城市商務(wù)區(qū)夜景照明亮度問題的思考

朱 平 肖 輝 馬 振 王 淳

(1.同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804;2.上海市徐匯區(qū)綠化和市容管理局，上海 200000)

1 前言

城市商務(wù)區(qū)作為一個城市的核心組成部分，通常是集中了商業(yè)辦公樓、各種主題商業(yè)街、CBD以及購物商場等的區(qū)域，是商務(wù)、消費、休閑、娛樂的主要場所。它在城市發(fā)揮其影響力，扮演著不可或缺的重要角色。城市商務(wù)區(qū)往往給人繁華、熱鬧的直觀印象，特別是在夜間。因為夜晚是市民休閑、購物的主要時段，此時人流密集。

商家出于吸引顧客注意力的目的，會將自己的店面裝飾得流光溢彩。城市建設(shè)與燈光管理部門為了打造該區(qū)域的特色，以發(fā)揮其城市名片的作用，也會對重要的景觀節(jié)點做專門的照明設(shè)計。因此，商務(wù)區(qū)夜景照明在整個城市照明中更加引人關(guān)注，它是其商業(yè)、休閑等功能的重要組成部分與標(biāo)志性體現(xiàn)。

但是在夜景照明的設(shè)計與實施過程中，出現(xiàn)了一些不合理的因素。為了突顯照明對象的特點以奪人眼球，片面地追求照明對象高亮度，過多的逸散光使得周圍環(huán)境亮度升高，這又導(dǎo)致了視覺對比度下降，迫使照明對象的亮度再次提高……如此惡性循環(huán)。

2 商務(wù)區(qū)夜景照明存在的問題與分析

夜景照明作為塑造城市商務(wù)區(qū)夜間形象、豐富市民夜生活和繁榮市場經(jīng)濟的一個主要手段，其社會效益和經(jīng)濟效益顯而易見。近些年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市的進步，取得了不少成就，積累了寶貴的經(jīng)驗。與此同時，由于缺乏對景觀照明的正確認識，造成不考慮實際能力和景觀對象的具體情況，在商務(wù)區(qū)夜景照明建設(shè)中貪大求洋、浪費能源、造成光污染的負面現(xiàn)象并不少見。

照明亮度失控、過高，文化品位較低，環(huán)保意識淡薄是當(dāng)前商務(wù)區(qū)夜景照明的一大問題。面對一照明工程對象，沒有適度控制燈光明暗來獲得優(yōu)美的景觀亮度圖式，并達到被照對象與周圍環(huán)境亮度的和諧，導(dǎo)致在城市商務(wù)區(qū)夜景照明的建設(shè)和實施過程中，出現(xiàn)了照明對象亮度過大，以及由此帶來的眩光、區(qū)域天空發(fā)亮等光污染的問題。

筆者兩年前曾參與課題——核心商務(wù)區(qū)夜景照明節(jié)能分析與研究，當(dāng)時以上海的徐家匯商務(wù)區(qū)夜景照明作為研究對象，進行了深入的實地調(diào)研，探究城市商務(wù)區(qū)夜景照明所存在的亮度問題。

圖1 標(biāo)識字亮度統(tǒng)計

2.1 徐家匯核心商務(wù)區(qū)夜景照明亮度

研究小組針對商務(wù)區(qū)內(nèi)的19個主要單體建筑及其附屬廣告、景觀等照明進行了亮度測量。采用亮度計定點測量的方法，根據(jù)被測目標(biāo)的特點，選擇不同視角，并取多次測量的算術(shù)平均值，其中動態(tài)對象 (如LED廣告屏)選擇多次測量的最大亮度值。對徐家匯地區(qū)不同方向天空的亮度進行直接測量，得到0.1°視角天頂亮度為66.7cd/m2，遠高于自然夜天空的2.1×10－4cd/m2。

圖1～圖3為標(biāo)識字、局部泛光照明以及動態(tài)照明的亮度分類統(tǒng)計。標(biāo)識字亮度統(tǒng)計對象主要是各商場、酒店、廣告等使用的自發(fā)光招牌;泛光照明亮度統(tǒng)計對象為各個建筑和構(gòu)筑物 (包括廣告牌、櫥窗等)的面積大于1m2的局部泛光照明亮度;動態(tài)照明亮度統(tǒng)計對象包括冷陰極管動態(tài)廣告照明、LED屏等。

從統(tǒng)計圖中可以看出，該商務(wù)區(qū)內(nèi)各照明對象的亮度普遍偏高，個別對象甚至嚴(yán)重偏高。例如在標(biāo)識字亮度統(tǒng)計中，6號的標(biāo)識字亮度明顯高于該區(qū)域的其他標(biāo)識字。在局部泛光照明亮度統(tǒng)計中，5號、17號和18號的局部泛光照明亮度遠大于其他建筑構(gòu)筑物。在動態(tài)照明亮度統(tǒng)計中，問題較為突出的是5號前的LED電子廣告屏，其最大亮度為2000cd/m2，遠超過周邊環(huán)境;19號的電子屏亮度也與周邊環(huán)境不符，超過了3100cd/m2，主要是由電子屏亮度疊加大功率投光燈照明所致，這樣的亮度疊加不但沒有突出屏幕內(nèi)容，反而使屏幕色彩飽和度降低，不利于正常觀看。

以上各照明統(tǒng)計對象均處在相對一致的背景環(huán)境中，但其亮度卻缺乏相對的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，高低起伏較大。這一方面不利于維持恰當(dāng)?shù)谋尘傲炼龋硪环矫鏁?dǎo)致照明業(yè)主的亮度競爭。

2.2 照明亮度過高的影響

各照明對象亮度過高所帶來的問題是顯而易見的，例如光污染和能源浪費等。

圖2 局部泛光照明亮度統(tǒng)計

圖3 動態(tài)照明亮度統(tǒng)計

(1)亮度過高引起的眩光、光入侵和光泛濫等現(xiàn)象，不僅會干擾人的生理節(jié)律，影響夜間的睡眠和休息，還會造成視看者的不舒適感，降低視看效果。圖4顯示了由于廣告屏亮度過大而帶來的眩光。

(2)在商務(wù)區(qū)照明工程中，為避免單一的照明元素令人乏味的問題而使用過量的光線。但事實表明過度的元素堆積，反而會造成設(shè)計的混亂，破壞審美效果，因此亮度等元素的設(shè)計要適度，以滿足人們的審美需求。

(3)失去美麗星空。徐家匯商圈的天空高亮度，主要就是過量的人工光直射或反射到天空造成的。上海的商務(wù)區(qū)夜空亮度明顯高于其他區(qū)域，但即便是在郊區(qū)，夜空亮度依然很高，在這里晴朗的夜晚也難覓星星的蹤跡。固然一個城市夜間的明亮程度反映了其經(jīng)濟發(fā)達水平，但是卻也無情地剝奪了生活在這里的人們在夜間對城市星空和銀河的遙望與觀察的權(quán)力。圖5是Google地球上顯示的用衛(wèi)星拍攝的上海夜間亮度分布，市區(qū)片亮度明顯偏高。

圖4 亮度過高帶來的眩光

(4)造成能源浪費。過高的照明亮度消耗了大量的電能，實際上照明所占的能耗比重已超過了20%。如果不加以節(jié)制，將會進一步加重全球性的能源危機和環(huán)境污染。

圖5 上海夜間天空亮度分布圖

(5)過度的人工光照射可能會改變夜行動物的生長發(fā)育和捕食、信息交流等行為習(xí)性，擾亂動植物的正常活動規(guī)律。這些都違背了可持續(xù)發(fā)展的理念，會破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

2.3 夜景照明亮度過高的原因

在城市商務(wù)區(qū)夜景照明的建設(shè)與實施過程中，由于缺乏有效的統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計與監(jiān)督約束，各業(yè)主自行設(shè)計其店面、招牌及廣告等宣傳媒介的夜間照明。基于視覺及視覺心理等方面的考慮，對比度明顯、與其他視覺對象的照明風(fēng)格反差較大的視覺對象往往更引人關(guān)注。為了吸引顧客的目光，業(yè)主們總是希望將自己的宣傳媒介照得更亮，其結(jié)果就是各照明對象的亮度節(jié)節(jié)攀升。

另外主管部門為了彰顯其城市經(jīng)濟的發(fā)展水平，有的則樂于政績工程，使商務(wù)區(qū)內(nèi)各景觀照明和功能照明存在亮度過高的問題。并且疏于對各照明業(yè)主的監(jiān)督和管理，任其追求過高的亮度。該現(xiàn)象在當(dāng)今新興的中小城市較為普遍。

以上這些因素所致的后果就是將過多的光線直接或間接地射向周邊環(huán)境，從而使背景亮度太高，導(dǎo)致照明對象的視覺對比下降，使得照明效果減弱，這又促使各商業(yè)業(yè)主加大照明力度。由此形成惡性循環(huán)，進一步增強了背景環(huán)境亮度。據(jù)相關(guān)研究，城市景觀照明關(guān)閉前后夜天空這一背景的亮度相差2～14倍。

3 照明亮度過高問題的解決

3.1 理論分析與思考

從本質(zhì)上來說，人們對目標(biāo)的觀測無論是目視觀測、照相觀測，還是電子觀測，往往是依靠亮度的對比才能夠?qū)崿F(xiàn)。常用亮度對比度來衡量亮度對比，它等于視野中的目標(biāo)亮度與背景亮度差的絕對值與背景亮度之比。公式 (1)是亮度對比度C的表達式。

其中Lo是觀察目標(biāo)的亮度值，Lb是目標(biāo)所處背景的亮度值。

如果考慮人工照明逸散光在區(qū)域內(nèi)形成的亮度疊加，則會導(dǎo)致視覺屏蔽。記疊加的亮度值為Lv，此時的亮度對比度相應(yīng)地變?yōu)橄率?(2)。

比較 (1)式和 (2)式，顯而易見，C＞C'。可見，由于覆蓋在背景和觀察目標(biāo)上的疊加亮度，降低了目標(biāo)的亮度對比度，從而減弱了觀察者對于目標(biāo)的觀測能力。反映在城市商務(wù)區(qū)上，則對應(yīng)為降低了游客或消費者在夜間對于店面、招牌或廣告等宣傳媒介的關(guān)注度。

相關(guān)學(xué)者的實際調(diào)查和研究也印證了這一分析和結(jié)論。曾有學(xué)者針對上海市區(qū)內(nèi)幾個主要觀光旅游景點的16幢具有代表性的建筑，測量了它們的泛光照明亮度和背景亮度，并作了被照建筑物的亮度主觀評價。通過分析所獲得的主客觀數(shù)據(jù)，他們認為泛光照明的建筑物的視亮度并不是單純地由它本身的亮度所決定，而在很大程度上是適應(yīng)亮度 (背景亮度，在這里是天空亮度)決定的。可見，要獲得良好的視看效果，靠單純地提高被視對象的亮度是不切實際的，應(yīng)當(dāng)設(shè)計被視對象和環(huán)境、背景間良好的亮度層次和對比。

在城市商務(wù)區(qū)內(nèi)，建筑密集，商場、店鋪眾多，夜景照明的數(shù)量必然很多，帶來區(qū)域內(nèi)的環(huán)境和背景亮度升高。照明業(yè)主為了避免自己的照明對象湮沒在高亮的環(huán)境和背景中，勢必要增加被照對象的亮度。筆者認為這是出現(xiàn)各商家、業(yè)主盲目追求高亮度的惡性競爭的主要原因。

3.2 實踐管理與控制

(1)有效的行政管理與約束

燈光管理職能部門應(yīng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)商務(wù)區(qū)內(nèi)各照明使用單位，減少對背景和環(huán)境亮度貢獻較大的照明設(shè)施，使得背景亮度下降，而保持各照明對象之間、照明對象與背景之間的對比度不變甚至提高，從而增強照明效果，并同時降低電能消耗。還應(yīng)轉(zhuǎn)變落后的行政執(zhí)法理念，加強對不當(dāng)照明的監(jiān)督和約束，及時予以整改;對于新增照明，嚴(yán)格審批，遏制照明亮度過大、能耗過高的項目投入建設(shè)。

另外，各照明單位不應(yīng)僅局限在通過亮度的差異來吸引關(guān)注，還應(yīng)根據(jù)自身的特點，設(shè)計特色照明。通過與眾不同的照明表達收到既吸引關(guān)注，又同時表現(xiàn)自身特點的雙重效果。

(2)合適的控制策略與手段

城市商務(wù)區(qū)內(nèi)各照明對象間、照明對象和環(huán)境背景間應(yīng)保持合適的亮度比例，以突出照明的重點內(nèi)容并維持良好的視覺舒適度，減少光污染和不必要的能源浪費。另外商務(wù)區(qū)在夜間還應(yīng)分時段進行照明，例如18∶30～22∶00為重點照明時段，其他時間段適當(dāng)降低或關(guān)閉照明。同時夜景照明還分平日、雙休日、節(jié)假日、重要節(jié)慶日等場景模式，以靈活應(yīng)對不同情況，調(diào)用相應(yīng)的照明場景、烘托不同的氣氛。如節(jié)慶日可適當(dāng)提高照明亮度，以營造熱鬧、繁華、喜慶的節(jié)日氛圍。

分析并制定合理的照明控制策略對照明加以控制，是實現(xiàn)照明節(jié)能的一個重要環(huán)節(jié)。通過照明控制做到盡量減少不必要的開燈時間、開燈數(shù)量和過高亮度，最大限度地減少電能消耗。同時延長照明系統(tǒng)的壽命，并有效減少光污染。

如果采用普通的獨立手動方式控制照明，各照明業(yè)主會自行調(diào)控其照明對象的亮度，而難以根據(jù)“大局”情況來進行。這顯然會使之前提出的分時段和分場景的照明方式的可操作性降低，實現(xiàn)難度增大。

但是隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)以及自動控制技術(shù)的發(fā)展與成熟，近些年來，網(wǎng)絡(luò)化的智能照明控制系統(tǒng)已經(jīng)開始在城市夜景照明控制中得到廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化的集控有利于管理，使得按時間表控制和按場景控制不再繁瑣。通過智能化控制統(tǒng)一降低相關(guān)照明對象的亮度水平，使其相互間的對比關(guān)系不變，卻同時減少了溢出光和能耗。

4 結(jié)束語

在城市商務(wù)區(qū)夜景照明的建設(shè)與改造過程中，適當(dāng)控制照明對象的亮度值，通過層次分明的亮暗搭配和適宜的亮度對比來突顯視看對象。除了亮度，還可以將其他照明風(fēng)格如光色、動態(tài)光等與照明對象的特點緊密結(jié)合起來，打造個性化的照明燈光，起到吸引公眾目光和廣告宣傳的作用。

在控制商務(wù)區(qū)內(nèi)整體照明亮度時，制定合適的照明控制策略如時間表控制、場景控制，并引入智能化的集中控制系統(tǒng)，將在很大程度上方便同步調(diào)節(jié)各照明對象的亮度并保持相對恒定的亮度比。這些措施對于降低商務(wù)區(qū)內(nèi)不必要的過高亮度，減少逸散光對于城市星空的污染以及其他形式的光污染，對于降低能源消耗，都將會發(fā)揮重要作用。

［1］李鐵楠.景觀照明創(chuàng)意和設(shè)計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［2］劉鳴，馬劍，張寶剛.城市夜景照明中的光污染和夜天空保護的研究［J］.城市規(guī)劃，2008(8):70～73.

［3］楊公俠.視覺與視覺環(huán)境［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，2002.

［4］劉鳴，馬劍，張寶剛等.夜天空亮度的測量及其評價研究——以天津夜天空為例 ［J］.照明工程學(xué)報，2007，18(3):6～11.

［5］楊春宇，陳仲林，黃彥.建筑立面泛光照明亮度主觀量因素評價研究 ［J］.照明工程學(xué)報，2005，16(2):15～17，21.

［6］李奇峰，俞麗華，楊公俠等.上海市區(qū)環(huán)境亮度及建筑物泛光照明亮度調(diào)查［J］.同濟大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版)，2005，33(5):621～625.

［7］楊春宇.建筑物照明亮度設(shè)計引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法研究［J］.建筑科學(xué)，2008，24(12):81～84.

［8］馬劍，劉博，孫立曄.頤和園古典園林夜景照明亮度及亮度比研究評估 ［J］.照明工程學(xué)報，2010，21(2):20～23，31.

［9］JGJ/T 163—2008.城市夜景照明設(shè)計規(guī)范 ［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［10］朱平，肖輝.城市商務(wù)區(qū)夜景照明節(jié)能分析與研究［J］.楓林學(xué)苑，2012:509～516.

［11］俞麗華.電氣照明 ［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，2001.

［12］M.戴維.埃甘，維克多·歐爾焦伊.建筑照明 ［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.