步行空間適老化照明研究進(jìn)展

張立誠(chéng)，嚴(yán)永紅

(1.重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400045；2.山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，夜間活動(dòng)成為城市居民拓展生活、豐富生活的重要組成，夜間步行空間是夜間生活的重要空間載體[1]。我國(guó)老齡人口眾多，根據(jù)國(guó)家衛(wèi)健委測(cè)算，預(yù)計(jì)“十四五”時(shí)期中國(guó)將進(jìn)入中度老齡化階段[2]。而戶(hù)外步行空間的人工光環(huán)境與老年人夜間出行安全及滿意度息息相關(guān)[3]，發(fā)展適老化的夜間步行空間照明是我國(guó)國(guó)情的現(xiàn)實(shí)需求。

老年人由于視覺(jué)系統(tǒng)老化會(huì)出現(xiàn)知覺(jué)敏感性減退、角膜內(nèi)皮細(xì)胞增厚等趨勢(shì)，使得老年人對(duì)于光環(huán)境需求與青年人存在一定的區(qū)別[4]?，F(xiàn)有研究主要集中于居住空間光環(huán)境等領(lǐng)域[5]。相比之下老年人步行空間照明的相關(guān)研究較為零散，尚缺乏系統(tǒng)性的梳理，本文匯總了國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)此領(lǐng)域的研究成果，在前人的基礎(chǔ)上從視覺(jué)感知、心理影響、行為模式三個(gè)角度展開(kāi)評(píng)述，總結(jié)了現(xiàn)有步行空間適老化照明研究進(jìn)展，為推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

1 檢索方法及結(jié)果

本節(jié)以Web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)、Gogle Scholar為主要文獻(xiàn)來(lái)源，CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)及Jstage作為補(bǔ)充，主題詞由“l(fā)ighting(照明)”和“eldly(老年)”或“old(老年)”和“walk(步行)”或“pedestrian(行人)”或“physical activity(活動(dòng))”組成。檢索工作在2023年4月進(jìn)行。最終，總計(jì)檢索文章532篇，排除文獻(xiàn)的原則是：1)綜述類(lèi)論文；2)未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的論文；3)未將照明做為研究核心或重要組成部分的論文；4)以患有眼疾或其他疾病作為被試的研究。通過(guò)限定相關(guān)研究方向和人工補(bǔ)充篩選，最終綜述文獻(xiàn)22篇(圖1)。

圖1 檢索方法及結(jié)果Fig.1 Retrieval methods and results

2016年，Rahm等[6]針對(duì)戶(hù)外照明對(duì)行人影響領(lǐng)域進(jìn)行了綜述。2023年，呂承哲等[7]同樣對(duì)此領(lǐng)域進(jìn)行了文獻(xiàn)綜述，兩篇綜述將此領(lǐng)域研究劃分為三個(gè)方向：視覺(jué)感知、心理感受與行為模式，較好地梳理了現(xiàn)有成果。本文參考前人劃分方式，從視覺(jué)感知、心理影響、行為模式三個(gè)角度對(duì)老年人步行空間照明這一細(xì)分領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行回顧。此外，為明確老年人與青年人的光環(huán)境偏好差異，本文適當(dāng)總結(jié)了青年人在步行空間人工光環(huán)境研究結(jié)論作為對(duì)比參考。

2 對(duì)視覺(jué)感知的影響

Davoudian[8]和 Fotios等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，行人在戶(hù)外的注意力可以分為：道路及障礙物、行人、其他環(huán)境要素(標(biāo)識(shí)、背景等)三部分，分別約占33%、15%、52%。人們通過(guò)視網(wǎng)膜接收到的視覺(jué)信息是人類(lèi)形成主觀感受并產(chǎn)生行為動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)[10]。探究夜間光環(huán)境與三者識(shí)別性的聯(lián)系是老年人步行空間照明的首要內(nèi)容。

2.1 面部識(shí)別

1982年，van Bommel等[11]的研究認(rèn)為人受到威脅能及時(shí)采取措施的最小距離是4.0 m，這一距離被后世沿用作為常用的面部識(shí)別檢測(cè)距離，面部識(shí)別受水平照度與垂直照度(及亮度)水平影響，針對(duì)青年人的既有研究認(rèn)為在面部識(shí)別方面，5 lx水平照度、0.8 lx半柱面照度[12](或1 cd/m2亮度[13])是較為合理的光環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)注老年人面部識(shí)別的研究成果較少。2018年，Rahm等[6]與馬爾默市政府合作，研究了三種燈具對(duì)不同年齡被試的影響，研究發(fā)現(xiàn)眩光會(huì)影響老年人對(duì)人臉的識(shí)別距離，而對(duì)青年人相對(duì)影響較小。研究認(rèn)為，0.55 cd/m2的面部亮度識(shí)別性較好，但該結(jié)果是用紙質(zhì)照片作為面部識(shí)別對(duì)象實(shí)驗(yàn)得到，故參考價(jià)值有限。

2.2 障礙物確認(rèn)

夜間步行的障礙物分為地面不規(guī)則小物體(例如地面凹凸)及較大的障礙物(例如堡坎)兩類(lèi)。對(duì)于前者，研究者多采用高度可調(diào)的裝置模擬地面凹凸的方式，研究被試在不同光環(huán)境下的障礙檢測(cè)能力，基于青年人的研究[14]將5.7 lx作為適宜水平照度值(被試識(shí)別1.2 m外25 mm高的障礙物準(zhǔn)確率為95%)。對(duì)于后者，影響障礙物識(shí)別的因素較多，除了光環(huán)境外還包括障礙物尺寸、反射率等。有研究證明識(shí)別距離隨照度變化不顯著[15]，還有研究通過(guò)觀察被試在凌亂房間中的移動(dòng)速度等來(lái)展開(kāi)研究，在4.1節(jié)詳細(xì)論述。

2009年，F(xiàn)otios等[16]用凸起的鋪路板模擬道路表面的崎嶇，研究燈的類(lèi)型、照度和年齡對(duì)路面障礙檢測(cè)高度的影響。研究發(fā)現(xiàn)0.2 lx下年輕被試(<45)相比老年被試(>60)需要的障礙物辨識(shí)高度更低，而當(dāng)照度達(dá)到20 lx時(shí)，區(qū)別不再明顯；具有高S/P (Scotopic /Photopic ratio)的光源在低照度條件下(0.2 lx)更利于行人檢測(cè)障礙物，在2 lx及以上照度下影響不顯著。研究的照度劃分為0.2 lx、2 lx、20 lx三檔，跨度較大。

2015年，Uttley等[17]研究了照度和光譜對(duì)不同年齡段行人的障礙物檢測(cè)的影響。結(jié)果表明，提高S/P(1.2～2.0)在2 lx照度以下能顯著提高各年齡段的識(shí)別能力；提高照度能提高各年齡段辨識(shí)能力，當(dāng)照度超過(guò)6.3 lx時(shí)提升不再顯著；年輕與年老的被試僅在0.2 lx照度時(shí)呈現(xiàn)顯著差異，當(dāng)照度超過(guò)0.2 lx時(shí)差異不再顯著。研究照度劃分更細(xì)，且結(jié)論與2009年Fotios等[16]的結(jié)論符合。2018年，Rahm等[6]的研究也基本與前人成果一致。

基于以上研究成果，可以得到：照度為0.2 lx及以下時(shí)，青年人與老年人障礙物辨識(shí)能力差異顯著，提高燈具S/P(1.2～2.0)能顯著提升各年齡段辨識(shí)能力；照度提升也能顯著提升各年齡段辨識(shí)能力，當(dāng)照度>6.3 lx后，辨識(shí)能力提升不再顯著(表1)。

表1 照明對(duì)視覺(jué)感知的影響Table 1 Effect of illumination on visual perception

3 對(duì)心理感受的影響

視覺(jué)信息經(jīng)過(guò)處理后會(huì)轉(zhuǎn)化為諸如安全感、滿意度、焦慮感等主觀心理感受，既有研究通常采用李克特量表的方式量化被試對(duì)于某環(huán)境的主觀評(píng)價(jià)，進(jìn)而研究適宜的客觀人工光環(huán)境指標(biāo)，例如照度、色溫、顯色指數(shù)、光分布等。既有研究發(fā)現(xiàn)，水平照度在0～10 lx時(shí)，安全感隨照度明顯增加；照度在10～50 lx時(shí)，安全感隨照度增加呈遞減趨勢(shì)；照度大于50 lx時(shí)，安全感隨照度變化不明顯[18]。此外，色溫和顯色指數(shù)也對(duì)心理感受有影響，研究發(fā)現(xiàn)顯色指數(shù)、色溫與場(chǎng)地明亮感呈正相關(guān)，而色溫與場(chǎng)地舒適度呈負(fù)相關(guān)[19]。目前關(guān)于老年人心理感受的研究分為兩個(gè)部分。

在平地領(lǐng)域：Jachinski[20]在1982年、Boyce[21]在1985年分別對(duì)疏散路線照明滿意度進(jìn)行了主觀評(píng)估，發(fā)現(xiàn)平均地面照度分別為3 lx和7 lx時(shí)，便可以分別滿足青年人和老年人的需求。2008年，Akizuki等[22]探討了各年齡段照度/移動(dòng)速度與滿意度的聯(lián)系，研究以能見(jiàn)度、便利性、焦慮感三者作為滿意度指標(biāo)。結(jié)果證明，平均1.5 lx左右可以使得不滿率下降至10%，10 lx時(shí)基本能滿足各年齡段要求，這也與Jachinsk[20]和Boyce[21]的研究結(jié)論基本吻合。2021年，劉雨欣等[23]對(duì)重慶主城區(qū)老舊社區(qū)戶(hù)外光環(huán)境及居民滿意度進(jìn)行了調(diào)研，在數(shù)據(jù)分析后提出夜間住區(qū)光環(huán)境平均水平照度應(yīng)為4.5～5 lx，平均垂直照度應(yīng)為5.5 lx，臺(tái)階處應(yīng)在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加。該結(jié)論補(bǔ)充了垂直照度結(jié)論，水平照度較前人研究成果略低，可能由于被試對(duì)住區(qū)環(huán)境相對(duì)熟悉的原因。

在梯道領(lǐng)域：2020年，劉瑋[24]以山城戶(hù)外梯道為例，通過(guò)主觀評(píng)價(jià)研究了適宜的樓梯照度，建議依據(jù)樓梯級(jí)數(shù)不同將踏面照度下限控制在7.5 lx～10 lx，色溫控制在4 000 K。2021年，葉珍光[25]從視覺(jué)安全感知的角度進(jìn)一步提出以1.35 lx作為樓梯最小照度區(qū)域的照度限值，進(jìn)一步細(xì)化了臺(tái)階照度要求(表2)。

表2 照明對(duì)心理感受的影響Table 2 Influence of lighting on psychological feeling

4 對(duì)行為模式的影響

4.1 照明對(duì)移動(dòng)速度的影響

CIE 227—2017[3]中回顧了1982年Jaschinski[20]、1985年Boyce等[21]的研究成果，形成了在凌亂辦公室中，青年人和老年人移動(dòng)的平均速度和地面平均照度之間的關(guān)系擬合圖(圖2)，由圖可知，隨著照度下降，被試移動(dòng)速度顯著降低，老年人在等照度下平均比青年人慢0.4 m/s。2005年，Alexander等[26]通過(guò)步道測(cè)試(P-TMT)探索了不同年齡被試在低和正常照明條件下按要求進(jìn)行“準(zhǔn)確行走”的步行時(shí)間，發(fā)現(xiàn)當(dāng)照度降低時(shí)，老年人所需時(shí)間相比青年人明顯增多，結(jié)論與前人研究一致，但文章沒(méi)有報(bào)告詳細(xì)的走廊照度數(shù)據(jù)。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)果曲線Fig.2 Curve：system result of standard experiment

Akizuki等[22]于2008年，在凌亂的走廊對(duì)照度與不同年齡移動(dòng)速度的關(guān)系進(jìn)行了更深入的研究。研究表明，當(dāng)?shù)孛嬲斩刃∮? lx時(shí)，青年人與老年人移動(dòng)速度有明顯區(qū)別，而高于5 lx時(shí)則速度接近，高于15 lx后移動(dòng)速度基本一致，這一研究與1982年Jaschinski[20]的結(jié)果不一致，主要原因在于Jaschinski的研究場(chǎng)地是布滿桌椅的辦公室，而Akizuki等的場(chǎng)地為散落小障礙的走廊。此外，研究還證明，這一區(qū)別主要由于老年人的視敏度下降造成。CIE 227—2017[3]引用了此研究，并結(jié)合視敏度估算公式得到了不同地面材料上的年輕和老年受試者的移動(dòng)速度表，該表顯示了不同地面反射率/照度與年輕/老年人的移動(dòng)速度關(guān)系(表3)。

表3 不同地面材料上的年輕和老年受試者的移動(dòng)速度案例研究Table 3 Case studies of movement speeds for young and older subjects on different ground materials

4.2 照明對(duì)步行姿態(tài)的影響

在平地步行領(lǐng)域：2005年，Thies等[27]研究了不規(guī)則表面和照明對(duì)不同年齡段被試步行姿態(tài)的影響，多因素方差分析發(fā)現(xiàn)，照度變化(927～47 lx)對(duì)各年齡段步態(tài)參數(shù)均無(wú)顯著影響，而表面平整度對(duì)各年齡段步態(tài)影響顯著，老年被試受影響更大。2006年，Moe-Nilssen等[28]研究了老年人在暗適應(yīng)過(guò)程中的步態(tài)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)孛嬲斩扔?50 lx降至0.75 lx時(shí)，被試會(huì)有降低移動(dòng)速度、提高踏頻等反應(yīng)，在60～90 s后回復(fù)正常值。2014年，Alexander等[29]的研究得到了類(lèi)似的結(jié)論。

2014年，Choi等[30]研究了青年人與老年人在不同照度下的步態(tài)模式差異，發(fā)現(xiàn)在高照度(300 lx)和低照度(10 lx)下青年人步態(tài)呈現(xiàn)明顯變化，而老年人則保持一致。這可能是由于老年人機(jī)體運(yùn)動(dòng)能力下降所導(dǎo)致的，但文章沒(méi)有報(bào)告更低照度下的行為變化。

在跨越障礙領(lǐng)域：2013年，Cho等[31]研究了正常(200 lx)和低光照明下(1 lx)老年人跨越障礙物姿態(tài)區(qū)別，發(fā)現(xiàn)低光照條件下后腿的腳趾間隙會(huì)明顯減小。

在樓梯照明領(lǐng)域：2005年，Hamel等[32]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)樓梯踏步照度不足會(huì)增加跌倒風(fēng)險(xiǎn)，在低照度水平下(3 lx)，青年人的足部間隙相對(duì)于步緣會(huì)增加，而老年人則不會(huì)增加，這使得老年人更易因此受傷。且青年人和老年人在光照不足條件下(1 lx)都會(huì)放緩腳步，這是一種補(bǔ)償[33]。2020年，Thomas等[34]研究了不同功率緊湊型熒光燈和LED燈對(duì)老年人下樓梯的影響，發(fā)現(xiàn)樓梯踏面10 lx的照度會(huì)導(dǎo)致老年人摔倒風(fēng)險(xiǎn)增加，建議踏面照度為100 lx(表4)。

表4 照明對(duì)步行姿態(tài)的影響Table 4 Effects of lighting on walking posture

4.3 照明對(duì)其他行為反應(yīng)的影響

2016年，Cheng等[35]設(shè)置了一段13 m的走廊，通往不同照度、不同高度的臺(tái)階，以此對(duì)比高/低照度下不同年齡被試的行為特征，包括首次注視臺(tái)階的距離、凝視次數(shù)、凝視時(shí)長(zhǎng)等。研究發(fā)現(xiàn)，老年受試者的試驗(yàn)時(shí)間和檢測(cè)距離均受光照水平的影響，而年輕受試者的注視次數(shù)和注視持續(xù)時(shí)間受步高的影響，與年輕受試者相比，老年受試者的檢測(cè)距離更短，注視次數(shù)更多，固定持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。這意味著，如果提供更好的照明或簡(jiǎn)化的視覺(jué)環(huán)境，老年人的脆弱性可能會(huì)降低。

2011年，F(xiàn)igueiro等[36]設(shè)計(jì)了一種具有激光線勾勒路徑功能的插入式夜燈，實(shí)驗(yàn)證明，在低水平環(huán)境照明中，這種增加行走平面感知線索的照明可以降低老年人的跌倒風(fēng)險(xiǎn)。2021年，Luo等[37]也設(shè)計(jì)了具有指引效果的LED燈條，對(duì)比了常規(guī)照明方式，發(fā)現(xiàn)基于目的地的視覺(jué)線索照明設(shè)計(jì)也能有效加快老年人步行速度，使步行姿態(tài)更加自信，該研究證明了目的地的視覺(jué)信息也能有效改善老年人夜間行動(dòng)能力。

5 總結(jié)

本研究對(duì)老年人步行空間照明的研究成果進(jìn)行了回顧，通過(guò)綜述分析發(fā)現(xiàn)，適宜老年人的光環(huán)境與青年人存在一定的區(qū)別。在視覺(jué)感知領(lǐng)域，老年人面部識(shí)別率與識(shí)別距離略低于青年人，更詳細(xì)的照度與識(shí)別距離關(guān)系等數(shù)據(jù)尚不明確；年齡帶來(lái)的障礙物辨識(shí)能力差異在小于0.2 lx水平照度下顯著，此區(qū)間提高S/P或提高照度能顯著提高辨識(shí)能力，當(dāng)照度大于6.3 lx后，提高照度不再能提高辨識(shí)率。在心理感受領(lǐng)域，老年人在平地步行的最小照度為7～10 lx，較熟悉的場(chǎng)地可以降至5 lx，垂直照度宜大于等于5.5 lx；老年人在梯道步行時(shí)，踏面平均照度下限為7.5～10 lx，最小區(qū)域照度應(yīng)大于等于1.35 lx。在行為模式領(lǐng)域，相同照度下，老年人在有較大障礙物的凌亂辦公室中平均移動(dòng)速度比年輕人慢0.4 m/s，在凌亂走廊中，當(dāng)照度高于15 lx后老年人與年輕人的移動(dòng)速度基本一致；對(duì)于步行姿態(tài)的研究認(rèn)為照度降低會(huì)使得老年人受傷風(fēng)險(xiǎn)增加等。

隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)將進(jìn)入中度老齡化階段，夜間戶(hù)外活動(dòng)逐漸成為人們生活的重要組成，形式也愈發(fā)豐富多樣。既有研究多從實(shí)驗(yàn)室展開(kāi)，面向的活動(dòng)場(chǎng)景不夠豐富。在視覺(jué)感知領(lǐng)域針對(duì)老年人面部識(shí)別的研究尚缺乏明確的光環(huán)境與辨識(shí)距離研究成果；在心理感受領(lǐng)域，當(dāng)前研究主要以步行、疏散等行動(dòng)作為研究對(duì)象，缺乏對(duì)當(dāng)下老年人夜間活動(dòng)愈發(fā)多樣這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的回應(yīng)；在行為模式領(lǐng)域，研究主要集中于不同光環(huán)境下的老年人步態(tài)，對(duì)比該領(lǐng)域針對(duì)中青年人的研究成果，尚缺乏對(duì)光環(huán)境與個(gè)人空間的研究。此外，考慮到步行空間尤其是室外步行空間的復(fù)雜性及老年人自身運(yùn)動(dòng)能力與視覺(jué)的退化，步行空間適老化照明研究可能還有必要探索不同地面材質(zhì)、高差變化、環(huán)境組成要素等因素共同影響下的光環(huán)境設(shè)計(jì)方式，進(jìn)而指導(dǎo)城市夜間光環(huán)境建設(shè)。