光與色、照明場景的變幻，突出“團結、友誼、進步、和諧”，“同一個世界，同一個夢想”，“更快、更高、更強”的奧林匹克精神，增強世界人民之間的友誼，促進世界和諧。 　　3.與鳥巢交相輝映 　　“水立方”與“鳥巢”相鄰，“鳥巢”陽剛、激勵、興奮、外露;“水立方”寧靜、嬌柔、祥和、內斂；兩個建筑的風格迥異，又相互協調,相互陪襯。在景觀照明設計上也必須交相輝映、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氣枕構成外圍護結構。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，鍍點面積分別為10%、20%、30%、50%、65%，氣枕共24種規格。內外氣枕中間是鋼結構骨架。由于這種外圍護結構決定了“水立方”不適合采用“外透光”的建筑物景觀照明方式，因為沒有良好的反射面；也不適合采用“一般內透光”的照明方式，因為光要透光6層膜，光的損失太大；也不適合采用輪廓照明方式，因為“水立方”氣枕外立面雖有弧度，但非常平整，不適合外掛燈具。我們采用“空腔內透光”的照明方式。在固定外層氣枕的金屬框架后面布燈，側面投射，這樣便于隱藏燈具，容易做到見光不見燈。為了節能、環保以及便于形成更多的照明場景，我們選擇了LED光源。 　　三、亮度指標和功率指標 　　(1)亮度指標 　　關于建筑物立面照明的亮度，國際照明委員會CIE規定：城市繁華地區為12cd/m2,一般地區為6cd/m2；北京市關于奧運公園中心區建筑物立面照明亮度規定為不高于6cd/m2。根據上述規定，我們確定了國家游泳中心建筑物景觀照明四個立面亮度不高于6cd/m2，屋頂為不高于3cd/m2。 　　(2)功率指標的估算 　　根據公式（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； ·-每瓦LED所發光通量，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 　　由于藍光LED光效最低，而且人眼對藍光最不敏感，所以計算中以藍光為依據。ETFE氣枕的透視率可以認為三層ETFE膜的透視率的乘積。約為0.6。 　　(4)利用系數U的估算 　　假定利用系數U在0.2-0.3之間。 　　(5)每瓦LED-光通量 　　以藍光為例，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。 　　經過試驗，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 　　控制系統是景觀照明系統的核心組成部分。通過比較，我們提出了如下的設計方案：采用基于IPv6的實時以太網的組網方案。以FPGA為硬件載體，在單一芯片上實現控制節點的所有功能。 　　（1）采用IPv6實時以太網 　　①以太網是目前應用最廣、技術最成熟的計算機網絡，兼容性好。基于TCP/IP的以太網是一種標準的開放式網絡，一直都是計算機網絡技術的發展主流。②具有豐富的軟硬件資源，價格低廉。通信速率高。目前以太網的通信速率比現場總線快得多，以太網可以滿足對帶寬的更高要求。③可持續發展潛力大。由于以太網的廣泛應用，使它吸引大量的技術投入。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，使每個光源具有一個獨立的IP地址，這將使照明控制網的功能變得特別強大，在傳輸速率、組網規模、遠程控制，系統維護等諸多方面都得到質的提高。⑤傳統以太網應用于控制時，最主要就是確保實時性問題。傳統的以太網采用CSMA/CD的介質訪問控制機制，具有排隊延遲不確定和通信響應不確定的問題。在犧牲一些復雜功能的前提下，對以太網的協議進行一定程度的修改和精簡，使以太網具備實時性，以太網將能滿足照明控制系統要求。 　　（2）采用FPGA現場可編程的邏輯芯片 　　網絡節點作為網絡的基本組成和主要的硬件載體，應具有如下特點和功能： 　　①自主性：系統上各節點過網絡連接起來的，各節點獨立自主地完成自己的任務，且節點的容量可擴充，配套軟件隨時可組態加載，是一個能獨立運行的高可靠性子系統。 ②協調性：通過實時高可靠的控制局部網絡使傳輸數據實現共享，節點之間從總體功能及優化處理方面具有充分的協調性。 ③在線性與實時性：通過大量I/O接口，對控制對象進行實時控制和檢測，同時可進行網絡路由、組態回路的在線修改、局部故障的在線維修。 ④可靠性：從結構上采用容錯設計，使得在任一個節點失效的情況下，仍然保持系統的完整性；即使全局性通信或管理失效，局部站仍能維持工作。從硬件上包括節點主要功能模塊、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計，積木式結構，采用程序卷回或指令復執的容錯設計。 保證系統的高可靠性。⑤適應性、靈活性和可擴充性：硬件和軟件采用開放式，標準化設計，系統積木式結構，具有靈活的配置可適應不同的需要。⑥處理能力：控制節點需在單一芯片上實現控制LED光源、運行IPv6協議棧、對數據流解壓縮、對圖像實時處理、自動預存顯示內容、故障報告與處理等功能⑦友好性：控制節點能及時的報告自身狀態，便于故障的及時定位，方便維護。 　　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外均是一個快速發展的領域，所以要力求創新。在技術上堅持先進性與實用性緊密結合的研究策略。具體的實現方法如下：基于硬件/軟件協同設計方法，開發用于網絡控制節點的SOPC（可編程片上系統）。該SOPC包括LED光源控制模塊、圖像處理功能模塊、網絡媒體接入控制模塊、存儲器接口模塊等，所有模塊以IP Core的形式開發，并通過WISHBONE總線互聯，該SOPC最終在FPGA芯片上實現。 　　2008年奧運會開幕時，國家游泳中心LED建筑物景觀照明將以千變萬化的色彩和豐富多彩的場景呈現給世界人民。我國半導體照明產業也必將以嶄新的面貌展現在世界人民的面前。我們期待這一天的到來。

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