面向人居健康的城市夜景照明：進展與挑戰(zhàn)

郝洛西,曹亦瀟，汪統(tǒng)岳，邵戎鏑

(1.同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院，上海 200092； 2.高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點實驗室，上海 200092)

引言

在城鎮(zhèn)化建設、城市基礎設施升級、國內(nèi)外重大事件活動的帶動下，在夜景經(jīng)濟、半導體照明和數(shù)字技術創(chuàng)新應用的助推下，我國城市夜景照明發(fā)展迎來爆發(fā)式浪潮，并成為輿情熱點。面對輿論的集聚效應，如何科學、客觀地回應各種支持、質(zhì)疑、反對的聲音，并開展實質(zhì)工作，引導城市夜景照明高質(zhì)量、可持續(xù)健康發(fā)展，是一個應引起廣泛重視的關鍵命題。城市照明的量與度不容忽視，過度的城市照明將對城市風貌、生態(tài)系統(tǒng)平衡、天文觀測、通行安全等諸多方面帶來難以估量的不利影響。而在眾多因素中，人居健康與每一個人息息相關，它是城市存續(xù)發(fā)展的基礎，更應成為城市夜景設計和管控遵循的原則和底線。

不適宜的城市照明對健康造成的負面影響極為多樣化，既有瞬時的影響也有長期累積的影響，既有可感知的影響又有不可感知的潛在傷害。但城市照明帶來的所有健康損傷風險若不加以重視，都將導致極其嚴重乃至不可逆轉(zhuǎn)的后果，必須有效防控。本文通過對相關機理與實證文獻的研究，梳理了城市照明可能造成的視覺、生理、心理等方面的健康影響及疾病風險，并指出城市照明標準、規(guī)范導則中納入健康相關管控指標的必要性與迫切性。

1 中國典型城市夜景照明問題現(xiàn)狀分析

得益于有關部門和產(chǎn)業(yè)各界的共同努力、光源與照明技術的創(chuàng)新發(fā)展，我國城市夜景照明規(guī)劃、設計及管理明顯改善，道路交通照明品質(zhì)提升、路燈眩光問題得到有效解決，更合理的照明燈具設計不斷涌現(xiàn)，然而挑戰(zhàn)仍然艱巨，新形勢下面臨著諸多新問題、新挑戰(zhàn)。

建筑媒體立面由于有效的信息傳播力和效果凸顯作用，被諸多城市亮化工程競相追逐，儼然成為地標建筑和商業(yè)區(qū)域的標配。而媒體立面被千篇一律地在樓宇上不加克制地大量使用時，其奪目的視覺效果、繁雜色彩和繚亂動態(tài)，對城市風貌與市民生活、出行造成了嚴重的負面影響。相當多的研究關注了LED戶外顯示屏設置位置、亮度和動態(tài)變化的不合理現(xiàn)象，及其對駕駛者的視覺干擾和居住區(qū)形成的光侵擾影響[1-7]；國家標準《室外照明干擾光限制規(guī)范》(GB/T 35626—2017)，以及北京、上海和深圳等城市的地方標準、管理辦法也對此提出了管控要求。但目前的工作遠遠不夠，在關注建筑單體以外，多棟建筑連續(xù)、大面積使用媒體立面產(chǎn)生的疊加影響仍需探明，更全面細化的媒體立面指標管控亦有待出臺。

裝飾性照明、彩色光和動態(tài)光在城市建筑、景觀、山體亮化中的盲目、過度使用，已屢見不鮮。盡管各地照明規(guī)劃、標準導則對此提出了限制措施，但成效還需提升。進一步的合理設計閾值研究以及工程示范引導不可或缺。

道路監(jiān)控補光燈使監(jiān)控攝像機能夠在夜間和昏暗環(huán)境下獲得可清晰辨識的路面圖像。但高亮補光光源造成人眼瞬時高強度曝光，產(chǎn)生了極大的視覺不適。研究顯示[8，9]，許多監(jiān)控補光燈的眩光閾值增量TI和眩光值GR大幅超出國際照明委員會(CIE)推薦的可接受值[10]，引起嚴重失能眩光，并增加交通事故和人眼損傷風險，亟需整改。

城市夜景照明受到城市功能定位、人口分布、產(chǎn)業(yè)格局、路網(wǎng)規(guī)劃、文化經(jīng)濟及自然環(huán)境等多重因素的制約和影響，使得我國城市夜景照明呈現(xiàn)的問題具有高度的特殊性。因此，解決現(xiàn)狀問題在對標國際經(jīng)驗和標準的同時，更需要結(jié)合我國國情，尋求可操作、可落實的具體辦法。

2 城市夜景照明的多重健康影響

隨著光照對人體視覺和非視覺作用機制的逐漸清晰，城市夜景照明為人類帶來的各種視覺損傷、生物節(jié)律干擾、情緒和認知影響以及疾病風險正逐步被醫(yī)學、流行病學、環(huán)境學等多領域的機理和實證研究所揭示。但城市照明要素與人居健康之間眾多錯綜復雜的映射關系還亟需更清晰的探索和量化，使人們對城市照明的健康影響給予更多關注，從而更有節(jié)制、更科學地進行城市照明設計；亦使管控指標和原則獲得有力的科學支撐，從而更有實效、更具體地指導城市照明管理工作。

2.1 視覺損傷

眼睛是人體最精密脆弱的器官，城市照明中的眩光以及彩色光、動態(tài)光的不當使用，都將造成不同程度的視覺損傷。我國每年投入大量資源和人力用于國民視覺健康防護，改善視覺環(huán)境是其中一項根本工作，城市照明應盡可能有利于視覺舒適，降低視覺損害，為創(chuàng)造人人享有的健康城市環(huán)境做出貢獻。

城市照明眩光干擾行人和駕駛者的視線，引起諸多與視覺疲勞相關的眼部不適癥狀，亦使視力、對比敏感度[11，12]、色覺[13]等視覺功能大幅削弱甚至喪失。然而眩光還將導致更嚴重的后果，高強或長時間光照暴露與激光產(chǎn)生的光熱、光化學和光機械效應使感光細胞凋亡，導致視網(wǎng)膜光損傷和功能退化，并加速白內(nèi)障、老年黃斑變性等視覺疾病的發(fā)展[14]。還有研究指出，光照刺激誘發(fā)活性氧自由基產(chǎn)生，使視網(wǎng)膜細胞處于氧化應激狀態(tài)，造成細胞死亡和生物膜溶解[14，15]。光照對視網(wǎng)膜的損傷具有累積效應。Noell等[16]在大鼠身上施加5 mm的光照，未對視網(wǎng)膜產(chǎn)生任何影響，但曝光重復3～4次，在1 h的黑暗間隔內(nèi)，視網(wǎng)膜可發(fā)生重大損傷。因此，照明眩光對人眼的長期危害性不容輕視，尤其是刺激不顯著的眩光，當人們還未有所意識，日積月累的視覺損傷已然產(chǎn)生。

飽和度是影響視覺舒適的主要顏色屬性，過多的鮮艷或高度飽和的色彩將引起負面響應。Sagawa[17]研究了在CRT顯示器上自然景物彩色圖像的主觀視覺舒適度，結(jié)果顯示視覺舒適度與整體圖像飽和度分布關系密切，飽和分量增加視覺舒適度降低[17]。巴黎和京都等城市已通過法規(guī)來控制飽和色彩的使用。具有特定圖案的圖像會引起視看者的不適感，并出現(xiàn)異常的視覺扭曲，這種現(xiàn)象被稱為圖形眩光(Pattern glare)[18]，偏頭痛、視覺應激癥狀患者對圖形眩光刺激尤為敏感[19]。視覺系統(tǒng)適應自然圖像，圖像的傅里葉頻譜(Fourier amplitude spectrum)斜率和振幅與自然圖像不一致及圖像空間頻率過度對比將造成視覺不適。動態(tài)光方面，劉鳴等[20]的實驗研究表明,動態(tài)光環(huán)境的背景亮度、視角和刺激速度變化都是視覺干擾程度的影響因素，過快、過慢的動態(tài)光變化均加劇干擾程度。目前色彩、圖案、動態(tài)光運用于城市照明和媒體立面所造成的影響還需進一步研究和闡釋，但其為視覺帶來的瞬間或累積的健康風險卻不能排除，規(guī)范標準應先行，以防患于未然。

2.2 生物節(jié)律干擾

2015年CIE發(fā)布了關于光非視覺效應的聲明，建議在適當?shù)臅r間進行適當?shù)恼彰鳌３浞值难芯孔C據(jù)表明，夜間的光線會引起褪黑激素分泌的抑制，擾亂睡眠，打亂生物節(jié)律，從而催生睡眠障礙、內(nèi)分泌失調(diào)、免疫功能下降、抑郁情緒等諸多健康問題。

在戶田直宏等人的研究中，20：00至24：00 100 lx(瞳孔照度)的連續(xù)光照刺激，產(chǎn)生了褪黑激素分泌抑制的作用效果[21]。城市照明環(huán)境中許多區(qū)域的垂直照度已超過了這一數(shù)值。此外，魏敏晨和戴奇等[22]聯(lián)合實測了上海和香港兩地6個商業(yè)區(qū)共888個測點的照明光譜(SPD)和角膜照度，通過晝夜節(jié)律刺激值(CS)研究光照對褪黑激素分泌抑制的影響。結(jié)果顯示上海和香港分別有47%和86%測點測得的CS值超過急性褪黑激素抑制的工作閾值0.05，將對晝夜節(jié)律產(chǎn)生影響。因此，城市室外光環(huán)境節(jié)律影響的研究也應像室內(nèi)光環(huán)境節(jié)律影響研究一樣受到廣泛重視。

視網(wǎng)膜感光神經(jīng)節(jié)細胞(ipRGCs)上的光敏色素—黑視素(melanopsin)介導非視覺光照響應，它的光譜靈敏度曲線峰值在480 nm左右的藍光區(qū)域[23，24]。目前節(jié)能環(huán)保的新型光源LED在城市照明中普及，相對于白熾燈等傳統(tǒng)照明產(chǎn)品，LED照明的輻射亮度和藍光含量更高，將帶來更嚴重的晝夜節(jié)律干擾。美國醫(yī)學會(American Medical Association)提出了禁止使用富藍LED路燈的警告[25]。根據(jù)不同地點和任務照明的需要，優(yōu)化LED室外照明系統(tǒng)光譜和配光設計的工作需要持續(xù)開展。

2.3 情緒及認知影響

近年來，重度抑郁癥的發(fā)病率上升，夜間過量的光照也會對情緒產(chǎn)生負面影響[26]。Min等[27]基于韓國國家環(huán)境信息中心提供的韓國室外夜間照明的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和韓國社區(qū)健康調(diào)查數(shù)據(jù)(KCHS)進行分析，發(fā)現(xiàn)夜間室外照明與韓國成年人的抑郁癥狀和自殺行為顯著相關，居住在夜間室外光照較強地區(qū)的成年人表現(xiàn)出抑郁癥狀和自殺行為的幾率更高。夜間照明在情緒調(diào)節(jié)中的作用機制的動物模型研究表明，低強度的夜間光照會引起倉鼠的抑郁癥狀、導致學習和記憶能力受損；與白光和藍光相比，暗紅色的夜間光照對大鼠的抑郁反應的影響有所降低[28，29]。Benfield等[30]利用虛擬現(xiàn)實技術，針對森林、沙漠和海洋三種類型的國家公園，分別建立了9種不同程度光污染的虛擬場景，通過主觀評價打分得出光污染較低的條件下被試情緒更加積極、總體評價較好的結(jié)論。

夜間過量的光線暴露可能會損害認知能力，并導致過度困倦和情緒變化，在長期從事輪班工作的工人中認知受損現(xiàn)象已經(jīng)被證實[31]，夜班工作比白天面臨更高的疲勞、焦慮和抑郁癥風險[32]。年輕護士僅在夜班工作三個月后，就會產(chǎn)生無助、失控和冷漠等負面情緒[33]。城市夜景照明光侵擾對人體情緒和認知的影響可能沒有夜班工作那么明顯，但是其危害不可小覷。

2.4 疾病風險

除了晝夜節(jié)律紊亂和夜間褪黑素的分泌抑制等危害，長期夜間的過量光照會增加乳腺癌和前列腺癌等癌癥的風險，還會引起睡眠障礙、衰老和代謝功能紊亂，誘發(fā)心血管疾病、糖尿病、肥胖癥和情緒障礙等問題[34]。Cho等[35]通過對85篇文獻進行梳理，分別從光照強度、光譜成分、曝光時間和周期等方面分析了夜間照明對人體健康的負面影響。由美國國防氣象衛(wèi)星項目(DMSP)的衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)確定的室外夜間照明亮度等級，提示了室外夜間人工光照的強度增加會提高女性乳腺癌的風險[36，37]，其生物學機制可能是夜間照明抑制了松果體產(chǎn)生褪黑激素的能力，而褪黑激素的抑制可能會導致雌性激素的上升，從而增加了患乳腺癌的風險[38]。此外，夜間室外照明水平與男性前列腺癌的發(fā)病率存在顯著正相關，但與肺癌和結(jié)腸癌沒有明顯的相關性[39]。DMSP提供的最新夜間照明衛(wèi)星圖像與世界衛(wèi)生組織報告有關女性和男性超重和肥胖發(fā)生率的國家數(shù)據(jù)結(jié)合分析顯示，室外夜間照明與肥胖顯著相關[40，41]。Obayashi等[42，43]通過在床頭安裝照度計，每分鐘測量一次老年人的夜間光照量，發(fā)現(xiàn)夜間的人工光照射與肥胖癥和血脂異常顯著相關，并明顯提高了夜間的血壓值。因此，引發(fā)晝夜節(jié)律紊亂的夜間照明已被科學研究證明是造成肥胖和乳腺癌等公共健康風險因素的新來源[44]。

3 城市照明的管控現(xiàn)狀及優(yōu)化建議

CIE很早就關注到光污染問題，1980年與國際天文聯(lián)合會(IAU)聯(lián)合發(fā)表了《減少靠近天文臺的城市天空光》指導方針[45];于2017年對出版物CIE 150:2003進行了改版更新，形成《室外照明設施干擾光影響限制指南》[47，48]，指出了干擾光對自然環(huán)境、居民、交通、觀光及天文觀測的嚴重影響，并提出了干擾光的適用范圍及其規(guī)范要求?！冻鞘姓彰饕?guī)劃指南》(CIE 234:2019)明確指出干擾光包括眩光、高彩度的動態(tài)光，將干擾光作為城市照明規(guī)劃中重要的控制部分，需要明確制定應對光污染、天空光以及任何形式的干擾光的原則和策略，應在規(guī)劃源頭進行管控。CIE現(xiàn)行城市照明出版物見表1。

表1 CIE現(xiàn)行城市照明出版物

美國對光污染控制的管理法規(guī)較為完善，有關光污染控制的法律和法令在加利福尼亞州、華盛頓特區(qū)等通過，并有多個州已提交議案。法令中明確提出燈具截光要求、最低照明數(shù)量、運營時段、宵禁時段管理以及照明方式要求等。天空保護劃定區(qū)內(nèi)的要求則更為嚴格，要求避免產(chǎn)生任何非必要的燈光。日本和意大利等國也從城市室外照明節(jié)能及防止光污染方面制定了本國的規(guī)定。美國國際暗天空協(xié)會、歐盟的六等星、英國的暗天空運動等國際組織通過設立暗天空試驗區(qū)，來保護未被人工光污染的天空；幫助沒有立法的地區(qū)進行光污染立法；宣傳保護暗天空的做法，評選保護暗天空的個人、團體和地區(qū)等，喚起人們保護夜空、避免光污染的意識，進而起到在更大范圍內(nèi)改善照明環(huán)境質(zhì)量的目的。

目前我國已出臺了一些城市照明國家和地方規(guī)范(見表2)。上海市地方標準《上海市城市環(huán)境裝飾照明規(guī)范》明確規(guī)定了住宅障害光的要求，為上?！肮馕廴镜谝话浮钡呐袥Q提供了依據(jù)。但隨著國際標準的更新，這些標準數(shù)據(jù)需要進一步的研究。

國外城市規(guī)模及城市光環(huán)境發(fā)展和國內(nèi)情況有較大差異，因此國內(nèi)不宜直接沿用國外標準，應開展光污染對中國人居健康影響的規(guī)范標準制定研究，進行有針對性的城市光污染調(diào)研，發(fā)現(xiàn)我國城市存在的光干擾問題，對國標的制定進行科學的思辨與探索。CIE光環(huán)境亮度分區(qū)的設定在中國快速城市化發(fā)展的背景下是否適合中國的國情，特別是對于高亮度區(qū)是否應該針對中國城市等級再進行區(qū)別劃分值得深入探討。除此之外，應對大面積動態(tài)彩色光媒體立面進行專題研究，從面積、動速、色彩飽和度、圖像內(nèi)容等角度進行分析，探討其對環(huán)境污染、人體健康、動植物的繁育等各類影響，提出有效的管理指南和規(guī)范。

表2 國內(nèi)現(xiàn)行城市照明規(guī)范標準

目前城市夜景建設中對于光污染相關國家規(guī)范和地方標準執(zhí)行力度不足，《環(huán)境保護法》對光污染尚無詳細的描述，執(zhí)行落實有難度，而光污染問題的解決有賴于夜間暗天空環(huán)境嚴格保護、規(guī)劃布局優(yōu)化調(diào)整、各行政區(qū)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)等方面的多措并舉，難以通過規(guī)劃、政策、標準、管理辦法等常規(guī)行政管理手段達到治本之效，應當考慮通過立法來解決。

4 結(jié)語

城市照明對人居健康產(chǎn)生的重要影響正逐步受到我國各城市的認可與重視。近年來，北京、杭州、成都等地的城市夜景照明規(guī)劃提出宜居城市、以人為本等理念，以及具體針對居民生活區(qū)域和“近人尺度”城市空間的光環(huán)境建設要求。各地相繼出臺規(guī)章制度以管控城市光污染。未來的城市照明將更加以民生為導向，人居健康將成為城市照明規(guī)劃與設計的核心要求。夜景照明建設與規(guī)劃管控將更加注重“一城一策”，從而使過度照明、光污染等問題得到妥善解決，讓大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等智能技術得到適宜性的應用，令光的健康效益能夠面向全社會、全人群有效發(fā)揮，從而鼓勵人們形成健康生活方式、維持和促進健康，實現(xiàn)人們對美好城市生活的向往。

鑒于城市與人居健康兩個開放復雜巨系統(tǒng)之間存在著多因素動態(tài)的交互作用，面向人居健康的城市夜景照明挑戰(zhàn)重重,任重道遠，但迫在眉睫且意義重大。目前，城市照明各組成要素對健康產(chǎn)生影響的可能機制、損傷閾值、防治方法有待探明; 針對中國城市結(jié)構(gòu)、道路交通系統(tǒng)，以及中國人種光照響應特點的城市照明研究亟需開展；將健康人居理念科學貫徹的城市照明規(guī)劃與設計需要盡快在示范工程實踐中落地；融入健康人居內(nèi)容的城市照明評價方法、指標體系以及規(guī)范和管理指南亟待出臺。面對這些需要完成的大量實質(zhì)性工作，從頂層規(guī)劃、研究設計、制造應用、檢測評估到規(guī)范導則、維護管理，政產(chǎn)學研用各層級、各專業(yè)領域應凝聚意愿與共識，通力合作，攜手共創(chuàng)健康宜居城市新夜景。