基于CiteSpace的室內照明設計舒適性研究綜述

康知涵 凌云飛

摘? 要：為得到室內照明設計中舒適性領域的結構性的概述，了解其研究現(xiàn)狀和趨勢。文章選取1998至2022年間與照明舒適性相關的文獻，運用CiteSpace軟件繪制知識圖譜，通過可視化的方式呈現(xiàn)照明舒適性領域的研究現(xiàn)狀和熱點趨勢。該領域研究數(shù)量增長迅速，涉及的國家和機構數(shù)量較多，但相互間的合作受到地理位置的限制。視覺舒適性一直是該領域的研究熱點，非視覺的生理舒適性和心理舒適性研究逐漸在該領域興起。

關鍵詞：照明設計；照明舒適性；CiteSpace；可視化；知識圖譜

照明設計和人類的生活息息相關。目前，很多照明設計的研究都是從理性數(shù)據(jù)出發(fā)，而忽視了人作為用戶和環(huán)境之間的聯(lián)系。光線本身帶給人的視覺感受是由亮度、照度、顯色性、色溫等多種因素同時決定的，同時空間劃分的不同、環(huán)境材質的差別，又會帶來不一樣的體驗。將照明舒適性理論應用在設計中，是在保證基本功能的前提下，從照明角度考慮用戶的生理和心理感受，從而創(chuàng)造一個更加舒適的室內環(huán)境，本質上是將“人性化”的設計理念進行落實。

在該領域的研究中，克魯伊索夫（Kruithof）很早就提出了克魯伊索夫曲線，即通過結合照度和色溫（CCT）來定義舒適的照明條件，該曲線圖在短時間內得到了廣泛的認可，但是它的有效性長期以來一直存在較大爭議，福提奧斯（Fotios）的研究論證了CCT的變化對舒適度的評價影響很小[1]。針對CCT的研究可以說是照明舒適性研究的起點，但隨著研究的深入，逐漸成為一個單一的指標?？斊妗に_爾瓦托（Carlucci Salvatore）的綜述文章分析了影響視覺舒適度的所有因素[2]，這篇里程碑式的文章是目前視覺舒適性研究的代表，同時也表示對于照明舒適性的定義來說，不應該只局限于視覺感受層面。盡管對于照明舒適性的研究在世界范圍內都有一定的成果，但只有少部分研究將多種類型的舒適性綜合考量，而且全面的可視化文獻計量分析仍然比較罕見。本文借助文獻可視化軟件對照明舒適性研究的文獻進行分析，用清晰的圖表展示了該領域的研究現(xiàn)狀和變遷，有助于認知關鍵詞、國家、機構、文獻共被引等因素在研究主題中的潛在影響和對未來研究軌跡的預測。

一、研究方法和數(shù)據(jù)來源

知識圖譜是通過將應用數(shù)學、統(tǒng)計學、信息科學等多學科理論與信息化技術相結合，檢索、分析、繪制和表現(xiàn)科學知識及其相互聯(lián)系的“科學知識圖譜”[3]。本文選用的CiteSpace是由美國德雷塞爾大學陳超美教授在JAVA環(huán)境下編輯研發(fā)的一款文獻可視化分析軟件，該軟件通過對導入的文獻信息進行數(shù)據(jù)分析。提取樣本文獻中發(fā)文作者、發(fā)文年份、關鍵詞等內容，對其進行定量分析[4]，有助于清晰直觀地展示照明舒適性研究的現(xiàn)狀和趨勢。

為獲得照明舒適性性性領域較為全面的研究成果，本文選用Web of Science數(shù)據(jù)庫中的核心合集作為數(shù)據(jù)來源，選擇檢索關鍵詞為照明舒適（lighting comfort），檢索類別鎖定在建筑、能源、工程、材料和光學領域，總計檢索出3222篇文獻。由于檢索結果中有大量無關的數(shù)據(jù)，因此對檢索結果進行手動篩選，剔除與研究方向關聯(lián)性較小的文章，最終得到有效文獻720篇，導出其txt格式的文件放入軟件中進行分析，設置時區(qū)切片為1年。

二、照明舒適性研究可視化分析

（一）照明舒適性知識圖譜的構建

每篇文獻在Web of Science數(shù)據(jù)庫中都有若干關鍵詞，關鍵詞是反映文獻核心內容的名詞或短語，為了探究照明舒適性涉及的研究領域，將CiteSpace軟件的參數(shù)選擇為關鍵詞（keyword）進行可視化分析，進行聚類操作后得到關鍵詞圖譜（如圖1）。節(jié)點的大小代表關鍵詞在文獻中出現(xiàn)的次數(shù)，節(jié)點越大代表次數(shù)越多，節(jié)點之間的連線代表兩個關鍵詞同時出現(xiàn)在一篇文獻中。

由于數(shù)據(jù)集中關鍵詞節(jié)點較多，圖譜中將最顯著的關鍵詞顯示其名稱，通過聚類的操作，知識圖譜中節(jié)點被大致分成了幾個類團，視覺舒適（visual comfort）、建筑（building）、滿意度（satisfaction）、不適眩光（discomfort glare）等節(jié)點在各自聚類中有較強的代表性，能夠較為清晰地體現(xiàn)出照明舒適性研究的幾個大方向。同時這些最顯著的節(jié)點間連線較多，表示研究中經常需要考慮不同的因素。和最顯著的節(jié)點相連接的次重點節(jié)點例如情緒（mood）、日光（daylight）、照度（illuminance）、人工照明（artificial lighting）等既可以單獨作為研究方向，也可以作為輔助指標來完善研究，這些次重點節(jié)點又和更小一級的節(jié)點相連，構建出了照明舒適性研究的知識圖譜的同時也直觀展示了該領域研究的廣度和深度。

（二）發(fā)文量分析

對Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中有關照明舒適性領域的文獻數(shù)量進行統(tǒng)計（如圖2），可以看出整體文獻的數(shù)量從1998年起呈現(xiàn)出增長的趨勢。在整體的變化過程中，可以將2011年作為分界點：2011年前文獻量變化幅度較小，這與照明設計領域乃至照明舒適性細分領域的研究處于起步階段有關；從2010年至今，文獻數(shù)量呈現(xiàn)不穩(wěn)定增長的趨勢，這與LED光源從新興產品開始普及化息息相關，2009年，歐盟就通過了在2009～2012年間逐漸淘汰白熾燈的法規(guī)，之后在歐美諸多國家的技術支持下，LED光源的應用和發(fā)展給照明設計領域帶來了革命性的沖擊。對2011年至今的變化趨勢進行細分，可以發(fā)現(xiàn)2014年是變化趨勢一個重要節(jié)點，雖然當年度發(fā)文量相較鄰近的兩年都不算多，但是2013年發(fā)文數(shù)量較多，且在2014年后文獻數(shù)量呈現(xiàn)急劇增長的趨勢，說明研究成果在2013年至2020年間研究成果有了較多的突破。而2021年發(fā)文數(shù)量有所減少也只是因為2020年研究數(shù)量達到峰值，可以預見的是，在照明硬件技術和對用戶體驗重視度提升這兩方面的推動下，對于照明舒適性度的研究將繼續(xù)保持總體穩(wěn)定增長的態(tài)勢。

（三）國家（地區(qū)）合作網絡分析

將CiteSpace軟件的參數(shù)選擇為國家（country）進行可視化分析，得到的知識圖譜如圖3所示。節(jié)點的大小代表國家或地區(qū)的研究成果數(shù)量，節(jié)點越大代表文獻量越多，節(jié)點之間的連線代表其合作情況，連線的粗細代表合作的緊密程度，紫色外圈代表的是該節(jié)點的中介中心性（Betweeness Centrality）強度，中介中心性是顯示一個節(jié)點在網絡中所處位置潛力的指標[5]，紫色外圈越厚，代表該節(jié)點在網絡中越重要，一般認為中介中心性大于0.1的節(jié)點為關鍵節(jié)點。

從發(fā)文量來看，在生成的圖譜中可以較為清晰地看出：數(shù)量最多的國家或地區(qū)是中國（PRC），其次是意大利（ITALY）、美國（USA）、荷蘭（NETHERLAND）、韓國（KOREA）、土耳其（TURKEY）、英格蘭（ENGLAND）等。發(fā)文量前15位的國家（地區(qū)）中，歐洲占據(jù)了7個名額，這與歐盟照明設計起步較早相關。與此同時，中國作為發(fā)文量最大的國家，雖然照明設計起步時間不如歐洲，但如圖4所示，港臺地區(qū)在2010年開始，率先對LED燈從技術層面展開了研究，并且隨著技術的普及和大陸地區(qū)研究機構、場地、條件的多元化影響，在2013-2021年保持平均每年10篇的文獻量，并在2022年達到22篇的峰值，說明以LED燈作為主要照明手段的今天，中國在照明舒適性領域的研究具有較大的廣度。合理預測中國在照明舒適性領域的研究將會繼續(xù)深入，且年均發(fā)文量將會穩(wěn)步提升。

從發(fā)文關鍵性來看，除了中國、美國和毗鄰歐洲的阿爾及利亞以外，中介中心性較高的國家或地區(qū)都集中在歐洲區(qū)域，意大利（centrality=0.31）和英格蘭（centrality=0.21）是圖譜中中介中心性數(shù)值最高的兩個節(jié)點，相比較而言，從表1可知，荷蘭雖然也有較大的發(fā)文量和在所有節(jié)點中相對較高的中介中心性（centrality=0.07），但在網絡中的重要性上不如前兩者。造成這一現(xiàn)象的原因可能是由于荷蘭的研究方向相對集中，研究內容針對辦公室空間中用戶的照明舒適性度體驗，從當?shù)氐纳鐣晳T、個體差異、建筑結構和功能等多角度進行了綜合闡述。同時，這些因素具有較大的地域性，在該地區(qū)適用性較強。需要注意的是，兩個或多個存在合作關系的節(jié)點會將其合作的文獻同時計入，因此當出現(xiàn)幾個國家共同合作的情況就會使該研究關聯(lián)到多個節(jié)點，從而增加中介中心性。最典型的例子是一項對歐洲現(xiàn)代辦公建筑內舒適度體驗的研究[6]，該研究對8個歐洲國家（芬蘭、法國、希臘、匈牙利、意大利、荷蘭、葡萄牙和西班牙）167座現(xiàn)代辦公樓的7441名員工進行了問卷調查，來分析室內環(huán)境質量和舒適度體驗的關系，發(fā)文作者涉及上述除西班牙以外的其他七個國家。圖3中，類似的情況在合作十分密切的歐美地區(qū)十分普遍，因此會出現(xiàn)諸如葡萄牙、法國、阿爾及利亞等發(fā)文量較低但中介中心性較高的情況。

將CiteSpace軟件的參數(shù)選擇為機構（institution）進行可視化分析，初步顯示結果呈散點排布，篩選出發(fā)文量4篇及以上的節(jié)點名稱。將經過篩選后的節(jié)點在可視化結果中進行優(yōu)化調整并按洲際劃分，得到機構合作圖譜如圖5所示，節(jié)點間的連線代表兩個機構之間存在著合作關系，連線的粗細代表兩個機構的合作緊密程度。歐洲的機構形成了相互合作較為密切的類團，首先是以埃因霍溫理工大學（Eindhoven University of Technology）和代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）為核心形成了歐洲最大的合作類團，而荷蘭飛利浦公司作為世界上最大的照明電器品牌之一，旗下的研究所（Philips Reaserch）和這兩所荷蘭學校順理成章會形成十分密切的合作關系，例如根據(jù)用戶的所在地和喜好進行智能照度控制的系統(tǒng)[7]。這種合作研究不僅存在于客觀技術層面，同時也涉及到主觀感受層面，例如通過照明手段為老年人創(chuàng)造更加輕松的氛圍的研究[8]。其次是瑞士地區(qū)的洛桑聯(lián)邦理工學院（Swiss federal Institute of Technology in Lausanne）和巴塞爾大學（University of Basel）為核心形成的合作類團以及意大利地區(qū)的巴勒莫大學（University of Palermo）、比薩大學（University of Pisa）和佩魯賈大學（University of Perugia）為核心形成的合作類團。從前文所述中可以看出，歐洲地區(qū)普遍合作較多，這與歐洲版圖大小和地理位置相近有關，當從研究機構角度進行分析，這一現(xiàn)象更加明顯，在同一國家或地區(qū)的機構之間合作會更加密切。

類似的現(xiàn)象在亞洲也同樣出現(xiàn)，清華大學（Tsinghua University）、復旦大學（Fudan University）、國立新加坡大學（National University of Singapore）、馬來西亞士蘭道工業(yè)培訓學院（Selandar Industrial Training Institute）、伊朗德黑蘭大學（University of Tehran）都只和本國的機構有合作關系。而中國作為發(fā)文量最大的國家，在機構合作方面相較其他亞洲國家也更加多元化，例如浙江大學（Zhejiang University）、哈爾濱工程大學、利茲大學（University of Leeds）合作研究了照度和色溫對觀看畫展的影響[9]。而在亞洲區(qū)的東南大學（Southeast University）和歐洲區(qū)埃因霍溫理工大學及相關機構有著更加密切的合作關系。這兩個機構分別位于上海和荷蘭，地理位置相距甚遠，然而飛利浦（中國）投資有限公司和飛利浦亞洲研究中心的地址都在上海，因此跨國企業(yè)的存在將地理位置變成了自身研究的優(yōu)勢，該合作類團的研究集中在對視覺舒適度的研究，包括燈具間的距離、計算機顯示屏幕和背景偏好等因素。不僅是歐洲區(qū)域，東南大學還與多倫多大學（University of Toronto）在對新加坡教室內[10]照明質量進行了評估研究，研究人員和場地涉及到上海、新加坡和多倫多三地，造成該現(xiàn)象的原因可能是這兩項研究的實驗對象是由新加坡建筑建設局贊助，且新加坡和上海兩個城市對外交流較多，在建筑乃至照明設計領域能夠受到更多的關注。

綜上所述，各機構對于照明舒適性的研究合作性較少，無論是洲際范圍還是國家范圍，機構間的合作普遍受到地理位置的制約，絕大部分機構的研究是獨立完成的，這和照明舒適性領域的研究需要實驗場地的支撐息息相關。這一現(xiàn)狀并不利于照明舒適性研究的發(fā)展，但仍有企業(yè)和研究機構通過自身的條件跨越地理位置的隔閡，長期來看這樣的現(xiàn)象能夠幫助實現(xiàn)技術共享并使該領域研究更加深入。

（四）研究熱點及趨勢

引文分析是評估科學、技術和社會科學期刊上發(fā)表的研究質量的參數(shù)之一，如果兩篇文獻同時被另一篇文獻引用，那么這兩篇文章就會形成一個共被引關系。不同的節(jié)點互相形成一個網絡化的關系可以更直觀地捕捉到當前學科研究的熱點。將CiteSpace軟件的參數(shù)選擇為參考文獻（refernce）進行可視化分析并對結果進行聚類，聚類模塊值Q（Modularity Q）和平均輪廓值S（Weighted Mean Silhouette）可以判斷知識圖譜數(shù)據(jù)的可行性。當Q值在（0，1）區(qū)間內越大，表示聚類劃分的結構越清晰，當Q>0.3時，說明聚類結構顯著；S>0.7時，說明聚類令人信服[11]。本次數(shù)據(jù)聚類結果的Q值=0.8193，S值=0.9064，說明本次數(shù)據(jù)的聚類劃分顯著且結果合理有效，符合科學聚類的標準。聚類圖譜的可視化結果按大小排序（如圖6），節(jié)點中帶有紅色環(huán)表示軟件檢測到引用突現(xiàn)性增加，即某個時間段呈現(xiàn)明顯增長的節(jié)點，同一個聚類中的文獻連接更為緊密，而內部數(shù)量較大的聚類也更具有代表性，單篇文獻被引頻次如表2所示。

被引用最多的文章通常更具有學術參考價值。由于對照明舒適性的感知，最直觀的途徑依舊是視覺感知，目前對于照明舒適性的研究最深入的依舊是視覺舒適性領域，為了更加全面地解讀照明舒適性研究的重點，本文還會從被引文獻突現(xiàn)性的角度分析，這為跟蹤研究趨勢提供了一個有效的手段。將數(shù)據(jù)集內的文獻結合表中代表性的文獻，可以得出照明舒適性研究集中在以下幾個方面。

1.視覺舒適性

#0作為內部數(shù)量最多的聚類，在表2中出現(xiàn)的次數(shù)也最多，四篇文獻的研究重點為照明控制系統(tǒng)，本文研究的照明舒適性主題在該聚類中更多作為設計評價的一個指標而存在，關聯(lián)不密切，但該聚類的存在也為照明舒適性研究的應用提供了一個較為明確的方向。在數(shù)據(jù)集內的高被引文獻中，聚類#1和#5均有較高的出現(xiàn)率，在聚類#1中兩篇文獻從照明設計指標[12]和主觀反應[13]兩個角度研究了辦公室中用戶的視覺舒適性。聚類#5中包含引言提到的卡魯奇·薩爾瓦托（Carlucci Salvatore）對于視覺舒適度的綜述文章[2]是本文數(shù)據(jù)集中被引量最高的文獻，該文章涉及了視覺舒適度的所有因素：光量、光的均勻性、眩光和渲染顏色下光的質量，詳細分解了影響每個因素的指標并給出了評估視覺舒適度時各因素綜合考慮的優(yōu)化建議，用以更好地服務建筑設計。

2.非視覺生理舒適性

調整參數(shù)后生成文獻突現(xiàn)詞分布圖，如圖7所示，表中絕大部分文獻的研究依舊是圍繞視覺舒適度或將其作為重要的照明舒適性評價指標，且2、4、5、9、17、18五篇屬于前文提到的高被引文獻。值得注意的是，博伊斯（Boyce）的著作[14]談到了大量生理舒適性的內容，書中重點對用戶本身進行了研究，在光照的影響下，人不僅會有非視覺因素的生理反應，例如晝夜節(jié)律、活動節(jié)律等，同時可能產生季節(jié)性情感障礙的心理疾?。徊├镂魈兀˙orisuit A）則發(fā)現(xiàn)視覺和非視覺功能的幾種關聯(lián)，表明視覺舒適度與人類其他晝夜節(jié)律和喚醒功能有著潛在關系[15]。

3.心理舒適性

在心理舒適性的定性研究中，普拉布·瓦爾多諾（Prabu Wardono）的研究發(fā)現(xiàn)單色、昏暗的燈光和樸素的裝飾在不同裝修風格的餐廳中效果截然不同，當室內設置持續(xù)發(fā)光的家具有助于給人情緒正向的影響且眼睛水平線以下的光線有助于改善人的情緒[16]。在心理舒適性的定量研究中，韓修基（Seulki Han）博士對不同深淺顏色下人們的感應時間和情緒反應，研究表明，紅、藍色燈光帶來的負面情緒要高于黃、白色燈光[17]。柿葉直志（Naoshi Kakitsuba）在心理舒適度的研究中對受試者進行了心電圖和腦電圖的測量，發(fā)現(xiàn)使用LED燈的舒適照明條件和性別并無明顯差異[18]。這些研究的開展表明目前針對照明心理舒適性的領域中，研究的對象已經從客觀的照明環(huán)境和光源轉向了更為復雜的人本身，同時生理數(shù)據(jù)的測量也比物理數(shù)據(jù)更具有說服力。

三、結語

本文以1998-2022年Web of Science數(shù)據(jù)庫中的核心合集中的720篇文獻作為數(shù)據(jù)來源，運用CiteSpace軟件作為工具制作出不同類型的知識圖譜，對照明舒適性領域的研究進行了可視化分析。

總體特征方面，照明舒適性的研究數(shù)量從2011年開始急劇增加，在世界范圍內呈現(xiàn)總體增長的趨勢；國家間的合作研究有著明顯的地域特征，在洲際范圍內相鄰的國家合作關系較為密切，國內外雖然在照明設計領域和國外存在差距，但在照明舒適性的研究領域中，并無明顯差距；機構間的合作雖然也受到地理位置的客觀影響，但類似飛利浦這樣的跨國企業(yè)或者國際性的設計項目等能夠將更多的研究機構聯(lián)系起來，建立更加多元化的合作關系。研究熱點及趨勢方面，當前對照明舒適性的研究方向較為分散，但學科間的構成的關系網絡已經形成了視覺舒適性、非視覺生理舒適性和心理舒適性三個大的研究方向，以視覺舒適舒適性的各項相關研究作為基礎，將亮度、照度、眩光、顯色性等不同參數(shù)作為評價指標定量判斷用戶的滿意度，同時隨著研究深入，重點逐漸轉移到不同場景下的用戶本身，探究用戶對于不同照明條件的生理心理反應，以此優(yōu)化各功能場景的照明設計。

通過不同角度的圖譜分析可知，照明舒適性的研究在20年間有了飛速的發(fā)展，首先是研究方向從定性轉向了定量，其次是研究角度從單一指標轉向了多指標復合性研究，最后是對生理舒適性的研究為該領域提供了全新的角度，并一定程度上代表了該領域在未來的研究趨勢。

本文從文獻計量學的角度出發(fā)，從不同方面分析照明舒適性的研究現(xiàn)狀、熱點和趨勢，在涉及到光學、生理學、心理學等相關專業(yè)時，依舊以照明舒適性作為出發(fā)點，可能會導致文獻選取不夠深入的情況，因此在后續(xù)研究中，有必要對于細分方向的探索，擴大檢索的范圍以便于找到更加嚴謹細致的文獻，以此更好地把握照明舒適性研究領域的最新進展。

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作者簡介：

康知涵，中國計量大學藝術與傳播學院碩士研究生。

凌云飛，中國計量大學藝術與傳播學院副教授。