智慧城市公共照明的人本設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用策略

郭 菲，顧祎芬

(奕斐環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)(上海)有限公司，上海 200433)

引言

光在人類的日常生活中扮演著極其重要的角色。光不僅是人類生存的基本條件，影響人們的生理和心理健康，而且與社會的文化、經(jīng)濟(jì)、政治等各個方面相關(guān)聯(lián)，并隨著社會的進(jìn)步與科技的發(fā)展，對人們的生活方式、社會活動和行為模式產(chǎn)生深刻影響。長期以來，城市公共照明為人們夜間在城市公共空間中的活動提供所需要的人工光，對夜間城市功能安全、夜景環(huán)境美化和社會經(jīng)濟(jì)促進(jìn)發(fā)揮了極其重要的作用[1-9]。

隨著全球城市化進(jìn)程加速發(fā)展和世界城市人口快速增長，人們對城市在更包容、更安全、可恢復(fù)和可持續(xù)發(fā)展上的要求日益迫切，城市向智慧化的發(fā)展勢在必行。城市公共空間作為人們社會活動的主要場所和市民與城市關(guān)聯(lián)的主要紐帶，以道路安全、統(tǒng)一功能與視覺美化為導(dǎo)向而設(shè)計(jì)的城市公共照明已不能滿足智慧城市發(fā)展的需求。同時，新興技術(shù)的出現(xiàn)，特別是固態(tài)照明、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器和信息技術(shù)的逐步成熟，也為城市公共照明的發(fā)展進(jìn)化提供了新的機(jī)遇。因此，重新思考城市公共照明的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用策略，完整構(gòu)建城市公共空間光環(huán)境的價值體系，使城市公共空間在夜間更好地為城市的使用者和管理者服務(wù)，具有重要意義。

1 智慧城市公共照明

照明已成為城市公共空間不可或缺的組成部分，為市民和游客在夜間使用城市公共空間提供所需的視覺光環(huán)境。城市公共照明包括傳統(tǒng)意義上的道路照明和其他構(gòu)成或影響公共空間光環(huán)境的人工照明，如廣告照明、建筑照明和景觀照明等。近年來，隨著城市公共藝術(shù)的發(fā)展與普及，公共燈光藝術(shù)裝置或作品對公共空間光環(huán)境的結(jié)構(gòu)、品質(zhì)和作用產(chǎn)生越來越重要的影響，因此也被納入到城市公共照明的體系中。

由于公共空間在城市中的重要作用，城市公共照明的發(fā)展在一定程度上反映了城市的社會生活品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)文化水平和對可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)知。傳統(tǒng)的城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)一般聚焦于人們在白天的體驗(yàn)，對城市公共空間在夜間的利用往往放在整個流程的后期才會加以考慮。因此，城市公共照明更多地是被作為城市公共空間的一項(xiàng)輔助功能來使用，以保障公共空間在夜間的功能安全，或用以美化城市夜景環(huán)境。雖然光對城市社會生活的影響早已成為共識，光對人體健康和生態(tài)環(huán)境的作用也隨著科學(xué)研究的深入而備受關(guān)注，但是由于傳統(tǒng)照明技術(shù)本身所具有的局限性，在應(yīng)對城市公共空間光環(huán)境的復(fù)雜需求和協(xié)同城市智能化的發(fā)展要求上捉襟見肘，城市公共照明的發(fā)展面臨越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

LED照明技術(shù)的出現(xiàn)，為城市公共照明帶來了新的發(fā)展機(jī)會。一方面，LED先天的半導(dǎo)體屬性將人工照明全面帶入數(shù)字化時代；另一方面，傳感器和物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等智能科技在城市智慧化發(fā)展趨勢下的廣泛應(yīng)用，為數(shù)字化LED照明能夠更全面地響應(yīng)復(fù)雜公共照明需求提供了有力的工具?；贚ED的城市公共照明不僅能夠方便地控制光的數(shù)量(光通、光強(qiáng)、配光等)，而且可以精確地控制光的質(zhì)量(色溫、顏色、光譜等)。可以預(yù)見，以數(shù)字化LED城市公共照明為基礎(chǔ)形成的智慧公共光環(huán)境，除了滿足人們在夜間使用城市所需的視覺功能之外，最終很有可能成為人與城市環(huán)境溝通交流的主要媒體和界面，并將極大程度地改善公共空間使用者對城市的生活體驗(yàn)。但是，傳統(tǒng)城市公共照明設(shè)計(jì)方法基本還是以維持公共空間夜間通用使用功能安全和增進(jìn)城市夜景環(huán)境美化為主要著眼點(diǎn)，已經(jīng)嚴(yán)重滯后于照明科技的發(fā)展和智慧公共照明的要求，因此必須以一種更全面、更科學(xué)的方式重新加以審視。

圖1 智慧城市、公共空間、光環(huán)境與人的相互關(guān)系Fig.1 The Interrelationship between people,light and public space

2 公共照明的人本設(shè)計(jì)方法

在智慧城市公共空間發(fā)展的整體框架下，如果說城市公共照明將是一個以數(shù)字化LED、智能傳感器物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)為驅(qū)動，以人的使用和體驗(yàn)為核心，能夠適應(yīng)城市公共空間使用者持續(xù)變化的功能、健康和審美需求的智慧光環(huán)境服務(wù)體系，那么城市公共照明設(shè)計(jì)應(yīng)該真正轉(zhuǎn)換到以人為本的方法上來。

人們利用光環(huán)境感知并使用公共空間，在公共空間中完成個體行為和社交活動，并通過此過程中所獲得的體驗(yàn)建立對自我、他人、空間和城市的認(rèn)知和評價。同時，公共光環(huán)境對包括人的健康在內(nèi)的城市環(huán)境生態(tài)所產(chǎn)生的影響，也會在某種程度上影響城市公共空間使用者的體驗(yàn)。因此，環(huán)境感知、行為模式、社交活動、健康生態(tài)等四個方面構(gòu)成了城市公共照明人本設(shè)計(jì)的基本框架。此外，現(xiàn)代城市正在向24 h全天候連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變，人們在夜間不同的時間段對城市公共空間的使用模式和行為需求會不斷發(fā)生變化，所以時間也是城市公共光環(huán)境中的一個非常重要的變量參數(shù)，必須納入設(shè)計(jì)基本框架中協(xié)同考慮。

圖2 城市公共照明人本設(shè)計(jì)基本框架Fig.2 Human-centered design framework for urban public lighting

1)空間感知。人們在城市公共空間中的體驗(yàn)首先來自于對公共環(huán)境的感知。對公共空間的使用者而言，這種對環(huán)境辨認(rèn)和識別的需求非常關(guān)鍵，在實(shí)用性上和情感性上都具有廣泛的重要性。無論在什么時候，人們總是不斷地從現(xiàn)實(shí)世界中尋找信息來完成認(rèn)知，對環(huán)境形成印象是使用者與其周圍環(huán)境雙向交流的過程。在夜間，人們對城市公共空間的感知完全依賴于城市公共照明所提供的光環(huán)境來建立，公共照明能否幫助使用者是對城市夜間環(huán)境準(zhǔn)確解讀，將有助于人們提高定向能力、提升安全感并增進(jìn)愉悅感。人們對空間環(huán)境的印象主要通過周圍環(huán)境所呈現(xiàn)的特性、結(jié)構(gòu)和意義來定義。因此，均勻、單調(diào)或僅僅是滿足設(shè)計(jì)規(guī)范指標(biāo)的照明方式難以滿足高品質(zhì)公共光環(huán)境的要求，城市公共照明必須更深入地理解如何用光來更有效地定義城市公共空間，以幫助使用者更便捷、更準(zhǔn)確、更全面地建立對城市公共空間的感知。首先，城市公共照明應(yīng)能充分體現(xiàn)公共空間的特點(diǎn)與個性，在城市公共環(huán)境中應(yīng)通過照明有選擇性地加強(qiáng)表達(dá)適合的空間信息元素，以促進(jìn)空間環(huán)境與使用者的交流。其次，城市公共照明不僅應(yīng)能充分展示空間元素之間的相互關(guān)系，還應(yīng)能充分展示空間元素與使用者之間的相互關(guān)系。此外，城市公共照明所選擇的表達(dá)的空間元素對使用者而言應(yīng)具有一定的意義。這種意義可以是實(shí)用方面的，也可以是情感方面的，或者二者兼而有之。

2)行為模式。城市公共空間中，即便是針對使用者單一行為模式的照明需求，以照明水平和均勻度為主要評價標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)也很難在有效提高使用者體驗(yàn)方面上獲得滿意的結(jié)果，“越亮越好”、“越亮越安全”的概念或純功能性的設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸不能適合城市生活和智慧光環(huán)境的發(fā)展要求。城市智慧公共照明需要更深入地理解不同的使用者在公共環(huán)境中的各種行為模式對光環(huán)境品質(zhì)的需求，并對其變化進(jìn)行響應(yīng)。城市公共空間使用者類型和背景的多元化決定了其空間行為模式的復(fù)雜性。同時，城市未來的進(jìn)化發(fā)展也有可能會改變使用者現(xiàn)有的行為模式。城市智慧公共照明在設(shè)計(jì)之初就必須全面考慮如何應(yīng)對這些變化問題。城市公共照明設(shè)計(jì)應(yīng)充分尊重不同年齡、性別、文化、信仰和身心健康狀況等復(fù)雜背景條件下的使用者在夜間行為體驗(yàn)上的共性與差異性，從照明方式、照明水平、照明質(zhì)量、適應(yīng)性交互控制等各個方面圍繞使用者行為模式進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)。

3)社交活動。社交活動包括城市空間中人們之間的所有類型的交流。城市生活的共同特征是社交活動的多樣性和復(fù)雜性。盡管人們在公共空間中的各種社交活動常常相互重疊并頻繁轉(zhuǎn)換，而且通常也很難計(jì)劃或預(yù)測，但通過簡化的分析方法，可以將社交活動分為必須的和可選擇的兩大類。必需的社交活動在任何情況下都會發(fā)生，如通勤、候車、運(yùn)輸?shù)热藗冊谌粘Ｉ钪胁坏貌煌瓿傻幕顒?；可選擇的社交活動只有在城市環(huán)境品質(zhì)較高的情況下才會發(fā)生，如散步、觀景、閑聊等。城市公共空間照明設(shè)計(jì)應(yīng)在不同的公共場所為各類社交活動提供適合的照明場景，在多元環(huán)境中鼓勵人們夜間積極參與城市社交活動，促進(jìn)城市使用者之間的交流與交往，建立積極的社會生活體驗(yàn)，提升對城市和社區(qū)認(rèn)同感，抑制消極的反社會傾向。城市相關(guān)研究表明，城市公共環(huán)境的品質(zhì)越高，人們參與社交活動的程度越高。高水平的可選擇社交活動，在某種意義上代表著城市的活力和吸引力。值得注意的是，有意識的引導(dǎo)性公共空間環(huán)境規(guī)劃和設(shè)計(jì)可以促進(jìn)空間使用者進(jìn)行可選擇的社交活動。因此，城市公共照明作為夜間定義和表現(xiàn)城市公共空間最有力的手段，利用城市智慧光環(huán)境實(shí)現(xiàn)交互引導(dǎo)性社交活動照明場景，未來將會越來越積極地主動影響公共空間使用者在夜間的城市生活體驗(yàn)。

4)健康生態(tài)。光是地球生物存在的必要條件。包括人類在內(nèi)的地球上所有生物的生物節(jié)律和生態(tài)習(xí)性都與自然光照條件和日夜循環(huán)節(jié)奏相關(guān)，因而具有相對的穩(wěn)定性，是構(gòu)成生物健康非常重要的一個組成部分。人工照明的出現(xiàn)根本性地改變了這一狀況。在夜間，不僅城市公共空間的使用者仍然暴露在不同形式的人工光環(huán)境之內(nèi)，而且城市中的自然環(huán)境也會受到城市公共照明的影響而處于被干擾狀態(tài)。研究表明，不恰當(dāng)?shù)囊归g人工照明會對人類健康產(chǎn)生負(fù)面影響，增加肥胖、抑郁、睡眠障礙、糖尿病和乳腺癌等風(fēng)險；某些在城市環(huán)境中生存的動植物物種，在人工照明的長期干擾下已逐漸從城市中消失甚至滅絕。因此，盡管城市公共照明為促進(jìn)城市社會活動、提高城市生活品質(zhì)帶來了巨大的機(jī)遇，但可持續(xù)發(fā)展的公共光環(huán)境必須對城市使用者的身心健康和城市環(huán)境的自然生態(tài)加以重視。城市公共照明設(shè)計(jì)應(yīng)利用先進(jìn)成熟的智慧照明科技和確鑿可靠的科學(xué)研究成果，盡量降低人工照明對人和環(huán)境的負(fù)面影響，增進(jìn)人們在公共空間進(jìn)行社會活動的健康生態(tài)體驗(yàn)。已有充分的證據(jù)顯示，在特定時間范圍內(nèi)人工光環(huán)境色溫的變化會影響人體產(chǎn)生的褪黑激素?cái)?shù)量，從而直接影響我們的生物節(jié)律和身體健康狀態(tài)。城市公共照明設(shè)計(jì)應(yīng)將光的色溫與顏色、強(qiáng)度、動態(tài)等其他人工照明特性全面考慮并綜合利用，在響應(yīng)使用者在不同時間對空間感知、行為模式和的社交活動等方面的不同照明需求的同時，通過智慧光環(huán)境主動引導(dǎo)、調(diào)節(jié)和修復(fù)公共空間使用者的生物節(jié)律。類似的設(shè)計(jì)考量同樣適用于城市環(huán)境中的動植物生態(tài)系統(tǒng)。數(shù)字化固態(tài)照明技術(shù)對光數(shù)量和質(zhì)量上的精準(zhǔn)控制能力為城市公共照明設(shè)計(jì)在改善城市光環(huán)境健康生態(tài)上的應(yīng)用提供了豐富的可能性。

5) 時間。無論是過去、現(xiàn)在還是未來，城市公共照明都是為了更好地服務(wù)城市夜間社會生活。和城市在白天時一樣，時間維度上的不確定性與復(fù)雜性正是城市夜間社會生活的本質(zhì)。無論是解決空間感知的差異性、行為模式的多樣性、社交活動的多元性還是健康生態(tài)的規(guī)律性等問題，城市公共照明設(shè)計(jì)都需要在時間的維度上深入理解公共照明與空間、公共照明與使用者之間的關(guān)系，通過具有主動適應(yīng)能力的城市智慧公共光環(huán)境，積極影響我們對城市生活的感知和體驗(yàn)。

3 人本照明應(yīng)用策略

通過人本照明設(shè)計(jì)方法重新定義公共照明在城市公共空間中的使用，城市公共光環(huán)境得以從聚焦“功能與空間”轉(zhuǎn)移到聚焦 “使用者和場所”，以適應(yīng)快速變化的城市社會生活和日益增長的持續(xù)發(fā)展需要。在此意義而言，光已經(jīng)成為一種強(qiáng)大有力的工具，給日漸超負(fù)荷運(yùn)行的城市帶來新的生機(jī)與活力，推動城市設(shè)計(jì)進(jìn)入一個充滿希望的變革時代。

人本設(shè)計(jì)策略應(yīng)用的目的是為了根本性地解決城市公共照明目前存在和未來發(fā)展的問題。城市的進(jìn)化和技術(shù)的進(jìn)步?jīng)Q定了人本照明設(shè)計(jì)方法是一個開放性的系統(tǒng)，需要協(xié)同各相關(guān)方的努力，并在實(shí)踐中不斷豐富、完善和發(fā)展。結(jié)合目前相關(guān)應(yīng)用研究成果，通過對大量先進(jìn)應(yīng)用案例分析，可以看到城市公共照明人本設(shè)計(jì)方法已經(jīng)逐步為各方所重視并在實(shí)踐中開始嘗試性應(yīng)用。與一般城市公共照明設(shè)計(jì)方法相比，人本照明應(yīng)用策略具體表現(xiàn)出以下轉(zhuǎn)化特征。

1)由“以道路為中心的照明”轉(zhuǎn)化為“以人為中心的照明”。雖然道路安全仍然是城市公共照明非常關(guān)注的重點(diǎn)，但是隨著可持續(xù)化城市發(fā)展對人行交通空間的大力推動，以及人們對交通出行方式和觀念的逐步改變，圍繞人的視覺行為安全和視覺心理健康而進(jìn)行的公共照明設(shè)計(jì)，要求既能保證道路交通安全的同時，又能改善人們對城市社會生活的體驗(yàn)。

2)由“均勻性照明”轉(zhuǎn)化為“場景式照明”。固態(tài)照明技術(shù)、智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和信息通訊技術(shù)的發(fā)展，使智慧化公共照明網(wǎng)絡(luò)可以為城市公共照明在不同時間、不同場所進(jìn)行的不同社交活動提供豐富的針對性場景效果，極大地提升公共環(huán)境品質(zhì)，增強(qiáng)市民參與體驗(yàn)，激發(fā)夜間城市活力。

3)由“越亮越好的照明”轉(zhuǎn)化為“控制對比的照明” 。研究表明，提高照明水平并不一定能保證照明質(zhì)量的相應(yīng)提高。針對城市公共空間中各種社會活動的具體需求，城市公共照明可以通過控制視覺環(huán)境中不同層次的亮度對比，給人們提供更豐富的視覺信息，同時增加公共空間的趣味性，從而更有效地提升公共空間使用者的體驗(yàn)。

4)由“單向式照明”轉(zhuǎn)化為“沉浸式照明” 。LED照明技術(shù)極大程度地改變了燈具的形式和照明的方式。相比于傳統(tǒng)光源，基于LED的照明可以非常容易地集成在建筑環(huán)境中，從各個方位提供城市公共空間所需要的照明，為使用者在夜間獲得更好的沉浸式體驗(yàn)提供了可能。

5)由“統(tǒng)一模式化照明”轉(zhuǎn)化為“用戶定制化照明”。和傳統(tǒng)城市公共照明解決方案相比，數(shù)字化LED照明帶來的更強(qiáng)大的控制能力可以讓城市公共照明為不同的使用者提供定制化的公共光環(huán)境，以滿足使用者需求或偏好。這種高度以使用者為中心的城市公共照明應(yīng)用進(jìn)一步地提高了城市公共環(huán)境的服務(wù)能力，并在一定程度上解決了未來發(fā)展的需要。

6)由“被動式照明”轉(zhuǎn)化為“主動式照明”。利用日益成熟的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和智能傳感器技術(shù)，城市智慧公共照明不但能夠及時感知使用者的行為模式，而且能夠根據(jù)公共空間環(huán)境的實(shí)際情況，主動提供適合具體社會活動要求的光環(huán)境。主動式城市公共照明在改善使用者的體驗(yàn)的同時，也促進(jìn)了城市公共照明能源利用效率的提高，即在保證甚至提升照明品質(zhì)的前提下降低城市公共照明系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，真正實(shí)現(xiàn)主動高效節(jié)能。

4 結(jié)語

隨著城市智慧化進(jìn)程的加速與數(shù)字化照明技術(shù)的發(fā)展，光在城市公共空間和社會生活中扮演越來越重要的角色。目前城市公共照明往往還是圍繞標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而人本照明設(shè)計(jì)方法則將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到城市公共空間實(shí)際的使用者上面，并圍繞使用者體驗(yàn)重新構(gòu)建城市公共光環(huán)境基本框架和價值體系，更主動、更全面地滿足人們在城市公共光環(huán)境中對空間感知、行為模式、社會活動、健康生態(tài)等各方面的體驗(yàn)需求，為城市智慧公共照明提供了一個新的可持續(xù)設(shè)計(jì)方法和發(fā)展方向。