基于溶洞石景保護(hù)的旅游洞穴景觀照明參數(shù)建議

段 然，王志剛

(1.重慶工商大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，重慶 400019；2.重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400030)

引言

喀斯特洞穴豐富的沉積石景極具觀賞價值和科學(xué)價值，是重要的旅游資源[1]。人工照明彌補(bǔ)了旅游洞穴天然光照不足的問題，成為塑造洞穴自然奇觀的重要手段，也是旅游洞穴開發(fā)的重要標(biāo)準(zhǔn)[2，3]。目前，旅游洞穴的研究涉及到洞穴開發(fā)、利用、洞穴的保護(hù)及洞穴生物等方面[4-7]。旅游洞穴景觀照明已發(fā)展多年[8]，但在旅游洞穴景觀照明方面的研究卻相對較少，多關(guān)于洞穴人工照明的使用、照明系統(tǒng)的設(shè)計及溶洞照明工程案例的分析等，特別是結(jié)合旅游洞穴石景保護(hù)的景觀照明參數(shù)研究尚缺乏[9，10]。如何為溶洞提供適宜的人工光環(huán)境，科學(xué)利用人工照明塑造旅游洞穴內(nèi)部景觀，保護(hù)旅游洞穴沉積石景，提升旅游洞穴品質(zhì)具有重要的科學(xué)意義及工程實踐意義。

1 國內(nèi)外旅游洞穴景觀照明研究動態(tài)

溶洞照明會引起旅游洞穴生物活動方面的影響[11]，Meyer-Rochow和Waldvogel[12]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)光蕈蚊在不同光譜能量分布的景觀照明下，活動發(fā)生改變，證明了發(fā)光蕈蚊更能適應(yīng)于紅光照明，但Merritt等[13]在澳大利亞Marakoopa Cave的實驗得出，人工照明對發(fā)光性生物的影響作用不顯著的結(jié)果。Marimuthu等[14]的研究指出在10～20 lx溶洞景觀照明下，洞穴蝙蝠的晝夜節(jié)律遭到破壞。也有研究指出溶洞照明會引起洞穴內(nèi)植物生長，破壞洞穴沉積石景[15]。在旅游洞穴景觀照明的實踐中，國外側(cè)重于利用照明對造景和景觀意境的渲染，有選擇性的進(jìn)行景觀照明，著重進(jìn)行洞穴發(fā)展歷程的敘述[16]；針對不同的藝術(shù)主題，利用不同的照度、亮度、對比度等，結(jié)合照明手法對景觀進(jìn)行渲染。在Postojna cave旅游洞穴的Brilliant、Dragon等景點利用動態(tài)照明的手法及合理的照明技術(shù)進(jìn)行溶洞景觀的塑造，結(jié)合動態(tài)照明使旅游洞穴景觀得到了展現(xiàn)。

旅游洞穴景觀照明研究指出旅游洞穴廳洞景觀照明實踐中指出[17]，利用照明技術(shù)對溶洞景觀進(jìn)行多層次的動態(tài)光照射，重點景觀照度不宜超過250 lx[18]，裝飾性照明照度控制在10～20 lx，游道照明照度控制在2～5 lx，顯示照明照度為5 lx；主光與次光的照度比應(yīng)該控制在4∶1[19]。低照度的照明設(shè)計需采用偏黃色的低色溫光源，照度小于20 lx，色溫為2 000 K；中等照度采用低色溫光源，照度為50～200 lx，色溫為2 000～3 500 K；高照度景觀段照明，照度可大于200 lx，色溫2 500～7 000 K白光或偏藍(lán)光[20]。然而，旅游洞穴成因不同，洞穴內(nèi)部自然景觀情況不盡相同，僅以光源照度值進(jìn)行照明效果界定，無法系統(tǒng)的形成旅游洞穴景觀照明的標(biāo)準(zhǔn)。

2 旅游洞穴景觀照明現(xiàn)狀調(diào)研

對旅游洞穴景觀現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，調(diào)研情況如圖1、表1所示。調(diào)研圍繞我國具有5A級稱號的旅游洞穴展開，包括重慶武隆芙蓉洞景區(qū)、貴州安順龍宮溶洞、廣東連州地下河景區(qū)溶洞、河南洛陽雞冠洞景區(qū)及遼寧本溪水洞景區(qū)等[21]。根據(jù)調(diào)研得出：①目前旅游洞穴內(nèi)景觀照明光源主要以黃光金鹵燈、藍(lán)光金鹵燈、綠光金鹵燈及熒光燈等傳統(tǒng)光源為主，且不同類型光源照射下有不同燈光植物生長，如，芙蓉洞景觀照明下生長的苔蘚類、蕨類、藻類等燈光植物。②照明光源以50，150 W和250 W功率為主，照度范圍在150～250 lx之間，人工光源、燈具后期維護(hù)較好，燈具完整，光源僅有少量光衰；部分線纜的布設(shè)損壞了石景結(jié)構(gòu)，如遼寧本溪水溶洞，有鐘乳石被照明線纜破壞情況。③部分洞穴內(nèi)有人造景觀小品照明，如遼寧本溪水溶洞內(nèi)對“動物形”、“人形”景觀小品的照明等。

圖1 旅游洞穴照明現(xiàn)狀實景(上:重慶張關(guān)溶洞;下:遼寧本溪溶洞)Fig.1 The current situation of tourist cave lighting

表1 旅游洞穴景觀照明調(diào)研情況Table 1 Investigation of tourist cave landscape lighting

3 旅游洞穴景觀照明問題分析

1)旅游洞穴景觀照明的藝術(shù)性。我國缺乏旅游洞穴景觀照明的相關(guān)規(guī)范，CIE(國際照明組織)也沒有對旅游洞穴景觀照明做出指導(dǎo)。目前，我國旅游洞穴照明多根據(jù)以往的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，不同旅游洞穴造景手法完全相同，導(dǎo)致旅游洞穴照明缺乏特色，不能展示旅游洞穴內(nèi)部空間的差異。在景觀照明造景上多采用具象聯(lián)想敘事的方法，照明手法單一，以靜態(tài)光為主，隨意利用主光、輔助光、氣氛光等照明手段[22]牽強(qiáng)創(chuàng)造沉積石景的主題，且景觀主題的過渡生硬。光源設(shè)置不能充分表達(dá)沉積石景的藝術(shù)效果，光源集中選擇紅光、紫光、綠光及藍(lán)光金屬鹵化物光源的應(yīng)用，金屬鹵化物光源的顯色性低，游覽者無法清晰的欣賞到重要沉積石景的形態(tài)、色彩及結(jié)構(gòu)。多數(shù)旅游洞穴中加入有機(jī)材料的景觀小品，并對其進(jìn)行照明(見圖1)。在審美上，有機(jī)材料較具象且生硬，不能夠打造溶洞內(nèi)環(huán)境的藝術(shù)美感，難以提高旅游洞穴的游覽品質(zhì)，更將污染源帶入洞穴，在照明環(huán)境下有機(jī)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放有毒氣體，且有機(jī)材料易腐爛、易燃，也帶來旅游洞穴的巨大的安全隱患，不利于洞穴景觀的保護(hù)，更會改變或破壞洞穴景觀多樣性的動態(tài)演變方向和趨勢。

2)旅游洞穴景觀照明光源光譜參數(shù)。人工光源光譜能量分布可為黑暗環(huán)境中的植物提供生長所需要的能量，旅游洞穴景觀照明應(yīng)結(jié)合洞穴內(nèi)部景觀特點及功能進(jìn)行照明光源光譜的選擇。目前，旅游洞穴照明光源多為傳統(tǒng)光源，如白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈及金屬鹵化物燈等[23]，隨著LED光源的發(fā)展，也有不少旅游洞穴開始使用LED光源，如四川龍?zhí)堵糜稳芏凑彰鞲脑旃こ獭Ｈ斯す庠垂庾V能量分布與日光不同，對金鹵燈、熒光燈光源光譜能量分布與日光光譜進(jìn)行實驗室測量，見圖2?？芍?，熒光燈、金鹵燈光譜各能量段比例較平均；金鹵燈為氣體放電光源，不同顏色金鹵燈區(qū)別在于光譜能量分布的中心波長范圍不同，白光金鹵燈波峰范圍在600 nm附近，黃光金鹵燈波峰范圍在580 nm附近，綠光金鹵燈波峰范圍在510 nm附近，藍(lán)光金鹵燈波峰范圍在470 nm附近。對沉積石景的照明應(yīng)根據(jù)情況選擇適宜的光譜。

圖2 旅游洞穴照明光譜能量分布范圍Fig.2 Spectral energy distribution of tourist cave lighting

3)旅游洞穴的照明與石景保護(hù)。旅游洞穴中受人工光照所生長的藻類植物、苔蘚類植物與蕨類植物稱為燈光植物。藻類所分泌的粘液為多糖類物質(zhì)，在微生物作用下氧化分解為對沉積石景極具腐蝕的物質(zhì)，破壞鐘乳類石景的表面，改變鐘乳石的顏色[24]，降低石景的觀賞性，破壞了旅游洞穴的可持續(xù)發(fā)展，且附著于正發(fā)育中石景的藻類物質(zhì)具有向光性，可導(dǎo)致鐘乳類石景向光發(fā)育，破壞了鐘乳類石景的生長；苔蘚植物為結(jié)構(gòu)簡單的小型綠色植物，能分泌酸性物質(zhì)溶解巖石成分，對洞穴地質(zhì)資源有極大的破壞性；蕨類植物也是極具侵略性的綠色植物。燈光植物對光譜能量的需求是具有一定比例的，根據(jù)圖3可知，綠色植物光合作用主要吸收光譜能量分布在400～500 nm(紫光、藍(lán)光)及600～700 nm(橙光、紅光)；500～600 nm(黃光、綠光)不能提供綠色植物光合作用能源。那么，可根據(jù)燈光植物對光譜的需求進(jìn)行燈光植物的造景或抑制，有效保護(hù)石景不被燈光植物侵害。

圖3 植物光合有效輻射圖[25]Fig.3 Plant photosynthesis effective radiation

根據(jù)燈光植物的生理特點，當(dāng)光照強(qiáng)度超過植物的光補(bǔ)償點時，促進(jìn)植物的生長，當(dāng)光照強(qiáng)度超過植物光飽和點時，損害植物的光合機(jī)制，植物不能正常生長。通過對藻類的研究，陽性植物光補(bǔ)償點是1 000～2 000 lx，陰性植物光補(bǔ)償點是100～500 lx；陽性植物的光飽和點在20 000～25 000 lx，陰性植物的光飽和點在5 000～10 000 lx。所以，當(dāng)人工光源光照強(qiáng)度低于100 lx時，綠色植物不能夠進(jìn)行能量積累，有利于旅游洞穴石景保護(hù)的照明。

4 旅游洞穴景觀照明參數(shù)的建議

堆積地貌是溶洞景觀中的精華部分，根據(jù)堆積石景的不同類型，進(jìn)行旅游洞穴景觀照明參數(shù)界定，見表2。大面積的石?？衫玫惋@色性金屬鹵化物光源進(jìn)行泛光照明，根據(jù)周圍景觀類型選擇以黃光或彩色光照射，根據(jù)石幔面積的大小選擇照度范圍，不宜超過100 lx；正在發(fā)育的石筍、石柱，可利用較高顯色性的光源，為游覽者提供較好的視看石景條件，且為避免鐘乳石附著燈光植物破壞鐘乳石生長，需選擇光譜范圍分布在500～600 nm的光源，照度值可適當(dāng)提高至250 lx；邊石堤不做重點照明，以低顯色性光源泛光照明為主，照度值要求較低；其他類具有特色的堆積地貌需根據(jù)實際情況進(jìn)行照明，照明手法主要以投光照明、局部照明為主。景觀照明供電系統(tǒng)的安裝過程中需結(jié)合沉積石景的形態(tài)進(jìn)行線纜的布設(shè)，以不破壞溶洞沉積地貌為前提，杜絕暗線的線纜布設(shè)方式，盡量減少線路的分支、接線及開關(guān)的布置，線纜的材料選擇上應(yīng)注意防水等。

表2 旅游洞穴石景景觀照明參數(shù)建議Table 2 Suggestions on lighting parameters of stone landscape in tourist cave

5 結(jié)語

旅游洞穴景觀照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定需要地質(zhì)學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)、美學(xué)、旅游學(xué)等學(xué)科的融合，需要針對旅游洞穴不同景觀類型進(jìn)行研究。為了旅游洞穴景觀照明的健康發(fā)展，需要制定完整的旅游洞穴景觀照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括旅游洞穴電氣系統(tǒng)的電路設(shè)置、照明時間及旅游洞穴照明燈光系統(tǒng)的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等。本文通過對我國具有代表性的旅游洞穴景觀照明調(diào)研，發(fā)現(xiàn)了旅游洞穴景觀照明現(xiàn)存的問題，根據(jù)實驗室測量結(jié)果進(jìn)行解析，結(jié)合旅游洞穴堆積石景類型，建議了對旅游洞穴石幔、鐘乳石、石筍、石柱等沉積石景保護(hù)的景觀照明設(shè)計手法及參數(shù)的建議，為旅游洞穴生態(tài)景觀照明提供了參考。