城市夜間光環境實態調研分析

劉　鳴，黃鐵嶼，周　博，索　健，蔡　軍，陳　巖，

李維珊，富　露，任　杰

(大連理工大學 建筑與藝術學院，遼寧 大連　116024)

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城市夜間光環境實態調研分析

劉鳴，黃鐵嶼，周博，索健，蔡軍，陳巖，

李維珊，富露，任杰

(大連理工大學 建筑與藝術學院，遼寧 大連116024)

摘要：隨著現代化城市化建設的不斷發展和城市夜間照明廣泛的應用,新型光源、大功率的照明設施不斷涌現，城市光環境的發展呈現了新的景象。本研究以大連市內的數個建設項目做光環境的調查分析，以了解不同性質的場所各自所面臨的照明問題和照明實態，及探討改善城市空間光環境的方法。

關鍵詞：光環境；照明；光污染

引言

中國近年來在快速經濟和城市發展過程中，因照明技術的進步與廣泛應用，城市居民所處的光環境產生了巨大的變化。首先經濟繁榮與夜生活的普及，沿街商業招牌照明大量的使用來刺激消費；其次，在各地建設夜經濟的過程中，城市公共空間如街道、廣場和公園都成為打造和表現城市夜景的場所；接著地區標志性的建筑物不斷出現，其建筑立面裝飾性照明成為展現城市亮點的名片。另外，隨著照明技術如LED光源的發展，外墻巨大型電子屏幕的所謂“媒體墻”甚至于多個大屏幕立面的“媒體建筑”涌現。

然而,城市光環境因投入的各類照明建設有了急劇的變化。過度、設置不當或突兀刺眼的人造光所形成的光污染不僅耗耗能源、增加碳排放量、降低夜空能見度、影響天文觀測、干擾敏感的生態系統，還能對市民生產生活甚至于安全產生了一定的干擾，影響夜間睡眠與人體健康和導致城市交通事故[1]。同時在一定程度上還減低空氣于夜間的自凈能力，促成空氣的污染[2]。

1調研內容

1.1　調研地點

2015年是聯合國確定的國際光年，本次調查研究主要考察現階段城市發展過程中光環境、光污染的問題。本調研根據城市功能劃分的不同，選擇了三種光環境地點進行調研：居住區光環境、商業區光環境、以及廣場光環境。其地點為：西安路天興羅斯福國際中心居住綜合體，高新區黃浦路臨近的萬達廣場和錦輝購物廣場，馨東街與凌水路大山廣場室外文體活動空間。

1.2　調研現狀

1.2.1居民區——西安路天興羅斯福國際中心居住綜合體夜間光環境現狀

從圖1中可以看出，居民區的照明情況：商場部分，1~2樓是玻璃幕墻，光源為室內照明，發光柔和，3~5樓為LED廣告牌，發彩色強光；住宅部分，光源為室內照明；住宅小區道路兩旁每隔8m設置9m高路燈，發白光，草坪中不規則安置6m高景觀燈，發白光；道路每隔10m設置高12m的路燈，發黃光。

圖1　羅斯福夜晚光環境Fig.1　The light environment jof Roosevelt mall

圖2　萬達廣場照明現狀Fig.2　The lighting situation of Wanda Plaza

圖3　錦輝購物廣場照明現狀Fig.3　The lighting situation of sunrise shopping center

1.2.2商業區——高新區黃浦路臨近的萬達廣場和錦輝購物廣場夜間光環境現狀

a.萬達廣場：從圖2可以看出，萬達廣場的照明情況：主入口為LED方塊燈照明；水晶體三棱錐墻面為LED變色線型洗墻燈照明；次入口為斜條紋點光源照明；人行道主要采取地燈和路燈相結合的照明方式。

b.錦輝購物廣場：從圖3可以看出，錦輝購物廣場的照明情況：入口主要以黃色和紫色照明為主，結合白色、低頻率、低亮度變化的動態光；立面為櫥窗照明和10m左右高度的廣告牌照明；人行路以圓柱路燈照明為主。

1.2.3廣場——馨東街與凌水路大山廣場室外文體活動空間

廣場是城市夜間人們活動最終要的場所之一，也是構成城市夜間環境的重要組成部分，因此，本研究選擇文化娛樂休閑廣場最為調研對象。

圖4　大山廣場夜間照明現狀Fig.4　The night lighting situation of the Mountain square

1.3　調研方案

該調研測試均采取網格劃分，根據地點和調研范圍的不同選取不同網格尺度設置，對該網格點進行照度測試，每點數據測量三次，取其平均值，然后對所得的數據進行統計。測試儀器主要是照度計。

1) 居民區——西安路天興羅斯福國際中心居住綜合體夜間測試方案。在該地點的測量位置在住宅樓臨街兩個立面道路上，測試點距離地面1.1m高，距離窗臺0.2m遠，共測量31個樣本點。

2)商業區——高新區黃浦路臨近的萬達廣場和錦輝購物廣場測試方案。在該地點測試是在建筑臨街面15~20m的人行道路上，進行5m×5m的網格劃分，每點選取0.75m處高度的進行照度測試，其測試網格如圖5、圖6所示。

圖5　萬達廣場網格劃分Fig.5　The grid division for the test zone in the Wanda plaza

圖6　錦輝購物中心網格劃分Fig.6　The grid division for the test zone in the Sunrise shopping center

3) 廣場——馨東街與凌水路大山廣場室外文體活動空間。在該地點，場地整體劃分出重點測量的7個區塊，如圖7所示。

圖7　商業建筑的網格劃分Fig.7　The grid division for the test zone in the Mountain square

2光環境調研結果分析

2.1　居民區—西安路天興羅斯福國際中心居住綜合體調研結果

由表1~表2可知：4層樓是照度的一個轉折點，從第4層開始建筑立面照度開始明顯降低。這說明，光侵害的主要受害窗口是1~4層住宅窗口；4層以上窗口受光侵害程度隨窗口照度的降低不斷減小，基本在10層左右窗口照度控制在0~5lx。

表1　羅斯福對面君安大廈住宅樓臨街窗口照度

表2　羅斯福a座住宅樓臨街窗口照度

由表3可知：①4層以下的建筑立面上照度不會隨著遠離燈桿高度而下降，即燈桿高度(12m)所對應的樓層以下的照度不會明顯降低；②高于燈桿高度以上的樓層照度，會隨著樓層高度的增高而明顯下降，產生這種現象的原因主要是燈桿高度以下的樓層不但受路燈直接照射，還有受地面的反射；③路燈高度在6m~12m之間不斷增加時，對應建筑立面受到光侵害程度不斷升級。

表3　君安大廈住宅樓窗口照度　單位：lx

注：表3中6m路燈為小區內部景觀燈，9m路燈為小區內部道路照明燈，12m路燈為街道兩旁照明燈。

從表4中可知：在溢散光環境中，光源一定的情況下，當燈具的投射角度<90°時，如路燈照明區域邊界建筑立面被照亮面面積越小，亮度越高，則光溢散程度越小。當燈具投光角度>90°時(如采用非遮光性燈具)，照明區域邊界建筑的被照亮面的面積越大，亮度越低，則光溢散程度越大；羅斯福附近街燈仰角近似0°，但是廣告牌的明亮燈光并沒有任何遮蓋，燈光投射角度從0~180°，溢散光反射到對面建筑立面上以及天空上，造成夜晚的人工白晝并浪費了大量電能。

表4建筑立面亮度

注：羅斯福臨街建筑立面主要受路燈影響; 君安大廈臨街建筑立面主要受羅斯福商城立面上的LED廣告牌影響。

羅斯福附近的路燈高度基本位于6m、9m、12m三個階段，6m高燈桿對于建筑立面的照度影響相對較小，僅對1、2層樓影響較大；9m高燈桿和12m高燈桿的夜晚照明對于低樓層的住戶來說稍亮。針對這種由燈具位置產生的人工白晝光環境有如下幾點建議：

1)6m或低于6m的燈具適于作為景觀燈使用，建議安置在距離住宅樓稍遠的草坪花園中，可適當增加亮度；

2)9m路燈作為居住區內部路燈燈桿，應適當降低照度并增加安裝的數目，以保證道路照明的均勻度與適宜的照明效果；

3)12m路燈用于街道照明，應注意其與建筑立面的距離和自身亮度，防止對居住區產生侵害光。

2.2　商業區——高新區黃浦路臨近的萬達廣場和錦輝購物廣場調研分析

2.2.1錦輝購物中心調研分析

從圖8可以看出：建筑入出口的照明環境較為明亮；路燈的照明對環境起到了一定的調節作用；廣告牌在距離地面10m左右時，其照明對路面的亮度沒有明顯影響；離建筑5m以外距離的亮度較為均勻。

折線1位于距離商場20m處的位置；折線1′位于距離商場15m處的位置；折線1″位于距離商場10m處的位置，折線1?位于距離商場立面5m處的位置圖8　錦輝購物廣場的測試數據Fig.8　The line chart for the test data of the Sunrise shopping center

2.2.2萬達廣場調研分析

從圖9可以看出：廣告牌距地面5m左右時，照明對路面的亮度有明顯影響；路燈的照明對環境起到了一定的調節作用，而地燈對道路照明沒有明顯影響；點光源照明設計對街道的照明影響不大而棱面光源照明較為明顯；建筑周邊亮度受到的來自建筑照明影響較為明顯。

折線1位于距離商場15m處的位置；折線1′位于距離商場10m處的位置；折線1″位于距離商場5m處的位置圖9　萬達廣場測量數據Fig.9　The line chart for the test data of the Wanda plaza

2.2.3兩者照度比較

對錦輝購物廣場和萬達數據進行處理，在求得該區域的平均照度之后，對街道測點進行標準差處理，得到各自建筑臨街面的照度離散情況，從而反映各自照明的均勻性，其中數值越高表示該處的照明越不均勻，如圖10~圖11所示。

圖10　錦輝購物廣場照度離散程度分析Fig.10　The discretization analysis figure about the illumination of the Sunrise shopping center

圖11　萬達廣場照度離散程度分析Fig.11　The discretization analysis figure about the illumination of the Wanda plaza

對建筑各自照度離散程度的分析，可以得到如表5所示的兩個臨街相鄰商業建筑的照明比較。

表5　錦輝購物廣場和萬達廣場的照明比較

通過表5的分析比較，可以得出：在商業照明中需要設置合理的路燈，而地燈對街道照明亮度影響不大，但容易對行人形成刺激，盡量選擇低亮度的且帶地燈罩能夠降低燈投向天空的亮度；廣告牌的設置位置的不同會對街道照明產生的影響不同，位置越高，對臨建筑的街道照明作用不大，所需要的亮度越低，因此對廣告的位置和亮度應該進行合理的設計；合理設置商業建筑的照明，使其在滿足吸引消費者的情況下，能夠不會對周邊環境造成光污染。

2.3　廣場——馨東街與凌水路大山廣場室外文體活動空間

2.3.1各個區塊的數據分析比較

大山廣場主要為娛樂性廣場，為周邊居民提供休閑活動的場所。從圖12和圖13可以看出：大山廣場的照度值分布很不均勻，光源分布位置決定了照度值的變化，距離光源越近的點照度值越大，如果有建筑物或大樹等遮擋就會在地面產生陰影區，數值會較暗；在被測量的所有點中，西北角的一組光最暗，以及跑道與中間硬鋪區域較暗，其次是西南角、東南角亮度值較適宜，東北角最接近光源，因此相對最亮。

圖12　大山廣場照度值測量示意圖Fig.12　The illumination value of the Mountain square

圖13　區塊被測點照度數值比較Fig.13　The comparison of the illumination values of the measured block

2.3.2不同區域內光環境現狀詳細分析

此處將環境行為學理論中的定點觀察法與統計學中的數值比較法相結合，分析和闡述7個不同區塊內的光環境現狀。

a、區塊1。區塊1主要為人們慢行的區域，對環境的照度需求較小。從圖14可以看出：區塊1為7個區塊中最暗的角落，照度值多數小于1 lx，低于廣場照明中人行道規定的5~10lx,不能滿足相應的功能照明的需求。其原因主要是由于該區處在西、北兩側建筑和連廊的陰影區內，無發光的高干路燈和輔助光源，完全依賴于北側門店的間接照明。

b、區塊2。區塊2的主要功能是提供人快速通行、慢跑、散步、聊天、駐足的活動場所。從圖15可以看出：區塊2同區塊1一樣屬于很暗的地方，照度值均小于0.7 lx，低于廣場照明規定的5~10lx,不滿足主要的照明需求。主要原因是由于該區處在構筑物陰影區內，無重點照明，完全依賴于周邊商鋪的間接照明。

c、區塊3。區塊3的主要功能與區塊2相同。從圖16可以看出：區塊3不同于區塊1、2，亮度明顯提升，照度平均值約為10 lx，滿足照明需求。

圖15　區塊2測量數據Fig.15　The measurement data of the Block 2

圖16　區塊3測量數據Fig.16　The measurement data of the Block 3

圖17　區塊4測量數據Fig.17　The measurement data of the Block 4

d、區塊4。區塊4為主要出入口，連接著大山廣場與周圍各處的通行者，提供快速通行、聊天、駐足、觀望等。從圖17可以看出：區塊4是7個區塊中最亮的區域，照度的最大值、最小值以及平均值都排在7個區塊的首位，其照度值明顯高于主要出入口照度值20~30 lx,屬于過度照明狀態。其主要原因是由于距離桿路燈很近、以及周邊商鋪的鋪助光源，同時避開構筑物的陰影區。e、區塊5。區塊5主要功能是快速通行、聊天、駐足觀望，以及小孩較滑、滑板等娛樂活動，對照度值及均勻性都有較高要求。從圖18可以看出：區塊5在7個區塊的照度比較中排名第二，距離很近的高干路燈給此區域提供了方便，此區域同樣處在交通入口處，石材鋪裝很平整，通行者可在此進入熱鬧的大山廣場，也可較便捷的通向406公交終點站。其能夠滿足該區域的功能照明需求，但照度均勻性較差。

f、區塊6。區塊6的主要功能是提供廣場的主要出入口之一，此外還兼有提供快速通行、跑步、散步、休息的功能。該區域能夠滿足功能照明需求，但大多數低于主要出入口照度的要求。從圖19可以看出：區塊6的照度值是成規律性漸變，距離高干路燈越近照度值越高，距離光源較遠，照度值也隨之遞減。部分處在建筑陰影區的地方，會有數值的明顯下降。

圖18　區塊5測量數據Fig.18　The measurement data of the Block 5

圖19　區塊6測量數據Fig.19　The measurement data of the Block 6

g、區塊7。區塊7的主要功能是提供居民集體性的健身活動項目，如廣場舞、交誼舞、太極等；小眾活動主要有聊天、駐足觀望等。從圖20可以看出：區塊7測量結果數值整體上波動較小，成規律性變化，中間偏低，東西兩側偏高，由北向南逐漸增強；數值多低于廣場照明需求的5~10lx，但其照明較為均勻。

圖20　區塊7測量數據Fig.20　The measurement data of the Block 7

3總結

通過對建筑室外夜間光環境所進行的調研研究發現，現階段許多活動場所因為照明設計的不合理規劃，導致許多照明設施覆蓋區域重復，造成光污染及能源的浪費。廣告牌照明和街道路燈照明都因

為位置和布置方式的不同會對光環境產生影響，也會因其照明設計的不同營造出不同效果。不合理的照明設置會對周邊居民、天空等產生嚴重的影響，所以對室外環境應選擇合理的照明方式和照明燈具，在考慮整體光環境的狀況和協調好照明設施的基礎上，在節約能源的同時最大化地提高照明效率。

此外，商業設施的光環境因要達到吸引客人購物消費，它是多彩、動態和亮眼，而容易造成光污染。同樣是聚集人群的社區公共設施如大山廣場的光環境，部分區域有照明不足的情形，目前依靠路燈提供照明來供人們使用。

對住商綜合體夜間光環境進行定性化研究，能夠對光污染環境有更深入的了解，能為未來準確預測光環境和控制光污染提供更加開闊的思路。因此，住商綜合體夜間光環境還有更多的內容需要討論和深入研究。

參考文獻

[1] ASHRAF C H. Light Pollution: The Problem and its Significance [D]. California:California State University, 2009.

[2] 黃鐵嶼. 慶祝國際光年，響應地球一小時[A]//上海景觀. 生態文化與景觀燈光技術論壇專刊[C]. 上海:上海市市容景觀事務中心，2015.

Analysis of Urban Night Light Environment—Dalian Case Studies

Liu Ming, Huang Tieyu, Zhou Bo, Suo Jian, Cai Jun,

Chen Yan, Li Weishan,Fu Lu, Ren Jie

(SchoolofArchitectureandFineArt,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)

Abstract：With rapid pace of urbanization and expanded usage of urban night lighting, large numbers of high intensity lighting facilities have been installed in urban areas. Overflowing and flooded illumination have caused light pollution. This study, through survey and analysis of a couple of outdoor urban spaces in Dalian, aims to assess lighting issues associated with urban spaces in different functions, and to explore the method of improving light environment in those spaces.

Key words:light environment; lighting; light pollution

通訊作者：劉鳴：E-mail:liumingyity@163.com;黃鐵嶼，E-mail:ciedmeco@gmail.com

基金項目：國家“十二五”科技支撐項目(2012BAC05B01)

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2016.01.010