基于功能屬性的城市燈具設(shè)計策略研究

劉梓成，干 靜，周艷麗

（1.四川大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院， 四川 成都 610200； 2.四川大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 四川 成都 610041）

0 引言

營造優(yōu)美的城市環(huán)境，會讓生活在其中的人們感到愉悅和舒適。 除了利用氣候、動植物、土壤等生態(tài)環(huán)境因素之外， 城市照明環(huán)境的規(guī)劃和具體照明燈具的設(shè)計是塑造城市視覺景觀環(huán)境過程中的重要一環(huán)。

1 城市照明燈具出現(xiàn)的問題

隨著城市擴(kuò)張的進(jìn)程加快，建筑、人口、交通工具的數(shù)量在不斷增加，群眾的夜間出行活動趨于頻繁，戶外夜間照明的需求在增加，照明的質(zhì)量要求也隨之提高。目前城市燈具的所呈現(xiàn)的問題主要聚焦在照明設(shè)計和造型設(shè)計兩方面。

1.1 燈具照明設(shè)計問題

城市照明燈具的設(shè)計和排布不合理會造成光污染，主要體現(xiàn)在兩個方面：①失能眩光。 失能眩光會讓行人和駕駛員陷入短暫的視覺喪失狀態(tài)， 無法對即時交通情況做出迅速的反應(yīng)，極易造成事故；②干擾光。 光源功率、色溫、顯色性等參數(shù)設(shè)置與燈具布置方位設(shè)計不當(dāng)，可能會造成視覺不適、疲勞等降低視覺可靠度的情況。

干擾光帶來的直接危害雖然不如眩光嚴(yán)重， 但它會長期侵?jǐn)_群眾的夜間生活， 造成夜間活動人員精神緊張程度上升，破壞了夜間城市環(huán)境的生活舒適度。

1.2 燈具造型設(shè)計問題

首先是“拿來主義”嚴(yán)重。 如圖1（a）所示，某些國外和國內(nèi)的設(shè)計方案常常被多個城市拿來照搬和生硬仿制，造成“千城一面”的現(xiàn)象；第二是創(chuàng)作者過于追求個性化和標(biāo)新立異的效果。 某些創(chuàng)作者自身的表達(dá)欲和主觀情感比較強(qiáng)烈，致力于追求獵奇效果，難以使作品讓群眾產(chǎn)生歸屬感與認(rèn)同感。 如圖1（b）所示的夸張的大型立柱燈具指代意義并不明確； 最后是設(shè)計元素的應(yīng)用層次和手段較為膚淺和單一。 近年，燈具造型設(shè)計上對民族文化、傳統(tǒng)文化和歷史文化的探索一直在開展， 但大多設(shè)計依然執(zhí)著于符號與圖形類的直接移植， 設(shè)計元素浮于產(chǎn)品表面。 如圖1（c）所示的佛文化燈具取材手段極其扁平化和直接粗暴。

圖1 在造型設(shè)計或選型上的具有問題的燈具案例

2 城市照明燈具的功能需求

目前在城市燈具的造型設(shè)計上缺乏針對性和系統(tǒng)性的思想指導(dǎo)， 某些城市的燈具呈現(xiàn)出來的景觀效果不盡如人意；某些城市在燈具群的排布設(shè)計上，缺乏科學(xué)性的檢驗和對照明舒適度的考慮， 可能達(dá)不到或者超出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，增加群眾夜間出行的不安全性。要解決這兩種問題，需要構(gòu)建城市燈具設(shè)計的功能需求，進(jìn)而通過具體的需求來提出相對應(yīng)的解決策略。

2.1 亮化需求

（1）保證夜間環(huán)境的照度。 從燈具的定義上來看，它首先要實現(xiàn)城市的亮化，為城市夜間暗部環(huán)境提供光照，壓縮犯罪活動的滋生空間，方便人民群眾夜間生活。這也是照明燈具的核心功能需求。

（2）創(chuàng)造無污染、舒適的視看環(huán)境。 夜間城市的照明質(zhì)量關(guān)系著道路交通的安全水準(zhǔn)。 對于參加夜間戶外活動的行人和駕駛員來說， 照明燈具僅僅提供夜間活動的可辨識度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要考慮如何避免光污染、保障夜間視覺作業(yè)能力與改善行人和駕駛員的視覺舒適度。

2.2 造景需求

要營造出和諧、舒適、宜人的城市生活氛圍，塑造富有人文氣息的城市景觀體系， 那就不能僅靠燈具的基本功能來實現(xiàn)， 還需要思考如何創(chuàng)作具有顯著意義的外在視覺形式，來賦予燈具產(chǎn)品以象征性語義。

塑造照明燈具的景觀感， 首先需要明確城市照明燈具的造景性體現(xiàn)在白晝和黑夜兩個主要方面。

在白天，由于天空日光的存在，燈具基本不需要自身光源運(yùn)作，所以它在白天所呈現(xiàn)的形式就完全由本身的造型、排布形式和所處環(huán)境來綜合表現(xiàn)。 處于白晝的城市燈具更像是作為一個具有雕塑感的城市景觀設(shè)施呈現(xiàn)在公眾面前，其造型美感的優(yōu)劣將主導(dǎo)大眾對其的美學(xué)評價。

在夜晚，在失去了大部分天然光源之后，人工照明將對身處黑夜的城市居民提供主要的光環(huán)境。 在燈具的照明作用下，城市的白晝景觀雖不能被完全展現(xiàn)，但人工制造的光線會為群眾提供感官視覺的同時， 還對城市各類設(shè)施和建筑進(jìn)行不充分的照射， 被映照物體出現(xiàn)了從白天完全的立體狀態(tài)到夜間點、線、面的解構(gòu)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變；在夜間，城市燈具這種具有雕塑感的發(fā)光體，與被映照的物體會共同營造一種渾然一體的光環(huán)境， 實現(xiàn)了跟白晝景觀截然不同的裝飾感和氛圍感。 當(dāng)燈具造型與排布設(shè)計的主題明確且富有針對性和象征性時，還會具有烘托、傳達(dá)城市自身獨(dú)特主題的作用， 與其他城市形象形成差異化的展示，打造自身獨(dú)有的精神文化名片。

2.3 亮化與造景功能兩種需求之間的關(guān)系

在城市照明工程的建設(shè)中，燈具的亮化需求與造景需求是一種相互關(guān)聯(lián)的共生關(guān)系，缺失任何一方都不能構(gòu)成完整的城市燈具設(shè)計要素。

首先，從燈具的發(fā)展歷史來看，燈具亮化環(huán)境是基礎(chǔ)層級的需求。在滿足了低層次的照明需求后，必然會產(chǎn)生更高階的、能夠傳達(dá)城市精神屬性、尊重大眾情感體驗的景觀需求。所以，造景需求本身就是亮化需求的一種延伸和擴(kuò)展。

然后，從理性與感性認(rèn)識的視角來看，城市燈具的景觀性建設(shè)在尋求設(shè)計要素過程中，往往會偏向于感性的設(shè)計表達(dá)。 這種表達(dá)途徑具有發(fā)散性、跳躍性和偶發(fā)性的特點。 維克多·帕帕那克指出：“設(shè)計是為了達(dá)成有意義的秩序而進(jìn)行的有意識而又富有直覺的努力。 ” 這句話中的“秩序”意味著既定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則，“意識”意味著定義、歸納、分類、辨別、剖析等一系列抽象思維活動。 因此，在整個城市照明燈具的功能需求的實現(xiàn)路徑里， 僅靠造景需求來實現(xiàn)情感和人文關(guān)懷是不夠的， 其設(shè)計過程必將受到一定框架內(nèi)的約束。 在體現(xiàn)照明基本功能的硬性數(shù)據(jù)指標(biāo)的支撐下，亮化需求需要保證燈具設(shè)計中最根本的機(jī)能價值的準(zhǔn)確性、規(guī)范性，從而不逾越科學(xué)的邊界。 所以，亮化需求反過來對造景需求的實現(xiàn)過程定義了規(guī)范和底線。

2.4 智能需求

自從智慧城市的概念被提出且通信技術(shù)的取得了一定的進(jìn)展，城市智能燈具的新型功能被接連開發(fā)出來，如圖2、3 所示。 目前的主流智慧燈具一般具有以下功能模塊：基于GPRS/CDMA/Zigbee 的智能照明控制、監(jiān)控攝像、通信 （包括RFID 識別設(shè)備以及通信基站設(shè)備）、 集成傳感、信息發(fā)布、新能源模塊等。

圖2 位于成都市雙流區(qū)的智慧路燈

圖3 國內(nèi)廠商提供的智慧燈桿方案

總之，集成了智能照明控制、信息采集傳輸發(fā)布以及其他物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)的多功能智慧燈具， 將會為人們帶來更多的出行上的便利，并且能夠降低能耗，具有更實際的應(yīng)用價值。

3 滿足城市燈具功能需求的實現(xiàn)策略

在具體解決城市燈具所呈現(xiàn)的問題的實際操作中，滿足燈具亮化和造景需求的重要性是等效的。在實踐中，需要根據(jù)所在城市的具體環(huán)境、政策規(guī)劃、財政預(yù)算情況來具體判斷實際的操作次序。

3.1 基于亮化和造景需求的城市燈具設(shè)計策略

（1）亮化需求分析。 對于選定的城市區(qū)域，首先需要對其光環(huán)境進(jìn)行測量評價來進(jìn)行亮化需求提取， 分析現(xiàn)狀的不足之處。

檢測選定區(qū)域的照明評價指標(biāo)。 對于城市不同的區(qū)域（不同等級的道路、公園綠地等）的照明數(shù)據(jù)指標(biāo)，需要依據(jù)中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來制定。 對于城市道路照明的評價，分為機(jī)動車道、交互區(qū)和人行道及非機(jī)動車道照明三類， 需要在路面面平均亮度或路面平均照度、 路面亮度總均勻度和縱向均勻度或路面照度均勻度、眩光限制、環(huán)境比和誘導(dǎo)性等參數(shù)中選取不同分組作為評價指標(biāo)； 對于城市景觀照明的評價，分為建筑物、步行街、廣場、公園和特殊景觀元素等類別，需要在照度、亮度、顏色、均勻度、對比度、立體感、眩光限制和照明功率密度等參數(shù)中選取不同分組作為評價指標(biāo)。對于光環(huán)境的光度數(shù)據(jù)進(jìn)行測算量化的過程，傳統(tǒng)手工照明測量方法可以按照國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管委會共同發(fā)布的GB/T 5700-2008 《照明測量方法》的指導(dǎo)進(jìn)行照明測量。但傳統(tǒng)的手工公式計算往往在實施成本、 適應(yīng)情況和計算效率上具有諸多局限性。 目前，可以借助各類照明設(shè)計軟件進(jìn)行場景模擬，在導(dǎo)入的照明標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)控下， 適當(dāng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工計算方法，進(jìn)行更高效、精細(xì)的計算。

（2）檢測選定區(qū)域的人眼視覺功效和照明舒適度指標(biāo)。這一部分需要評估其照明效果對夜間活動人員的生理和心理機(jī)能的影響。 對于人眼的夜間視覺功效受到照明燈具的影響情況，一般用小目標(biāo)的可見度、辨認(rèn)的精確度、視覺反應(yīng)時間差的長短以及能夠保持高水平視覺可靠性的時間段等數(shù)據(jù)指標(biāo)來衡量， 這可以評價其在照明情況下的視覺作業(yè)能力； 對于人眼的夜間視覺舒適度的研究方法，帶有比較強(qiáng)烈的主觀色彩，但仍可以將測試對象主觀評分結(jié)合其眨眼頻率（視疲勞指標(biāo)）、閃光融合頻率（視疲勞指標(biāo)）、瞳孔測試數(shù)據(jù)（視敏度指標(biāo)）進(jìn)行綜合評價。

3.2 造景需求分析

對于特定城市區(qū)域，完成亮化需求分析之后，需要參考當(dāng)?shù)爻鞘薪甑目傮w規(guī)劃文件來進(jìn)行景觀需求的判定。 在當(dāng)?shù)卣C布的總體規(guī)劃文件所指定的整體性的規(guī)劃方向上，把握不同區(qū)域所側(cè)重的特征。

（1）區(qū)域景觀形象定位。 依據(jù)選定區(qū)域的環(huán)境條件，如區(qū)域定位、照明等級、道路位置、橫斷面類型、所處區(qū)域、人流量、車流量等，對道路進(jìn)行初步的形象定位，為之后選擇合適的地域特征元素和產(chǎn)品語義與之匹配作準(zhǔn)備。

（2）地域特征元素的選取。 通過確定好的區(qū)域形象，來選取與之匹配的地域特色元素。一般來說，對于偏向現(xiàn)代形象的街區(qū)類型，應(yīng)選取現(xiàn)代性的本土文化元素，或者將傳統(tǒng)特色元素轉(zhuǎn)化為符合現(xiàn)代大眾審美的符號， 使之表現(xiàn)出現(xiàn)代感和科技感；對于偏向傳統(tǒng)特色的街區(qū)類型，需要縮小范圍、精準(zhǔn)選取區(qū)分度大的、唯一的文化符號；對于偏向山水風(fēng)光現(xiàn)的街區(qū)， 需要選取跟山水元素相關(guān)的地域元素特征， 諸如從山間的蜿蜒疊嶂和水流的流動感來進(jìn)行篩選和提煉。

3.3 設(shè)計燈具造型

（1）基于地域化特征進(jìn)行燈具單體造型設(shè)計。 在造景的層面具有生命力的燈具產(chǎn)品， 一定是對受眾施以人文關(guān)懷且使其產(chǎn)生歸屬感和認(rèn)同感。 在之前街區(qū)地域特征元素的選取步驟里， 通過確定區(qū)域形象來匹配地域特色元素， 就是一個獲取具有歸屬和認(rèn)同感的設(shè)計元素的過程。在完成地域化特征元素的采集之后，要從造型、色彩、材料三方面進(jìn)行進(jìn)一步提煉。有以下幾個方面：①排除干擾元素和無用細(xì)節(jié)來保留元素對象的輪廓特征； 分析目標(biāo)對象的結(jié)構(gòu)層級， 抽取具有一定主次關(guān)系和比例關(guān)系的造型元素和設(shè)計符號。 對于地域特征元素中蘊(yùn)藏的色彩語言，可以劃分為自然色（土壤、植物、巖石、水域等）和人工色（民間器具、建筑、服飾等）；②從燈具自身的結(jié)構(gòu)特性入手，諸如底座、燈桿、燈頭、懸臂、支撐架等機(jī)電產(chǎn)品設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)， 使用第一步提取的造型元素去處理這些各功能部分及其交匯連接處的造型和材質(zhì)。

（2）利用燈具群的排布來形成立體感。照明系統(tǒng)的自身組合形式，與城市道路或者其他公共設(shè)施、建筑共同形成一個具有立體感和景觀感的有機(jī)體。 照明系統(tǒng)結(jié)合著透視感強(qiáng)的線性道路系統(tǒng)排列組合會形成動態(tài)的指引感和節(jié)律感，這兩種感受會加強(qiáng)街區(qū)的景觀辨識度。整體照明設(shè)施結(jié)合著建筑或者其他公共場所、 設(shè)施會形成主次關(guān)系清晰、主題特色明確的靜態(tài)空間氛圍。

圖4 井架和以之為藍(lán)本創(chuàng)作的抽象平面作品

城市照明系統(tǒng)和城市環(huán)境系統(tǒng)之間存在著一定的空間幾何關(guān)系，其幾何關(guān)系就主要靠燈具間距、安裝高度、布燈方式等參數(shù)來決定，進(jìn)而影響照明和景觀效果。對于道路照明來說，一般有五種布燈方式：雙側(cè)對稱、中心對稱、單側(cè)布置、雙側(cè)交錯和橫向懸索。 每種布燈方式的安裝高度和間距也不同， 還會根據(jù)燈具的配光種類做出進(jìn)一步的調(diào)整。

3.4 光環(huán)境模擬

使用DIAlux 照明仿真軟件的室外和道路照明模式，導(dǎo)入建立道路和綠地模型，通過設(shè)置光源類型、功率、燈桿間距、發(fā)光點位置等照明參數(shù)，設(shè)置根據(jù)國家照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的（照度值、亮度值、均勻度和眩光值等）的照明參數(shù)，對已設(shè)計的燈具的照明效果進(jìn)行優(yōu)化和校驗。

軟件可以直接測算出該參數(shù)下的照明情況是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，若不符合要求，則可以更改其中的某幾項參數(shù)或者使用軟件自動優(yōu)化的功能， 軟件會自動計算出最優(yōu)解。 最后，根據(jù)模擬的最優(yōu)排列參數(shù)對燈具光源的位置、燈具組合方式、排列方式進(jìn)行調(diào)整，使之符合安全舒適的光環(huán)境需求。

4 基于亮化和造景需求的設(shè)計策略的實例應(yīng)用

此研究以自貢市的亮化改造工程為實際案例， 采用上文討論的設(shè)計策略， 為自貢市長征大道進(jìn)行照明燈具設(shè)。 為之搭配設(shè)計的路燈通過地域化設(shè)計的手段進(jìn)行外觀設(shè)計滿足了造景需求， 同時經(jīng)過光環(huán)境的模擬分析迭代，也滿足光環(huán)境照明標(biāo)準(zhǔn)，滿足亮化需求。 設(shè)計方案已經(jīng)獲得相關(guān)公司的采納和實施。

首先根據(jù)對長征大道的光環(huán)境需求分和形象分析，主照明在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求之外，色彩需要以淺黃色為主，并增加若干具有點綴作用的裝飾性光源，采用穩(wěn)重大氣、現(xiàn)代的、具有鹽文化地域特色的設(shè)計風(fēng)格。

基于鹽文化自貢特色地域文化為靈感來源的設(shè)計方案：“天車歲月”路燈。 其渲染效果如圖5 所示。 燈具以具有金屬感材質(zhì)，路燈造型采用鹽場天車元素，并以幾何體與線條組合為主。

圖5 “天車歲月”路燈渲染效果

圖6 長征大道夜晚燈具效果

最后，使用DIAlux 照明仿真軟件，導(dǎo)入建立道路和綠地模型，通過設(shè)置燈具類型、功率、燈桿間距、發(fā)光點位置等照明參數(shù)， 對已設(shè)計的燈具的照明效果進(jìn)行了優(yōu)化和校驗。 根據(jù)CJJ45-1991 《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和JGJ/T-2008《城市夜景照明設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，最終的燈具光源參數(shù)和布置方案達(dá)到了道路的照明要求。

5 結(jié)束語

本文論述了城市燈具設(shè)計的兩大功能需求——基礎(chǔ)功能和造景需求，并進(jìn)一步提出了一套城市照明燈具設(shè)計的策略，并經(jīng)過了自貢亮化工程案例的設(shè)計實踐的檢驗。

在道路照明燈具的設(shè)計過程中， 在理性與感性因素的作用下， 通過一定的設(shè)計策略將各種設(shè)計要素進(jìn)行合理的調(diào)配和運(yùn)用，滿足亮化和造景兩重功能屬性，使產(chǎn)出方案作為城市公共設(shè)施有效地幫助構(gòu)建城市燈光環(huán)境，兼具合理性與美感，體現(xiàn)出當(dāng)?shù)爻鞘辛粱坝^的特色，保證社會、經(jīng)濟(jì)與文化效益。