基于機(jī)場候機(jī)廳渲染圖像的光環(huán)境調(diào)查

劉艷雯，王呈瑜，張 昕

(清華大學(xué)建筑學(xué)院，北京 100084)

引言

機(jī)場候機(jī)廳的視覺任務(wù)包括空間定向、尋址、交流、閱讀(紙媒和電子媒體)[1]等。光環(huán)境設(shè)計(jì)首先應(yīng)保證乘客可以安全高效地完成基本視覺任務(wù)，具體體現(xiàn)為：合理的地面照度保障安全行走；合理的工作面照度和統(tǒng)一眩光值保障舒適的等候環(huán)境；合理的標(biāo)識(shí)/屏幕與背景亮度比保障輕松的閱讀信息。

國標(biāo)現(xiàn)行指標(biāo)包括地面照度、地面照度均勻度、統(tǒng)一眩光值和顯色指數(shù)[2]，借鑒了國外的機(jī)場標(biāo)準(zhǔn)體系。我國新建機(jī)場候機(jī)廳的顯著特點(diǎn)是空間高大(見表1)，天花板、地面和墻面之間的亮度比會(huì)影響人對空間尺度的判斷[3]，進(jìn)而影響空間定位和尋路能力。對于高大空間，高度、地面照度、光分布如何影響舒適性評(píng)價(jià)，本研究通過收集手機(jī)用戶(乘客)對典型機(jī)場候機(jī)廳渲染圖像的評(píng)價(jià)進(jìn)行大樣本調(diào)查。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)[4]和渲染圖像[5]的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)是目前已應(yīng)用于機(jī)場視覺環(huán)境研究的方法。虛擬現(xiàn)實(shí)是基于屏幕自發(fā)光的場景構(gòu)建技術(shù)，渲染圖像是基于光線追蹤原理計(jì)算靜態(tài)圖像，建成環(huán)境為真實(shí)光環(huán)境下的物體反射場景。無論虛擬現(xiàn)實(shí)還是渲染圖像，在研究照度、亮度、眩光等定量環(huán)境參數(shù)時(shí)，均存在原理性誤差，更適用于比較相對關(guān)系以及對光分布(照明方式)等做定性的評(píng)價(jià)研究。

表1 國內(nèi)典型大型航站樓值機(jī)/候機(jī)廳的凈高值

1 研究方法

1.1 模型建立

由SketchUp建模，利用DIAlux軟件渲染出不同參數(shù)組合的機(jī)場候機(jī)廳圖像。候機(jī)廳研究模型的平面設(shè)計(jì)參考中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司提供的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)場航站樓平面和首都T2航站樓，為通道17 m寬、100 m長的標(biāo)準(zhǔn)候機(jī)廳空間(見圖1)。依據(jù)《建筑設(shè)計(jì)資料集》[6]建議的候機(jī)廳高度，將最高點(diǎn)高度設(shè)置為7 m、10.5 m、14 m三檔。為降低功率密度，地面材料采用白色地板磚(反射比70%)、墻面采用砂巖磚(反射比70%)、天花板材料采用淺色鋁板(反射比60%)、玻璃透射比70%(反射比15%)。通過對國內(nèi)機(jī)場的文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地考察，整理出四種典型照明方式用于研究模型(見表2)。

圖1 候機(jī)廳研究模型平面圖(局部)

表2 機(jī)場航站樓的四種典型照明方式

續(xù)表2

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的模擬復(fù)現(xiàn)

參考《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034)的規(guī)定，將研究模型的地面照度設(shè)置為100 lx、200 lx、300 lx三檔，并依次在DIALux軟件中進(jìn)行模擬復(fù)現(xiàn)(見表3)，并生成36個(gè)研究模型的渲染圖像(見圖2)。標(biāo)識(shí)與背景的亮度比影響標(biāo)識(shí)的清晰度和易讀性，色溫影響尋路過程中的記憶力和反應(yīng)速度[4]，燈具和廣告牌的眩光也是影響舒適性的重要因素，這些因素受限于研究方法，均未納入本研究的范疇。

表3 四種照明方式的模擬結(jié)果

續(xù)表3

圖2 渲染圖像

1.3 問卷設(shè)計(jì)

調(diào)查問卷通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)向航空出行乘客定向發(fā)放。基礎(chǔ)問題包括年齡、性別、出行頻率。偏好題是由被試在兩張不同指標(biāo)組合的渲染圖像中選出更舒適的照明環(huán)境(見圖3)，問卷結(jié)構(gòu)見表4。以照明方式偏好為例，受訪者需要在兩張空間高度和地面照度相同，只有照明方式不同的圖像之間做選擇。四種照明方式兩兩組合為6種組合形式，在三種高度和三種照度的條件下，生成54個(gè)比較組。為保證每個(gè)比較組獲得30份比較數(shù)據(jù)，即總計(jì)1620份有效數(shù)據(jù)，如每位受訪者完成2次比較，共需要回收810份問卷。因此，每位受訪者需完成6次比較，并對12張圖像采用7級(jí)語義差別量表(色溫、明亮度、光分布均勻度、舒適性)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖3 偏好題舉例(空間高度和地面照度相同，照明方式不同)

表4 大樣本調(diào)查問卷結(jié)構(gòu)

2 數(shù)據(jù)分析

通過問卷星平臺(tái)共發(fā)放1024份問卷，回收855份有效問卷。對問卷進(jìn)行信度校驗(yàn)，其可靠性Cronbach’α系數(shù)接近90%，可以接受。受訪者平均年齡為32.8歲，主要分布在28歲～38歲之間，基本符合正態(tài)分布。其中男性為72.4%，女性為27.6%。被調(diào)查者乘坐飛機(jī)出行頻率以0.5～2次/月為主，占總?cè)藬?shù)的61.75%；其次是3～4次/月，占總?cè)藬?shù)的27.84%。對空間高度、地面平均照度和照明方式偏好中任一變量與性別、年齡、出行頻率的關(guān)系采用卡方分析，結(jié)果表明不同人群對光環(huán)境的偏好沒有顯著差異(p>0.001)。

對主觀量表題采用方差分析。先用單因素方差分析的方法找到不同組別之間是否存在顯著性差異，再對有差異的組別進(jìn)行兩兩比較，符合方差齊性的組別用LSD檢驗(yàn)，不符合方差齊性的用Tamhane檢驗(yàn)。如果事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所有組別之間都有差異的，則再利用Kendall的tau-b和Spearman的rho進(jìn)行相關(guān)性分析。

2.1 空間高度偏好

考察與高度相關(guān)的偏好選擇(見圖4)，對于被試而言，在較低空間與較高空間之間做偏好選擇時(shí)，并不知道圖像對應(yīng)的實(shí)際空間高度，因此數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)計(jì)為“較高空間”和“較低空間”，結(jié)果如下：

1)直接照明條件下，高度對于偏好沒有明顯影響；間接照明條件下，偏好于較高空間。

2)在地面平均照度為100 lx、200 lx、300 lx的條件下，均偏好于較高空間。隨照度升高，偏好更為明顯。

從主觀評(píng)價(jià)結(jié)果(見表5)可知，盡管在DIALux軟件內(nèi)的色溫、地面照度、均勻度沒有差異，但被試仍然認(rèn)為高大空間更溫暖、更明亮、光線分布更均勻，舒適度更高。

2.2 地面照度偏好

被試在較低照度與較高照度之間進(jìn)行選擇，并不知道圖像對應(yīng)的實(shí)際照度，因此數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)計(jì)為“較暗空間”和“較亮空間”。結(jié)果表明，89.3%的被試偏好較亮空間，并在各種照明方式和空間高度下，都偏好于較亮空間(見表6)。

2.3 照明方式偏好

在不考慮空間高度和地面照度的情況下，數(shù)據(jù)表明855位受訪者對四種照明方式?jīng)]有明顯偏好。合并為直接照明和間接照明后，選擇偏好結(jié)果為(見圖5)：

1)相同高度條件下，隨著照度增加，對于直接照明的偏好提高；

2)相同照度條件下，隨著高度增加，對于間接照明的偏好提高。

圖4 不同照度和照明方式下的偏好餅圖

表5 高度的主觀量表方差分析

表6 地面照度偏好統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖5 照明方式偏好統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 設(shè)計(jì)啟示

1)基于圖像做設(shè)計(jì)判斷的局限性。圖像呈現(xiàn)的光環(huán)境不能準(zhǔn)確反映實(shí)際光環(huán)境，體現(xiàn)為眩光、黑洞效應(yīng)等真實(shí)亮度感受的缺失，以及尋址、信息識(shí)別等真實(shí)視覺任務(wù)的缺失。

本研究中三種不同高度間的地面照度均勻度幾乎沒有區(qū)別，但被試仍認(rèn)為高空間的均勻度高，舒適度好。使用DIALux模擬時(shí)采用的都是3 000 K光源，空間色溫從圖像渲染層面沒有區(qū)別，但被試仍認(rèn)為高空間更溫暖。對于空間明亮度與高度的關(guān)系，盡管地面照度相同，本研究中被試認(rèn)為高空間更明亮，而虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明7 m空間比高空間(10.5 m和14 m)的視覺感受更明亮。以上偏差發(fā)生于基于圖像做判斷的設(shè)計(jì)決策中，也從側(cè)面解釋了我國機(jī)場設(shè)計(jì)為何偏愛高空間。

2)通過高度與照明方式的綜合考量優(yōu)化設(shè)計(jì)。本研究發(fā)現(xiàn)高空間與間接照明的設(shè)計(jì)偏好相關(guān)聯(lián)，在地面照度滿足規(guī)范要求的條件下，兩個(gè)設(shè)計(jì)偏好均導(dǎo)致照明能效增加。反之，若降低空間高度，并采用直接照明的方式，對乘客的舒適度和滿意度影響不大，但卻大幅降低了照明能耗。可以根據(jù)此類規(guī)律在設(shè)計(jì)實(shí)踐中綜合優(yōu)化空間高度、照明方式以及地面照度的組合。例如，在較高的機(jī)場空間中采用局部間接照明+低地面照度的組合，在較低的機(jī)場空間中采用直接照明+高地面照度的組合。