基于Depthmap空間句法的重慶市大學城中央公園夜間照明探究

劉 煒，張立雪，劉竺佳

（四川美術學院 建筑與環境藝術學院，重慶 401331）

夜景照明中某一區域的照明設計效果與實際照明運行方式以及行人需求特征存在一定的相關性，也就是設計師——照明管理部門——照明使用者三者對照明需求理解的一致性。合理的照明設計方案能夠最大程度地達到以上三者的統一。這需要設計師在項目建成的一段時間內走入場景中，通過調研，了解照明管理部門的運行與維護思路，同時也要了解行人對照明的需求特征，從而優化夜景照明的設計策略。通常，照明設計工作由照明設計階段和電氣工程設計階段配合完成，照明設計階段需對某一區域的各種照明場景進行深入設計，然后進行電氣工程設計階段的控制設計。需要兩個專業工種的反復溝通與協調，以達到照明場景、場景控制方式滿足實際需求和靈活控制的要求。照明設計工作還需了解照明管理部門的運行要求。通常管理部門會從節能、降低運行費用的角度思考，對原有照明場景控制種類及控制回路進行優化，一些較高耗能的場景存在棄之不用的可能性，同時，管理部門也較為關心照明運行的維護。對于照明的使用人群，他們首先關注的是功能性照明場景的安全性和照度的合理性，其次是裝飾性照明場景的藝術性，因而功能性照明應合理分級、分時段控制，以滿足行人對照明場景的不同需求，而裝飾性照明也應按節假日、雙休日、日常的需求特征分成不同場景加以靈活控制。

2 Depthmap空間句法在照明場景中的運用

所謂Depth，就是一個步驟，即一個拓撲深度，空間句法的研究方法在數學上運用了拓撲學表達[1]，空間句法理論是研究城市空間的一種語言，包括對建筑內部空間與外部公共空間的研究。運用于城市照明領域其基本思想亦包括三個方面：照明空間本身受制于幾何法則，因而有其自身的幾何規律；行人會運用空間規律去開展夜間活動行為，如，在某一空間的行為活動與周邊空間的聯系，并會運用空間關系，達到商業需求、活動需求、交往需求的目的；照明空間本身的幾何法則會限制人們運用空間規律的方式，空間的組合方式是有限的，如何高效組織照明空間是空間句法研究的范疇。空間句法理論主要根據路徑線性空間的選擇度、整合度，或開敞空間的可達性、可視性等空間自身的特征，分析行人在空間中的行走路線和行走集聚點。Depthmap是基于空間句法的分析軟件，對研究空間句法中人的行為模式有一定的輔助作用，可用于分析照明場景中人群活動的規律。

3 重慶市大學城中央公園人員活動與照明現狀分析

通過對重慶市大學城中央公園夜景照明實際使用狀況的調研分析，總結出以下幾方面的原因：

3.1 晚間人群行為活動的構成

調研團隊分別于三月上旬的周三、周四、周六、周日的19:00 —21:30 時段對公園人群進行調研，人群數量不僅取決于工作日與雙休日的差別，還取決于氣候和天氣狀況的影響因素，如春夏交替的晴好天氣公園活動的人群數量相對較多，一年四季人們的作息時間存在差異，晚間開始照明的時間也存在差異。總體看，活動人流量主要集中在19:00 —20:30時段，20:30后公園人流量陸續減少，21:30后則較為稀少，根據調研，總結出不同區域人群活動特點（見表1）。

表1 采樣時間段人群集聚點分布

從公園人群來源分析，晚間以附近居民休閑活動為主，正常人每分鐘步行速度大約是1 m/s，步距約0.6～0.75 m，頻率約1.5 步/s，以5 min、10 min生活圈為例，5 min約為270～337.5 m，10 min 540～675 m，因此沿公園周邊700 m范圍內的居住區、學校等場所是構成公園人群的主要來源（見圖1）。使用Depthmap軟件模擬前首先需要使用CAD軟件把公園各類空間、路徑轉化為Depthmap能夠識別的圖形，并結合表1進行空間人群集聚性分析，得到圖2形態。

圖1 重慶大學城中央公園平面

圖2 運用CAD轉化為Depthmap可識別圖形的采樣階段入口人流統計圖

公園人群活動是一個動態過程，對某一空間節點的人流時段統計以人次計量較為恰當。晚間公園人群活動主要集中在中心廣場和健康環道兩處，中心廣場主要為休閑、靜坐、聊天、陪兒童玩耍、跳廣場舞等活動，健康環道以散步、慢跑、遛狗、借道通行為主。園區內的小空間節點、分支小路雖然較多，且較為分散，這些區域照明狀況不佳，甚至未開啟照明，但這類空間人員停留相對較少。

3.2 人群活動的定向性與隨意性分析

經調研，部分人群行為活動地點、人員構成相對較為固定，這類人群進入公園后徑直到達各自喜好的區域，如中心廣場跳舞區域多為中老年婦女，還包括親子游玩、唱歌、休閑等群體。該區域由4組高桿低壓鈉燈提供照明，照度區間為1.8～24 lx，整體照度適中，光源顯色指數為27.1，顯色性較差（見圖3），中心廣場上側的小廣場空間長期固定為交誼舞活動場所，多為中老年人，此處地面照度值為1.2～8 lx，整體照度偏低。健康環道多為中青年群體，主要以散步、慢跑、遛狗為主，整體照度為0.5～3.6 lx，光源顯色指數為77.6，顯色性相對較好，部分小節點空間主要以老年人停留為主，這些區域無專門的照明光源，周邊燈光透過來的照度值不足1.5 lx,且無燈光形成的空間歸屬感。還有一些節點是情侶獨處的場所，這類空間無照明或缺少趣味性照明。有一部分人群進入公園存在一定的隨機性，在公園內活動并無明顯的目的性，以自由散步為主，但活動行為具有一定的趨光性。

圖3 中心廣場照度及光源顯色指數

4 基于Depthmap行人模擬的照明優化策略

4.1 基于景觀空間整合度的人流與照度分析

整合度( integration )是指空間系統中某一元素與其他元素之間的集聚或離散程度，是衡量一個空間作為目標點吸引人群到達該空間的交通能力。首先把大學城中央公園的入口、中心廣場、休閑節點、健康環道、步行小路等景觀空間轉化成Depthmap能夠識別的空間幾何形態，并用連線的形式表達彼此之間的交通聯系關系，經過計算，得到部分景觀空間的整合度數值，某一空間的整合度數值越高，說明其中心性越強，與周邊空間聯系性越強，越容易形成人流集中區（見圖4），圖4的中心廣場整合度值最高（1.826 033），表明其是人流集聚密集的場所，廣場夜間照度值為1.8～24 lx，與人流密集度較為匹配。公園步道中以健康環道整合度為最高（1.272 690～1.518 028），也是夜晚散步、慢跑的人流量相對較集中的場所，整體照度為0.5～3.6 lx，但照度均勻度不佳，通過對16名行人的現場調查，對該區域照度滿意的人約為75%。有幾個休閑節點空間整合度數值相對較高（1.259 963～1.285 676），但無照明裝置，照度值僅為0.3～1.8 lx。

圖4 公園部分空間整合度值

4.2 基于Depthmap定向型人群模擬的照明設計策略思考

公園內步行路徑分支較多，但由于夜間活動人群的心理及安全因素影響，部分小路幾乎很少有人通行，其中一部分有開啟照明裝置，另一部分則無任何照明。夜間在公園活動的人群中相當一部分屬于常態化和定向型群體，如在中心廣場跳舞的人群、健康環道散步或慢跑的人群，這類群體的構成及活動區域較為固定，步行路線單一，晚間通常在固定時刻從周邊不同的居住區域進入公園就近的入口并徑直步入相應場所，因而夜晚的步行路線盡可能通過照明路徑和合理照度值的引導促使行人簡化對路徑的選擇。基于Depthmap的模擬可保留選擇度數值高的路徑施以重點照明，以達到引導行人的目的，同時也有助于照明節能，選擇度( choice )是指空間系統中某一元素作為兩個節點之間最短拓撲距離的選擇頻率，選擇度越高其空間的通過性越高。由圖5可知，中心廣場、健康環道的選擇度值較高，表明其通過性較高。人流分布也可通過Depthmap三維人流模擬分析確定照明道路選擇的合理性（圖6、圖7）。

圖5 部分空間的選擇度值

圖6 健康步道定向人群15 min模擬分布

圖7 中心廣場定向人群15 min模擬分布

4.3 基于Depthmap隨機型人群模擬的照明設計策略思考

隨機型人群進入公園的活動軌跡并無明顯的目標性，人群構成主要以散步、休閑為主（見圖8）。經調查公園的照明分布對這類人群有一定的引導作用，活動人群多分布在有照明的廣場、節點空間、步行路徑，但也有少量人流借助周邊的環境光在無照明的小路、節點空間活動，其中有相當一部分是喜好安靜、獨處的情侶。因而適當增加節點空間的照明，為一些具有私密空間屬性的場所提供基本照度值是有必要的，但不意味著要對所有步行路徑、空間節點提供照明，可選擇性地為部分這類空間增設照明，以滿足喜好私密空間群體的照明需求。這類空間的照度值應低于人流量較大區域的照度值，可選擇草坪燈類的照明形式，也可在特定區域增設間接照明，以減少對私密空間人群的打擾。

圖8 人群隨機活動軌跡15 min模擬分布

4.4 基于Depthmap非高峰期照明時段的智能型照明優化策略

公園在某些特定條件下活動人群對照明的需求度會下降，不同季節、不同氣候特點、不同天氣狀況人群活動規律存在一定的差異。公園夜間照明如果在設計階段充分考慮這些因素，將在一定程度上減少不必要的照明能耗，有利于節能減排。應引入智能照明系統，分時段、分情景對照明設施進行控制[2]，設計階段通過智能型照明設計為日后的日常照明調整提供靈活調節的控制方法。公園照明管理方可根據一定時段人群流量的調研做出照明的智能控制策略，比如，調研中發現在春夏交際或夏初階段，公園人群活動高峰期為19:00—20:30時段，20:30后人流量陸續減少，21:30后人員變得稀少，照明開啟方式也應適應人群活動規律在不同時段有所增減，21:30后只保留中心廣場、健康環道基本照明，適當減少照明裝置的開啟數量，并隨時間的推移進一步減少照明場景數量，直到最后僅保留最基本的功能性照明需求，晚間下雨時可適當縮減照明的數量以適應較少人流量的需求（見圖9）。

圖9 人流非高峰時段適度減少照明數量

5 結論

通過Depthmap模擬，可以預測重要空間、重要路徑的整合度及選擇度，整合度高表明其與周邊路徑與空間的可達性程度高，該空間中心性越強，越容易集聚人流，通過分析整合度數值，可以判斷該空間或路徑的重要性。這些空間應作為照明設計的重點區域，選擇度越高其空間的通過性越高。這些模擬數值可為照明設計提供優化控制策略的依據。同時，通過Depthmap模擬合理安排晚間高峰時段與非高峰時段照明裝置的開啟數量，在滿足照明需求的前提下有利于達到降低照明能耗、實現綠色照明的目的。