如何从零开始给一个教室做照明设计?石才进老师就从自己的实战经验出发,给大家从采集项目信息开始讲起,到最终完成一个教室照明设计的落地方案,都有哪些注意事项!


石才进(石头)

福建易光照明科技有限公司 执行董事&设计总监

一级照明设计师

一体化教育照明灯具发起人

学校是为教师和学生提供学习的场所,照明设计就是要为学校的教育工作提供良好的健康光环境。但学校建筑的房间类型众多,功能复杂,使用要求各不相同,照明要求也不相同。


▲图源:石才进


所以,为了符合教育的工作需求,照明设计需要结合学校的各项功能。其中,教室是学校最主要的功能房间,学生在教室里呆的时间最长,视觉工作也最集中,因此也是照明设计的重点。


那么我们要如何营造一个健康舒适的教室光环境?我认为需要具备两种先决条件好的产品和好的设计。


关于好的产品是什么样子的,行业内之前就提出过下图中的6大标准,未来可能还会有更多的判断标准。

▲图源:石才进


所以,今天我主要跟大家分享一下,在教育照明中,好的设计怎么来?经过我们多年的实践总结,我认为需要做好以下几点。



01

空间数据收集

目前,学校的照明设计项目多以改造为主,想要达到健康舒适的照明设计效果,前期的项目信息收集就非常重要,因为这是开展一切设计工作的基础。

拍照

我们收集和记录项目信息的手段通常是拍照,但注意不是随意拍就行的,也要讲究方法:“一不抖,二相连,三水平,四细节”。照片拍得好,项目改造前可供设计师们参考,改造后的又可做为成功案例和宣传资料,大家还是要认真对待的!

一不抖,即镜头要稳,像素清晰。


二相连,如下图,从这6个角度拍摄的照片,两两对照,我们基本就把整个空间的大部分数据都收集到了。


三水平在拍照的时候保持镜头水平方向,尽量要让天花与地面显示范围相同。


四细节,拍摄的范围大,有些细节就会呈现不清楚,这就需要针对细节进行补拍,比如投影仪,风扇,横梁,矿棉板收边情况等。

左右滑动查看照片拍摄角度示范

在这里,我也跟大家分享一个我们在项目收集时期最常用到的表格,这里面列出的所有点都是大家在实践中最容易忽略,却又最容易出问题的,下面我们来一一梳理一下。

投影仪

首先是要注意的是便是有关于教室投影仪的这几个信息:

① 投影仪的规格型号
② 末端距离黑板墙的距离
③ 中心距离左墙的距离
④ 底部离地的高度

▲图源:石才进

为什么我们要知道投影仪的规格型号?因为有些时候我们是没办法很详细地去测量投影仪的长宽高数值,所以只有知道投影仪的规格型号,我们才能在网上搜索出具体的投影仪尺寸。

这样我们在软件里模拟灯光环境的时候,就能根据这些信息去确定灯具的尺寸,是用1.5 m、1.2 m还是90 cm的,也能计算出投影仪是否会对灯光产生干扰,从而避免这种干扰。

我们测量投影仪中心与左墙的距离又有什么作用?现在的投影仪分为两种,一种是长焦投影仪,一种是短焦投影仪。如果是长焦投影仪,而你不清楚这个距离,它可能就会和教室灯的安装产生干扰。

此外,在实际情况中,教室投影仪的安装位置不尽相同,有些是装得靠近左墙,有些是在正中间,有些是靠近右墙,所以你知道投影仪中心距离左墙多少以后,基本也就清楚教室灯和黑板灯要安装在哪里了。

▲图源:网络

而投影仪底部离地的高度是多少,取决于黑板的安装高度和投影仪的安装高度。而黑板的安装高度又决定了黑板灯的安装高度。我们假设投影仪的离地距离是2.5米,那么我们就要思考黑板灯的安装高于它还是低于它?

如果是高于,并且还是位于投影仪的正上方,黑板灯是不是会被它遮挡到一部分光?

如果是低于,投影的时候,黑板灯是否会影响投影的效果呢?这些我们都需要去考量。

天花类型

其次是要留意天花的类型是原楼板还是吊顶。如果是原楼板,就要留意是否有竖梁、横梁,甚至是斜梁等结构妨碍灯具的安装。

如果我们在模拟光环境的时候,无法确定有无梁结构,或是无法确定梁的具体位置,那么我们就很有可能将灯的吊杆定在梁上安装,梁是最坚固的地方,你让施工团队在梁上装灯,估计工人会直接罢工。

而且,我们怎么避开梁结构装灯的同时又保证灯光效果,也是有讲究的。具体的装灯位置是偏到梁的左边还是右边?假设横梁的离地高度是2.8 m,如果灯具刚好要跨过这个梁安装,是不是要确保安装高度低于2.8 m,才不会遮挡灯光?否则你再加一排灯,既没必要又浪费电。

如果是吊顶,勘探现场信息时,就一定要把草图绘制出来,因为普通教室很少装吊顶,会装吊顶的多是录播教室和多功能教室。这些教室的天花一般会装有摄像头、烟感器、消防喷淋头等众多设备,有了吊顶的草图,我们模拟光环境,布置灯具时,才能提早避开这些设备,不然等到后面现场安装的时候,你再调试避开就不是最佳的光了。

投影幕

虽然现在城市里的教室投影幕用得比较少了,但是多数乡镇学校的教室还在用,所以这里也简单说说关于投影幕的注意事项。

使用投影幕的一般都是长焦投影仪,我们除了需要清楚它的基本尺寸信息之外,另外要注意的一点是:如果投影仪是安装在正中间,后期的回路控制施工,我们最好是将中间的那盏灯,设置成单独的回路控制这样老师们在一边投影,一边上课的时候,就可以只打开左右两盏灯,既不会影响投影也不耽误讲课板书。

课桌面

教室的课桌分为单人课桌和双人课桌,而据我们目前检测到的课桌高度分为0.65 m,0.7m 和0.75m 。除了这些我们还要知道课桌前排离墙多少,后排离墙多少,左右侧又离墙多少。


为什么我们要知道这些?这其实是为了我们能在设计的时候能确保课桌的照度均匀度。众所周知,课桌是学生视觉最集中的工作面之一,光线分布越均匀,越能减少视觉疲劳,视觉感受越舒服。

图源:石才进

根据这些信息,我们在用软件模拟灯光效果的时候,可以把检测的点都放在课桌的中心位置,例如6x8 的48张课桌的教室,每张课桌上设置一个测试点,就有48个检测点,可以最大程度地确保课桌的照度均匀度,减少空间里每个点的照度差值。

教师讲桌

偏远乡村和沿海发达地区的教师讲桌有所区别,因此照明设计也有所不同。

偏远乡村的教师讲桌不带有电脑,他们还是在通过教材结合黑板板书授课,但由于教室灯和黑板灯之间存有间隙,这个间隙正好又是教师讲桌的位置,所以教师讲桌的位置会有一个很明显的暗区。

为了照亮这个暗区,教师讲桌的长宽高,就直接决定了教室灯的安装是往前移,还是往后移。偏远地区的教师讲桌其实跟学生课座差不多大小,那么这时只要教室灯稍微往前移一点,再加上黑板灯的泛光就足够照亮了。

沿海地区的教师讲桌则会先进一些,尺寸高大,自带电脑,老师平时上课会开着电脑,如果我们还在上面打一束光,屏幕反光就会给老师造成眩光,所以教室灯的安装就要往后移。

黑板

黑板分为带电子显示屏、带白板和传统黑板;并且黑板有左右推拉和上下左右推拉甚至弧形的黑板。白板需要配合投影仪使用,电子显示屏就通过计算机直接显示内容,这两种类型黑板的注意事项,跟上面所说的用投影幕的注意事项是一样的道理,这里不多做赘述。

要补充的一点是黑板的离地高度直接影响着黑板灯的安装高度,和它的吊杆长度,即黑板越往上黑板灯装得越高,吊杆越短,反之亦然。

吊扇直径

教室的吊扇一般是传统的直接裸露扇叶的吊扇,也有带格栅罩的摇头风扇,但是不管哪种风扇,我们都需要弄清楚吊扇的直径、离地距离等信息,在模拟软件里布灯的时候,就要避开吊扇,以免扇叶会直接打到吊杆或者灯具。

▲图源:石才进

知道吊扇的离地距离,则是为了确定教室灯的安装高度,如果教室灯的发光面是在吊扇上面,扇叶一转,桌面上就会出现晃动的阴影,造成视觉疲劳,那么教室灯和吊扇平行,或者是装在低于扇叶的高度,就能避免这种情况

此外,我们还建议选用硬性吊杆安装教室灯,这样可以避免在吊扇转动的时候随之晃动,影响照明效果。


02


分析项目现状

分析项目现状,主要是指改造前的光环境的数据测量,我们要看一下教室里面的照度与均匀度对照于国家标准,存在于哪些方面的不足,才能进行有针对性的改善。

下面便是一份国家建筑照明的设计标准参考,我们可以看到课桌面照度值要大于等于300,UGR 小于等于19,黑板面照度要大于等于500,而目前的行业设计水平要做到 UGR 小于19还是比较容易的,甚至很多都可以做到小于16了。

▲图源:石才进

那么除了测量照度和均匀度,要营造健康舒适的光环境,眩光、色温、频闪等测量也是必不可少的,这些我们拿专业仪器一测也就清楚了,所以在这方面,我主要跟大家分享以下3点:

首先是黑板的数据检测。国家标准规定的测量点的间距是500×500,但是我们一般是按照400 x 400间距选取测试点。为什么我们要这么做?因为我们要确保自己的检测数据要比国标更严格,所以经过多方的验证,我们决定用400×400的标准,来确保最后的照明效果比国标要求的更优。
▲图源:石才进

其次是课桌面的检测。前面我也提到了,我们一般是把测试点放在课桌的中心位置,有多少张课桌,我们就设置多少个检测点,查看它们的照度值和均匀度是否达到了国家标准。

最后是注意原来的灯具的线路控制方式。我们在去年暑假时刚完成的几所教室改造,就因为它原来安装的是螺旋状的节能灯,而且走的是暗线,灯具线路控制方式非常复杂,同时,校方又不允许我们改造时改走明线,让我们的施工非常困难。

所以我们最好提前检测,也提前跟校方沟通,将走明线或是走暗线的这些利弊问题提前沟通清楚,以避免后面会出现其他的问题。


03

建模布灯

前面的这些信息都收集完以后,我们就进入了实质性的操作阶段——建模布灯。

▲图源:石才进

但是我们如何确定选用何种布灯方式?是用9+2还是9+3,是6+2,6+3,还是12+2?甚至是更多类型的分布?就根据你所收集到的空间信息。比如说下面的最左图中为何选用的是9+2的布灯方式?

▲图源:石才进

你想象一下,如果你按照经验直接在这里横向布灯,装上三盏黑板灯,会是什么情况?

一种可能是你把灯装在投影仪的下方,但在投影的时候,这灯却会遮挡到投影仪的投影面;另外一种则是你把灯装在投影仪的上方,但不投影的时候,这三盏灯往下照到黑板上,投影仪的吊杆就会在黑板上产生一个阴影。

为什么无论你怎么装,这三盏灯都会和投影仪产生干扰?其实就因为你布灯的时候忽略了投影仪的存在,就像是我们前面所说的,要收集清楚的可能会对布灯产生干扰的设备信息。

▲图源:石才进

我们可以看到上图的投影仪是短焦投影仪,吊杆从黑板所在墙面伸出来大概一米左右,且它的安装位置是在正中间,那么我们只要根据提前收集到的投影仪的尺寸、教室面积、课桌数等等信息,综合评估便能得出合适的布灯方式是9+2。其中的“2”指的就是,避开中间投影仪吊杆的位置,在它的两边各安装一盏黑板灯,就避免了阴影的问题

所以,前面这些我们容易忽略的空间信息其实都和现场装灯是有关联的。


04


灯光模拟

建模、布灯完成之后,我们需要先在 DIALux evo 等照明设计软件里模拟灯光的效果,是不是达到了我们的预期,不然等到施工了再调整就会非常麻烦。比如我们可以先把场景里的教室灯关掉,只把黑板灯打开,用伪色图来分辨黑板的照度值和均匀度分布合不合适?

▲图源:石才进

而且黑板灯是偏光的设计,选择仰角5度还是仰角3度,效果会有所差异,所以我们要事先通过角度的调试,确定最好的投射角度。

▲图源:石才进

同理,在全开教室灯的时候,计算一下整个空间的照度、平均照度以及照度均匀度,是不是达标了。

▲图源:石才进

当然,就算在软件上进行过调试,我们还是要到现场调试的,只是事先在软件上进行调试,会帮助我们提前避免和发现很多问题。

那么到了这个阶段,其实你的整个灯光设计方案也就基本完成了,经过了调试,也跟相应的国家标准对照过没问题了,最后就是导出你绘制的灯具布置图,以及输出相应的安装灯具的详细参数,交给施工团队去完成。

▲灯具布置图,图源:石才进

▲灯具参数数据图,图源:石才进

最后,大家可以看一下我们通过这样一套方法完成改造的一个案例。

▲改造前,图源:石才进

▲改造后,图源:石才进