张昕：中国传统建筑光环境研究
由清华大学建筑学院、韩国照明设计师协会主办，《照明设计》杂志社合办，搜狐家居独家网络媒体支持的第三届亚洲照明设计论坛，于2011年10月09日在北京清华大学主楼报告厅盛大召开，届时中国、日本、韩国、泰国、印度、新加坡以及中国香港、中国台湾全亚洲照明设计师汇聚一堂，一场别开生面的盛会即将拉开帷幕。搜狐家居设计师网作为独家网络合作媒体，将对此次盛会进行全程报道！（>>第三届亚洲照明设计论坛官网）
时间 ：2011年10月09-10日
地点：北京清华大学主楼报告厅
10月9日下午张昕：中国传统建筑光环境研究讲演实录
张昕：我目前只是一个副教授，当然我也希望成为优秀的教授。我演讲题目是：《中国传统建筑光环境研究》。所谓中国传统建筑光环境保护研究，有两个含义：
张昕
一个是中国传统建筑光环境是什么，是怎么样的。所以只好去调研那些最重要的传统建筑，他们是怎么样的，所以希望中国就是怎么样的。当然还没有铺开做这个工作，比如民居有待研究。
第二个保护，要保护的两个东西，一个是在传统建筑之中怕光的艺术品。第二个保护历史上的光环境，我对第二个东西更感兴趣，我更关注建筑师在做传统建筑那一课他怎么想的，他希望后来人怎么看到这个房子。包括现状光环境研究的，包括红外的、紫外波段。从2002年我们一直做传统灯具光学特行研究，传统建筑历史光环境的论证、保护与复原策略研究。研究案例，第一个清代皇家建筑，第二个石窟，第三个讲街区。
首先做了大量的实测，后面这个数字是传统建筑是处于我们国家光气候区，我测了其中四个区的建筑，做了传统的模拟。这种模拟不能涵盖之前的日光的贡献，也就不能涵盖建筑朝向对于室内视觉感受的影响。第三个选了两个模型做了实验，另外做了CBMD动态参数技术的研究。
这是它的分布，这张图来自于物理研究所，基于中国今年国家气候局提供的资料，有一个有意思的事情使我们国家变得更亮了。我起始研究的时候敦煌处于第一光气候区，目前处于第二光气候区。第五气候区重庆、成都地区的面积也缩小了，中国变得更亮了，这是一个大的背景。这个叫我是谁，我为什么做这样的研究？因为我学了五年的建筑学，又跟着詹教授学了五年的照明，我希望可以做二者中间的那个人，如何把建筑学跟照明结合。包括昨天苏丹先生讨论到底是建筑学院适合生产照明设计师，还是环境艺术学院适合生产照明设计师，这是今后两天可以讨论的问题。对于我而言，我的目标一定不是个照明设计师，而是个照明设计师的伙伴。传统光环境保护研究，主要基于历史建筑和文物保护这个分支，跟视觉跟颜色，光测量、室内环境，光生态和光化学，四个区交叉的结果。
当然这张图我认为很重要，我们用了104年采光系数，其实不适用于现在的研究工作。我的工作后来做了两年基于2003年自然光的研究。这就是所谓CBM基于动态气象参数，中间每个点的光，由一个半球来提供，这个半球可以抽样成145个天空碎片和145个太阳位置，得到这个地区真实的室内情况，可以涵盖室内朝向和太阳轨迹。这是2004年纂清斋（音），我们称之为找乐子的房子，明间五开间，里面有四开间是暗室，乾隆坐在暗室里看戏，最重要暗室里天井画，通久画，用的西洋画法有一个西法中用概念。当然最终照明器材的造价，还是比较高的。一个日本照明设计如何在中国完成，如何落地？我认为中国最缺的是后面，画红线的这些工作。我们有机会去试，我们做了模型实验，这个模型主要研究透光材料。会关注不同的透光性能，对于室内光分布的影响。当然一个探头测天，一个探头测室内。
这是一个研究的成果，我们看到用玻璃的时候，这个光先砸到地上，再弹到室内的内墙。无论晴天，还是阴天，如果用玻璃室内很黑，就是1所在的位置。如果你用了曼投射材料，直接将光引向室内。在阴天的时候就是2的这个数，在晴天的时候就是3，在晴天的时候非常亮，光线直达天花跟内表面。我们在德国做一个特造的窗，选用中国传统做窗纸材料，把直板页放在玻璃中间，得到最右边这一列，有一个0.78透过率，非常安全的透光材料。我们做了室内所有怕光文物采光数据的搜集。基于年曝光量这样一个评价标准，现在博物馆开始关注年曝光量的评估，当然最重要是这一张图，这是室内采光分布，房子最亮和最暗差距至少是一万倍，最黑的地方已经到了0.1勒克斯，基本没有办法看东西，最高的上千个勒克斯。中间红色部分叫做照明标准，一个照明设计师进场以后，套用标准把空间照得云云的，是否合理呢？对于一个现代博物馆是没有问题的，我认为对于这个建筑，这种一比一万亮度差距是它最值得保留的东西。所谓民间和暗示，就是从最亮的右侧五开间，经过一系列空间转折，经过一个暗室忽然看到很亮的戏台，在藤萝架上可以欣赏。我们得到理想方案是选择光纤，电并不进入这样一个房子，因为这个房子非常怕火。当然这个方案很贵，最后由于这个房子空调顾问和安保顾问引入了电，最后我们依然是电进室内，由炉灯来实现，这样造价减少了一半。这是一个阴天的场景，在这个场景拍照以后，我也再没有机会进到这个房子，现在预约可能进不了。在晴的时候这个房子非常亮，上面的藤萝可以跟户外一样。正因为保留了这些亮度的关系，才可以在暗的地方去看那些亮的地方，就会有所谓景窗概念在里面。但是仔细看可以看到灯的位置，里面依然有很多灯，但是力图所保留自然光所赋予的室内效果。
这是改造完的窗纸的情况，这个是戏台边上的通景画，这是乾隆休息把玩古董的地。还要说这个，最初我们判断如果把环境搞得很暗，我们就可以用很少的光，让人看清楚里面那些绘画的诗歌的原件，所以我们做了这样一个亮度计划。通常一个博物馆地是20勒克斯，你的画可以是50勒克斯。我们创造的平均地是2勒克斯，我们画是5勒克斯，这样一个设计整体结合了能量。第二个是慈宁宫，当然这个项目接近尾声，没有完全完成，只放了一部分图片，这个项目甲方也在场，大家可以找他们交流。慈宁宫是太皇太后修养的地方，故宫希望展现室内布局，同时赋予一个博物馆的职能，希望把它变成一个雕塑博物馆。我希望大家去慈宁宫看雕塑的时候，还感觉到这是一个传统的氛围，而不是一个被人工照明所强加新的博物馆的感受。所以我做了测试，左边这一张院落布局是所有门关了测的，右边是所有门都打开。对于一圈空间来说，所承载的人很少，正式开展的时候一定是门开着的，川流不息，所以用的是右侧，对于中间所谓正殿和后面大佛堂，可以进二三十个人，可以先进去，然后出去再把门打开。中国没有这样做过，当然美国已经开始做了，我们得到了室内的年曝光量的分布，这个对于展陈来说是最直接的指导。左上方是国际通行标准，右面这个图，这个房子我模拟40%透光比曼投射情况下，有一部分是超标，这一次跟展陈设计师可以不把这个雕塑放在这些地方，但是放在安全的位置，但是同时保留了原滋原味慈宁宫的感觉，而不至于把这个屋子压得特别黑。自然光对于雕塑各个方向光的贡献，我们是可以预知的。如果实现自然光的预知，可以事先算好加多少人工光，可以获得更好的感受。
这个案例是符望阁，大家都熟悉它的前身，故宫在轴线上一东一西各有这样的建筑，也是故宫为二中心体量式布局，这一栋建筑西侧房子是由溥仪的太监烧掉了。这一侧房子是晚于那个房子，大家可以看这个房子，但是这个房子三十年以来没有放过，大家只知道这个房子外面是迷楼。它的概念有点像武侠小说里的布满机关的房子，比如白眉大侠里的冲霄楼。有四层，下面一层有中间的一夹，其实就是两层，瓦跟瓦上方的位置，这个上面有一层，维护层，给这一层提供一些采光。这个楼可以远眺，大家可以猜到这个房子里的视觉感受，是一个由亮到暗，长时间在暗里的跋涉，再亮再豁然开朗。后面是一层跟三层采光系数分布，这是三层龙型凿井，这是一层建筑是筑廊的情况，楼梯间藏在最中心的位置，人们从亮里逐渐往黑里走。我们模拟人在房子里行走，进去人始终向更黑的地方走，向外人从里往外看，这个房子会融在这个景观里。这个是用不同材料做的模拟，我们看到透光不透光的管理，用了玻璃就有了影子，有了影子中心布局它的迷或者它的趣味就会削弱，你可以判断南北。这个房子迷到什么程度，其实这个房子都不大，我的几个学生都去过。如果你跟另外一个人在里面聊天互相听得很清楚他的声音，但是真的很难判断他到底在哪一个位置，很难找到他，当然也有一些声学的东西在里面。我们开始不停的分析，首先发现三层地平面，由于这个房子景深很大，外圈比较亮，中间最黑，越往里越黑，这是凿井平面，反而相反，中间最亮，也就是龙头地方最亮。为什么呢？这个光依然先砸到地，然后向室内反射，但是没有办法到达对面的墙，全到达凿井，站在最暗的芯看到最亮的东西是你的视觉目标，这是非常有意思的。这个就是一个数据的结果，这是说的不同位置采光系数值，这是加百分比的。如果换成比例关系，从亮度往里面走这是18，18到3，然后3到1，1到9，然后9爬到163。
说到石窟，研究工作的原点，来自于这个窟，是大竹的位于重庆附近一个县，宝鼎山的石窟，这是缘掘洞问法，总共有13个佛像在里面，这个是对历史的了解，来自于照片，来自于书。这是光从上面进来照到两边的佛像，中间是植物，我们把这一圈测完以后，发现两个洞选在垂直采光线比较低的位置。缘掘洞有一个天窗，导致中间有一块亮，这是菩萨跪的位置。事实上大竹宝鼎山石窟缘掘洞是什么样呢？并不是大家看到的有魅力的红色，也看不见菩萨的形状，因为它极黑。但是由于天窗的存在，这个跪着那个菩萨垂直亮度是它背景亮度的十倍。在一个早晨我们第一波进入宝鼎山石窟，站在这个位置向里看的时候，觉得有一个人活生生跪在那里不敢前进，当我们停留几秒确定是一个雕像的时候在往里走，这才是真正缘掘洞给我们的感受，更强调一种信仰，不是让你站在菩萨边上祷告，而这个场景是一个完整的，不是所谓寺的，你一进去可以做法寺的概念。这是现场的感觉，或者拍照跟媒体传达东西的差别。结束缘掘洞工作以后，我们迅速产生一个概念，要看看敦煌怎么样的。
敦煌位于甘肃，有必要说一下前面的窟基本都是朝东的，最大的倾斜有15度，我们选了六个最典型的窟，这里放着会做模拟的窟。这个窟非常巨大，为了雕这个佛，掏这个窟，会逐层往外运沙子的通道，掏完以后三个通道正好变成三个窗，所以这里面非常亮，这是典型的副斗石窟。敦煌以前很可能是鱼鳞窟，我们把有些窟做了实测，有些窟做了模拟，有些窟同时做了实测和模拟。尝试着给出一些结论，面对敦煌我们不敢轻易说它就是怎么样的，比如这个是237窟，我们可以提出一个亮度的变化，只有十几米的距离，从户外我们叫2.8万的比例数，到室内的最黑。其实只有十几米的距离，很快黑掉，不同于任何一个现在博物馆，人在这种情况下，进入237窟的内窟其实什么也看不见的。这个是148窟，卧佛窟，佛的中部比较亮一点，但是窟的两侧比较黑很难看清楚。这个模拟结果很简单的加了一条全室通道，这个窟更黑，差了20倍。所以这六个窟不同形式可以分成三组，分组原则我们做照明的人最熟悉的一个东西，就是明视觉，暗视觉，和中间视觉。三个窟处于暗视觉，没有办法辨识色彩，三个窟照明强度基本可以视为全黑。237窟我的同学们如果在里面工作一小时以后，隐约的可以辨识形体。130窟是很亮的，可以辨识色彩，但是非常可悲的所有这些亮的窟，它的颜色褪得最厉害，越亮的窟反而越看不到色彩。
我们推想也对照敦煌的历史，敦煌一千多个窟有不同职能，有些窟我们理解是佛寺的职能，人进去要做活动。还有的窟我们认为是容器，往小里说跟我们骨灰盒意思差不多，往大了说跟欧洲所谓盖四百年教堂盖法是一样的，其实更在意是表达了对佛的崇敬，而不是空间内容本身，所以不是为了你进去看的。里面那些特别美丽的红色、蓝色、黄色，我认为并不是为了你去看的。当然敦煌此前一直宣称最重要的破坏来自于参观者，因为我的博士论文做了很多关于壁画的研究，其实光化学效果跟热效应，跟二氧化碳效应是一对的，会对于二氧化碳那种效应来说是一种催化剂。所以我得到了敦煌如这是237窟顶部的采光系数分布，刚好跟现在破坏情况是对应的。朝东的那个面破坏就是非常严重的，这面才有相应的蓝色，这个图给敦煌，他才意识到原来光的破坏是这么厉害。还有可以做一些计算，比如我算得敦煌开始想用一些人工光照亮那些窟，我非常担心，所以我去帮他们算。我个人非常不支持用这些灯照亮这些窟，然后可以解析，因为它是朝东的，日光的影响不能忽视，这个就是希望解决日光对窟内反射光的影响。这就是这样一个模型，所有的洞可以放探头，把太阳解析出来，看太阳反射光对于室内的贡献。后来我们拿到了敦煌注石的数据，我们突然发现有一种方式可以帮助敦煌保护这些画，因为是朝东的，上午的光比下午的光多。用以前的模拟没有办法解析的，以前没有办法解析太阳，现在可以了。敦煌的中午，是1：40，敦煌人很可怜，1：40才是他实际的中午。鉴于窟的朝向可以推迟开放时间，以及结束的开放时间，可以减弱这个光对室内壁画的影响，当然前提前面那些研究，因为这些窟进去看，一定有导游打开手电筒，因为反正是看不见的，因为去看，对文物破坏主要取决于手电筒的光。后面连这几个窟都是这样的，上午非常凶猛的，以前的研究没有办法解析的。看这个非常奇怪，在这个点会有一个峰值，早上。当然索性现在开馆时间刚好躲开这个。我们会发现敦煌因为以晴天为主，没有什么阴天，气象情况很奇怪，最亮的月份是四月份，五六七八渐暗，然后再衰减下去。
传统灯具的光学特性研究，主要工作由我的师弟朱世强来做的，这个部分中国有太多东西需要向日本同行学习。我们看到一本书照明设计初步，里面有一张日本灯具谱系表，记载了一些东西是我们所不在记载的。比如，这些灯放在什么位置，什么样的油选择什么样的透光材料，它照亮的到底是什么，存在于历史上哪一个阶段。这对于还原历史视觉环境是非常重要的。中国传统灯具研究有点像中国其他文物研究，特别关注器形器物，到底是什么形，而忽略了灯具本身最核心的就是照亮空间。当我们推开故宫藏品库看到很多灯具的时候，没有办法这些灯往回放的时候放在什么位置，故宫点着那些灯看起来什么样，这是我们没有办法知晓的。
我们认为比较重要的，比如这四个文物灯具燃烧以后色温和亮度是比较有价值的，因为我们迎来了LED时代，如果以后说LED复原一个所谓传统的视觉感受，必然要关注这些数据。
我想干一个事儿，我有机会在2007年给烟袋斜街做一个照明设计，中国同行特别熟悉中国有这样一种情况，我们称为照明反弹。你接手一个传统街区做设计，一定有你执行力很强的思考，会驱使这条街更一样，中国这种项目第二年，第三年就会发生一个现象，就是照明反弹。会激起亮度竞赛，反而这个街区更耗能。我想做一个比较碎的设计，我希望连续观测几年以后大家是否没有改变我的设计，而不是自己新加了灯。我同时跟踪测试另外三条街，国子监街，东西向，一个南锣鼓巷，也推荐五位设计师晚上可以转转，我们建筑学院张杰老师规划的，非常长，商业味道很浓。还有阜成门北大街，直接老北京，开始一些商业业态非常破败。业态形式不一样，照明就会不一样，因为这里面人不一样。除了自己的烟袋斜街，我还测另外三条街，试图解析出我这个设计到底能否实现我的想法？当然现在的答案基本实现了。我做完以后，大家没有再去加新的东西，我保留了它的所谓亮度和颜色的差异。当然这些过程是大家可能不太愿意听到的枯燥的数，照了所有垂直照度，垂直照度差，立体感、色温。我给它做一个设计，我会不会把它变得更差，我力图保留我接手烟袋斜街的原来特色。我觉得这个东西是很重要的，所谓烟袋斜街保持活力，很有趣，跟色温波浪线有关，所以我不要去破坏它。你新种的灯要选择你种的位置，我选择波浪线月光色交替位置种你的路灯，这样不会破坏太多，对这条街传统的氛围。
这个很重要，这个灵感完全来自于周鍊先生做的颐和园的照明设计。关于月亮最大，然后福寿阁第二，天第三。我们想梳理一个秩序，但不能违背客观规律，这样八件东西是我们恒定的亮度标准。比如月亮一定是一千，这种电照一定是八百，开个饭馆就是500，咖啡厅可能就是三十，钟鼓楼我们让它漂砾在这些标准中间，有一个有变化的东西钟鼓楼是跳出来了。我们希望什刹海新加的东西都向我新加的标准去看，非常荣幸的是今年春天听到温总理还是胡主席批评什刹海搞得太花了，这个挺好，就有希望。这个是烟袋斜街原来的样子，真的不像一个人做的，但是其实是遵循着那个线的变化去做的。我前面说的对于什刹海的设想，这是一个乱糊糊的什刹海，我希望只留月亮、天，钟鼓楼和类似咖啡厅那一套光，这是我们希望的什刹海，但是希望十年以后什刹海真的可以变成这样，我的演讲就到这里，谢谢大家。
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