A24 Исследование приемов освещения храмов с помощью компьютерного моделирования

Остапенкова А.Ю., Лебедкова С.М., МЭИ (ТУ), г. Москва

Скачать доклад в .pdf | Читать комментарии и вопросы

Назначение архитектурного освещения заключается не только в создании определенных уровней яркости на объекте, но и в эстетическом воздействии на человека посредством выявления светом найденной архитектором масштабности, пропорциональности, пластики и ритма сооружения.

Архитектура храма характерна сложной многообразной композицией, округлыми формами элементов конструкций верхней зоны как символа обтекаемости, сферичности небесного свода, вселенной; многообразными элементами наружного декора: рельефными узорами на стенах, декоративным поясом на середине храма с богатой декорацией верхней части. Все это создает образ дематериализованного, неземного сооружения, нижняя зона которого - символ земного, а верхняя - символ небесного.

При архитектурном освещении храмов, как правило, одновременно используются несколько приемов освещения с целью выявить и подчеркнуть его особенности: заливающее, локальное, локально-заливающее и контурное освещение. Очень большое влияние на восприятие архитектурного сооружения оказывают: окружающая световая среда, спектральный состав излучения и светораспределение, уровень яркости адаптации и распределение яркости по фасадам здания.

Все эти многочисленные задачи позволяет решить использование компьютерной графики. Применение трёхмерного моделирования в программе 3ds max, визуализации и проведение расчетов в программе Lightscape для различных концепций освещения, а впоследствии применение метода экспертной оценки для полученных вариантов, позволяют выбрать наиболее удачную концепцию освещения для конкретно взятого строения.

В данной работе было разработано три концепции освещения для собора Рождества Пресвятой Богородицы на территории женского Зачатьевского монастыря  в  Москве. Было исследовано влияние цвета и яркости фона окружения, распределение и среднее значение яркости по фасаду собора.

С большого расстояния собор наблюдаться не может, так как вокруг стен монастыря все плотно застроено. Основное направление наблюдения - с западной стороны, где расположен центральный вход, поэтому световой образ будет разрабатываться, прежде всего, для западного фасада. По композиционному решению пятиглавый собор является единым целым: центральная часть собора, пристроенная колокольня и притвор. Очень важно было выделить три главных символа православного храма - квадрат, круг и треугольник. Символика квадрата (куба) как образа мира материального известна с давних времен. Изучая окружающий мир, древний человек представлял его как пространство перед собой, сзади, справа и слева. Отсюда появляются четыре направления пространства. Круг или сфера всегда служили обозначением неба, всего божественного и вечного, символом возвращения от множественности к единству, символом всеобщего, всеединого, совершенного. Треугольник же символизирует собой стремление ввысь, духовный рост.

В качестве квадрата здесь выступает большой четверик основной части собора, в качестве круга - луковичные главы  и алтари, а пирамиды - весь собор в целом.

На рис. 1 представлен первый вариант концепции светового образа с использованием заливающего освещения и частично акцентирующего освещения при различном небе, чтобы посмотреть, как будет выглядеть собор в сумеречное и ночное время, зимой и летом.


Рисунок 1.  Первая концепция освещения

Как видно из рисунков визуализаций, цвет и яркость фона окружения в значительной мере влияют на восприятие собора в целом. Лучше всего он смотрится на темно-сером и синем фонах. Далее рисунки будут представлены только для темно-синего фона окружения. При первой концепции освещения рельефная лепка на фасаде собора несколько  сглаживается,  поэтому  была  разработана   еще   одна   концепция   освещения (рис. 2), когда на пяти главных барабанах и лопатках были установлены светильники для создания ритма и подчеркивания рельефности здания.
 
 
Рисунок 2. Вторая концепция освещения

Выше уже говорилось об иконичности архитектуры храмов. Но иконично и освещение (лампады, свечи, паникадило), которое используется на каждом богослужении независимо от наличия или отсутствия падающего сквозь окна естественного солнечного света. Цвет, так же как видимый свет и в качестве производного от него, - иконичен. В связи с вышесказанным появилась третья концепция освещения, когда собор освещен желтым светом натриевых ламп, символизируя собой пламя свечи, поднимающееся вверх. (рис. 3).


Рисунок 3. Третья концепция освещения

В итоге были получены такие результаты.

Таблица 1. Соответствие уровней яркости элементов храма и фона при различных приемах освещения.

Формообразующий символ храма Элемент храма Прием освещения Фон Средние уровни яркости освещаемой поверхности, L, кд/м2  Эффект,  создаваемый световым образом
Куб (квадрат) Четверик храма, притвор Равномерная заливка, акцентирующее освещение на архитектурных деталях темно-синий

25

Монументальность, строгость, устранение эффекта “парения”
светло-серый

30

темно-серый

20

Сфера (круг) Купола, алтарь Акцентирующее освещение темно-синий

20

Создание завершенности и величественности образа храма
светло-серый

25

темно-серый

12

Пирамида (треугольник) 
Главы храма, сам собор в целом Заливающее освещение с постепенным увеличением яркости снизу вверх темно-синий

10

Возвышенность, стремление вверх
светло-серый

15

темно-серый

5

 

Нормируемые средние яркости заливающего освещения по фасадам зданий, согласно МГСН 2.06-99 “Естественное, искусственное и совмещенное освещение”, должны быть в пределах 3-10 кд/м2, средняя яркость заливающего и акцентирующего освещения  - от 8 до 30 кд/м2. Все полученные результаты удовлетворяют нормам.

Выбор варианта осветительной установки собора Рождества Пресвятой Богородицы производился методом экспертных оценок. Для этого были составлены критерии оценки и опрошено 10 человек различных возрастных категорий. В опрошенную группу входили не только специалисты в области светотехники, но и наблюдатели, не связанные с проектированием освещения. Варианты освещения также демонстрировались служителям церкви. Всего было выбрано  три критерия и пять вариантов оценки каждого из них. Каждый из ответов оценивался определенным количеством баллов.

Критерии оценки: красота, насколько выразителен собор при данном освещении, насколько хорошо виден рельеф, контраст, узнаваемость форм, возвышенность, стремление вверх.

В ходе эксперимента надо было выяснить:

  1. насколько сильно фон влияет на восприятие объекта,
  2. насколько сильно влияют различные уровни яркости фасада,
  3. как цветность излучения влияет на восприятие объекта.

Для ответа на первый вопрос наблюдатель должен был сделать три серии экспериментов для каждой из концепции освещения при трех уровнях яркости фасада. Всего было задано 810 вопросов.
 

Диаграмма 1. Распределение суммарной оценки для каждой из концепций освещения при определенной яркости фасада 


Диаграмма 2. Распределение дисперсии для каждой из концепций освещения при определенной яркости фасада

Как мы видим, уровни яркости фасада в значительной мере влияют на восприятие собора. При увеличении средней яркости ухудшается выразительность собора, становится менее заметен рельеф, сглаживается контраст. При уменьшении яркости собор, с одной стороны, начинает больше притягивать взгляды, он начинает «светиться» внутренним светом, все больше возникает желание войти внутрь, подойти поближе. С другой стороны, при этом несколько теряется строгость, возвышенность.

Наиболее строгим собор выглядит при холодном белом освещении. При переходе к теплому желто-оранжевому оттенку света храм становится более уютным, земным.

Из диаграмм видно, что первый и третий вариант были оценены примерно одинаково. Просчитав для каждого из вариантов математическую дисперсию становится очевидно, что разброс во мнениях также небольшой, особенно при средней яркости фасадов.

В итоге решено принять первую концепцию освещения, так как она наиболее понравилась служителям церкви. Предпочтительной яркостью фасада оказалась средняя. При таком решении освещение собора наиболее соответствует критериям оценки, также здание при таких уровнях яркости не будет теряться в окружающей световой среде.

Для реализации этой концепции освещения необходимо выполнить: заливающее освещение звонницы, основного здания собора со световыми акцентами на куполах и главках с крестами; локальное освещение нижней части собора; высвечивание внутреннего пространства; освещение входов.

Осветительная установка была спроектирована на базе светильников и прожекторов фирмы «Световые Технологии». При выборе осветительных приборов учитывалось следующее: светораспределение светильника или прожектора, тип и мощность источника света, на который он рассчитан, степень защиты, материал корпуса и отражателя, конструктивные особенности, внешний вид, стоимость, долговечность.

 

Прием освещения Осветительные приборы Характеристики ОП Источники света Характеристики ИС
заливающее освещение прожектор UMS 2000H IP 65, КПД 70 %  

 
МГЛ, HQI-TS 2000/D/S P = 2000 Вт,
Фv = 200000 лм,
Tц = 5900,
 η = 100 лм/Вт,
τ = 4000 час,
Ra > 90  
 
акцентирующее освещение на куполах и главках с крестами прожектор UMC 2000H
IP 65, КПД 70 %
локальное освещение прожектор UT
IP 65, КПД 64 %
МГЛ, HQI-TS  
150/D
P = 150 Вт,
Фv = 14200 лм,
Tц = 5200,
 η = 80 лм/Вт,
τ = 4000 час,
Ra > 90
МГЛ, HQI-TS  
75/D
P = 75 Вт,
Фv = 6700 лм,
Tц = 5200,
 η = 73 лм/Вт,
τ = 4000 час,
Ra > 90
высвечивания внутреннего пространства светильник NBT 21
IP 65, КПД 53%
NAV-T 70 SUPER 4Y P = 75 Вт,
Фv = 6600 лм,
Tц = 2000,
 η = 94 лм/Вт,
τ = 16000 час,
Ra > 60

В ходе проведенного анализа различных приемов освещения храмов на основе компьютерного моделирования были получены данные в виде рекомендаций по созданию светового образа храма с учетом не только его архитектурных особенностей, но и его символики.

Литература:

  1. М.Ю. Кеслер Православные храмы. Идея и образ. АХЦ «АРХХРАМ». 2003 год
  2. М.Ю. Кеслер Православные храмы. Православные храмы и образы. АХЦ «АРХХРАМ». 2003 год
  3. Каталог фирмы «Световые технологии» 2006 год

Тематика:

Комментариев: 4


» Ракутько Сергей (об авторе) { Июнь 8, 2009 - 09:06:10 }

Очень интересная методика, которая может быть применена и для других случаев.
Вот только не мало ли количество экспертов - 10 человек?
А потом выбор вообще был сделан, опираясь на мнение служителей церкви (входящих в эти 10 человек?), т.е. еще меньшее количество людей…

» Лебедкова Светлана (об авторе) { Июнь 9, 2009 - 10:06:10 }

Уважаемый Сергей, мы благодарим вас за живой интерес к нашей работе. Вы абсолютно правы, что 10 человек - это минимум, но с экспертами работать нелегко, не все специалисты хотят тратить свое время на эту работу. Для получения достоверных результатов экспертов предватительно обучают, отбирают тех, ответы которых можно подвергнуть статистической обработке, а затем проводят эксперимент. Служители церкви не входили в число 10, у них спрашивали мнение о вариантах освещения с точки зрения соответствия назначению и символики храма.
Авторы статьи

» Рыжкина Наталья (об авторе) { Июнь 10, 2009 - 04:06:20 }

Уважаемые Светлана Михайловна и Анастасия! Хочется заметить, что восприятие собора, в частности, контраст деталей, очень сильно зависит от тенеобразования, и не объясняется однозначно величиной яркости. Наоборот, при более “жестком” акцентном свете, при наличии выразительных четко очерченных теней, контраст в деталях при увеличении яркости будет еще более ярко выражен (а не уменьшится, как в случае с равномерно залитыми плоскостями и мягким рассеянным светом).
Скорее, в этом случае следует говорить не о рельефе, а о формообразующих свойствах света, об “уплощении” объемных форм.

В связи со значительностью влияния яркости фона на восприятие объекта, желаете ли вы дать какие-либо рекомендации о предпочтительных уровнях яркости архитектурных сооружений вразличных условиях? Отличаются ли они от рекомендаций МГСН с изменением нормируемой яркости на 1 ступень?
По результатам данной работы, считаете ли вы перспективным создание на значимых объектах диммируемых по яркости осветительных установок, выставляющих уровень освещенности в зависимости от фоновой яркости?

» Овчаров Александр Тимофеевич (об авторе) { Июнь 13, 2009 - 08:06:59 }

Уважаемая Светлана Михайловна! С интересом ознакомился с Вашим докладом. Предлагается заманчивая идея компьютерного исследования архитектурного освещения. Однако, на наш взгляд, такие исследования методом компьютерного моделирования носят субъективный характер и зависят от множества факторов, в том числе и от характеристик монитора компьютера. С учетом этих замечаний говорить об объективности зрительного восприятия с экрана монитора расчетной яркости сомнительно. В этом случае корреляция визуализации с данными таблицы весьма условна. Условны и оценки яркостей: маленькая, средняя, большая. Выбор фона небосклона также весьма условный фактор, т.к. он меняется с наступлением сумерек непрерывно в широком диапазоне от светло-синего до черного. Кроме того, постоянно меняется контраст освещения объекта с фоном. При этом фоновая засветка городского окружения в исследованиях не учтена, что, пожалуй, наиболее важный фактор. Из таблицы следует, что яркость при движении вверх спадает, хотя в тексте говорится об обратном, да и каноны архитектурного освещения храмов предполагают нарастание яркости вверх. Пожалуй, достигается единственная цель такого исследования: получить мнение заказчика, какой вариант дизайн-проекта ему нравится больше? Но дают ли такие исследования возможность определить численные значения уровней яркости понравившегося варианта? И как при реализации проекта подтвердить, что реально воспроизведены характеристики проекта? В этой связи возникает вопрос о возможности добиться объективности компьютерного исследования и если да, то, что для этого надо сделать? Желаю авторам удачи.

Возможность добавлять комментарии отключена в связи с окончанием конференции.

 

Российская светотехническая интернет-конференция, 2009 г.
© Межрегиональное светотехническое общество
© Коллектив авторов
30 queries. 0.121 seconds.