城市商務(wù)區(qū)夜景照明亮度問(wèn)題的思考

朱 平 肖 輝 馬 振 王 淳

(1.同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804;2.上海市徐匯區(qū)綠化和市容管理局，上海 200000)

1 前言

城市商務(wù)區(qū)作為一個(gè)城市的核心組成部分，通常是集中了商業(yè)辦公樓、各種主題商業(yè)街、CBD以及購(gòu)物商場(chǎng)等的區(qū)域，是商務(wù)、消費(fèi)、休閑、娛樂(lè)的主要場(chǎng)所。它在城市發(fā)揮其影響力，扮演著不可或缺的重要角色。城市商務(wù)區(qū)往往給人繁華、熱鬧的直觀印象，特別是在夜間。因?yàn)橐雇硎鞘忻裥蓍e、購(gòu)物的主要時(shí)段，此時(shí)人流密集。

商家出于吸引顧客注意力的目的，會(huì)將自己的店面裝飾得流光溢彩。城市建設(shè)與燈光管理部門(mén)為了打造該區(qū)域的特色，以發(fā)揮其城市名片的作用，也會(huì)對(duì)重要的景觀節(jié)點(diǎn)做專(zhuān)門(mén)的照明設(shè)計(jì)。因此，商務(wù)區(qū)夜景照明在整個(gè)城市照明中更加引人關(guān)注，它是其商業(yè)、休閑等功能的重要組成部分與標(biāo)志性體現(xiàn)。

但是在夜景照明的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程中，出現(xiàn)了一些不合理的因素。為了突顯照明對(duì)象的特點(diǎn)以?shī)Z人眼球，片面地追求照明對(duì)象高亮度，過(guò)多的逸散光使得周?chē)h(huán)境亮度升高，這又導(dǎo)致了視覺(jué)對(duì)比度下降，迫使照明對(duì)象的亮度再次提高……如此惡性循環(huán)。

2 商務(wù)區(qū)夜景照明存在的問(wèn)題與分析

夜景照明作為塑造城市商務(wù)區(qū)夜間形象、豐富市民夜生活和繁榮市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)主要手段，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯而易見(jiàn)。近些年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市的進(jìn)步，取得了不少成就，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，由于缺乏對(duì)景觀照明的正確認(rèn)識(shí)，造成不考慮實(shí)際能力和景觀對(duì)象的具體情況，在商務(wù)區(qū)夜景照明建設(shè)中貪大求洋、浪費(fèi)能源、造成光污染的負(fù)面現(xiàn)象并不少見(jiàn)。

照明亮度失控、過(guò)高，文化品位較低，環(huán)保意識(shí)淡薄是當(dāng)前商務(wù)區(qū)夜景照明的一大問(wèn)題。面對(duì)一照明工程對(duì)象，沒(méi)有適度控制燈光明暗來(lái)獲得優(yōu)美的景觀亮度圖式，并達(dá)到被照對(duì)象與周?chē)h(huán)境亮度的和諧，導(dǎo)致在城市商務(wù)區(qū)夜景照明的建設(shè)和實(shí)施過(guò)程中，出現(xiàn)了照明對(duì)象亮度過(guò)大，以及由此帶來(lái)的眩光、區(qū)域天空發(fā)亮等光污染的問(wèn)題。

筆者兩年前曾參與課題——核心商務(wù)區(qū)夜景照明節(jié)能分析與研究，當(dāng)時(shí)以上海的徐家匯商務(wù)區(qū)夜景照明作為研究對(duì)象，進(jìn)行了深入的實(shí)地調(diào)研，探究城市商務(wù)區(qū)夜景照明所存在的亮度問(wèn)題。

圖1 標(biāo)識(shí)字亮度統(tǒng)計(jì)

2.1 徐家匯核心商務(wù)區(qū)夜景照明亮度

研究小組針對(duì)商務(wù)區(qū)內(nèi)的19個(gè)主要單體建筑及其附屬?gòu)V告、景觀等照明進(jìn)行了亮度測(cè)量。采用亮度計(jì)定點(diǎn)測(cè)量的方法，根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的特點(diǎn)，選擇不同視角，并取多次測(cè)量的算術(shù)平均值，其中動(dòng)態(tài)對(duì)象 (如LED廣告屏)選擇多次測(cè)量的最大亮度值。對(duì)徐家匯地區(qū)不同方向天空的亮度進(jìn)行直接測(cè)量，得到0.1°視角天頂亮度為66.7cd/m2，遠(yuǎn)高于自然夜天空的2.1×10－4cd/m2。

圖1～圖3為標(biāo)識(shí)字、局部泛光照明以及動(dòng)態(tài)照明的亮度分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。標(biāo)識(shí)字亮度統(tǒng)計(jì)對(duì)象主要是各商場(chǎng)、酒店、廣告等使用的自發(fā)光招牌;泛光照明亮度統(tǒng)計(jì)對(duì)象為各個(gè)建筑和構(gòu)筑物 (包括廣告牌、櫥窗等)的面積大于1m2的局部泛光照明亮度;動(dòng)態(tài)照明亮度統(tǒng)計(jì)對(duì)象包括冷陰極管動(dòng)態(tài)廣告照明、LED屏等。

從統(tǒng)計(jì)圖中可以看出，該商務(wù)區(qū)內(nèi)各照明對(duì)象的亮度普遍偏高，個(gè)別對(duì)象甚至嚴(yán)重偏高。例如在標(biāo)識(shí)字亮度統(tǒng)計(jì)中，6號(hào)的標(biāo)識(shí)字亮度明顯高于該區(qū)域的其他標(biāo)識(shí)字。在局部泛光照明亮度統(tǒng)計(jì)中，5號(hào)、17號(hào)和18號(hào)的局部泛光照明亮度遠(yuǎn)大于其他建筑構(gòu)筑物。在動(dòng)態(tài)照明亮度統(tǒng)計(jì)中，問(wèn)題較為突出的是5號(hào)前的LED電子廣告屏，其最大亮度為2000cd/m2，遠(yuǎn)超過(guò)周邊環(huán)境;19號(hào)的電子屏亮度也與周邊環(huán)境不符，超過(guò)了3100cd/m2，主要是由電子屏亮度疊加大功率投光燈照明所致，這樣的亮度疊加不但沒(méi)有突出屏幕內(nèi)容，反而使屏幕色彩飽和度降低，不利于正常觀看。

以上各照明統(tǒng)計(jì)對(duì)象均處在相對(duì)一致的背景環(huán)境中，但其亮度卻缺乏相對(duì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，高低起伏較大。這一方面不利于維持恰當(dāng)?shù)谋尘傲炼龋硪环矫鏁?huì)導(dǎo)致照明業(yè)主的亮度競(jìng)爭(zhēng)。

2.2 照明亮度過(guò)高的影響

各照明對(duì)象亮度過(guò)高所帶來(lái)的問(wèn)題是顯而易見(jiàn)的，例如光污染和能源浪費(fèi)等。

圖2 局部泛光照明亮度統(tǒng)計(jì)

圖3 動(dòng)態(tài)照明亮度統(tǒng)計(jì)

(1)亮度過(guò)高引起的眩光、光入侵和光泛濫等現(xiàn)象，不僅會(huì)干擾人的生理節(jié)律，影響夜間的睡眠和休息，還會(huì)造成視看者的不舒適感，降低視看效果。圖4顯示了由于廣告屏亮度過(guò)大而帶來(lái)的眩光。

(2)在商務(wù)區(qū)照明工程中，為避免單一的照明元素令人乏味的問(wèn)題而使用過(guò)量的光線。但事實(shí)表明過(guò)度的元素堆積，反而會(huì)造成設(shè)計(jì)的混亂，破壞審美效果，因此亮度等元素的設(shè)計(jì)要適度，以滿(mǎn)足人們的審美需求。

(3)失去美麗星空。徐家匯商圈的天空高亮度，主要就是過(guò)量的人工光直射或反射到天空造成的。上海的商務(wù)區(qū)夜空亮度明顯高于其他區(qū)域，但即便是在郊區(qū)，夜空亮度依然很高，在這里晴朗的夜晚也難覓星星的蹤跡。固然一個(gè)城市夜間的明亮程度反映了其經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)水平，但是卻也無(wú)情地剝奪了生活在這里的人們?cè)谝归g對(duì)城市星空和銀河的遙望與觀察的權(quán)力。圖5是Google地球上顯示的用衛(wèi)星拍攝的上海夜間亮度分布，市區(qū)片亮度明顯偏高。

圖4 亮度過(guò)高帶來(lái)的眩光

(4)造成能源浪費(fèi)。過(guò)高的照明亮度消耗了大量的電能，實(shí)際上照明所占的能耗比重已超過(guò)了20%。如果不加以節(jié)制，將會(huì)進(jìn)一步加重全球性的能源危機(jī)和環(huán)境污染。

圖5 上海夜間天空亮度分布圖

(5)過(guò)度的人工光照射可能會(huì)改變夜行動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育和捕食、信息交流等行為習(xí)性，擾亂動(dòng)植物的正?；顒?dòng)規(guī)律。這些都違背了可持續(xù)發(fā)展的理念，會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

2.3 夜景照明亮度過(guò)高的原因

在城市商務(wù)區(qū)夜景照明的建設(shè)與實(shí)施過(guò)程中，由于缺乏有效的統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)與監(jiān)督約束，各業(yè)主自行設(shè)計(jì)其店面、招牌及廣告等宣傳媒介的夜間照明?；谝曈X(jué)及視覺(jué)心理等方面的考慮，對(duì)比度明顯、與其他視覺(jué)對(duì)象的照明風(fēng)格反差較大的視覺(jué)對(duì)象往往更引人關(guān)注。為了吸引顧客的目光，業(yè)主們總是希望將自己的宣傳媒介照得更亮，其結(jié)果就是各照明對(duì)象的亮度節(jié)節(jié)攀升。

另外主管部門(mén)為了彰顯其城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，有的則樂(lè)于政績(jī)工程，使商務(wù)區(qū)內(nèi)各景觀照明和功能照明存在亮度過(guò)高的問(wèn)題。并且疏于對(duì)各照明業(yè)主的監(jiān)督和管理，任其追求過(guò)高的亮度。該現(xiàn)象在當(dāng)今新興的中小城市較為普遍。

以上這些因素所致的后果就是將過(guò)多的光線直接或間接地射向周邊環(huán)境，從而使背景亮度太高，導(dǎo)致照明對(duì)象的視覺(jué)對(duì)比下降，使得照明效果減弱，這又促使各商業(yè)業(yè)主加大照明力度。由此形成惡性循環(huán)，進(jìn)一步增強(qiáng)了背景環(huán)境亮度。據(jù)相關(guān)研究，城市景觀照明關(guān)閉前后夜天空這一背景的亮度相差2～14倍。

3 照明亮度過(guò)高問(wèn)題的解決

3.1 理論分析與思考

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，人們對(duì)目標(biāo)的觀測(cè)無(wú)論是目視觀測(cè)、照相觀測(cè)，還是電子觀測(cè)，往往是依靠亮度的對(duì)比才能夠?qū)崿F(xiàn)。常用亮度對(duì)比度來(lái)衡量亮度對(duì)比，它等于視野中的目標(biāo)亮度與背景亮度差的絕對(duì)值與背景亮度之比。公式 (1)是亮度對(duì)比度C的表達(dá)式。

其中Lo是觀察目標(biāo)的亮度值，Lb是目標(biāo)所處背景的亮度值。

如果考慮人工照明逸散光在區(qū)域內(nèi)形成的亮度疊加，則會(huì)導(dǎo)致視覺(jué)屏蔽。記疊加的亮度值為L(zhǎng)v，此時(shí)的亮度對(duì)比度相應(yīng)地變?yōu)橄率?(2)。

比較 (1)式和 (2)式，顯而易見(jiàn)，C＞C'。可見(jiàn)，由于覆蓋在背景和觀察目標(biāo)上的疊加亮度，降低了目標(biāo)的亮度對(duì)比度，從而減弱了觀察者對(duì)于目標(biāo)的觀測(cè)能力。反映在城市商務(wù)區(qū)上，則對(duì)應(yīng)為降低了游客或消費(fèi)者在夜間對(duì)于店面、招牌或廣告等宣傳媒介的關(guān)注度。

相關(guān)學(xué)者的實(shí)際調(diào)查和研究也印證了這一分析和結(jié)論。曾有學(xué)者針對(duì)上海市區(qū)內(nèi)幾個(gè)主要觀光旅游景點(diǎn)的16幢具有代表性的建筑，測(cè)量了它們的泛光照明亮度和背景亮度，并作了被照建筑物的亮度主觀評(píng)價(jià)。通過(guò)分析所獲得的主客觀數(shù)據(jù)，他們認(rèn)為泛光照明的建筑物的視亮度并不是單純地由它本身的亮度所決定，而在很大程度上是適應(yīng)亮度 (背景亮度，在這里是天空亮度)決定的?？梢?jiàn)，要獲得良好的視看效果，靠單純地提高被視對(duì)象的亮度是不切實(shí)際的，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)被視對(duì)象和環(huán)境、背景間良好的亮度層次和對(duì)比。

在城市商務(wù)區(qū)內(nèi)，建筑密集，商場(chǎng)、店鋪眾多，夜景照明的數(shù)量必然很多，帶來(lái)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境和背景亮度升高。照明業(yè)主為了避免自己的照明對(duì)象湮沒(méi)在高亮的環(huán)境和背景中，勢(shì)必要增加被照對(duì)象的亮度。筆者認(rèn)為這是出現(xiàn)各商家、業(yè)主盲目追求高亮度的惡性競(jìng)爭(zhēng)的主要原因。

3.2 實(shí)踐管理與控制

(1)有效的行政管理與約束

燈光管理職能部門(mén)應(yīng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)商務(wù)區(qū)內(nèi)各照明使用單位，減少對(duì)背景和環(huán)境亮度貢獻(xiàn)較大的照明設(shè)施，使得背景亮度下降，而保持各照明對(duì)象之間、照明對(duì)象與背景之間的對(duì)比度不變甚至提高，從而增強(qiáng)照明效果，并同時(shí)降低電能消耗。還應(yīng)轉(zhuǎn)變落后的行政執(zhí)法理念，加強(qiáng)對(duì)不當(dāng)照明的監(jiān)督和約束，及時(shí)予以整改;對(duì)于新增照明，嚴(yán)格審批，遏制照明亮度過(guò)大、能耗過(guò)高的項(xiàng)目投入建設(shè)。

另外，各照明單位不應(yīng)僅局限在通過(guò)亮度的差異來(lái)吸引關(guān)注，還應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)特色照明。通過(guò)與眾不同的照明表達(dá)收到既吸引關(guān)注，又同時(shí)表現(xiàn)自身特點(diǎn)的雙重效果。

(2)合適的控制策略與手段

城市商務(wù)區(qū)內(nèi)各照明對(duì)象間、照明對(duì)象和環(huán)境背景間應(yīng)保持合適的亮度比例，以突出照明的重點(diǎn)內(nèi)容并維持良好的視覺(jué)舒適度，減少光污染和不必要的能源浪費(fèi)。另外商務(wù)區(qū)在夜間還應(yīng)分時(shí)段進(jìn)行照明，例如18∶30～22∶00為重點(diǎn)照明時(shí)段，其他時(shí)間段適當(dāng)降低或關(guān)閉照明。同時(shí)夜景照明還分平日、雙休日、節(jié)假日、重要節(jié)慶日等場(chǎng)景模式，以靈活應(yīng)對(duì)不同情況，調(diào)用相應(yīng)的照明場(chǎng)景、烘托不同的氣氛。如節(jié)慶日可適當(dāng)提高照明亮度，以營(yíng)造熱鬧、繁華、喜慶的節(jié)日氛圍。

分析并制定合理的照明控制策略對(duì)照明加以控制，是實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)照明控制做到盡量減少不必要的開(kāi)燈時(shí)間、開(kāi)燈數(shù)量和過(guò)高亮度，最大限度地減少電能消耗。同時(shí)延長(zhǎng)照明系統(tǒng)的壽命，并有效減少光污染。

如果采用普通的獨(dú)立手動(dòng)方式控制照明，各照明業(yè)主會(huì)自行調(diào)控其照明對(duì)象的亮度，而難以根據(jù)“大局”情況來(lái)進(jìn)行。這顯然會(huì)使之前提出的分時(shí)段和分場(chǎng)景的照明方式的可操作性降低，實(shí)現(xiàn)難度增大。

但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展與成熟，近些年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)化的智能照明控制系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始在城市夜景照明控制中得到廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化的集控有利于管理，使得按時(shí)間表控制和按場(chǎng)景控制不再繁瑣。通過(guò)智能化控制統(tǒng)一降低相關(guān)照明對(duì)象的亮度水平，使其相互間的對(duì)比關(guān)系不變，卻同時(shí)減少了溢出光和能耗。

4 結(jié)束語(yǔ)

在城市商務(wù)區(qū)夜景照明的建設(shè)與改造過(guò)程中，適當(dāng)控制照明對(duì)象的亮度值，通過(guò)層次分明的亮暗搭配和適宜的亮度對(duì)比來(lái)突顯視看對(duì)象。除了亮度，還可以將其他照明風(fēng)格如光色、動(dòng)態(tài)光等與照明對(duì)象的特點(diǎn)緊密結(jié)合起來(lái)，打造個(gè)性化的照明燈光，起到吸引公眾目光和廣告宣傳的作用。

在控制商務(wù)區(qū)內(nèi)整體照明亮度時(shí)，制定合適的照明控制策略如時(shí)間表控制、場(chǎng)景控制，并引入智能化的集中控制系統(tǒng)，將在很大程度上方便同步調(diào)節(jié)各照明對(duì)象的亮度并保持相對(duì)恒定的亮度比。這些措施對(duì)于降低商務(wù)區(qū)內(nèi)不必要的過(guò)高亮度，減少逸散光對(duì)于城市星空的污染以及其他形式的光污染，對(duì)于降低能源消耗，都將會(huì)發(fā)揮重要作用。

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