基于Depthmap空間句法的重慶市大學(xué)城中央公園夜間照明探究

劉 煒，張立雪，劉竺佳

（四川美術(shù)學(xué)院 建筑與環(huán)境藝術(shù)學(xué)院，重慶 401331）

夜景照明中某一區(qū)域的照明設(shè)計(jì)效果與實(shí)際照明運(yùn)行方式以及行人需求特征存在一定的相關(guān)性，也就是設(shè)計(jì)師——照明管理部門——照明使用者三者對照明需求理解的一致性。合理的照明設(shè)計(jì)方案能夠最大程度地達(dá)到以上三者的統(tǒng)一。這需要設(shè)計(jì)師在項(xiàng)目建成的一段時(shí)間內(nèi)走入場景中，通過調(diào)研，了解照明管理部門的運(yùn)行與維護(hù)思路，同時(shí)也要了解行人對照明的需求特征，從而優(yōu)化夜景照明的設(shè)計(jì)策略。通常，照明設(shè)計(jì)工作由照明設(shè)計(jì)階段和電氣工程設(shè)計(jì)階段配合完成，照明設(shè)計(jì)階段需對某一區(qū)域的各種照明場景進(jìn)行深入設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行電氣工程設(shè)計(jì)階段的控制設(shè)計(jì)。需要兩個(gè)專業(yè)工種的反復(fù)溝通與協(xié)調(diào)，以達(dá)到照明場景、場景控制方式滿足實(shí)際需求和靈活控制的要求。照明設(shè)計(jì)工作還需了解照明管理部門的運(yùn)行要求。通常管理部門會從節(jié)能、降低運(yùn)行費(fèi)用的角度思考，對原有照明場景控制種類及控制回路進(jìn)行優(yōu)化，一些較高耗能的場景存在棄之不用的可能性，同時(shí)，管理部門也較為關(guān)心照明運(yùn)行的維護(hù)。對于照明的使用人群，他們首先關(guān)注的是功能性照明場景的安全性和照度的合理性，其次是裝飾性照明場景的藝術(shù)性，因而功能性照明應(yīng)合理分級、分時(shí)段控制，以滿足行人對照明場景的不同需求，而裝飾性照明也應(yīng)按節(jié)假日、雙休日、日常的需求特征分成不同場景加以靈活控制。

2 Depthmap空間句法在照明場景中的運(yùn)用

所謂Depth，就是一個(gè)步驟，即一個(gè)拓?fù)渖疃?，空間句法的研究方法在數(shù)學(xué)上運(yùn)用了拓?fù)鋵W(xué)表達(dá)[1]，空間句法理論是研究城市空間的一種語言，包括對建筑內(nèi)部空間與外部公共空間的研究。運(yùn)用于城市照明領(lǐng)域其基本思想亦包括三個(gè)方面：照明空間本身受制于幾何法則，因而有其自身的幾何規(guī)律；行人會運(yùn)用空間規(guī)律去開展夜間活動行為，如，在某一空間的行為活動與周邊空間的聯(lián)系，并會運(yùn)用空間關(guān)系，達(dá)到商業(yè)需求、活動需求、交往需求的目的；照明空間本身的幾何法則會限制人們運(yùn)用空間規(guī)律的方式，空間的組合方式是有限的，如何高效組織照明空間是空間句法研究的范疇?？臻g句法理論主要根據(jù)路徑線性空間的選擇度、整合度，或開敞空間的可達(dá)性、可視性等空間自身的特征，分析行人在空間中的行走路線和行走集聚點(diǎn)。Depthmap是基于空間句法的分析軟件，對研究空間句法中人的行為模式有一定的輔助作用，可用于分析照明場景中人群活動的規(guī)律。

3 重慶市大學(xué)城中央公園人員活動與照明現(xiàn)狀分析

通過對重慶市大學(xué)城中央公園夜景照明實(shí)際使用狀況的調(diào)研分析，總結(jié)出以下幾方面的原因：

3.1 晚間人群行為活動的構(gòu)成

調(diào)研團(tuán)隊(duì)分別于三月上旬的周三、周四、周六、周日的19:00 —21:30 時(shí)段對公園人群進(jìn)行調(diào)研，人群數(shù)量不僅取決于工作日與雙休日的差別，還取決于氣候和天氣狀況的影響因素，如春夏交替的晴好天氣公園活動的人群數(shù)量相對較多，一年四季人們的作息時(shí)間存在差異，晚間開始照明的時(shí)間也存在差異。總體看，活動人流量主要集中在19:00 —20:30時(shí)段，20:30后公園人流量陸續(xù)減少，21:30后則較為稀少，根據(jù)調(diào)研，總結(jié)出不同區(qū)域人群活動特點(diǎn)（見表1）。

表1 采樣時(shí)間段人群集聚點(diǎn)分布

從公園人群來源分析，晚間以附近居民休閑活動為主，正常人每分鐘步行速度大約是1 m/s，步距約0.6～0.75 m，頻率約1.5 步/s，以5 min、10 min生活圈為例，5 min約為270～337.5 m，10 min 540～675 m，因此沿公園周邊700 m范圍內(nèi)的居住區(qū)、學(xué)校等場所是構(gòu)成公園人群的主要來源（見圖1）。使用Depthmap軟件模擬前首先需要使用CAD軟件把公園各類空間、路徑轉(zhuǎn)化為Depthmap能夠識別的圖形，并結(jié)合表1進(jìn)行空間人群集聚性分析，得到圖2形態(tài)。

圖1 重慶大學(xué)城中央公園平面

圖2 運(yùn)用CAD轉(zhuǎn)化為Depthmap可識別圖形的采樣階段入口人流統(tǒng)計(jì)圖

公園人群活動是一個(gè)動態(tài)過程，對某一空間節(jié)點(diǎn)的人流時(shí)段統(tǒng)計(jì)以人次計(jì)量較為恰當(dāng)。晚間公園人群活動主要集中在中心廣場和健康環(huán)道兩處，中心廣場主要為休閑、靜坐、聊天、陪兒童玩耍、跳廣場舞等活動，健康環(huán)道以散步、慢跑、遛狗、借道通行為主。園區(qū)內(nèi)的小空間節(jié)點(diǎn)、分支小路雖然較多，且較為分散，這些區(qū)域照明狀況不佳，甚至未開啟照明，但這類空間人員停留相對較少。

3.2 人群活動的定向性與隨意性分析

經(jīng)調(diào)研，部分人群行為活動地點(diǎn)、人員構(gòu)成相對較為固定，這類人群進(jìn)入公園后徑直到達(dá)各自喜好的區(qū)域，如中心廣場跳舞區(qū)域多為中老年婦女，還包括親子游玩、唱歌、休閑等群體。該區(qū)域由4組高桿低壓鈉燈提供照明，照度區(qū)間為1.8～24 lx，整體照度適中，光源顯色指數(shù)為27.1，顯色性較差（見圖3），中心廣場上側(cè)的小廣場空間長期固定為交誼舞活動場所，多為中老年人，此處地面照度值為1.2～8 lx，整體照度偏低。健康環(huán)道多為中青年群體，主要以散步、慢跑、遛狗為主，整體照度為0.5～3.6 lx，光源顯色指數(shù)為77.6，顯色性相對較好，部分小節(jié)點(diǎn)空間主要以老年人停留為主，這些區(qū)域無專門的照明光源，周邊燈光透過來的照度值不足1.5 lx,且無燈光形成的空間歸屬感。還有一些節(jié)點(diǎn)是情侶獨(dú)處的場所，這類空間無照明或缺少趣味性照明。有一部分人群進(jìn)入公園存在一定的隨機(jī)性，在公園內(nèi)活動并無明顯的目的性，以自由散步為主，但活動行為具有一定的趨光性。

圖3 中心廣場照度及光源顯色指數(shù)

4 基于Depthmap行人模擬的照明優(yōu)化策略

4.1 基于景觀空間整合度的人流與照度分析

整合度( integration )是指空間系統(tǒng)中某一元素與其他元素之間的集聚或離散程度，是衡量一個(gè)空間作為目標(biāo)點(diǎn)吸引人群到達(dá)該空間的交通能力。首先把大學(xué)城中央公園的入口、中心廣場、休閑節(jié)點(diǎn)、健康環(huán)道、步行小路等景觀空間轉(zhuǎn)化成Depthmap能夠識別的空間幾何形態(tài)，并用連線的形式表達(dá)彼此之間的交通聯(lián)系關(guān)系，經(jīng)過計(jì)算，得到部分景觀空間的整合度數(shù)值，某一空間的整合度數(shù)值越高，說明其中心性越強(qiáng)，與周邊空間聯(lián)系性越強(qiáng)，越容易形成人流集中區(qū)（見圖4），圖4的中心廣場整合度值最高（1.826 033），表明其是人流集聚密集的場所，廣場夜間照度值為1.8～24 lx，與人流密集度較為匹配。公園步道中以健康環(huán)道整合度為最高（1.272 690～1.518 028），也是夜晚散步、慢跑的人流量相對較集中的場所，整體照度為0.5～3.6 lx，但照度均勻度不佳，通過對16名行人的現(xiàn)場調(diào)查，對該區(qū)域照度滿意的人約為75%。有幾個(gè)休閑節(jié)點(diǎn)空間整合度數(shù)值相對較高（1.259 963～1.285 676），但無照明裝置，照度值僅為0.3～1.8 lx。

圖4 公園部分空間整合度值

4.2 基于Depthmap定向型人群模擬的照明設(shè)計(jì)策略思考

公園內(nèi)步行路徑分支較多，但由于夜間活動人群的心理及安全因素影響，部分小路幾乎很少有人通行，其中一部分有開啟照明裝置，另一部分則無任何照明。夜間在公園活動的人群中相當(dāng)一部分屬于常態(tài)化和定向型群體，如在中心廣場跳舞的人群、健康環(huán)道散步或慢跑的人群，這類群體的構(gòu)成及活動區(qū)域較為固定，步行路線單一，晚間通常在固定時(shí)刻從周邊不同的居住區(qū)域進(jìn)入公園就近的入口并徑直步入相應(yīng)場所，因而夜晚的步行路線盡可能通過照明路徑和合理照度值的引導(dǎo)促使行人簡化對路徑的選擇?；贒epthmap的模擬可保留選擇度數(shù)值高的路徑施以重點(diǎn)照明，以達(dá)到引導(dǎo)行人的目的，同時(shí)也有助于照明節(jié)能，選擇度( choice )是指空間系統(tǒng)中某一元素作為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間最短拓?fù)渚嚯x的選擇頻率，選擇度越高其空間的通過性越高。由圖5可知，中心廣場、健康環(huán)道的選擇度值較高，表明其通過性較高。人流分布也可通過Depthmap三維人流模擬分析確定照明道路選擇的合理性（圖6、圖7）。

圖5 部分空間的選擇度值

圖6 健康步道定向人群15 min模擬分布

圖7 中心廣場定向人群15 min模擬分布

4.3 基于Depthmap隨機(jī)型人群模擬的照明設(shè)計(jì)策略思考

隨機(jī)型人群進(jìn)入公園的活動軌跡并無明顯的目標(biāo)性，人群構(gòu)成主要以散步、休閑為主（見圖8）。經(jīng)調(diào)查公園的照明分布對這類人群有一定的引導(dǎo)作用，活動人群多分布在有照明的廣場、節(jié)點(diǎn)空間、步行路徑，但也有少量人流借助周邊的環(huán)境光在無照明的小路、節(jié)點(diǎn)空間活動，其中有相當(dāng)一部分是喜好安靜、獨(dú)處的情侶。因而適當(dāng)增加節(jié)點(diǎn)空間的照明，為一些具有私密空間屬性的場所提供基本照度值是有必要的，但不意味著要對所有步行路徑、空間節(jié)點(diǎn)提供照明，可選擇性地為部分這類空間增設(shè)照明，以滿足喜好私密空間群體的照明需求。這類空間的照度值應(yīng)低于人流量較大區(qū)域的照度值，可選擇草坪燈類的照明形式，也可在特定區(qū)域增設(shè)間接照明，以減少對私密空間人群的打擾。

圖8 人群隨機(jī)活動軌跡15 min模擬分布

4.4 基于Depthmap非高峰期照明時(shí)段的智能型照明優(yōu)化策略

公園在某些特定條件下活動人群對照明的需求度會下降，不同季節(jié)、不同氣候特點(diǎn)、不同天氣狀況人群活動規(guī)律存在一定的差異。公園夜間照明如果在設(shè)計(jì)階段充分考慮這些因素，將在一定程度上減少不必要的照明能耗，有利于節(jié)能減排。應(yīng)引入智能照明系統(tǒng)，分時(shí)段、分情景對照明設(shè)施進(jìn)行控制[2]，設(shè)計(jì)階段通過智能型照明設(shè)計(jì)為日后的日常照明調(diào)整提供靈活調(diào)節(jié)的控制方法。公園照明管理方可根據(jù)一定時(shí)段人群流量的調(diào)研做出照明的智能控制策略，比如，調(diào)研中發(fā)現(xiàn)在春夏交際或夏初階段，公園人群活動高峰期為19:00—20:30時(shí)段，20:30后人流量陸續(xù)減少，21:30后人員變得稀少，照明開啟方式也應(yīng)適應(yīng)人群活動規(guī)律在不同時(shí)段有所增減，21:30后只保留中心廣場、健康環(huán)道基本照明，適當(dāng)減少照明裝置的開啟數(shù)量，并隨時(shí)間的推移進(jìn)一步減少照明場景數(shù)量，直到最后僅保留最基本的功能性照明需求，晚間下雨時(shí)可適當(dāng)縮減照明的數(shù)量以適應(yīng)較少人流量的需求（見圖9）。

圖9 人流非高峰時(shí)段適度減少照明數(shù)量

5 結(jié)論

通過Depthmap模擬，可以預(yù)測重要空間、重要路徑的整合度及選擇度，整合度高表明其與周邊路徑與空間的可達(dá)性程度高，該空間中心性越強(qiáng)，越容易集聚人流，通過分析整合度數(shù)值，可以判斷該空間或路徑的重要性。這些空間應(yīng)作為照明設(shè)計(jì)的重點(diǎn)區(qū)域，選擇度越高其空間的通過性越高。這些模擬數(shù)值可為照明設(shè)計(jì)提供優(yōu)化控制策略的依據(jù)。同時(shí)，通過Depthmap模擬合理安排晚間高峰時(shí)段與非高峰時(shí)段照明裝置的開啟數(shù)量，在滿足照明需求的前提下有利于達(dá)到降低照明能耗、實(shí)現(xiàn)綠色照明的目的。