中小學教室照明設計流程
中小學教室照明設計流程
石才進
學校是為教師和學生提供授業和學習的場所，照明設計就是要為學校的教學活動塑造良好、健康的光環境。但學校建筑的房間類型眾多，功能復雜，使用要求各不相同，照明要求也不相同。
為了符合教學工作的要求，照明設計應結合學校的各項功能來進行。其中，教室是學校最主要的功能房間，師生在教室里呆的時間最長，視覺工作也最集中，因此也是照明設計的重點。
營造一個健康舒適的教室光環境需要具備兩種先決條件——好的產品和好的設計。
關于好的產品是什么樣子的，業內之前就提出過下圖所示的7大標準。未來可能還會有更多的判斷標準。
在教育照明中，一個好的設計要在以下幾個方面用足功夫——
01、空間數據收集
目前，學校的照明設計項目多以改造為主，想要達到健康舒適的照明設計效果，前期的項目信息收集就非常重要，因為這是開展一切設計工作的基礎。
拍照
我們收集和記錄項目信息的手段通常是拍照，但注意不是隨意拍就行的，也要講究方法：“一不抖，二相連，三水平，四細節”。照片拍得好，項目改造前的可供設計師們參考，改造后的可做為成功案例的宣傳資料。
一不抖。即鏡頭要穩，像素清晰。
二相連。如下圖，從這6個角度拍攝的照片，兩兩對照，我們基本就把整個空間的大部分數據都收集到了。
三水平。拍照的時候保持鏡頭處于水平方向，盡量要讓天花與地面顯示范圍相同。
四細節。拍攝的范圍大，有些細節就會呈現不清楚，這就需要針對細節進行補拍，比如投影儀，風扇，橫梁，礦棉板收邊情況等。
跟大家分享一個我們在進行項目信息收集時最常用到的表格，這里面列出的所有點都是大家在實踐中最容易忽略，卻又最容易出問題的地方。
投影儀
首先要注意的是有關于教室投影儀的這幾個信息：
① 投影儀的規格型號
② 末端距離黑板墻的距離
③ 中心距離左墻的距離
④ 底部離地的高度
為什么我們要知道投影儀的規格型號？因為有些時候我們是沒辦法很詳細地去測量投影儀的長寬高數值，所以只有知道投影儀的規格型號，我們才能在網上搜索出具體的投影儀尺寸。
這樣我們在軟件里模擬燈光環境的時候，就能根據這些信息去確定燈具的尺寸，是用1.5m、1.2m，還是90cm的，也能計算出投影儀是否會對燈光產生干擾，從而避免這種干擾。
我們測量投影儀中心與左墻的距離又有什么作用？現在的投影儀分為兩種，一種是長焦投影儀，一種是短焦投影儀。如果是長焦投影儀，而你不清楚這個距離，它可能就會和教室燈的安裝產生干擾。
此外，在實際情況中，教室投影儀的安裝位置不盡相同，有些是裝得靠近左墻，有些是在正中間，有些是靠近右墻，所以你知道投影儀中心距離左墻多少以后，基本也就清楚教室燈和黑板燈要安裝在哪里了。
而投影儀底部離地的高度是多少，取決于黑板的安裝高度和投影儀的安裝高度。而黑板的安裝高度又決定了黑板燈的安裝高度。我們假設投影儀的離地距離是2.5米，那么我們就要思考黑板燈的安裝是高于它還是低于它？
如果是高于，并且還是位于投影儀的正上方，黑板燈是不是會被它遮擋到一部分光？如果是低于，投影的時候，黑板燈是否會影響投影的效果呢？這些我們都需要去考量。
天花類型
其次是要留意天花的類型是原樓板還是吊頂。如果是原樓板，就要留意是否有豎梁、橫梁，甚至是斜梁等結構妨礙燈具的安裝。
如果我們在模擬光環境的時候，無法確定有無梁結構，或是無法確定梁的具體位置，那么我們就很有可能將燈的吊桿定在梁上安裝，梁是最堅固的地方，你讓施工團隊在梁上裝燈，估計工人會直接罷工。
而且，我們怎么避開梁結構裝燈的同時又保證燈光效果，也是有講究的。具體的裝燈位置是偏到梁的左邊還是右邊？假設橫梁的離地高度是2.8 m，如果燈具剛好要跨過這個梁安裝，是不是要確保安裝高度低于2.8 m，才不會遮擋燈光？否則你再加一排燈，既沒必要又浪費電。
如果是吊頂，勘探現場信息時，就一定要把草圖繪制出來，因為普通教室很少裝吊頂，會裝吊頂的多是錄播教室和多功能教室。這些教室的天花一般會裝有攝像頭、煙感器、消防噴淋頭等眾多設備，有了吊頂的草圖，我們模擬光環境布置燈具時，才能提早避開這些設備，不然等到后面現場安裝的時候，你再調試避開就不是最佳的光了。
投影幕
雖然現在城市里的教室投影幕用得比較少了，但是多數鄉鎮學校的教室還在用，所以這里也簡單說說關于投影幕的注意事項。
使用投影幕的一般都是長焦投影儀，我們除了需要清楚它的基本尺寸信息之外，另外要注意的一點是：如果投影儀是安裝在正中間，后期的回路控制施工，我們最好是將中間的那盞燈，設置成單獨的回路控制，這樣老師們在一邊投影，一邊上課的時候，就可以只打開左右兩盞燈，既不會影響投影也不耽誤講課板書。
課桌面
教室的課桌分為單人課桌和雙人課桌，而據我們目前檢測到的課桌高度分為0.65 m，0.7m 和0.75m 。除了這些我們還要知道課桌前排離墻多少，后排離墻多少，左右側又離墻多少。
為什么我們要知道這些？這其實是為了我們能在設計的時候能確保課桌的照度均勻度。眾所周知，課桌是學生視覺最集中的工作面之一，光線分布越均勻，越能減少視覺疲勞，視覺感受越舒服。
根據這些信息，我們在用軟件模擬燈光效果的時候，可以把檢測的點都放在課桌的中心位置，例如6x8的48張課桌的教室，每張課桌上設置一個測試點，就有48個檢測點，可以最大程度地確保課桌的照度均勻度，減少空間里每個點的照度差值。
教師講桌
偏遠鄉村和沿海發達地區的教師講桌有所區別，因此照明設計也有所不同。偏遠鄉村的教師講桌不帶有電腦，他們還是在通過教材結合黑板板書授課，但由于教室燈和黑板燈之間存有間隙，這個間隙正好又是教師講桌的位置，所以教師講桌的位置會有一個很明顯的暗區。
為了照亮這個暗區，教師講桌的長、寬、高，就直接決定了教室燈的安裝是往前移，還是往后移。偏遠地區的教師講桌其實跟學生課座差不多大小，那么這時只要教室燈稍微往前移一點，再加上黑板燈的泛光就足夠照亮了。沿海地區的教師講桌則會先進一些，尺寸高大，自帶電腦，老師平時上課會
開著電腦，如果我們還在上面打一束光，屏幕反光就會給老師造成眩光，所以教室燈的安裝就要往后移。
黑板
黑板分為帶電子顯示屏、帶白板和傳統黑板，并且黑板有左右推拉和上下左右推拉甚至弧形的黑板。白板需要配合投影儀使用，電子顯示屏就通過計算機直接顯示內容，這兩種類型黑板的注意事項，跟上面所說的用投影幕的注意事項是一樣的道理。
要補充的一點是黑板的離地高度直接影響著黑板燈的安裝高度，和它的吊桿長度，即黑板越往上黑板燈裝得越高，吊桿越短，反之亦然。
吊扇直徑
教室的吊扇一般是傳統的直接裸露扇葉的吊扇，也有帶格柵罩的搖頭風扇，但是不管哪種風扇，我們都需要弄清楚吊扇的直徑、離地距離等信息，在模擬軟件里布燈的時候，就要避開吊扇，以免扇葉會直接打到吊桿或者燈具。
知道吊扇的離地距離，則是為了確定教室燈的安裝高度，如果教室燈的發光面是在吊扇上面，扇葉一轉，桌面上就會出現晃動的陰影，造成視覺疲勞，那么教室燈和吊扇平行，或者是裝在低于扇葉的高度，就能避免這種情況。
此外，我們還建議選用硬性吊桿安裝教室燈，這樣可以避免在吊扇轉動的時候隨之晃動，影響照明效果。
02、項目現狀分析
分析項目現狀，主要是指改造前的光環境的數據測量。我們要看一下教室里面的照度及照度均勻度與國家標準相對照，存在哪些方面的不足，才能進行有針對性的改善。
下面是一份國家建筑照明的設計標準，我們可以看到課桌面照度值要大于等于300lx，UGR 小于等于19，黑板面照度要大于等于500lx。目前的行業設計水平要做到 UGR 小于19還是比較容易的，甚至很多都可以做到小于16了。
那么除了測量照度和均勻度，要營造健康舒適的光環境，眩光、色溫、頻閃等測量也是必不可少的，這些我們拿專業儀器一測也就清楚了，在這幾方面，主要跟大家分享以下3點：
首先是黑板的數據檢測。國家標準規定的測量點的間距是500mm×500mm，但是我們一般是按照400nn x 400mm間距選取測試點。為什么我們要這么做？因為我們要確保自己的檢測數據要比國標更嚴格，所以經過多方的驗證，我們決定用400mm×400mm的標準，來確保最后的照明效果比國標要求的更優。
其次是課桌面的檢測。前面已有提到，我們一般是把測試點放在課桌的中心位置，有多少張課桌，我們就設置多少個檢測點，查看它們的照度值和均勻度是否達到了國家標準。
最后是注意原來的燈具的線路控制方式。去年暑假時完成的幾所教室改造，就因為它原來安裝的是螺旋狀的節能燈，而且走的是暗線，燈具線路控制方式非常復雜，同時，校方又不允許我們改造時改走明線，讓我們的施工非常困難。所以我們最好提前檢測，提前跟校方溝通，將走明線或是走暗線的這些利弊問題提前溝通清楚，以避免后面會出現其他的問題。
03、建模布燈
前面的這些信息都收集完以后，我們就可以進入實質性的操作階段——建模布燈。
但是，我們如何確定選用何種布燈方式？是用9+2還是9+3，是6+2，6+3，還是12+2？甚至是更多類型的分布？就根據你所收集到的空間信息。比如說下面的最左圖中為何選用的是9+2的布燈方式？
你想象一下，如果你按照經驗直接在這里橫向布燈，裝上三盞黑板燈，會是什么情況？
一種可能是你把燈裝在投影儀的下方，但在投影的時候，這燈卻會遮擋到投影儀的投影面；另外一種則是你把燈裝在投影儀的上方，但不投影的時候，這三盞燈往下照到黑板上，投影儀的吊桿就會在黑板上產生一個陰影。
為什么無論你怎么裝，這三盞燈都會和投影儀產生干擾？其實就因為你布燈的時候忽略了投影儀的存在，就像是我們前面所說的，要收集清楚的可能會對布燈產生干擾的設備信息。
我們可以看到上圖的投影儀是短焦投影儀，吊桿從黑板所在墻面伸出來大概一米左右，且它的安裝位置是在正中間，那么我們只要根據提前收集到的投影儀的尺寸、教室面積、課桌數量等等信息，綜合評估便能得出合適的布燈方式是9+2。其中的“2”指的就是，避開中間投影儀吊桿的位置，在它的兩邊各安裝一盞黑板燈，就避免了陰影的問題。所以，前面這些我們容易忽略的空間信息其實都和現場裝燈是有關聯的。
04、燈光模擬
建模、布燈完成之后，我們需要先在 DIALux evo 等照明設計軟件里模擬燈光的效果，是不是達到了我們的預期，不然等到施工了再調整就會非常麻煩。比如：我們可以先把場景里的教室燈關掉，只把黑板燈打開，用偽色圖來分辨黑板的照度值和均勻度分布合不合適？
而且黑板燈是偏光設計，選擇仰角5度還是仰角3度，效果會有所差異，所以我們要事先通過角度的調試，確定最好的投射角度。
同理，在全開教室燈的時候，計算一下整個空間的照度、平均照度以及照均勻度，是不是達標了。
當然，就算在軟件上進行過調試，我們還是要到現場調試的，只是事先在軟件上進行調試，會幫助我們提前避免和發現很多問題。
那么到了這個階段，其實你的整個燈光設計方案也就基本完成了，經過了調試，也跟相應的國家標準對照過沒問題了，最后就是導出你繪制的燈具布置圖，以及輸出相應的安裝燈具的詳細參數，交給施工團隊去完成。
燈具布置圖
燈具參數數據圖
最后，大家可以看一下我們通過這樣一套方法完成改造的一個案例。
改造前
改造后
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