基于溶洞石景保護的旅游洞穴景觀照明參數建議

段 然，王志剛

(1.重慶工商大學 藝術學院，重慶 400019；2.重慶大學 建筑城規學院，重慶 400030)

引言

喀斯特洞穴豐富的沉積石景極具觀賞價值和科學價值，是重要的旅游資源[1]。人工照明彌補了旅游洞穴天然光照不足的問題，成為塑造洞穴自然奇觀的重要手段，也是旅游洞穴開發的重要標準[2，3]。目前，旅游洞穴的研究涉及到洞穴開發、利用、洞穴的保護及洞穴生物等方面[4-7]。旅游洞穴景觀照明已發展多年[8]，但在旅游洞穴景觀照明方面的研究卻相對較少，多關于洞穴人工照明的使用、照明系統的設計及溶洞照明工程案例的分析等，特別是結合旅游洞穴石景保護的景觀照明參數研究尚缺乏[9，10]。如何為溶洞提供適宜的人工光環境，科學利用人工照明塑造旅游洞穴內部景觀，保護旅游洞穴沉積石景，提升旅游洞穴品質具有重要的科學意義及工程實踐意義。

1 國內外旅游洞穴景觀照明研究動態

溶洞照明會引起旅游洞穴生物活動方面的影響[11]，Meyer-Rochow和Waldvogel[12]研究發現，發光蕈蚊在不同光譜能量分布的景觀照明下，活動發生改變，證明了發光蕈蚊更能適應于紅光照明，但Merritt等[13]在澳大利亞Marakoopa Cave的實驗得出，人工照明對發光性生物的影響作用不顯著的結果。Marimuthu等[14]的研究指出在10～20 lx溶洞景觀照明下，洞穴蝙蝠的晝夜節律遭到破壞。也有研究指出溶洞照明會引起洞穴內植物生長，破壞洞穴沉積石景[15]。在旅游洞穴景觀照明的實踐中，國外側重于利用照明對造景和景觀意境的渲染，有選擇性的進行景觀照明，著重進行洞穴發展歷程的敘述[16]；針對不同的藝術主題，利用不同的照度、亮度、對比度等，結合照明手法對景觀進行渲染。在Postojna cave旅游洞穴的Brilliant、Dragon等景點利用動態照明的手法及合理的照明技術進行溶洞景觀的塑造，結合動態照明使旅游洞穴景觀得到了展現。

旅游洞穴景觀照明研究指出旅游洞穴廳洞景觀照明實踐中指出[17]，利用照明技術對溶洞景觀進行多層次的動態光照射，重點景觀照度不宜超過250 lx[18]，裝飾性照明照度控制在10～20 lx，游道照明照度控制在2～5 lx，顯示照明照度為5 lx；主光與次光的照度比應該控制在4∶1[19]。低照度的照明設計需采用偏黃色的低色溫光源，照度小于20 lx，色溫為2 000 K；中等照度采用低色溫光源，照度為50～200 lx，色溫為2 000～3 500 K；高照度景觀段照明，照度可大于200 lx，色溫2 500～7 000 K白光或偏藍光[20]。然而，旅游洞穴成因不同，洞穴內部自然景觀情況不盡相同，僅以光源照度值進行照明效果界定，無法系統的形成旅游洞穴景觀照明的標準。

2 旅游洞穴景觀照明現狀調研

對旅游洞穴景觀現狀進行調研，調研情況如圖1、表1所示。調研圍繞我國具有5A級稱號的旅游洞穴展開，包括重慶武隆芙蓉洞景區、貴州安順龍宮溶洞、廣東連州地下河景區溶洞、河南洛陽雞冠洞景區及遼寧本溪水洞景區等[21]。根據調研得出：①目前旅游洞穴內景觀照明光源主要以黃光金鹵燈、藍光金鹵燈、綠光金鹵燈及熒光燈等傳統光源為主，且不同類型光源照射下有不同燈光植物生長，如，芙蓉洞景觀照明下生長的苔蘚類、蕨類、藻類等燈光植物。②照明光源以50，150 W和250 W功率為主，照度范圍在150～250 lx之間，人工光源、燈具后期維護較好，燈具完整，光源僅有少量光衰；部分線纜的布設損壞了石景結構，如遼寧本溪水溶洞，有鐘乳石被照明線纜破壞情況。③部分洞穴內有人造景觀小品照明，如遼寧本溪水溶洞內對“動物形”、“人形”景觀小品的照明等。

圖1 旅游洞穴照明現狀實景(上:重慶張關溶洞;下:遼寧本溪溶洞)Fig.1 The current situation of tourist cave lighting

表1 旅游洞穴景觀照明調研情況Table 1 Investigation of tourist cave landscape lighting

3 旅游洞穴景觀照明問題分析

1)旅游洞穴景觀照明的藝術性。我國缺乏旅游洞穴景觀照明的相關規范，CIE(國際照明組織)也沒有對旅游洞穴景觀照明做出指導。目前，我國旅游洞穴照明多根據以往的經驗進行設計，不同旅游洞穴造景手法完全相同，導致旅游洞穴照明缺乏特色，不能展示旅游洞穴內部空間的差異。在景觀照明造景上多采用具象聯想敘事的方法，照明手法單一，以靜態光為主，隨意利用主光、輔助光、氣氛光等照明手段[22]牽強創造沉積石景的主題，且景觀主題的過渡生硬。光源設置不能充分表達沉積石景的藝術效果，光源集中選擇紅光、紫光、綠光及藍光金屬鹵化物光源的應用，金屬鹵化物光源的顯色性低，游覽者無法清晰的欣賞到重要沉積石景的形態、色彩及結構。多數旅游洞穴中加入有機材料的景觀小品，并對其進行照明(見圖1)。在審美上，有機材料較具象且生硬，不能夠打造溶洞內環境的藝術美感，難以提高旅游洞穴的游覽品質，更將污染源帶入洞穴，在照明環境下有機材料發生化學反應，釋放有毒氣體，且有機材料易腐爛、易燃，也帶來旅游洞穴的巨大的安全隱患，不利于洞穴景觀的保護，更會改變或破壞洞穴景觀多樣性的動態演變方向和趨勢。

2)旅游洞穴景觀照明光源光譜參數。人工光源光譜能量分布可為黑暗環境中的植物提供生長所需要的能量，旅游洞穴景觀照明應結合洞穴內部景觀特點及功能進行照明光源光譜的選擇。目前，旅游洞穴照明光源多為傳統光源，如白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈及金屬鹵化物燈等[23]，隨著LED光源的發展，也有不少旅游洞穴開始使用LED光源，如四川龍潭旅游溶洞照明改造工程。人工光源光譜能量分布與日光不同，對金鹵燈、熒光燈光源光譜能量分布與日光光譜進行實驗室測量，見圖2。可知，熒光燈、金鹵燈光譜各能量段比例較平均；金鹵燈為氣體放電光源，不同顏色金鹵燈區別在于光譜能量分布的中心波長范圍不同，白光金鹵燈波峰范圍在600 nm附近，黃光金鹵燈波峰范圍在580 nm附近，綠光金鹵燈波峰范圍在510 nm附近，藍光金鹵燈波峰范圍在470 nm附近。對沉積石景的照明應根據情況選擇適宜的光譜。

圖2 旅游洞穴照明光譜能量分布范圍Fig.2 Spectral energy distribution of tourist cave lighting

3)旅游洞穴的照明與石景保護。旅游洞穴中受人工光照所生長的藻類植物、苔蘚類植物與蕨類植物稱為燈光植物。藻類所分泌的粘液為多糖類物質，在微生物作用下氧化分解為對沉積石景極具腐蝕的物質，破壞鐘乳類石景的表面，改變鐘乳石的顏色[24]，降低石景的觀賞性，破壞了旅游洞穴的可持續發展，且附著于正發育中石景的藻類物質具有向光性，可導致鐘乳類石景向光發育，破壞了鐘乳類石景的生長；苔蘚植物為結構簡單的小型綠色植物，能分泌酸性物質溶解巖石成分，對洞穴地質資源有極大的破壞性；蕨類植物也是極具侵略性的綠色植物。燈光植物對光譜能量的需求是具有一定比例的，根據圖3可知，綠色植物光合作用主要吸收光譜能量分布在400～500 nm(紫光、藍光)及600～700 nm(橙光、紅光)；500～600 nm(黃光、綠光)不能提供綠色植物光合作用能源。那么，可根據燈光植物對光譜的需求進行燈光植物的造景或抑制，有效保護石景不被燈光植物侵害。

圖3 植物光合有效輻射圖[25]Fig.3 Plant photosynthesis effective radiation

根據燈光植物的生理特點，當光照強度超過植物的光補償點時，促進植物的生長，當光照強度超過植物光飽和點時，損害植物的光合機制，植物不能正常生長。通過對藻類的研究，陽性植物光補償點是1 000～2 000 lx，陰性植物光補償點是100～500 lx；陽性植物的光飽和點在20 000～25 000 lx，陰性植物的光飽和點在5 000～10 000 lx。所以，當人工光源光照強度低于100 lx時，綠色植物不能夠進行能量積累，有利于旅游洞穴石景保護的照明。

4 旅游洞穴景觀照明參數的建議

堆積地貌是溶洞景觀中的精華部分，根據堆積石景的不同類型，進行旅游洞穴景觀照明參數界定，見表2。大面積的石幔可利用低顯色性金屬鹵化物光源進行泛光照明，根據周圍景觀類型選擇以黃光或彩色光照射，根據石幔面積的大小選擇照度范圍，不宜超過100 lx；正在發育的石筍、石柱，可利用較高顯色性的光源，為游覽者提供較好的視看石景條件，且為避免鐘乳石附著燈光植物破壞鐘乳石生長，需選擇光譜范圍分布在500～600 nm的光源，照度值可適當提高至250 lx；邊石堤不做重點照明，以低顯色性光源泛光照明為主，照度值要求較低；其他類具有特色的堆積地貌需根據實際情況進行照明，照明手法主要以投光照明、局部照明為主。景觀照明供電系統的安裝過程中需結合沉積石景的形態進行線纜的布設，以不破壞溶洞沉積地貌為前提，杜絕暗線的線纜布設方式，盡量減少線路的分支、接線及開關的布置，線纜的材料選擇上應注意防水等。

表2 旅游洞穴石景景觀照明參數建議Table 2 Suggestions on lighting parameters of stone landscape in tourist cave

5 結語

旅游洞穴景觀照明標準規范的制定需要地質學、光學、生物學、美學、旅游學等學科的融合，需要針對旅游洞穴不同景觀類型進行研究。為了旅游洞穴景觀照明的健康發展，需要制定完整的旅游洞穴景觀照明技術標準，包括旅游洞穴電氣系統的電路設置、照明時間及旅游洞穴照明燈光系統的安全防護標準等。本文通過對我國具有代表性的旅游洞穴景觀照明調研，發現了旅游洞穴景觀照明現存的問題，根據實驗室測量結果進行解析，結合旅游洞穴堆積石景類型，建議了對旅游洞穴石幔、鐘乳石、石筍、石柱等沉積石景保護的景觀照明設計手法及參數的建議，為旅游洞穴生態景觀照明提供了參考。