城市夜間光環(huán)境實態(tài)調(diào)研分析

劉　鳴，黃鐵嶼，周　博，索　健，蔡　軍，陳　巖，

李維珊，富　露，任　杰

(大連理工大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，遼寧 大連　116024)

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城市夜間光環(huán)境實態(tài)調(diào)研分析

劉鳴，黃鐵嶼，周博，索健，蔡軍，陳巖，

李維珊，富露，任杰

(大連理工大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，遼寧 大連116024)

摘要：隨著現(xiàn)代化城市化建設(shè)的不斷發(fā)展和城市夜間照明廣泛的應(yīng)用,新型光源、大功率的照明設(shè)施不斷涌現(xiàn)，城市光環(huán)境的發(fā)展呈現(xiàn)了新的景象。本研究以大連市內(nèi)的數(shù)個建設(shè)項目做光環(huán)境的調(diào)查分析，以了解不同性質(zhì)的場所各自所面臨的照明問題和照明實態(tài)，及探討改善城市空間光環(huán)境的方法。

關(guān)鍵詞：光環(huán)境；照明；光污染

引言

中國近年來在快速經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展過程中，因照明技術(shù)的進(jìn)步與廣泛應(yīng)用，城市居民所處的光環(huán)境產(chǎn)生了巨大的變化。首先經(jīng)濟(jì)繁榮與夜生活的普及，沿街商業(yè)招牌照明大量的使用來刺激消費；其次，在各地建設(shè)夜經(jīng)濟(jì)的過程中，城市公共空間如街道、廣場和公園都成為打造和表現(xiàn)城市夜景的場所；接著地區(qū)標(biāo)志性的建筑物不斷出現(xiàn)，其建筑立面裝飾性照明成為展現(xiàn)城市亮點的名片。另外，隨著照明技術(shù)如LED光源的發(fā)展，外墻巨大型電子屏幕的所謂“媒體墻”甚至于多個大屏幕立面的“媒體建筑”涌現(xiàn)。

然而,城市光環(huán)境因投入的各類照明建設(shè)有了急劇的變化。過度、設(shè)置不當(dāng)或突兀刺眼的人造光所形成的光污染不僅耗耗能源、增加碳排放量、降低夜空能見度、影響天文觀測、干擾敏感的生態(tài)系統(tǒng)，還能對市民生產(chǎn)生活甚至于安全產(chǎn)生了一定的干擾，影響夜間睡眠與人體健康和導(dǎo)致城市交通事故[1]。同時在一定程度上還減低空氣于夜間的自凈能力，促成空氣的污染[2]。

1調(diào)研內(nèi)容

1.1　調(diào)研地點

2015年是聯(lián)合國確定的國際光年，本次調(diào)查研究主要考察現(xiàn)階段城市發(fā)展過程中光環(huán)境、光污染的問題。本調(diào)研根據(jù)城市功能劃分的不同，選擇了三種光環(huán)境地點進(jìn)行調(diào)研：居住區(qū)光環(huán)境、商業(yè)區(qū)光環(huán)境、以及廣場光環(huán)境。其地點為：西安路天興羅斯福國際中心居住綜合體，高新區(qū)黃浦路臨近的萬達(dá)廣場和錦輝購物廣場，馨東街與凌水路大山廣場室外文體活動空間。

1.2　調(diào)研現(xiàn)狀

1.2.1居民區(qū)——西安路天興羅斯福國際中心居住綜合體夜間光環(huán)境現(xiàn)狀

從圖1中可以看出，居民區(qū)的照明情況：商場部分，1~2樓是玻璃幕墻，光源為室內(nèi)照明，發(fā)光柔和，3~5樓為LED廣告牌，發(fā)彩色強(qiáng)光；住宅部分，光源為室內(nèi)照明；住宅小區(qū)道路兩旁每隔8m設(shè)置9m高路燈，發(fā)白光，草坪中不規(guī)則安置6m高景觀燈，發(fā)白光；道路每隔10m設(shè)置高12m的路燈，發(fā)黃光。

圖1　羅斯福夜晚光環(huán)境Fig.1　The light environment jof Roosevelt mall

圖2　萬達(dá)廣場照明現(xiàn)狀Fig.2　The lighting situation of Wanda Plaza

圖3　錦輝購物廣場照明現(xiàn)狀Fig.3　The lighting situation of sunrise shopping center

1.2.2商業(yè)區(qū)——高新區(qū)黃浦路臨近的萬達(dá)廣場和錦輝購物廣場夜間光環(huán)境現(xiàn)狀

a.萬達(dá)廣場：從圖2可以看出，萬達(dá)廣場的照明情況：主入口為LED方塊燈照明；水晶體三棱錐墻面為LED變色線型洗墻燈照明；次入口為斜條紋點光源照明；人行道主要采取地?zé)艉吐窡粝嘟Y(jié)合的照明方式。

b.錦輝購物廣場：從圖3可以看出，錦輝購物廣場的照明情況：入口主要以黃色和紫色照明為主，結(jié)合白色、低頻率、低亮度變化的動態(tài)光；立面為櫥窗照明和10m左右高度的廣告牌照明；人行路以圓柱路燈照明為主。

1.2.3廣場——馨東街與凌水路大山廣場室外文體活動空間

廣場是城市夜間人們活動最終要的場所之一，也是構(gòu)成城市夜間環(huán)境的重要組成部分，因此，本研究選擇文化娛樂休閑廣場最為調(diào)研對象。

圖4　大山廣場夜間照明現(xiàn)狀Fig.4　The night lighting situation of the Mountain square

1.3　調(diào)研方案

該調(diào)研測試均采取網(wǎng)格劃分，根據(jù)地點和調(diào)研范圍的不同選取不同網(wǎng)格尺度設(shè)置，對該網(wǎng)格點進(jìn)行照度測試，每點數(shù)據(jù)測量三次，取其平均值，然后對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。測試儀器主要是照度計。

1) 居民區(qū)——西安路天興羅斯福國際中心居住綜合體夜間測試方案。在該地點的測量位置在住宅樓臨街兩個立面道路上，測試點距離地面1.1m高，距離窗臺0.2m遠(yuǎn)，共測量31個樣本點。

2)商業(yè)區(qū)——高新區(qū)黃浦路臨近的萬達(dá)廣場和錦輝購物廣場測試方案。在該地點測試是在建筑臨街面15~20m的人行道路上，進(jìn)行5m×5m的網(wǎng)格劃分，每點選取0.75m處高度的進(jìn)行照度測試，其測試網(wǎng)格如圖5、圖6所示。

圖5　萬達(dá)廣場網(wǎng)格劃分Fig.5　The grid division for the test zone in the Wanda plaza

圖6　錦輝購物中心網(wǎng)格劃分Fig.6　The grid division for the test zone in the Sunrise shopping center

3) 廣場——馨東街與凌水路大山廣場室外文體活動空間。在該地點，場地整體劃分出重點測量的7個區(qū)塊，如圖7所示。

圖7　商業(yè)建筑的網(wǎng)格劃分Fig.7　The grid division for the test zone in the Mountain square

2光環(huán)境調(diào)研結(jié)果分析

2.1　居民區(qū)—西安路天興羅斯福國際中心居住綜合體調(diào)研結(jié)果

由表1~表2可知：4層樓是照度的一個轉(zhuǎn)折點，從第4層開始建筑立面照度開始明顯降低。這說明，光侵害的主要受害窗口是1~4層住宅窗口；4層以上窗口受光侵害程度隨窗口照度的降低不斷減小，基本在10層左右窗口照度控制在0~5lx。

表1　羅斯福對面君安大廈住宅樓臨街窗口照度

表2　羅斯福a座住宅樓臨街窗口照度

由表3可知：①4層以下的建筑立面上照度不會隨著遠(yuǎn)離燈桿高度而下降，即燈桿高度(12m)所對應(yīng)的樓層以下的照度不會明顯降低；②高于燈桿高度以上的樓層照度，會隨著樓層高度的增高而明顯下降，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是燈桿高度以下的樓層不但受路燈直接照射，還有受地面的反射；③路燈高度在6m~12m之間不斷增加時，對應(yīng)建筑立面受到光侵害程度不斷升級。

表3　君安大廈住宅樓窗口照度　單位：lx

注：表3中6m路燈為小區(qū)內(nèi)部景觀燈，9m路燈為小區(qū)內(nèi)部道路照明燈，12m路燈為街道兩旁照明燈。

從表4中可知：在溢散光環(huán)境中，光源一定的情況下，當(dāng)燈具的投射角度<90°時，如路燈照明區(qū)域邊界建筑立面被照亮面面積越小，亮度越高，則光溢散程度越小。當(dāng)燈具投光角度>90°時(如采用非遮光性燈具)，照明區(qū)域邊界建筑的被照亮面的面積越大，亮度越低，則光溢散程度越大；羅斯福附近街燈仰角近似0°，但是廣告牌的明亮燈光并沒有任何遮蓋，燈光投射角度從0~180°，溢散光反射到對面建筑立面上以及天空上，造成夜晚的人工白晝并浪費了大量電能。

表4建筑立面亮度

注：羅斯福臨街建筑立面主要受路燈影響; 君安大廈臨街建筑立面主要受羅斯福商城立面上的LED廣告牌影響。

羅斯福附近的路燈高度基本位于6m、9m、12m三個階段，6m高燈桿對于建筑立面的照度影響相對較小，僅對1、2層樓影響較大；9m高燈桿和12m高燈桿的夜晚照明對于低樓層的住戶來說稍亮。針對這種由燈具位置產(chǎn)生的人工白晝光環(huán)境有如下幾點建議：

1)6m或低于6m的燈具適于作為景觀燈使用，建議安置在距離住宅樓稍遠(yuǎn)的草坪花園中，可適當(dāng)增加亮度；

2)9m路燈作為居住區(qū)內(nèi)部路燈燈桿，應(yīng)適當(dāng)降低照度并增加安裝的數(shù)目，以保證道路照明的均勻度與適宜的照明效果；

3)12m路燈用于街道照明，應(yīng)注意其與建筑立面的距離和自身亮度，防止對居住區(qū)產(chǎn)生侵害光。

2.2　商業(yè)區(qū)——高新區(qū)黃浦路臨近的萬達(dá)廣場和錦輝購物廣場調(diào)研分析

2.2.1錦輝購物中心調(diào)研分析

從圖8可以看出：建筑入出口的照明環(huán)境較為明亮；路燈的照明對環(huán)境起到了一定的調(diào)節(jié)作用；廣告牌在距離地面10m左右時，其照明對路面的亮度沒有明顯影響；離建筑5m以外距離的亮度較為均勻。

折線1位于距離商場20m處的位置；折線1′位于距離商場15m處的位置；折線1″位于距離商場10m處的位置，折線1?位于距離商場立面5m處的位置圖8　錦輝購物廣場的測試數(shù)據(jù)Fig.8　The line chart for the test data of the Sunrise shopping center

2.2.2萬達(dá)廣場調(diào)研分析

從圖9可以看出：廣告牌距地面5m左右時，照明對路面的亮度有明顯影響；路燈的照明對環(huán)境起到了一定的調(diào)節(jié)作用，而地?zé)魧Φ缆氛彰鳑]有明顯影響；點光源照明設(shè)計對街道的照明影響不大而棱面光源照明較為明顯；建筑周邊亮度受到的來自建筑照明影響較為明顯。

折線1位于距離商場15m處的位置；折線1′位于距離商場10m處的位置；折線1″位于距離商場5m處的位置圖9　萬達(dá)廣場測量數(shù)據(jù)Fig.9　The line chart for the test data of the Wanda plaza

2.2.3兩者照度比較

對錦輝購物廣場和萬達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在求得該區(qū)域的平均照度之后，對街道測點進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差處理，得到各自建筑臨街面的照度離散情況，從而反映各自照明的均勻性，其中數(shù)值越高表示該處的照明越不均勻，如圖10~圖11所示。

圖10　錦輝購物廣場照度離散程度分析Fig.10　The discretization analysis figure about the illumination of the Sunrise shopping center

圖11　萬達(dá)廣場照度離散程度分析Fig.11　The discretization analysis figure about the illumination of the Wanda plaza

對建筑各自照度離散程度的分析，可以得到如表5所示的兩個臨街相鄰商業(yè)建筑的照明比較。

表5　錦輝購物廣場和萬達(dá)廣場的照明比較

通過表5的分析比較，可以得出：在商業(yè)照明中需要設(shè)置合理的路燈，而地?zé)魧值勒彰髁炼扔绊懖淮?，但容易對行人形成刺激，盡量選擇低亮度的且?guī)У責(zé)粽帜軌蚪档蜔敉断蛱炜盏牧炼?；廣告牌的設(shè)置位置的不同會對街道照明產(chǎn)生的影響不同，位置越高，對臨建筑的街道照明作用不大，所需要的亮度越低，因此對廣告的位置和亮度應(yīng)該進(jìn)行合理的設(shè)計；合理設(shè)置商業(yè)建筑的照明，使其在滿足吸引消費者的情況下，能夠不會對周邊環(huán)境造成光污染。

2.3　廣場——馨東街與凌水路大山廣場室外文體活動空間

2.3.1各個區(qū)塊的數(shù)據(jù)分析比較

大山廣場主要為娛樂性廣場，為周邊居民提供休閑活動的場所。從圖12和圖13可以看出：大山廣場的照度值分布很不均勻，光源分布位置決定了照度值的變化，距離光源越近的點照度值越大，如果有建筑物或大樹等遮擋就會在地面產(chǎn)生陰影區(qū)，數(shù)值會較暗；在被測量的所有點中，西北角的一組光最暗，以及跑道與中間硬鋪區(qū)域較暗，其次是西南角、東南角亮度值較適宜，東北角最接近光源，因此相對最亮。

圖12　大山廣場照度值測量示意圖Fig.12　The illumination value of the Mountain square

圖13　區(qū)塊被測點照度數(shù)值比較Fig.13　The comparison of the illumination values of the measured block

2.3.2不同區(qū)域內(nèi)光環(huán)境現(xiàn)狀詳細(xì)分析

此處將環(huán)境行為學(xué)理論中的定點觀察法與統(tǒng)計學(xué)中的數(shù)值比較法相結(jié)合，分析和闡述7個不同區(qū)塊內(nèi)的光環(huán)境現(xiàn)狀。

a、區(qū)塊1。區(qū)塊1主要為人們慢行的區(qū)域，對環(huán)境的照度需求較小。從圖14可以看出：區(qū)塊1為7個區(qū)塊中最暗的角落，照度值多數(shù)小于1 lx，低于廣場照明中人行道規(guī)定的5~10lx,不能滿足相應(yīng)的功能照明的需求。其原因主要是由于該區(qū)處在西、北兩側(cè)建筑和連廊的陰影區(qū)內(nèi)，無發(fā)光的高干路燈和輔助光源，完全依賴于北側(cè)門店的間接照明。

b、區(qū)塊2。區(qū)塊2的主要功能是提供人快速通行、慢跑、散步、聊天、駐足的活動場所。從圖15可以看出：區(qū)塊2同區(qū)塊1一樣屬于很暗的地方，照度值均小于0.7 lx，低于廣場照明規(guī)定的5~10lx,不滿足主要的照明需求。主要原因是由于該區(qū)處在構(gòu)筑物陰影區(qū)內(nèi)，無重點照明，完全依賴于周邊商鋪的間接照明。

c、區(qū)塊3。區(qū)塊3的主要功能與區(qū)塊2相同。從圖16可以看出：區(qū)塊3不同于區(qū)塊1、2，亮度明顯提升，照度平均值約為10 lx，滿足照明需求。

圖15　區(qū)塊2測量數(shù)據(jù)Fig.15　The measurement data of the Block 2

圖16　區(qū)塊3測量數(shù)據(jù)Fig.16　The measurement data of the Block 3

圖17　區(qū)塊4測量數(shù)據(jù)Fig.17　The measurement data of the Block 4

d、區(qū)塊4。區(qū)塊4為主要出入口，連接著大山廣場與周圍各處的通行者，提供快速通行、聊天、駐足、觀望等。從圖17可以看出：區(qū)塊4是7個區(qū)塊中最亮的區(qū)域，照度的最大值、最小值以及平均值都排在7個區(qū)塊的首位，其照度值明顯高于主要出入口照度值20~30 lx,屬于過度照明狀態(tài)。其主要原因是由于距離桿路燈很近、以及周邊商鋪的鋪助光源，同時避開構(gòu)筑物的陰影區(qū)。e、區(qū)塊5。區(qū)塊5主要功能是快速通行、聊天、駐足觀望，以及小孩較滑、滑板等娛樂活動，對照度值及均勻性都有較高要求。從圖18可以看出：區(qū)塊5在7個區(qū)塊的照度比較中排名第二，距離很近的高干路燈給此區(qū)域提供了方便，此區(qū)域同樣處在交通入口處，石材鋪裝很平整，通行者可在此進(jìn)入熱鬧的大山廣場，也可較便捷的通向406公交終點站。其能夠滿足該區(qū)域的功能照明需求，但照度均勻性較差。

f、區(qū)塊6。區(qū)塊6的主要功能是提供廣場的主要出入口之一，此外還兼有提供快速通行、跑步、散步、休息的功能。該區(qū)域能夠滿足功能照明需求，但大多數(shù)低于主要出入口照度的要求。從圖19可以看出：區(qū)塊6的照度值是成規(guī)律性漸變，距離高干路燈越近照度值越高，距離光源較遠(yuǎn)，照度值也隨之遞減。部分處在建筑陰影區(qū)的地方，會有數(shù)值的明顯下降。

圖18　區(qū)塊5測量數(shù)據(jù)Fig.18　The measurement data of the Block 5

圖19　區(qū)塊6測量數(shù)據(jù)Fig.19　The measurement data of the Block 6

g、區(qū)塊7。區(qū)塊7的主要功能是提供居民集體性的健身活動項目，如廣場舞、交誼舞、太極等；小眾活動主要有聊天、駐足觀望等。從圖20可以看出：區(qū)塊7測量結(jié)果數(shù)值整體上波動較小，成規(guī)律性變化，中間偏低，東西兩側(cè)偏高，由北向南逐漸增強(qiáng)；數(shù)值多低于廣場照明需求的5~10lx，但其照明較為均勻。

圖20　區(qū)塊7測量數(shù)據(jù)Fig.20　The measurement data of the Block 7

3總結(jié)

通過對建筑室外夜間光環(huán)境所進(jìn)行的調(diào)研研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段許多活動場所因為照明設(shè)計的不合理規(guī)劃，導(dǎo)致許多照明設(shè)施覆蓋區(qū)域重復(fù)，造成光污染及能源的浪費。廣告牌照明和街道路燈照明都因

為位置和布置方式的不同會對光環(huán)境產(chǎn)生影響，也會因其照明設(shè)計的不同營造出不同效果。不合理的照明設(shè)置會對周邊居民、天空等產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，所以對室外環(huán)境應(yīng)選擇合理的照明方式和照明燈具，在考慮整體光環(huán)境的狀況和協(xié)調(diào)好照明設(shè)施的基礎(chǔ)上，在節(jié)約能源的同時最大化地提高照明效率。

此外，商業(yè)設(shè)施的光環(huán)境因要達(dá)到吸引客人購物消費，它是多彩、動態(tài)和亮眼，而容易造成光污染。同樣是聚集人群的社區(qū)公共設(shè)施如大山廣場的光環(huán)境，部分區(qū)域有照明不足的情形，目前依靠路燈提供照明來供人們使用。

對住商綜合體夜間光環(huán)境進(jìn)行定性化研究，能夠?qū)馕廴经h(huán)境有更深入的了解，能為未來準(zhǔn)確預(yù)測光環(huán)境和控制光污染提供更加開闊的思路。因此，住商綜合體夜間光環(huán)境還有更多的內(nèi)容需要討論和深入研究。

參考文獻(xiàn)

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Analysis of Urban Night Light Environment—Dalian Case Studies

Liu Ming, Huang Tieyu, Zhou Bo, Suo Jian, Cai Jun,

Chen Yan, Li Weishan,Fu Lu, Ren Jie

(SchoolofArchitectureandFineArt,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)

Abstract：With rapid pace of urbanization and expanded usage of urban night lighting, large numbers of high intensity lighting facilities have been installed in urban areas. Overflowing and flooded illumination have caused light pollution. This study, through survey and analysis of a couple of outdoor urban spaces in Dalian, aims to assess lighting issues associated with urban spaces in different functions, and to explore the method of improving light environment in those spaces.

Key words:light environment; lighting; light pollution

通訊作者：劉鳴：E-mail:liumingyity@163.com;黃鐵嶼，E-mail:ciedmeco@gmail.com

基金項目：國家“十二五”科技支撐項目(2012BAC05B01)

中圖分類號：TM923

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2016.01.010