室內(nèi)光環(huán)境評價方法及光環(huán)境對人體的影響探討

孔繁旭， 徐 立， 王艷偉， 丁志康， 何嘯宇， 沈永強， 張 震， 孫龍祥， 晁 久

(久盛地板有限公司，浙江 湖州 313009)

隨著生活水平提升、人們對居室環(huán)境質(zhì)量要求的提高，綠色家居逐漸成為一種新型理念，而健康環(huán)保是其最為重要的前提。這要求家居設計應“以人為本”，更加注重受眾者對于舒適度的需求。從家居設計角度著眼于室內(nèi)飾品、燈具、綠化等，與室內(nèi)裝飾色彩、光環(huán)境等方面有機結(jié)合、協(xié)調(diào)匹配，構建和諧舒適、健康美觀的室內(nèi)空間環(huán)境，從而產(chǎn)生美好心理感受。伴隨著科技發(fā)展，室內(nèi)光、聲、熱、空氣等各方面品質(zhì)改善受到更多關注[1-3]。

1 室內(nèi)光環(huán)境研究評價的必要性

室內(nèi)環(huán)境影響人們工作和生活，在安全性、舒適度、工作效率等方面有重要影響[4]。光作為室內(nèi)環(huán)境的重要組成部分，是構成空間的重要要素，它的功能多元，可擴展空間、限定空間和改變空間。照明系統(tǒng)中利用光屬性還具備特定情感表達功能[5，6]，在人們感知環(huán)境、獲取信息的同時，視覺可占80%，消耗人體25%能量，人體通過視覺對外界刺激形成明暗、形態(tài)、動態(tài)、遠近等視覺和知覺信息而產(chǎn)生反應[7]。同時，光環(huán)境質(zhì)量與人體視覺器官、舒適度密切相關[8，9]，照度、色溫、亮度及其分布等，都會對人生理和心理產(chǎn)生一定的影響，這些影響通過相互交叉而共同決定人體對于當前環(huán)境的舒適度感知。此外，照度和色溫也同樣影響人們觀察物體形狀和顏色，選擇合適光源色溫，保證良好視覺效果[10，11]，光環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良有助于減少視疲勞，提高人們生活品質(zhì)、工作效率。相對室內(nèi)有害物質(zhì)污染會對人體健康產(chǎn)生影響，室內(nèi)不良光環(huán)境帶來的光污染(過量的光輻射)對生活環(huán)境及健康造成不良影響很少受到關注[12]。光環(huán)境評價方法眾多，但如何評價室內(nèi)光污染程度，及其對人體健康影響的研究偏少。

基于以上，本文針對現(xiàn)有文獻中光環(huán)境質(zhì)量評價方法、重要參數(shù)對人體生理心理健康、工作效率、室內(nèi)光污染的來源及其防治途徑等方面進行探討。尤其，針對室內(nèi)地面裝修材料，以不同光澤度漆面的地板(啞光、高光)作為例子，對裝飾材料的選擇提出建議，為實現(xiàn)健康舒適的室內(nèi)人居環(huán)境設計提供參考。

2 室內(nèi)光環(huán)境評價指標及方法

光環(huán)境評價流程基本思考為：若定量考察光環(huán)境對人體影響程度，需先定義光環(huán)境量化指標，同時也要考慮人在光環(huán)境下的主觀感受及與光環(huán)境有密切關系的人體健康指標；最終，通過一定的評價體系綜合分析這些指標，獲得全面有效的評價結(jié)果。目前，光環(huán)境主流評價方法分為客觀評價、主觀評價及二者相結(jié)合的評價方法。

客觀評價方法是利用檢測手段對室內(nèi)光環(huán)境的構成因子定量檢測，采用照度、色溫、眩光、顯色性、亮度比等指標來表征室內(nèi)光環(huán)境品質(zhì)水平，該評價方法有明確物理意義。光環(huán)境最常用的客觀評價指標是照度和色溫。葉海在對室內(nèi)環(huán)境評價綜合指標研究中，提到國際照明委員會CIE給出了歐洲關于室內(nèi)照明光環(huán)境下工作人員對各種照度的不滿意程度的“照度-不滿意百分比(PDL)”關系曲線，給出了PDL若≤35%的設計參考時照度范圍約1 500～3 000 lx。即將客觀評價指標“照度”與主觀評價指標“不滿意度”，擬合成相關關系(圖1)，進而得到可參考的室內(nèi)光環(huán)境舒適照度[11]。

圖1 照度與PDL的關系曲線

但是，只利用照度、亮度等量化指標，不能完全反映人們對光環(huán)境舒適愉悅度的感受，所以還需依賴主觀評價方法，從而得到更合理化的指標，基于模糊數(shù)學、AHP(層次分析)等方法，構建光環(huán)境綜合評價模型。主觀評價方法依靠光環(huán)境中人自我感覺來評價，最直接可靠，易于理解，但因為不同人感受具有差異性，所以量化相對復雜?？烧{(diào)查數(shù)據(jù)足夠多時，評價總會形成客觀存在、確切的分布規(guī)律，不能因為其主觀性而否認其必要性和客觀性[9]?，F(xiàn)有研究中，主觀評價指標很少單獨作為評價光環(huán)境的指標，如Ays E D將愉悅感等主觀評價指標和照度等客觀評價指標相結(jié)合得出綜合評價結(jié)果[13]。

主、客觀評價相結(jié)合是相對合理的室內(nèi)(光)環(huán)境品質(zhì)評價方法，把握兩者間的關系，有利于充分全面評價室內(nèi)(光)環(huán)境品質(zhì)。比如，可采用以主觀評價值為因變量，以實測指標值為自變量，建立以實測指標表現(xiàn)主觀評價值的預測模型，以在主客觀評價之間建立明確的數(shù)量關系。Gariuccis等較全面分析了建筑室內(nèi)光環(huán)境及其舒適度的科研成果，總結(jié)歸納了室內(nèi)光環(huán)境評價指標及其描述方式，具有較高參考價值[14]。

目前，已有相關室內(nèi)光環(huán)境國家標準出臺，定義了諸多光環(huán)境主客觀評價指標，如黃璐等采用《GB 50034-2013 建筑照明設計標準》、《GB/T 12454-2008 視覺環(huán)境評價方法》兩個標準評價地鐵光環(huán)境[15]。此外，還有《GB 50033-2013 建筑采光設計標準》，是建筑上關于自然采光方面的標準，光環(huán)境質(zhì)量定量和非定量評價過程復雜，涉及因素多，相關專家學者在此方面做了一定研究，劉蓓等[16]在室外光環(huán)境評價中提及光環(huán)境影響因素包括道路照明、景觀照明、裝飾照明、照明設計理念、燈具光源選擇及后期維護等，并且這些因素還包括一些子因素。由于光環(huán)境評價本身即存在模糊性和多指標性的特點，因此其利用層次分析法，借助模糊數(shù)學理論，建立評價體系。結(jié)果表明該評價體系在提高居住區(qū)照明度同時，還能很好控制光污染。雖然研究對象為室外光環(huán)境，但是在研究室內(nèi)家居光環(huán)境時，其研究模式有較高參考價值。光環(huán)境評價體系應用步驟描述清晰，可為室內(nèi)家居光環(huán)境體系建立提供參考。張軍等也利用模糊數(shù)學方法評價公共建筑場所下光環(huán)境質(zhì)量，將公共建筑的普通辦公室作為典型場景進行分析。選取影響建筑光環(huán)境的4個指標：標準照度值、標準眩光值、照度均勻度和顯色指數(shù)，組成評價因素集，并采用多元統(tǒng)計方法對評價因素進行分析，在此基礎上利用模糊數(shù)學建立公共建筑光環(huán)境綜合評價模型。最終驗證了該綜合評價方法的有效性。張璐等針對城市地鐵光環(huán)境評價問題，利用層次分析法和問卷調(diào)查確定層級評價權重，通過模糊數(shù)學方法建立地鐵光環(huán)境二級模糊綜合評價模型，并結(jié)合實例驗證該綜合評價方法的可行性，結(jié)果顯示，該方法可操作性強、適用性好。肖輝乾、張耀根、陳仲林及王建華等也應用該方法評價光環(huán)境質(zhì)量[17-22]。馬申等對光源不同色溫、照度水平及照明方式下人體疲勞度及對光舒適度評價研究中，利用主觀光舒適問卷調(diào)查、客觀閱讀勾銷實驗、閃光臨界頻率值等綜合評價指標，采用因子分析法進行分析，綜合評價光環(huán)境并給出得分排名。其中指出，因子分析法可最大限度地綜合反映原始變量真實信息，通過降維提取數(shù)據(jù)信息并對數(shù)據(jù)進行簡化[23]。此外，還有灰色系統(tǒng)評價法、DEA(數(shù)據(jù)包絡分析法)、ANN(人工神經(jīng)網(wǎng)絡)法等，評價方法趨向復雜化、數(shù)學化、多學科化?？梢?，將客觀評價及主觀評價指標結(jié)合，建立相關綜合評價方法與模型，是全面評價光環(huán)境的重點途徑。

此外，室內(nèi)光環(huán)境變化給人體主觀感受同時也會產(chǎn)生生理反應。通過測定其緊密相關的人體生理參數(shù)如心率、血壓、閃光融合頻率、視覺誘發(fā)電位等，可客觀解明人主觀感受，是評價光環(huán)境影響人體生理、心理健康的重要參考。進一步地，將其控制在人體舒適的范圍內(nèi)，可增加環(huán)境滿意度、使人員心情愉快、提高工作效率等。如照度、背景色彩對心率影響較大[24]；照度升高，會使人體收縮壓穩(wěn)步上升，較差光環(huán)境帶來焦慮感也會讓血壓升高[25]；閃光融合頻率表征人表征人體疲勞。其值越高，代表人可以觀察到更高頻率的閃爍光電，人體疲勞感小。照度過高，加劇緊繃感，其值變小，表示人較疲勞；視覺誘發(fā)電位則是表征視覺疲勞。

測算光環(huán)境主客觀指標，結(jié)合人體客觀生理反應指標變化，通過多種綜合評價方法，可更全面研究光環(huán)境對人體影響。

3 室內(nèi)光環(huán)境對人體影響

人們生活中，人眼對外界光環(huán)境有很強的敏感度，可明顯感知的光環(huán)境參數(shù)包括：眩光、光的方向性、照度、亮度、色溫等，這些在視覺效果變化方面主要表現(xiàn)在短時間的辨認、視覺疲勞度、心理滿意度等三方面。視覺疲勞度是光環(huán)境損害人體健康的最直接感受。

當今社會近視人數(shù)眾多，鄒愛琪等從眼球屈光發(fā)育異常帶來近視人數(shù)明顯增加的現(xiàn)狀出發(fā)，借鑒以往研究中人眼適應光環(huán)境時會對光波長、強度、頻率等屬性產(chǎn)生和諧與否的依賴性研究，綜述了光環(huán)境影響眼球屈光發(fā)育的過程因素及作用機理，認為充足的戶外高強度自然光照射及接近自然光全光譜的光環(huán)境、減少使用高頻閃光電子產(chǎn)品等是緩解眼球屈光發(fā)育狀態(tài)發(fā)展的有效措施。這從本質(zhì)上說明了光環(huán)境對人視覺系統(tǒng)發(fā)育的重要性[26]。在光環(huán)境對視覺健康舒適度的影響方面，陳少藩從人眼功能、視網(wǎng)膜細胞、腦力認知負荷三個角度入手，為后期科學研制光環(huán)境對視覺健康舒適度評價標準機制提供重要依據(jù)。其中，介紹了視覺健康舒適度(VICO指數(shù))的量化分級方法(表1)，根據(jù)客觀視覺指標參數(shù)、主觀健康舒適度間構建了人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，也可為具體情況下的光環(huán)境對人主客觀影響量度方法提供參考[27]。

表1 視覺健康舒適度(VICO指數(shù))量化分級

光是人類賴以生存的必須條件，人類在進化過程中形成了許多適應光環(huán)境的機制，生理和心理都會受到光環(huán)境的顯著影響。光對人的生理作用主要通過神經(jīng)系統(tǒng)影響生理功能，例如生物節(jié)律、免疫力等。光也能直接影響人的心理，不同的光源、照度、色溫對人的心理影響不同。

王偉等從生理(褪黑素分泌、視覺、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、生物節(jié)律)、心理(影響途徑、情緒等)角度對光環(huán)境對人體健康影響做出了總結(jié)，而且綜述了特殊環(huán)境(航天航海)的幽閉空間光環(huán)境現(xiàn)狀，并對其環(huán)境設計給出了一定建議，而且認為情緒與生理關系較密切，受光照影響較大[28]。Shimomura等研究色溫對人腦力工作時喚醒水平影響發(fā)現(xiàn)，光源色溫較高使人大腦興奮性和活性提高[29]。石路等也發(fā)現(xiàn)高色溫可提高人注意力水平，改善喚醒和警覺水平，提高大腦信息處理能力，帶來有利于腦力負荷要求較高的任務場景，但可能會引起疲勞，長時間會影響睡眠[30]。Cajochen等研究表明，警覺性的反應與光照對于褪黑素的抑制程度呈正相關[31]。

I.T.Kim等設計CQAT工具計算、評價室內(nèi)光環(huán)境色彩質(zhì)量，考慮色溫、光譜功率、光通量、室內(nèi)裝飾環(huán)境及人對光環(huán)境感知等，綜合分析光環(huán)境對人生理和心理的影響[32]。張顏梅等結(jié)合認知心理學和生理學知識，分析室內(nèi)照度對人員工作效率影響機制。設計50 lx、100 lx、300 lx、500 lx、800 lx的五個照度實驗工況，根據(jù)工作效率評價方法和模型，設計認知能力測試項目，采集被試者生理指標，結(jié)合主觀評價，從而分析不同照度對人工作效率影響。楊公俠等認為色溫與照度相關性較小，提出針對不舒適眩光的四種評價方法，得出主觀評價與UGR相關性最高的結(jié)論[24]。陳少藩概括了人對不同光環(huán)境產(chǎn)生反應：出現(xiàn)主觀感覺、生理變化、工作效率變化，該過程包含主觀感知、生理反應和信息認知加工三個方面，因此評判光環(huán)境對人體影響可從上述三方面入手。

光是人類觀察和認知世界所必不可少的。光不僅提供了視覺信息，同時也參與調(diào)和人體很多生化反應，最重要的是對人體生物節(jié)律的調(diào)節(jié)，包括晝夜節(jié)律、激素分泌和警覺程度等，即所謂人體非視覺生物效應[33]。在非視覺作用方面，汝濤濤等對于環(huán)境光照對個體生理心理功能的非視覺作用結(jié)果研究現(xiàn)狀做出了全面的研究歸納，分別從光學參數(shù)、光照模式、時間因素、個體差異及任務特征等方面對環(huán)境光照的認知工效分類概括，并展望了未來環(huán)境光視覺作用的重點研究方向和研究內(nèi)容[34]。

4 室內(nèi)光污染及其防治措施

光污染，從廣義上來講，不利于人體生理和心理健康的光環(huán)境即是光污染[35]，是照明產(chǎn)生過量光輻射如可見光、紅外線、紫外線等，容易對人、物、環(huán)境造成干擾或負面影響的總稱。室內(nèi)眩光是光污染的主要表現(xiàn)形式，眩光感覺主要與光源面積、亮度、光線與視線的夾角(即仰角)、距離及周圍背景的亮度等因素有關。國際照明委員會(CIE)定義眩光指數(shù)CGI，以評價室內(nèi)眩光所帶來的光污染指數(shù)(表2)。紀振提出了針對室內(nèi)眩光光污染具體防治措施，在光污染防治標準制定、室內(nèi)光源選擇及布置、室內(nèi)裝飾材料選用等方面，具有較高的可行性[36]。

表2 眩光指數(shù)與不舒適眩光感受的關系

針對室外光污染方面，征汶依據(jù)《GB/T 38439-2019 室外照明干擾光測量規(guī)范》，主要介紹了自主研發(fā)的光污染檢測系統(tǒng)的測量原理、測量方法，為有效控制和消除光污染提供了一定的技術設備支撐[37]。陳思禮對光污染的成因、危害產(chǎn)生的機制和防治光污染的原則進行探討，涉及的室內(nèi)光污染主要包括：城市大面積玻璃幕墻光線強烈反射到室內(nèi)；室內(nèi)裝飾裝修材料的使用不當，如墻壁顏色太亮、地板或家具漆面光澤度過高產(chǎn)生鏡面反光造成視覺不適；室內(nèi)燈、電視、電腦用光過強，如燈具忽視合理采光需要，五顏六色，易干擾大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)，手機、電腦顯示器產(chǎn)生的光線直接射入人眼，具有短波藍光、長時間注視會對視網(wǎng)膜造成永久損傷；圖書、紙張、色彩以及印刷質(zhì)量帶來的眩光等[38]。汝濤濤等對環(huán)境光照心理認知功效的潛在作用機制歸納中，提到了褪黑素抑制假說、腦區(qū)激活假說以及生理喚醒假說，是認識和解釋環(huán)境光照與生理心理功能的內(nèi)在關系的重要理論基礎，或可從機理機制方面環(huán)境反應光污染與人體生理心理狀態(tài)關系密切，如室內(nèi)夜間亮光或即使照度較低的短波長藍光均能顯著抑制褪黑素的分泌消除人體睡意，提升機體警覺性。

室內(nèi)裝飾材料的合理選用是防治室內(nèi)光污染的主要途徑，可有效避免眩光。因此，在保證室內(nèi)合適照度的前提下，盡量避免使用亮光地板、釉面磚墻、磨光大理石地面等裝飾材料，這些反射系數(shù)較大的裝飾材料回導致強烈反射光，宜選用具有漫反射裝飾材料，提升空間質(zhì)感同時不會將強光反射到空間中，從而減輕室內(nèi)眩光污染，并以木色、米黃色、灰色調(diào)的墻體代替鮮艷的墻體或者白墻，使室內(nèi)空間看起來整潔的同時不會因為顏色過于刺眼而損傷人的視力[39]。通常室內(nèi)裝修普遍選取地板或瓷磚作為地面裝飾材料。地板相對于瓷磚具有健康環(huán)保、彰顯檔次、保溫隔熱、冬暖夏涼、調(diào)節(jié)溫濕、隔音降噪、腳感舒適等優(yōu)勢。如果選用瓷磚作為鋪裝材料，建議選用表面有凹凸及半凹凸效果的微光干粒瓷磚，這種瓷磚產(chǎn)品擁有良好防污性能、耐磨和防滑性，并且具有柔和的微光效果[40]，如果選用地板作為裝飾材料，建議選用漆面光澤度較低的微光漆面地板，當日光或強烈的燈光照射在地面上時，不會產(chǎn)生強烈的鏡面反射。

為了研究地板表面光澤度與人眼舒適度的影響，筆者采用不同表面涂裝工藝，制作出了(3個材種，5種光澤度)不同表面光澤度地板，依據(jù)標準《GB/T 9754-2007 色漆和清漆 不含金屬顏料的色漆漆膜的20°、60°、85°鏡面光澤的測定》(按入射光束的軸線對受試表面的法線成60° ± 0.1°)測定地板表面光澤度，得到具有表面光澤度小于5°、5°～10°、10°～15°、15°～20°、20°～25°的多塊樣品，在標準光源的光照環(huán)境下進行觀察對比。如圖2所示，相同底色地板樣品，高于光澤度10°條件下，均有明顯反射光斑，如果室內(nèi)大面積鋪裝就易產(chǎn)生刺眼眩光，造成光污染，因此研究開發(fā)低光澤度地板，營造健康舒適光環(huán)境，是木質(zhì)地板領域發(fā)展的必然趨勢。

圖2 相同光照條件不同光澤度地板產(chǎn)品效果

5 結(jié)束語

室內(nèi)光環(huán)境關系著人基本的生理和心理健康需要。近年來，相對室內(nèi)裝修方面產(chǎn)生的其他有害物質(zhì)污染，由室內(nèi)不良光環(huán)境、特別是室內(nèi)裝修所帶來的光污染受到的關注較少?，F(xiàn)階段，光照評價方法屢見不鮮，但在室內(nèi)家居光環(huán)境改善方面的具體應用仍沒有受到足夠重視，且光環(huán)境對人體影響的研究還需完善。

對于室內(nèi)家居光環(huán)境改善，有必要在以下方面展開研究：(1)室內(nèi)家居光環(huán)境評價方法，規(guī)定光環(huán)境標準的客觀與主觀檢測指標，結(jié)合模糊數(shù)學、灰色理論、層次分析法等評價方法，形成統(tǒng)一評價體系，可對不同光環(huán)境進行對比分析，必要時可開發(fā)移動端檢測、分析軟件，方便快捷應用至具體室內(nèi)家居場景；(2)光環(huán)境對人體影響方面，從生理、心理、工作效率、認知等構建其完善的作用機制；(3)著重設計室內(nèi)家居光環(huán)境以避免產(chǎn)生光污染，重視研究裝飾材料光澤、顏色對光環(huán)境作用效果及其與室內(nèi)自然光、人工照明環(huán)境的影響關系，營造室內(nèi)家居綠色舒適光環(huán)境效果；研究開發(fā)低光或微光漆面涂飾的地面裝飾材料(地板、瓷磚等)降低室內(nèi)光污染，以適應市場需求，營造更為健康舒適的人居環(huán)境，為提高生活品質(zhì)做出積極貢獻。