天津市人行道照明現狀調查研究

楊宇彤，張明宇，李雙旭，袁 策，劉繼凱

(天津大學 天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術重點實驗室，天津 300072)

引言

近年來，由于城市居民的夜生活日益豐富，夜間人行道路的使用也隨之增加。但道路照明側重于機動車道照明環(huán)境，缺乏對人行道夜間照明環(huán)境的關注，導致人行道照明存在照明盲區(qū)、整體照度值低等問題，城市人行道夜間照明環(huán)境整體情況不容樂觀，難以滿足人們的夜間出行需要。而良好的人行道照明能夠提供行人所需的舒適、愉悅和安全的高質量照明環(huán)境[1]。因此，從行人的視角關注人行道照明，進行行人安全感的相關研究勢在必行[2]。

從相關研究可知，夜間人行道上行人的復雜視覺任務可以歸納為以下幾項：面部識別、障礙物辨別、標志辨識等[3]。適宜的人行道光環(huán)境可以幫助行人識別其他行人的意圖，感知環(huán)境的安全程度并獲得夜間獨自行走的信心，從而減少對犯罪的恐懼[4-6]。與行人安全感息息相關的一項重要照明目標是人行道上較遠距離的人臉識別。在夜間的人行道上，對遠處的其他行人的面部及意圖進行識別可以讓警覺的行人采取躲避或防御行動[7]。國際照明委員會(CIE)報告CIE 115[8]中指出，道路照明的目的包括允許行人看到和識別其他行人，足夠的面部垂直照度及半柱面照度能夠為面部識別和預判侵略行為提供保障。

本文對天津市區(qū)8條主干道的11條人行道進行照明現場測試及問卷調查，并結合現行標準對夜間人行道光環(huán)境現狀進行評價分析。

1 現場測試調研

現場測試的目的為調查人行道照明中存在的問題與不足。通過對天津城區(qū)中眾多主干道進行初步網絡調研，并依據照明燈具布置方式[9]的異同進行劃分，篩選出其中具備研究價值及研究條件的典型路段進行照明現場測試。人行道典型路段位置及基本信息如圖1和表1所示。

表1 人行道基本信息

圖1 人行道典型路段位置Fig.1 Typical sidewalk location

調研選擇在當日天黑后且照明燈具已燃點40 min后于選定人行道路段(路面清潔、干燥)進行。使用CL-500 A分光輻射照度計(測量范圍：0.1～100 000 lx)、XYI-III全數字照度計(動態(tài)范圍：0.5～100 000 lx)、D510激光測距儀(測量范圍：0～200 m)、卷尺等測量儀器進行測量。測試方法根據《照明測試方法》(GB/T 5700—2008)[10]制定，選用中心布點法，測點分布示意圖如圖2所示，數字用來標注路面照度測量點，字母用來標注垂直照度、半柱面照度、顯色指數和色溫的測量點(盡量避免行道樹投影對數據測量產生嚴重影響)。

圖2 測點分布示意圖Fig.2 Schematic diagram of measurement point distribution

1.1 評價參數

人行道照明的評價指標分為以下三類[9]：

1)地面照明指標：路面平均照度、最小照度。用于確保行人對人行道路面障礙物的識別；

2)空間照明指標：1.5 m高度處的最小垂直照度和最小半柱面照度。其作用是輔助行人對有一定高度的物體進行識別，以及對其他行人進行面部和動作意向識別。由于人的面部可抽象為半圓柱形，垂直照度用于行人面部識別存在一定的不適用性，且在現場測試中容易出現誤差。而半柱面照度則是通過計算落在半圓柱體曲面上的總光通量除以該曲面面積得出的，用于表征人行道空間照明效果更為合適；

3)適宜的色溫能夠進一步輔助行人快速、準確地進行視覺作業(yè)。光源的色溫不宜高于5 000 K，并宜優(yōu)先選擇中(3 300～5 300 K)或低色溫(<3 300 K)光源。

本次調研所選人行道路段均為表2中“流量較高的道路”。

表2 人行及非機動車道照明標準值

1.2 數據綜合評價

1)人行道地面照明。在進行現場測試的11處路段中，共6處路段的人行道路面平均照度滿足10 lx路面平均照度值，占總數的54.5%(圖3)。其中照明燈具中心對稱布置的兩條道路(賓水道二、紫金山路)，人行道路面平均照度均滿足標準值的要求；照明燈具為單側布置的兩條道路(賓水道一和城廂中路)，靠近路燈一側的人行道路面平均照度均滿足且遠遠高于人行道路面平均照度標準值的要求，而遠離路燈一側的人行路面平均照度與標準值存在明顯差距；在照明燈具雙側對稱布置的五條道路中，僅有新開路與鞍山西道這兩條道路的人行道路面平均照度均滿足人行道路面平均照度標準值的要求，其他三條人行道路面平均照度均與標準值存在一定的差距，其中友誼路人行道路面平均照度最低，僅有3 lx。

圖3 人行道路面平均照度Fig.3 Average illuminance of pedestrian road

人行道照明現場測試路面最小照度對比如圖4所示，有5處路段的人行道路面最小照度未能滿足2 lx的標準值。在照明燈具單側布置的四處路段中，僅賓水道一遠路燈側的人行道路面最小照度未能達到標準要求；照明燈具雙側對稱布置的五條道路，路面最小照度不達標的道路與路面平均照度不達標的道路一致，為北門外大街、友誼路和解放北路；路面最小照度的最低值出現在照明燈具中心對稱布置的紫金山路，僅有0.8 lx，與標準要求存在明顯差距。

圖4 人行道路面最小照度Fig.4 Minimum illumination of pedestrian road surface

根據道路調研判斷可能原因如下：

a. 在單側照明的條件下，如果道路寬度較大，將會很難保證遠路燈側的地面照明效果；

b. 如圖5所示，北門外大街布置在兩側分車帶上的燈桿與人行道間隔著輔路、非機動車道和停車位，燈桿距人行道中心線約為14 m，導致人行道照明整體欠佳；

圖5 北門外大街橫斷面(1∶500)Fig.5 Cross section of Beimenwai avenue (1∶500)

c. 如圖6所示，友誼路燈桿挑臂較長，且燈具安裝時角度傾向于機動車道，欠缺對人行道照明的考慮；

圖6 友誼路橫斷面(1∶400)Fig.6 Cross section of Youyi Road (1∶400)

d. 解放北路的路燈為與建筑風格契合選用了燈桿較低的西式風格，且路燈功率較低，導致人行道地面照度偏低，尤其是兩燈桿之間的中心區(qū)域照明尤為欠缺。

e. 紫金山路的行道樹位于狹窄的人行道中央，在人行道上產生了投影，對路面照度的數值產生了影響。

2)人行道空間照明。在人行道照明現場測試中，僅有一條道路的1.5 m高度處的最小垂直照度值達到了3 lx，其余均不符合規(guī)范要求(圖7)。在照明燈具單側布置的四處人行道中，城廂中路的遠路燈側人行道的最小垂直照度與標準值相差最遠，賓水道一近路燈側人行道的最小垂直照度最大，卻也僅達到標準值要求的一半；照明燈具雙側布置的五條道路中，僅有新開路符合標準要求，其他路段北門外大街的最小垂直照度值最低，僅有0.5 lx；照明燈具中心對稱布置的兩條道路相比較，賓水道二人行道的空間照明稍好，而紫金山路人行道1.5 m高度處的最小垂直照度值僅有0.1 lx，遠遠低于3 lx的標準要求。

圖7 人行道最小垂直照度Fig.7 Minimum vertical illumination of sidewalk

如圖8所示，11處路段中有4處的人行道最小半柱面照度不符合2 lx的標準值要求。照明燈具單側布置的兩條道路，賓水道一的空間照明效果與城廂中路相比稍好，兩側的人行道均達到了最小半柱面照度的標準值；在照明燈具雙側布置的這五條道路中,僅有北門外大街人行道的最小半柱面照度未達到標準值，此結果表明，除北門外大街外，其余四條道路的人行道照明空間質量均能夠得到基本保證；剩余兩條道路中，紫金山路最小半柱面照度數值僅達到了標準值要求的一半。

圖8 人行道最小半柱面照度Fig.8 Minimum semi-cylindrical illumination of sidewalk

據調研判斷，部分路段人行道空間照明質量較差的原因如下：

a. 城廂中路的行道樹生長較為茂盛(見圖9)，對路燈產生了遮擋，進而影響了人行道空間照明，導致近路燈一側個別測點的垂直照度值及半柱面照度值偏低，遠路燈側人行道的空間照明質量則受道路寬度影響;

圖9 賓水道一(從左至右依次為道路全覽、近路燈側人行道、遠路燈側人行道)Fig.9 Binshui road 1 (from left to right, full overview, the sidewalk near the street light, the sidewalk near the far street)

b. 結合圖10可以發(fā)現，紫金山路由于燈桿較高(17.7 m)、燈桿間距較大(65 m)、行道樹遮擋等多重原因，導致人行道空間照明欠佳。即使在人行道另一側增補了低矮的庭院燈，也未能對人行道光環(huán)境產生提升作用。

圖10 紫金山路橫斷面(左)，紫金山路現狀(右)Fig.10 Cross section of Zijinshan road (left), current status of Zijinshan road (right)

3)人行道照明色溫。如表3所示，全部人行道1.5 m高度處色溫均符合人行道色溫建議的要求，其中10條人行道的1.5 m高度處色溫在2 000 K左右，占總路段數的90.91%，屬于低色溫暖黃光，處于標準中對于人行道色溫建議的低色溫(<3 300 K)范圍；僅友誼路人行道的色溫為4 947 K，屬于中等色溫。

表3 人行道色溫

2 主觀評價調研結果統(tǒng)計與分析評價

通過發(fā)放問卷，深入了解行人對天津市區(qū)人行道照明的主觀感受，結合現場測試的調研結果挖掘出各項指標與行人安全感的相關程度。本次調查問卷調研對象是夜間獨自行走在各典型人行道路段的行人。

2.1 調查問卷設計

調查問卷(表4)面向行人安全感方面進行設計，將實地測量所選的物理參數與主觀感受相結合。對行人安全感的考察使用利克特量表，針對各評價要素進行一系列問題陳述，由調查對象表明他們對每個陳述贊成的程度。對視覺舒適度的考察使用語義差異量表，圍繞各評價要素給出位于兩端的多組意義相反的詞或命題，由調查對象用1～5尺度的形式給出評價。

表4 調查問卷設計

2.2 調查問卷數據

現場共發(fā)放問卷176份，回收有效問卷166份。在被調研的行人中，男性103人，女性63人。在被訪者中，少年人占6.00%，青年人占60.80%，中年人占29.50%，老年人占3.60%。問卷數據通過SPSS Statistics軟件的信度和效度分析，問卷的內部一致性較好，證實問卷得出的結果可靠，且結構效度均達到了要求，適合進行因子分析。問卷數據見圖11。

圖11 行人安全感滿意度問卷結果Fig.11 Results of pedestrian safety satisfaction questionnaire

1)行人安全感總體水平。41.00%的行人在夜間獨自行走在人行道時感到不夠安全，其中認為人行道安全性“一般”的行人占33.10%，有7.80%的行人在獨自行走在人行道上時感覺自己“不安全”或“非常不安全”。

2)人行道總體照明水平。半數的行人認為人行道的總體照明水平足夠，感覺人行道整體明亮程度一般的行人占31.90%，有18.1%的行人感覺整條人行道的亮度不足。

3)道路路燈數量。近半數居民認為人行道所在道路的路燈數量不夠多，其中有16.3%的行人認為路燈的數量難以滿足當前需求，證實增布路燈或縮短路燈間距的必要性。

4)盲區(qū)。約2/3的行人認為人行道存在燈光照不到的盲區(qū)，盲區(qū)的形成與人行道旁的灌木叢或人行道上的設施及行道樹投影相關。

5)橫向空間照明。指的是行人前進方向上的照明，包括行人周圍環(huán)境明亮程度及行人前方視野明亮程度兩部分，前者幫助行人觀察自己周圍環(huán)境中的其他行人、障礙物、標識牌等，后者能夠讓行人對人行道前進方向上的情況一目了然，讓行人更加放心，從而獲取更多的安全感。各有近半數的行人不滿足于當前的人行道橫向空間照明，說明目前人行道周圍的明亮程度以及前方視野明亮程度均有待提高。

6)縱向空間照明。指的是輔助行人對有一定高度的物體進行識別，例如對其他行人進行動作和面部意向識別的照明。根據問卷結果可知，約有三分之一的行人無法通過動作準確識別出其他行人的意圖；僅有接近1/4的行人認為在現有空間照明條件下可以通過面部表情識別出其他行人的意圖，表示“不可以”以及“完全不可以”通過表情識別意圖的行人占31.9%，這說明需要對人行道縱向空間照明中的面部識別多加關注。

7)地面照明。能夠協(xié)助行人對路面上的障礙物進行識別，并作出相應的反應，問卷統(tǒng)計結果顯示，認為在目前的人行道路面照明條件“一般”的行人占比為38.00%，僅有6.00%的行人表示不能準確識別到路面上的障礙物，這說明當前人行道地面照明的整體情況較好。

8)顯色程度。在顯色性較好的人行道上，行人能夠更為快速、準確地進行視覺作業(yè)。有超過半數的行人反映在當前的人行道上無法準確地辨識出顏色，這表明了提高道路所選燈具顯色指數的必要程度。

3 調查問卷與實測數據結合統(tǒng)計分析

結合本次在天津市區(qū)11處人行道進行的現場測試及問卷調研，從行人安全感角度來看，目前國內城市人行道照明現狀并不樂觀。

3.1 行人安全感滿意度與地面照明指標

主觀問卷結果(表5)表明，在11處人行道典型路段中，有5處路段未能向獨自行走的行人提供足夠的安全感，與地面照明指標相關的問題行人安全感滿意度低于50%。通過分析對比，除解放北路路段外(毗鄰公交站，人流量大且視野開闊)，其他地面照明數據不達標的路段均與滿意度較差的路段呈現明顯對應關系。而上述關系也進一步表明，受現場測試場地負責條件影響，行人安全感滿意程度與地面照明指標之間的關系尚不明晰，需繼續(xù)進行研究。因此，在進行人行道照明設計時，應著重關注路面平均照度及路面最小照度，盡量避免不滿足標準規(guī)定的情況出現，從而提升人行道夜間行人安全感滿意程度。

表5 地面照明與問卷統(tǒng)計表

3.2 行人安全感滿意度與空間照明指標

與空間照明指標相關的問題滿意度低于50%的路段與上文一致，但空間照明數據不達標的路段與滿意度較差的路段對應關系較為模糊(表6)。通過對現場測試結果的研究，發(fā)現對于地面照明實測數值達到較高水平的路段(如城廂中路近路燈側，路面平均照度26.68 lx，路面最小照度2.8 lx)，即使兩項空間照明數據均不達標，也能夠為行人提供一定程度的安全感；同時，若兩項地面照明實測數值與標準值差距過大(如友誼路，路面平均照度僅3.0 lx，路面最小照度1.1 lx；賓水道一遠路燈側，路面平均照度3.65 lx，路面最小照度1.0 lx)，即使最小半柱面照度實測值達標甚至處于較高水平，也難以保證行人夜間獨自行走時的安全感。此外最小垂直照度與最小半柱面照度均不達標的路段，行人主觀問卷滿意程度較差。

表6 空間照明與問卷統(tǒng)計表

4 結論及討論

本文根據天津市人行道照明現場測試數據及主觀問卷調研結果，進行了分析和評價，結論如下：調研路段中普遍存在行道樹遮擋燈光的問題，多項人行道地面照明及空間照明參數未能達標；其中最小垂直照度現狀最差，11條人行道路段中僅一處路段達標；目前人行道照明行人安全感滿意程度欠佳，僅在動作識別方面滿意度達到較高水平，需對人行道夜間光環(huán)境的安全程度加以重視。

在人行道照明設計中應首先重點考慮對地面照明(地面平均照度、地面最小照度)的提升，在保證人行道路面照明水平的同時，提供一定程度的空間照明(最小垂直照度、最小半柱面照度)；在人行道照明設計中須合理選擇照明燈具布置方式及布置間隔，在人行道照明水平較差的路段額外增加人行道照明；選用燈具時應對燈具功率、挑臂長度、安裝角度進行多方考慮，通過合理選擇并調整燈具的自身特性，營造良好的人行道夜間光環(huán)境。