万千颜色在一身省会专家详解“水立方”光影之谜

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　　“水立方”———被ETFE气枕包裹起来的梦幻建筑，由“巨型水分子”聚合起来的国家游泳中心———似乎在不经意间就矗立在了北京奥运中心区。白天，半透明的“泡泡”在阳光下熠熠生辉；夜晚，剔透的蓝色光芒从“泡泡”内溢出，使这座“水晶宫”顿时生动起来，有了表情。
　　当人们为这美景眩惑的时候，很少有人知道，这是墙体内数万个LED灯的功劳，更少有人知道，它们可以展现1600万种颜色！2008年8月8日晚8时，奥运会开幕式主火炬点燃的一刹那，它更将送给全世界一个变幻莫测的魅力美景。
　　4月3日，记者走进“水立方”LED(新兴半导体照明光源)景观照明工程的主研团队和质量保证团队所在地，位于石家庄的中国电子科技集团公司第十三研究所(以下简称“十三所”)，为读者探访扮靓“水立方”的幕后故事。
　　探访：走进“水立方”的光影世界
　　“水立方”可表现1600万种颜色
　　“‘水立方’建筑表现的是水分子的集合体，目前工作人员把灯光调试成蓝色，犹如海水般明净……但它的色彩却不只有湛蓝。”
　　说这话的是朱晓东，十三所LED照明专家，从事LED照明工作近十年，领导河北立德电子有限公司成为多项国家“863”重大课题及“国家游泳中心半导体照明规模化系统集成技术研究”的主研与技术支持团队，参与系统设计和主持“水立方”的LED及灯具、控制系统、系统可靠性的研究工作。
　　“它可以表现出1600万种颜色。”朱晓东说，“水立方”景观照明系统有红绿蓝三种基础色彩、10万个控制点、上百万个器件。他举例说，比如奥运开幕当天，广场上燃放烟花时，那些绚丽的火花也将出现在“水立方”的“泡泡”墙体上。这不是利用反光，而是通过摄像机和电脑控制显现的光影。
　　朱晓东说，通过颜色的变幻，“水立方”还可以表现深远的海水、春天里静静的湖面、晚霞中火红的水面等等。也可以模拟光在水中的折射和反射，表现“波光粼粼”。
　　据专家透露，在奥运会开幕时，“水立方”将呈现出变幻莫测的美景。“水立方”墙体上的每个“泡泡”里都装有数十个LED灯，这些灯可以通过颜色变化组合成各种图案。也许，当奥运主火炬在“鸟巢”点燃的一刹那，并肩而立的“水立方”将通体将变成沸腾的红色，映衬着中国人民火一般的热情。
　　最大实景屏1：1比例播比赛
　　在中国所有LED应用范例里，“水立方”是单体最大的建筑景观照明工程。而针对“水立方”的膜建筑结构，它又是全世界最大的、在膜结构上用LED进行建筑照明的项目。
　　“水立方”的景观照明分为两部分，一部分是外表面的“泡泡”部分，另外一部分则是在“水立方”南侧立面的基础上，竖起的一个2000平方米的实景显示屏。朱晓东告诉记者，它是中国最大的单体显示屏，由3个16：9的屏幕拼接起来。“‘水立方’建筑高31米，屏高25米，避开建筑的门，它几乎是一面墙。”
　　记者了解到，实景屏是藏在“泡泡”墙体中间的，外边看不见。由于显示屏足够大，泳池的长度和显示屏的长度可以达成一致，屏幕可按照1：1的比例，实景显示奥运赛事。“这种表现，从来没有一个演示系统演示过。”朱晓东说。
　　目前，实景显示屏已经安装完毕。
　　那条传说中的小鱼
　　“‘水立方’的灯光能使小鱼嬉戏水中。”这样的词汇屡见报端，然而，这条传说中的小鱼，究竟怎样才能在“水立方”这座大型建筑里轻松游弋呢？朱晓东向记者透露了其中的奥秘。
　　一条小鱼在水中游弋，远远近近地在“泡泡”结构中穿梭……这一设计看似轻松有趣，实则花去了研究团队整整6个月的时间。
　　“做出来了，而且是有物理景深的。”朱晓东说。他们利用了刚才说过的实景屏，屏藏在“泡泡”墙后面十几厘米处，“水”是“泡泡”墙的灯光做的，“鱼”则是实景屏做的。这样一来，前面有灯，后面有屏，两者就处于不同的层面，小鱼就可以自由游动了。
　　朱晓东说，最有意思的是，为了做出这条自由的小鱼，研究团队试验了很多方法，但真正的解决方案竟源于一个“理解偏差”。“这就好比你描述了一本杂志，而有人则按照他的理解拿出了一叠报纸，最后你发现，这报纸就是你昼思夜想的东西。”他说，正是这次“偏差”解决了困扰研究团队的技术难点。
　　背景：半导体照明“找婆家”
　　“一眼相中”水立方
　　LED照明与“水立方”是一对黄金组合。由于建筑理念和LED表现能力的完美结合，有人估算，工程完工后，这座耗资数千万的建筑或将增值2亿。
　　记者了解到，促成“水立方”使用LED技术的，是由科技部“836”半导体照明项目管理办公室受科技部委托组织起来的专家团队。2006年夏天项目立项前，一支6人组成的专家团队到达几个奥运场馆进行了考察，朱晓东位列其中。从环境设计、建筑照明、半导体照明、人体舒适度等不同角度获取数据，大多数专家认为，项目的最佳载体就是“水立方”了。作为偏重于LED照明专业的专家，朱晓东更是“一眼相中”，他坚信能做出令世界瞩目的成果。同时他认为，“水立方”也给LED应用推广打开了大门。在所有专家的认同下，专家组向“836”照明项目管理办公室作了汇报。
　　“这条路只给LED开了门，‘水立方’的景观照明是无法用传统技术解决的。”朱晓东说，“水立方”将表现水分子能够表现的一切特性。“‘水立方’拟人化，任何一种传统光源都无法做到现在的效果，包括在建筑上铺设点的密度、颜色，以及控制水平。”
　　朱晓东解释说，LED可以在一个建筑上安装10万个灯，30万个点，进行不同的变化组合，模仿各种情景，1600万种颜色。而白炽灯要表现色彩效果，只能添加无数色片，在“水立方”这样的建筑里是不现实的。
　　另据了解，“水立方”这个“示范性工程”将对其他类似工程提供有利经验。在2010年举行的上海世博会，LED也将大放异彩。
　　LED比白炽灯节能90%
　　“要达到这种效果，LED是惟一可以选择的光源，而不是众多光源中的优秀光源。”朱晓东说。不过，这种光源有很大的优点，就是比较节能，在彩色光的状态下，效率会比白炽灯高出近10倍。“从单体上看，就是用十分之一的能量就能达到同样的效果，节约了90%的能量。”
　　据介绍，现在所说的LED是90年代中期开始发展的一种新型器件———新兴的半导体照明光源，具备节能环保、光电转换效率更高的优点。早在十几年前，十三所的光电子国家首席科学家梁春广院士就积极倡导使用半导体照明，与项目的发起有着很深的渊源。
　　保障：十三所30余人的攻坚团队
　　一流团队做“质保”
　　“水立方景观照明系统”集合了中国一流的专业团队，在景观照明质量保证方面也一样。黄杰，十三所检测中心主任、高级工程师，领导“国家半导体器件质量监督检验中心”团队，为“水立方”夜景照明做出质量保证。他表示，从技术上，质量保证团队是拿着“一次成功”的质量控制概念和技术，为奥运“水立方夜景照明”做监造和产品实验验证工作，从素质和经验上都没有问题。
　　该检验中心也是国家最高级别的检测中心、实验室之一。
　　黄杰说，“水立方景观照明系统质量保证”是国家半导体器件中心牵头，组织带领其他4个不同领域的国家级专业机构进行层层把关，完成综合性质量保证任务。他们共同承担着“水立方”照明项目的质量保证和质量检验。另外，中心还将预计项目运行的寿命及状态，“产品做不好是没有时间返工的。”
　　十三所的奥运使命
　　据了解，十三所是国内最早进行半导体照明研究的科研院所，国家“863”LED重大课题落户于此。它也是惟一参加“水立方”半导体照明项目的专业所，在“水立方”景观照明项目中，承担了两部分内容，由此形成了两组、30余人的攻坚团队。
　　记者了解到，十三所还承担了奥运中心区的其他几个重要的建筑项目，其中就有位于“鸟巢”与“水立方”斜对面的“玲珑塔”，做的是技术设计和科研工作。
　　朱晓东和黄杰告诉记者，其实，“水立方”LED的故事也折射出了十三所的故事，折射出了团队勇于进取、拼搏奋斗的故事———研究了这么些年，有这个实力，就要为奥运做一些事，为中国半导体照明的发展做点贡献。
　　另外，他们还表示，“水立方”的项目建设经费是海外华人提供的，他们也一定会尽自己的力量给资助者一个满意的交代。（记者：宗苗淼）