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自然光是一种非常优质的，高效的光源形式。且相对于人工光源，它能够给人带来更为舒适的视觉及心理感受，但对于博物馆的照明设计来说，自然光的引入也有其弊端，如其随时间及季节变化的不稳定性，如具有较强的紫外线不利于展品的永久性保护等。本文试图以分析自然光的特性出发，结合博物馆照明设计的特点及功能需求，探讨自然光在博物馆照明设计中可能发挥的作用。
一、自然光的特性
有照明价值的自然光是白天的昼光，昼光是由直射地面的阳光与漫射地面的天空光组成。人类在对自然光的不断探索中发现了它有如下特性:
（一）自然光的变化性
自然光的变化性主要体现在：
1．由于不同时间段的太阳高度角不同，太阳光穿过大气层的路程远近不一样，再加上不同的天气条件下大气层中尘埃微粒不一样等原因，自然光的亮度和颜色变化都非常明显。比如：晴朗的天空看起来是蔚蓝色的，阴天时天空的光线呈现灰色，傍晚时天空由蓝色变为黄色，并逐渐加深变为橙色，最终成为地平线上一抹鲜艳的红色：黎明时分，光线的变化过程与傍晚刚好相反；而夜间，亮度很低的深蓝色天空中点缀着点点星光。
2．自然光不但会随每天时间的不同发生改变，而且对于季节的变迁及随处地理位置的差异也发生着奇妙的变化。如生活在温带的人们，总是会忘记地球上还有别的地方并不是那样四季分明。能够感受到季节变化所带了的不同的光线感受：春光的明媚，盛夏的灼热，深秋的高爽及冬日的萧瑟3．通常情况下自然光没有形态，但在某些特殊条件下，自然光会表现出可被视觉认知的具体形态。如空中刹那间劈下的闪电的线形特征，水面的粼粼波光具有的点状特征，地平线上的太阳具有的面特征，穿越雨林的光束的体状特征，再如彩虹的弓形特征。
多变的自然光给人们带来了丰富的视觉体验，具有令人感动的艺术效果。可以说是照明设计的艺术源泉。
（二）自然光的显色性自然光被认为具有最佳的色彩还原性。从理论上来讲，天然光包括了垂直于光波传播方向的所有可能的震动方向，所以不显示出偏振性。由于天然光的光谱分布最为完整，因此色彩还原性最佳。6月晴天正午的阳光的光谱能量分布十分均匀，从光谱能量分布图上看除紫色光的数量稍微少一些外，整幅图呈现一条平滑的曲线。而北向的自然光在艺术家眼里一直都被认为是最理想的、不显示任何颜色倾向的白色光，但其光谱分布却不如直射阳光均匀，蓝色光线明显比红色光线多。
从情感的角度来说，爱迪生发明电灯至今不过一百多年的历史，在此之前，人类的发展和进化长期在自然光状态下进行，因此我们本能的相信自然光下所看到的物体颜色就是物体本来的颜色，自然光成为了颜色的参照物，在自然光下看到的颜色被认为是真正的颜色，尽管它的色调从早到晚、一年四季都在变化。
二、博物馆照明设计的特点及将自然光引入应遵循的原则
对于博物馆建筑设计来说，照明设计一直都被识为一项重要内容。因为博物馆的主要功能是收藏在人类发展过程中具有重大历史意义的物品和艺术精华并进行展出加以研究。所以，博物馆照明设计主要解决的问题是：保护展品尽可能的少受光线辐射损害，并在展现展品的过程中呈现出其真实性及艺术性。如上文所述自然光的许多优点是人工光无法比拟的。但自然光的有些特性如不加以控制也会对于展品的展出及保护产生负面影响，如其随时间及季节变化的不稳定性会使展品的照明变的可控性差，如具有较强的紫外线不利于展品的永久性保护等，因此依靠自然光直接为展品提供照明时，需要考虑以下几个因素：
（一）展品的光敏性展品的光敏性决定了是否可以将自然光线引入展示空间，需要引入多少自然光线，用以展示照明的自然光线必须是非直射光还是允许一定时间内的直射光线提供更加立体的展示效果。一般来说，对不感光的展品允许有直射光的照射：低感光或中感光的展品仅允许处于非直射的自然天光环境下，而且要严格控制曝光量；高感光的展品则不易使用未经处理的自然光线进行照明。
（二）照度控制
自然光是否可以提供展品所需的足够的照度。根据所陈列展品光敏感度的不同，展示空间要求不同的照度以达到良好的展示效果。自然光本身的亮度是很高的，但是在将自然光引入展示空间内部的过程中，往往要过滤掉直射光线，同过通过多次反射达到均匀的采光效果，这对展示空间内部自然光线的照度会产生一定影响。
（三）空间层次的营造
某些情况下，为使参观者的注意力集中于所展示物品上，需要在展示空间内部的环境光的基础上突出展品照明亮度。在完全依靠自然采光的展示空间中，根据展品的陈列方式，要求进入室内的自然光既要重点聚焦于展示物品之上，又要平衡环境自然光的强度，以达到突出展品的照明效果。
（四）眩光造成的视觉损伤和干扰
视野中由于不适宜的亮度分布，或在空间或时间上存在极端的亮度对比，以致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件被称为眩光。由于展示空间是高限制级空间，因此对于自然光的引入应注意使用各种技术手段避免眩光的出现。
（五）顶部采光采光口作为建筑空间自然光引入的最重要的方式，其形式和位置决定了室内期望得到的光照位置、强度和面积，因此采光口的设计应充分考虑上述4种因素后进行。通常来讲，采光口按位置的不同一般分为三种形式即侧窗式，高侧窗式及顶窗式。由于侧面采光往往会被认为是不利于陈列展品，特别是视线范围内的窗更容易因直射光线引起眩光因此侧窗式在博物馆建筑设计中并不常见，本文将重点讨论应用广泛的高侧窗式及顶窗式，并将其统称为顶部采光。
顶部采光指的是光线来自于房间上部的采光方式，包括各种形式的天顶采光和高侧窗采光，作为自然采光设计中最为有效。同时也是最为广泛运用的一种采光模式，它不但能提供均匀的照度。在大面积光线入射的情况下可以降低明暗对比。减弱阴影；而且可以避免在墙壁上开设窗户把整个墙面用于展览。以增加展陈的面积；另外还可以为展品及空间划分提供灵活多变的照明方式。
在具体设计中，天顶采光根据空间展线布局，展厅形态特征及空间氛围的要求。又会细分为点式的采光口，线性的采光带以及大面积的采光顶。一般尺度较小的方形展示空间适合于采用点式的采光口，一般而言点式的采光口，容易形成空间的重心，其所营造的空间氛围也有一定的神秘感。随着长宽比增大。矩形甚至线性的展示空间则适合采用线性的采光带。展墙一般会沿着采光带的走向安排展示活动，线性的光照特征加强了空间流线的引导性。对于一些特殊策划及设计构思的展示空间，则会采用整体的采光顶。或由密集的采光口及采光带构成的采光面进行采光。在整体屋项采光的展室空间，大面积的采光口所提供的漫射光使得展示空间氛围更加均质化。
三、设计策略与案例分析（一）间接照明的采光方式
在德克萨斯州金贝尔艺术博物馆的照明设计中，为了将光导入室内，展厅的清水混凝土顶棚采用了天窗采光装置的设计，自然光通过顶棚中央狭长的缝隙进入室内，在不锈钢冲孔板反射罩内进行多次反射和折射。日光中大多数的紫外线被巧妙地吸收。照明设计师Richardkelly为了精确计算这个顶棚反射罩的曲率，曾求助于被誉为“筒灯反射罩之父”的数学家埃萨克·古德巴IssacGoodbar，并由后者开发出一套根据太阳光的角度计算天窗和顶棚曲率的专门的照明设计软件。从而使展厅在获得足够照度的同时，最大程度地避免日光中的紫外线对于展品的破坏作用。凯利的设计，也是后来所谓间接照明（indirectlighting）最早的典型案例。在凯利的手中，自然光变得可以控制。
（二）作为环境照明的运用方式“让光线来设计”是贝聿铭的名言，他在其设计中一直关注于空间、光以及自然三者的关系。在苏州博物馆的通道空间中，巧妙的运用了自然光的变化特性，将阳光通过建筑顶部的金属百叶引入后墙面上形成了会随时间发生变化的光影图案。光线的层次变化丰富，让人入诗入画，妙不可言。从心理学的角度来说，自然光的变化流动，是室内空间与自然最为直接的交流，给人能带来安全舒适的心理感受，这与稳定且封闭的人工照明环境有截然不同的感受。
（三）作为展示照明的运用方式
虽然对于照明要求相对稳定的大部分展厅来说，自然光的多样性是一种不利因素，但正是这种多样性使得自然光具备其除照明功能外的独特的艺术魅力，正如路易斯·康说过“自然光是唯一能使建筑艺术称之为艺术的光”在对于艺术品的展现上，自然光的艺术性仍发挥其重要的作用。位于london的维多利亚和阿尔伯特博物馆（Victoriaand AlbertMuseum）在展出米开朗琪罗的大卫雕像时，用拱顶的天窗将自然光直接引入。使雕塑的造型在多变的自然光照射下每日每时都在变化，仿佛注入了生命的气息，栩栩如生。
（四）还原创作场景的采光设计对于艺术作品的展示来说，色彩还原不仅指色彩本身的颜色可以很好的被呈现出来，还应该重视的是展示照明环境可以还原到画家创作艺术品时的光环境，帮助观赏者体会到与作者相似的艺术领悟。印象派画家热衷于在室外环境或自然光线下作画，忠实于变化丰富的自然光线在视觉中留下的印象，画面呈现丰富绚烂的色彩，因此只有在自然光线下才能最忠实的再现画家眼中的对象。
位于巴黎杜乐丽花园西南角的橘园美术馆（Musee de I’Orangerie）（图8）在展出镇馆之宝——印象派画家莫奈（ClaudeMonet，1840-1926）晚年的宏伟巨作《睡莲》时，展厅的采光设计运用了自然光从玻璃屋顶进入的方式，经过椭圆形展厅顶部的玻璃天窗，通过椭圆形展厅上部墙面的反射，透过上部的椭圆形白纱网均匀的挥洒在呈首尾相连的环形画面上。经过多次过滤进入展厅的自然光线依然充足，没有任何阴影。柔和而空灵的自然光线效果，着力还原了莫奈在纪梵尼巨大的天光画室中的场景。
结语
目前正是我国博物馆快速发展时期，据统计，在政府部门正式注册的博物馆有3020座，仅从2005～2010年5年期间就激增了700多座，面对机遇，对于有这严格要求的博物馆照明设计来说，自然光的潜力是巨大的，随着博物馆建筑师的不断努力和实践，自然光的采光方式越来越多样化，这也使其能在博物馆照明设计中发挥更大作用成为可能。我们应该对其合理的运用，在为博物馆展示空间节省照明能源的同时，使展示环境变的更加自然，轻松、舒适。
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