居住建筑光侵擾現象初步調查與研究分析
——以天津居住區調研為例

于 娟，王立雄，張明宇

(天津大學，天津市建筑物理環境與生態技術重點實驗室，天津 300072)

1 引言

北美照明工程協會(IESNA)指出居室內來自于室外的非必要光線，即光侵擾，會使居住者產生不適、心煩或是降低能見度、分散注意力等現象?！董h境與健康展望》雜志也指出：夜間室外的光照投射到室內的人身上將干擾激素的分泌；戶外燈光會擾亂室內人們的心神，人們為獲得更多的光照而開燈，間接影響人們活動?？梢?，光侵擾可能對人產生諸多危害:分散注意力、重新設定生物鐘(生物鐘紊亂與一些疾病有關，如抑郁、失眠、心血管疾病和癌癥)、影響褪黑激素的分泌等，對居民生活和休息產生直接干擾影響，因此，需提高重視光侵擾的危害。

近年來，我國城市建設飛速發展，夜間光環境相對復雜。我國居住建筑受到光侵擾的問題十分嚴重。光侵擾在居住區光污染中所占比重最大，是目前光環境研究中關注度高且研究難度最大的一類光污染。這是由于居住區周邊商業、服務業的建設以及道路、商業牌匾和廣告等照明的設置，彩光、動態閃爍等形式也日益增多，導致雜亂的室外光進入居住建筑室內，形成復雜的光侵擾環境(圖1)。居民對這一現象的反應不一，國際、國內學術界的研究成果也較少涉及這一方面，相關的研究成果較少，可行的研究方法也尚不明確，光侵擾的研究勢在必行。

圖1 不同類型、不同程度的居住建筑光侵擾Fig.1 Different types and degrees of light trespass in residential buildings

本文意在基于天津居住區侵擾光現狀的調研基礎，分析目前光侵擾的環境特征，并通過對以往光侵擾(光污染)的相關研究，明晰居住建筑光侵擾研究的進一步趨勢和研究內容。

2 居住區室外侵擾光調研

本部分調研選取天津市內六區2000年之后新建和在建的47個居住區，主要采用建筑外部測試與主觀調查的方法。記錄產生侵擾光的光源類型的同時，為了初步評價居住區光侵擾程度，依據調研人員的主觀感受和實地測量的情況將所調研居住區的光侵擾程度劃分為無、低、中、高、嚴重5級。調研統計見表1。目的是初步了解侵擾光的來源和影響程度，為進一步深入調研進行案例摸底和測量侵擾光各項光參數作基礎準備。

表1 天津市居住區光侵擾調研情況Table 1 The data of light trespass Survey in Tianjin’s residential areas

表1數據顯示，在47個居住小區中，有60%的小區存在光侵擾現象，可見范圍之廣。其中，中等及高程度(包括嚴重)的占33%(圖2)，動態照明的影響也有一定比例分布。同時從表中可以看出，侵擾光來源復雜：路燈，沿街商戶霓虹燈、標示牌，公交站牌，樓體裝飾性照明，大面積商業廣告，動態照明(LED顯示屏)等。復合來源占32%，其中來源于動態和彩光光源的占25%(圖2)。

圖2 光侵擾調研結果Fig.2 The results of light trespass survey

3 已有的居住區光侵擾研究成果及方法

上世紀70年代，國際光環境研究領域開始大量出現有關城市光污染的討論，主要針對道路眩光和城市夜天空發亮兩方面。最近十年間，國際照明委員會(CIE)、國際暗天空協會(IDA)、IESNA等歐美研究機構及部分亞洲研究中心對光污染問題的研究涉及到夜空、商業區、居住區等城市內不同性質用地，不同等級的道路以及各類建筑內部等范圍，涉及居住區侵擾光方面的研究成果概括如下。

CIENO.150文件《限制室外照明設施產生的干擾光影響指南》(2003)中，指出照明對居住者的影響通常與暗黑的居室里射入的戶外照明光線在窗上形成的垂直照度相關，并將照明環境分為4個等級及兩種時段，設定了居住建筑窗戶外表面產生的垂直面照度最大允許值的標準要求(見表2)，規定了夜景照明燈具朝居室方向的發光強度的最大允許值。

表2 垂直面照度最大允許值Table 2 Maximum allowable value of the vertical illuminance

IESNA的研究包括了光侵擾的定義和測量鑒定，出版《Lighting pollution:responses and remedies》、《Light pollution:the global view》、《Ecological Consequences of Artificial Night Lighting》等著作。

北美照明研究中心(LRC)發表的《Outdoor site-lighting performance: A comprehensive and quantitative framework for assessing light pollution》，闡述了OSP(Outdoor site-lighting performance)對光污染的檢測和計算方法，是利用軟件模擬計算的方法研究居住建筑受到的光侵擾情況，是定量化研究光侵擾的近期成果。OSP是在分析了125個區域(包括實際、實驗和軟件模擬三類區域)的測量數據的基礎上提出的，其計算方法如下：首先，建立包圍評價區域空間的“立方體”模型；然后，通過光環境模擬軟件的計算得到立方體上測點的值；最后得出光侵擾評價值(為相應面上測點的最大值，單位lx)?！癘SP是能夠量化檢測光侵擾的系統，對光侵擾的思考從‘點式’的對光源和被照對象的思考，轉向將兩者放在一個空間內進行思考的‘立體’思考模式”，如圖3所示。

圖3 雙側燈桿光侵擾計算模型

日本對光污染防治標準也是基于CIE 第150號技術報告的限制而制定的。

我國光污染研究在最近十幾年間也取得了一些成果。主要集中在依據本國或各城市實情的光污染成因、危害和防治措施的研究方面。

臺灣地區也對居住建筑的光侵擾問題進行了較多研究。國立成功大學趙又禪著的博士論文《住宅區戶外照明光侵擾之研究》、黃光佑著的碩士論文《住商混合區街道廣告照明光侵擾研究》分別以住宅區戶外路燈照明、廣告的光侵擾為研究對象，通過調查、實測住宅窗口處照度，調查光侵擾的住宅層數范圍，并通過軟件模擬進行驗證，分析提出改進建議和控制手段，以降低居住環境受光侵擾的危害。

由肖輝乾、郝允樣發表的《光污染的危害、動向與防治方略》一文中就系統介紹了光污染的危害案例，并分析了國際光污染的研究動向，提出了由宣傳危害以加強重視、調查測量以總結防治措施、加強防治標準和規范制定、建立監管機制以做好監督與管理這四方面的工作策略。林若慈發表的《關于城市住宅中的光污染問題》一文中引用CIE第150號技術報告，對夜間外溢光及雜散光的危害及防治進行了探討。

重慶大學楊春宇等人發表的《城市生態與光污染控制》指出由城市開發引發的光污染造成的生態問題應當引起重視，提出了從街道路燈、其他室外照明設施控制兩方面來降低光污染的具體方法。重慶大學魏明、馮海亮發表的《淺談光污染與人類健康》分析了城市中的光污染的成因，并指出了光污染的危害和防治措施。

天津大學的研究成果針對我國居住區的居住模式，對居住區室外光環境指標方面進行了系統、定量化的研究。蘇曉明的博士學位論文《居住區光污染綜合評價研究》中，建立了針對道路照明產生居住區光侵擾程度的評價計算公式：

T=32.285+0.002L-1.935S+2.719H-0.620D

其中T——沿街住宅光侵害度(無單位)；

L——燈具總光通量(lm)；

S——道路與住宅間距(m)；

D——同側燈桿安裝距離(m)；

H——燈桿高度(m)。

4 居住區侵擾光研究綜述

總結現今居住區侵擾光研究成果包括以下5方面：①光污染(包括侵擾光)對人類健康影響的分析研究；②居住區光污染(包括侵擾光)防治原則和技術措施的探討；③參考CIE等標準制定的對居住區窗口垂直照度的立法限制；④居住區侵擾光的軟件模擬計算方法(OSP)和計算公式；⑤居住區侵擾光的測量數據及與CIE等相關標準的對比研究(以窗口垂直面照度為參數)。

另外，上述研究成果的關注點，光源多是僅考慮道路照明的點光源(路燈)引起的光干擾；研究方法以調研實測、主觀問卷調查、軟件模擬計算為主，研究最終目的為評價現狀光干擾程度，并未得到關注于影響對象(即對人們工作或者生活的影響)的定量化結果；且定量化的評價多以窗口垂直面照度為標準參數，并無考慮計量其他的光學參數。

綜上，研究成果存在兩方面的缺失：一是針對我國居住區模式和多侵擾源的探討，天津大學的已有研究只針對單一來源侵擾光(路燈)的計算，多侵擾源的影響研究未見，且國際、國內尚未見可參考的標準；二是缺失對室內受侵擾的居民承受能力的關注，對光侵擾影響居民室內活動干擾方面的研究成果較少，在這一方面既缺乏相關的基礎數據，也缺少可行的研究方法。

5 進一步研究的趨勢

我國居住區的光侵擾現象，不僅表現為過量的道路燈光進入室內，還往往伴隨著來自其他光源的過量彩光侵擾，這在國內外光侵擾研究中均較少有成果出現。同時，居住區光侵擾的研究應本著以人文本的原則，重視居民的主觀感受，以此為出發點定量研究侵擾光對居民室內活動的干擾。

另外，依據光環境研究成果的積累和經驗，侵擾光對室內活動的干擾因素還應包括干擾時間、亮度、照度、閃爍、色彩、位置、光源特性等眾多因素，這些因素與干擾程度的相關性現今并沒有論證探討，亟需進一步研究。

依據上述我國居住建筑光侵擾現狀和已有研究的缺失，深入的研究應趨向于：關注包含路燈在內的多種侵擾光光源，以居民主觀感受來入手研究，采集和分析相關數據，以確定侵擾光的各光學參數對室內活動的干擾程度，立足于前期成果的積累和研究基礎、經驗，建立科學、系統的由數據采集、模擬分析、評價實驗、統計結論等方面構成的研究方法和流程，以及發展現場的檢測技術手段，對光侵擾程度進行科學、定量化的研究。

基于此，筆者建議如下：

一方面，拓寬研究的侵擾光光源，同時考慮單色的點光源(路燈)和彩色動態的面光源(廣告牌和LED屏幕等)，對典型居住建筑窗口侵擾光進行測量，建立包括窗口和侵擾光源光參數的基礎數據庫，彌補該方面研究基礎數據的匱乏。

另一方面，建立典型居室侵擾光分析模型，調節侵擾光參數(色彩、亮度、面積等)模擬不同侵擾光種類及狀態，通過大樣本的評價實驗，來評價光侵擾的影響程度。

但需同時注意3個問題：①合理篩選被試人員；②評價實驗的流程設置；③評價數據的典型性分析。

6 結語

光侵擾現象紛繁復雜，我國這一現象又呈高發趨勢，侵擾光方面的研究亟待加強。尤其以我國居住模式為依據，通過科學方法獲取居民反應，獲取承受能力的閾值限定，更為關鍵?；诖?，才能進一步對居住區光環境設計指標、設計方法及光侵擾防治措施進行研究，實現提高居住環境質量的目標。

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