自然采光在博物馆设计中的运用与挑战

展览之光 Illumination of Art Exhibition

自然采光

Natural Lighting

胡国剑（Hu Guojian）   曾堃（Zeng Kun）   刘宏剑（Liu Hongjian）

《天书》 徐冰（UCCA展览现场）

按：展览馆光环境可以说是影响展陈效果最重要的物理要素，目前我国还没有一部关于展陈照明的理论专著。随着社会精神文明建设的进展，我国展览馆发展迅速，展陈空间形式多样化。在设计实践工作中，我们越来越多地接触到各种类型的展览馆，对展陈空间照明有了更加深入和细腻的体会。借助《画刊》杂志开辟的“展览之光”专栏，对美术馆与博物馆等展陈空间照明工作的重要性进行宣传，让大家更多地了解和重视它，理解照明设计是观众从感性认识上升到理性认识的媒介，是科学与艺术并重的技术。

今天的博物馆已成为一个国家或地区综合实力的象征，参观博物馆也逐渐融入现代生活。在原有诸多展览馆的基础上，我国各地二三线城市也大多拥有了一两处各具特色的博物馆。伴随现代展示展览行业的兴起，我国的博物馆照明设计的发展也日新月异，出现了前所未有的繁荣局面。合理的照明设计不仅是展示照明的条件，更是表达空间形态、营造气氛的基本因素，同时有利于确保展示活动的安全性。博物馆照明设计是在满足人们的视觉印象与博物馆文物保护之间找到一种最佳形式，这个平衡点是照明设计者所追求的目标。因此其所涉及的学科很广泛，包括建筑学、色彩心理学、人类工程学、社会学、设计美学、文学、考古学、史学、生态学、宗教学以及行为学等等，是一个综合的统一体系。

而博物馆的多样化、专业化的照明建设急需相关的理论和技术相适应。我们将从多个方面展开对博物馆照明设计的探讨，从实践到理论，对博物馆采光照明系统进行更深层次、更全面的研究，提出照明设计的新理念，总结照明设计的新技术，加强照明器材及照明系统的研发，为我国博物馆照明设计发展提供更加科学的思路及方法。

自然采光设计

1.引言

据国家文物局调查统计资料显示，多数中国城市博物馆都是以自然光为主、人工照明为辅，完全采用人工照明的博物馆较少。因此，在博物馆中，自然采光设计无论是对建筑师、展示设计师还是照明设计师来说，都是核心要素。如何为参观者提供更好的视觉体验，如何通过光使参观者深入理解设计师的设计意图，以及如何通过光更好地完成展示任务，便成为设计师们面临的重要课题。此外，设计师充分利用自然光不仅是绿色节能的重要措施，也满足了人们的生理和心理需求。在自然光环境中，眼睛更不容易疲劳，参观更加愉悦轻松。自然光的变化流动，是室内空间与自然最直接的交流，带来了开放明亮的空间体验，也是场馆解读艺术与表达情感的重要工具。

卢浮宫阿布扎比博物馆

大英博物馆

2.现状

国外博物馆发展较早，且种类繁杂，技术相对完善，在博物馆照明设计方面研究也比较早，且这些国家的博物馆管理模式也相对成熟，资本投入规范，一般为董事会制，如法国卢浮宫、凡尔赛宫等。使用经费来源渠道广，有政府拨款、基金会筹资等方式。在博物馆采光照明设计上也是这样，设计研究比较早，资金投入、设计理念、设计水准、建筑技术相对完善，对自然采光的设计及新技术的应用有深刻体现。德国桥社博物馆的展室采用自然采光，采光天窗为凹形顶部，并略有倾斜，目的是突出展品；丹麦阿尔堡北方艺术博物馆采用天窗断面的方式，具有同样的效果；伦敦艺术馆展馆顶部采用菱形镂空设计，参观者站在中庭能仰望蓝色的天空。

我国博物馆建设事业发展迅速，博物馆采光照明设计取得了不错的成绩，与国外博物馆采光照明设计相比，新思想、新观念、新技术等方面都有很大的提升空间。近年来，更加专业化的博物馆照明设计与研究取得了长足的进步，首都博物馆、南京博物馆、上海博物馆等多处展馆的采光设计都体现出了相当高的设计水平。

3.自然采光

自然光是大自然的基本要素之一，良好自然光环境是人类物质和精神享受的需要。自然光作为表现性的媒介，对空间的形态、材质、色彩有最直接的影响。自然光一方面节约能源，增加照度，满足功能需求；另一方面，在自然光充足的空间下，能改善参观者的情绪体验，增加愉悦感。自然光应作为博物馆中最主要的光源，重视自然光的设计就是对人类生存状态的尊重。博物馆有诸多利用自然光的优秀设计案例，国外如日本的露天博物馆、国际奥林匹克馆的圆形大厅，中国古代建筑典型代表也有故宫博物馆珍宝的陈列、安徽西递明清建筑自然博物馆等，都是对自然光照明成功运用的经典作品。

苏州博物馆，图片来自网络

“让光线来做设计”，是苏州博物馆对自然采光成功运用的经典设计理念。苏州博物馆在屋顶的中央设置了一个天窗，屋顶形成一个折角，光线透过格栅照射进来，让苏州博物馆展厅变成了光影的世界。屋顶设计源于江南建筑的特色——飞檐翘角，瓦是菱形的“黛石”，是一种黑中带灰的花岗岩石片，又叫“中国黑”。本身的黑色在光线照射下呈现出深灰色，玻璃屋顶与石屋顶相映成趣，美妙绝伦。

自然采光受气候变化的影响较大，季节性、昼夜、照度强弱、温度、湿度、粉尘污染等方面的变化，都会对博物馆展示空间的光环境有不同程度的影响，甚至对空间内的展品造成不同程度的损坏。设计师需要不断熟悉和掌握自然光的规律，适应、利用和控制自然光，在营造空间光影效果的同时，尽量避免自然光产生的负面影响。

（1）光照强度 

博物馆展品的展示中，对光照强度的要求相当高。美术馆对于展品保护的低照度要求以及展陈效果的高照度要求始终是一对充满矛盾、需要平衡的难题。一方面，严苛的保护要求光线对展品的损坏降到最低，但过低的照度会降低作品欣赏的美感；另一方面，令人愉悦的观看体验又要求美术馆创造让人舒适的视觉感受，但这可能会对展品造成褪色、分化的影响。

观众在美术馆能够清晰地欣赏展品，表达展品应有的质感、细节以及立体感，是展陈照明的基本需求。但是由于一些展品的光敏特性，决定了其照度不能超过特定的数值。偏低的照度可能会对观众观赏的清晰度造成影响，所以需在照度无法提高的情况下，尽量使观众更加清晰地观赏画作。在从自然光充足的展厅进入较暗展厅前，需要设置一定流线长度的前厅，使观众经过一段时间的暗适应后，能够在较暗的环境中分辨更多细节。

在展品保护方面，自然光往往照度很高，对展品会产生严重的损害，因此，对于展品要区分能否暴露在自然光下面。同时，紫外线及红外线对文物的损害，可以通过透光材料进行过滤，尽量减少不可见光区域的曝光量。

泰特美术馆

中国人民革命军事博物馆

（2）采光方式

设计师可以根据光源的方向和采光口对光线加以利用和布置。选择不用的采光方式，一般来说分为顶部采光和侧面采光。

顶部采光有仰面正方顶部采光和侧顶采光。这两种方式都是采集自然光的基本形式，光线从上到下，均匀分布，光效高。根据采光面积大小，又可以有点、线、面的不同方式。一般来说，一个集中采光点容易形成空间的重心，塑造向心性；线性发展的采光顶面和线性的展示流线吻合，有较强的引导性；大面积的采光顶则更注重表达展示空间的均匀感。

金贝尔博物馆，图片来自网络

顶面采光需要一个良好的控光措施，使得进入展厅的光线变得柔和。路易斯•康设计的金贝尔博物馆由一系列拱形的空间组成，采用连续的顶面采光，经过天窗的直射阳光被小孔的曲面铝板阻隔，同时又将光反射到混凝土的拱顶面。通过这种方式，拱顶成为漫反射的光面，室内空间光线柔和均匀，空间安静平和。伦佐皮亚诺在休斯顿曼尼尔博物馆也采用了相似的控光手段。

特伦托和罗韦雷托当代艺术博物馆，图片来自网络

对自然光不进行遮挡，而是反复反射后进入室内，也是常见的控光措施。马里奥博塔在特伦托和罗韦雷托当代艺术博物馆的设计中，将顶部采光口高高抬起，形成光的藻井，光线经过反射后变得不那么刺眼，室内环境也更加柔和。类似的案例还有刘家琨设计的鹿野石刻博物馆、贝聿铭设计的纽约埃弗森艺术博物馆等。

松本市民艺术馆，图片来自网络

侧面采光通常被认为不利于展品展示，特别是视线范围内的窗更容易产生眩光，所以很多侧面采光的方式也都是采用高侧窗，一方面减少眩光干扰，一方面增加作品展示面和室内光环境均匀度。但也有一些展示空间由于主题的关系，采用正常侧窗甚至大面积侧窗采光，让室内与自然密切联系，营造开放通透的光环境，将室外空间作为室内展示的延续，为博物馆提供一个更加宏大的背景。伊东丰雄设计的松本市民艺术馆的展示空间，通过大小不一的窗洞和半透光玻璃，形成轻松愉悦的光环境，符合市民艺术的特征。

卡诺瓦石膏像博物馆，图片来自网络

此外，还有一种特殊的角窗处理方法。卡洛•斯卡帕在卡诺瓦石膏像博物馆中，采用了一种内凹的玻璃角窗，仿佛一片安置在室内的天空。自然光通过角窗照亮四周墙壁，墙面又将光二次漫反射到室内，室内光线均匀明亮。通过这样的方式，室外的景观也部分融入了室内，天空、植物、建筑在不同的角度映入视线，塑造了展示空间与环境的微妙关系。

（3）色彩及眩光

空间色彩也是自然采光设计的要素之一。自然光的显色性非常优秀，但是设计中需要考虑展品在自然光下所呈现的固有色彩和在人工照明环境下的色彩区别，避免引起展示效果的偏差。此外，在博物馆光环境中，人们对展品色彩感受会随色相、明度、纯度的变化而变化——绿色的森林、蔚蓝的天空会给人以凉爽与平静之感，暖色的灯笼、橘色的白炽灯会给人以温暖之感。设计师要根据具体的展示主题来搭配环境色彩。 

此外，由于较高的照度，眩光干扰是自然光给博物馆展品带来的另一个问题。设计师可以用改变展品的摆放角度和陈列方式来消除直接眩光，二次反射的眩光可以通过缩小展品与反射物之间的距离或者改变展品的背景亮度来避免。

（4）展品保护

自然光在博物馆照明中的应用分为两个部分，包括展示照明和非展示照明，分别对应博物馆展示空间和交通空间的功能性照明。需要保护展品的展示空间中，自然光基本只用于非展示照明。照明设计师考虑到自然光直接进入展厅产生的曝光量会对文物产生严重的伤害，多数情况下应避免直射光；可以采用漫射的方式，使自然光降低照度或者增设可控帘幕减少照射时间等方法，寻求展品保护和光环境设计效果的平衡。 

为了遮挡强烈的太阳光对展厅内视线的影响，减少热辐射，隔热、节能，提高展厅内的舒适度，设计师对太阳光控制通常的做法是在采光井上设置光控的百叶系统。这种利用光控技术使百叶自动转动，考虑到清洗和维护，其传感器设在采光井内。在使用过程中，通过百叶的开启和关闭调节光照。其实运用百叶系统或滤光帘虽能减弱室内的光照度，却对紫外线的清除效果不佳。所以加上防UV膜或涂层，可以很好地防止紫外线对展品的损害，但对UV膜的选用需非常严格。

休士顿梅里尔收藏中心展厅内照明环境及展品照明均为自然光，该中心在利用自然光的同时，又很好地解决了强烈的红外线、紫外线等光线对文物产生的伤害。设计师在博物馆顶面装设固定的叶片，以防止自然光直接进入；通过防紫外线玻璃过滤，并反射自然光至展厅内；进入的光线经过金属板的漫反射，使自然光趋于完美。

曾梵志展览现场

参考文献：

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注：

胡国剑、曾堃，同济大学视觉艺术与城市光环境研究方向博士，在光环境研究和照明设计领域有着丰富的知识和经验。

刘宏剑，参与过国内外众多重要的展览灯光解决方案及现场调试，在博物馆、美术馆专业照明领域中有丰富的现场经验。

本文原发表于《画刊》杂志2019年第1期