樓閣式古塔夜景照明亮度比例的適宜性評價(jià)

侯萬鈞，賈 鐵，王立雄

(1.天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津 300072；2.河北工程大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056000)

引言

在高品質(zhì)夜景照明需求快速增長的背景下，樓閣式古塔建筑作為重要建筑節(jié)點(diǎn)成為了改善夜景照明環(huán)境的亮點(diǎn)[1-5]。古塔周邊夜景照明環(huán)境整體亮度跨度較小，古塔周圍一般均為限高區(qū)域，多為景觀及寺院，所以古塔周圍夜景照明環(huán)境整體亮度偏暗。然而如何去更好地營造好的夜景照明效果，展現(xiàn)其夜間魅力就成為了重點(diǎn)，同時(shí)也引出了如何評價(jià)其照明效果這一重要問題。

1 樓閣式古塔建筑結(jié)構(gòu)特征分析

中國古塔建筑是中國建筑文化最好的形象闡釋，樓閣式塔是集中國傳統(tǒng)古建筑文化特征為一身的古塔形式，《平郊建筑雜錄》《正定古建筑調(diào)查紀(jì)略》《云岡石窟中所表現(xiàn)的北魏建筑》等都在中國古塔起源上提出了“樓閣式起源”的說法，可見古塔自古就在人們心中有著非常重要的地位，有著顯著的標(biāo)志性含義[6,7]。

樓閣式古塔結(jié)構(gòu)劃分為三大部分：塔基(須彌座)、塔身、塔頂和塔剎[6]。優(yōu)化樓閣式古塔適宜比例的亮度照明效果，可以為古塔照明設(shè)計(jì)提供幫助，從而增添城市夜晚活力，讓古塔在“保鮮”的基礎(chǔ)上“活”起來，用另一種形式展現(xiàn)中國古建筑文化的魅力。

2 樓閣式古塔亮度比例適宜性實(shí)驗(yàn)

本次試驗(yàn)結(jié)合人眼視覺舒適性、古塔周邊環(huán)境亮度特征、古塔建筑的基本結(jié)構(gòu)特征等因素，通過實(shí)驗(yàn)室條件下模擬的樓閣式古塔各結(jié)構(gòu)間亮度比例及與周邊環(huán)境的亮度比例場景在人眼視覺角度的舒適度感受，得出樓閣式古塔建筑各結(jié)構(gòu)間及與環(huán)境的適宜亮度比例，并探討影響亮度舒適性的重要因素。

2.1 實(shí)驗(yàn)場景的選擇與標(biāo)定

在場景選擇上主要為建筑主體選擇、建筑主體主要照明結(jié)構(gòu)劃分、環(huán)境背景亮度及建筑各部位亮度比例確定四部分。

主體選擇上盡量減少形體復(fù)雜帶來的影響，所以選擇形體簡單且極具樓閣式古塔特征的建筑形體，依托某典型樓閣式古塔亮化項(xiàng)目，根據(jù)其三部分結(jié)構(gòu)特征并輔以合理的照明效果。

建筑主體主要照明結(jié)構(gòu)劃分上，結(jié)合實(shí)際測量問卷、軟件模擬及專家意見，將塔頂換為各層塔檐，最終將照明結(jié)構(gòu)劃分為塔檐及塔剎、塔身、須彌座三個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 塔檐及塔剎、塔身、須彌座(從左至右)及照明效果Fig.1 Eaves and brakes of the tower, tower body, sumi block (from left to right) and lighting effect

經(jīng)過實(shí)測及對相關(guān)資料的研究，為了方便計(jì)算，選取背景亮度值為5 cd/m2。在實(shí)驗(yàn)室條件下，利用TOPCON BM-5AS色度亮度計(jì)對投影儀投出的環(huán)境背景進(jìn)行測量定標(biāo)，使背景平均亮度值達(dá)到5 cd/m2；古塔前景為開放廣場及道路，其亮度標(biāo)準(zhǔn)參照CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》確定為1.5 cd/m2左右。

對于實(shí)驗(yàn)中樓閣式古塔結(jié)構(gòu)間亮度比例的取值，將參照北美照明工程學(xué)會(huì)(IES)《照明手冊》(第8版)推薦的室外照明效果亮度比(表1)，并根據(jù)實(shí)際情況及實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，用以設(shè)定不同的場景。

表1 IES《照明手冊》(第8版)推薦的室外照明效果亮度比

按照IES《照明手冊》推薦，為了達(dá)到建筑在環(huán)境中的凸顯，需要將建筑本身亮度至少提高到背景亮度的2倍以上至10倍以下。經(jīng)過實(shí)測數(shù)據(jù)及相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，古塔建筑整體照明亮度及周邊環(huán)境亮度均不高，亮度水平在10 cd/m2以下是非常常見的，考慮到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的全面和照明最終效果以及減少照明對古塔建筑的損壞，決定將建筑亮度比例定為“1∶1、1∶2、1∶3、1∶4”四個(gè)亮度比例，即對應(yīng)的5 cd/m2、10 cd/m2、15 cd/m2、20 cd/m2四種亮度水平。按照這四種亮度水平，對古塔建筑須彌座、塔身、塔檐及塔剎3部分進(jìn)行比例劃分，對應(yīng)不同的亮度水平，共得到64個(gè)場景(圖2)。由于實(shí)驗(yàn)?zāi)恳晻r(shí)間較長，同時(shí)為了減少外界環(huán)境以及儀器更換對實(shí)驗(yàn)效果的影響，實(shí)驗(yàn)場景標(biāo)定以及主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)均在19：00后的河北工程大學(xué)建筑館103光學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)室條件下對通過投影儀投射出的不同亮度場景，采用TOPCON BM-5AS色度亮度計(jì)分別進(jìn)行標(biāo)定，以滿足各部位的亮度比例要求。對這些場景進(jìn)行評價(jià)實(shí)驗(yàn)。

圖2 部分樓閣式古塔亮度比例實(shí)驗(yàn)場景Fig.2 Experimental scene of proportion of brightness of some pavilions in ancient towers

2.2 實(shí)驗(yàn)評價(jià)方法

本次實(shí)驗(yàn)評價(jià)采用語意差別量表法，對于亮度的評價(jià)等級選用七個(gè)等級(圖3)。中間等級“0”表示既不感到滿意也不感到不滿意，越往正數(shù)方向表示滿意程度增加，越往負(fù)數(shù)方向表示滿意程度減少。

圖3 主觀評價(jià)尺度用表Fig.3 Subjective evaluation scale

2.3 評價(jià)試驗(yàn)流程

本次實(shí)驗(yàn)觀察人員選擇在校學(xué)生，共42人參加，年齡在20～30歲之間。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，關(guān)閉室內(nèi)照明工具，并根據(jù)實(shí)際古塔尺度、觀察角度及距離進(jìn)行合適比例縮放，以確定觀察者觀察位置，保證觀察人員觀察效果符合實(shí)際情況及條件。實(shí)驗(yàn)前，對投影儀進(jìn)行0.5 h以上的預(yù)熱，使其達(dá)到正常且穩(wěn)定的亮度輸出水平，減少儀器對實(shí)驗(yàn)效果的影響。

3 主觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

3.1 信度分析

數(shù)據(jù)收集完畢后，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之前，首先運(yùn)用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的信度分析，應(yīng)用克倫巴赫α系數(shù)來分析數(shù)據(jù)可信度，α系數(shù)值在0～1之間，當(dāng)α系數(shù)值達(dá)到0.8以上時(shí)，說明評價(jià)問卷內(nèi)部一致性最好，0.7～0.8為較好，0.6以上時(shí)則為可接受的信度(表2)。

表2 可靠性分析

憑借對樓閣式古塔夜景照明亮度比例舒適性視覺評價(jià)實(shí)驗(yàn)的測試結(jié)果數(shù)據(jù)，用SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行信度分析，得到此實(shí)驗(yàn)的42個(gè)人的滿意度數(shù)據(jù)的信度值α(表2)，由表2可見，本次實(shí)驗(yàn)所用64個(gè)實(shí)驗(yàn)場景所得數(shù)據(jù)的克隆巴赫α系數(shù)為0.902，所以本次實(shí)驗(yàn)的亮度比例舒適性評價(jià)數(shù)據(jù)可信度較高。

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)完成后，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)軟件中將不同觀察者對同一場景的視覺感受數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均值計(jì)算，得出各場景主觀評價(jià)平均得分，再著手于樓閣式古塔建筑各結(jié)構(gòu)間亮度與環(huán)境亮度比例舒適性進(jìn)行研究，從而獲得視覺主觀評價(jià)滿意度與樓閣式古塔建筑各結(jié)構(gòu)間亮度水平之間的關(guān)系(如圖4所示)。

圖4 實(shí)驗(yàn)各比例場景滿意度平均得分折線分析圖Fig.4 Broken line analysis diagram of the average satisfaction score of each proportion scene in the experiment

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)中各個(gè)場景的古塔結(jié)構(gòu)亮度以及主觀評價(jià)滿意度數(shù)據(jù)，從視覺舒適性角度出發(fā)，此次實(shí)驗(yàn)的64個(gè)場景中，只有塔檐及塔剎亮度在5 cd/m2的條件下，視覺評價(jià)分?jǐn)?shù)都為負(fù)數(shù)；其他亮度比例條件下評價(jià)分?jǐn)?shù)都有正數(shù)的情況，而且正數(shù)比例均在60%以上，其中10 cd/m2和15 cd/m2條件下，正數(shù)評分最多也最高。

根據(jù)所得條件，將樓閣式古塔三大結(jié)構(gòu)亮度數(shù)據(jù)及各亮度比例場景視覺感受評價(jià)滿意度的得分算數(shù)平均值運(yùn)用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析，將亮度比例場景視覺感受評價(jià)滿意度得分定為因變量，將樓閣式古塔三大結(jié)構(gòu)亮度數(shù)據(jù)(塔檐及塔剎、塔身、須彌座)作為自變量，解釋其線性函數(shù)關(guān)系，建立多元線性回歸方程，最后分析結(jié)果為

Y=0.058Xc+0.041Xs-1.243

(1)

式中Y為樓閣式古塔建筑夜景照明結(jié)構(gòu)間亮度與環(huán)境亮度視覺滿意度，Xc為塔檐及塔剎亮度數(shù)據(jù)，Xs為塔身亮度數(shù)據(jù)。

在Anova分析中，Sig顯著性在0.05以下，就代表回歸方程是有用的，此次Sig顯著性為0.01，所以此次回歸方程有用的。多元回歸方程中的常數(shù)項(xiàng)為-1.243，偏回歸系數(shù)b1為0.058，b2為0.041，其中經(jīng)過T檢驗(yàn)后，b1、b2、b3顯著性分別為0.001、0.012、0.772。按照標(biāo)準(zhǔn)，顯著性水平在0.10以下都有效，b3的顯著性大于0.1，所以不納入公式中。

從多元線性回歸方程式(1)中可以看出，塔檐和塔剎的亮度水平對滿意度影響最大，塔身亮度水平對照明效果滿意度影響為其次，須彌座亮度水平對照明效果滿意度影響顯著性不強(qiáng)。

4 結(jié)論

我們以樓閣式古塔建筑結(jié)構(gòu)特征及周邊夜景亮度實(shí)際情況入手，選取典型樓閣式古塔模型，建立樓閣式古塔結(jié)構(gòu)間夜景亮度比例及環(huán)境亮度比例模型，開展主觀視覺舒適性評價(jià)實(shí)驗(yàn)，確定了主要影響樓閣式古塔夜景照明滿意度評價(jià)的主要照明部位，最后建立了樓閣式古塔建筑結(jié)構(gòu)間夜景亮度及與環(huán)境亮度滿意度與樓閣式古塔建筑塔檐及塔剎、塔身、須彌座三部分的亮度水平之間的函數(shù)關(guān)系。