步行空間適老化照明研究進展

張立誠，嚴永紅

(1.重慶大學建筑城規學院，重慶 400045；2.山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045)

引言

隨著經濟社會的發展，夜間活動成為城市居民拓展生活、豐富生活的重要組成，夜間步行空間是夜間生活的重要空間載體[1]。我國老齡人口眾多，根據國家衛健委測算，預計“十四五”時期中國將進入中度老齡化階段[2]。而戶外步行空間的人工光環境與老年人夜間出行安全及滿意度息息相關[3]，發展適老化的夜間步行空間照明是我國國情的現實需求。

老年人由于視覺系統老化會出現知覺敏感性減退、角膜內皮細胞增厚等趨勢，使得老年人對于光環境需求與青年人存在一定的區別[4]。現有研究主要集中于居住空間光環境等領域[5]。相比之下老年人步行空間照明的相關研究較為零散，尚缺乏系統性的梳理，本文匯總了國內外研究者對此領域的研究成果，在前人的基礎上從視覺感知、心理影響、行為模式三個角度展開評述，總結了現有步行空間適老化照明研究進展，為推進相關領域的實際應用提供了理論依據。

1 檢索方法及結果

本節以Web of Science核心數據庫、Gogle Scholar為主要文獻來源，CNKI數據庫及Jstage作為補充，主題詞由“lighting(照明)”和“eldly(老年)”或“old(老年)”和“walk(步行)”或“pedestrian(行人)”或“physical activity(活動)”組成。檢索工作在2023年4月進行。最終，總計檢索文章532篇，排除文獻的原則是：1)綜述類論文；2)未進行實驗的論文；3)未將照明做為研究核心或重要組成部分的論文；4)以患有眼疾或其他疾病作為被試的研究。通過限定相關研究方向和人工補充篩選，最終綜述文獻22篇(圖1)。

圖1 檢索方法及結果Fig.1 Retrieval methods and results

2016年，Rahm等[6]針對戶外照明對行人影響領域進行了綜述。2023年，呂承哲等[7]同樣對此領域進行了文獻綜述，兩篇綜述將此領域研究劃分為三個方向：視覺感知、心理感受與行為模式，較好地梳理了現有成果。本文參考前人劃分方式，從視覺感知、心理影響、行為模式三個角度對老年人步行空間照明這一細分領域的研究成果進行回顧。此外，為明確老年人與青年人的光環境偏好差異，本文適當總結了青年人在步行空間人工光環境研究結論作為對比參考。

2 對視覺感知的影響

Davoudian[8]和 Fotios等[9]的研究發現，行人在戶外的注意力可以分為：道路及障礙物、行人、其他環境要素(標識、背景等)三部分，分別約占33%、15%、52%。人們通過視網膜接收到的視覺信息是人類形成主觀感受并產生行為動機的基礎[10]。探究夜間光環境與三者識別性的聯系是老年人步行空間照明的首要內容。

2.1 面部識別

1982年，van Bommel等[11]的研究認為人受到威脅能及時采取措施的最小距離是4.0 m，這一距離被后世沿用作為常用的面部識別檢測距離，面部識別受水平照度與垂直照度(及亮度)水平影響，針對青年人的既有研究認為在面部識別方面，5 lx水平照度、0.8 lx半柱面照度[12](或1 cd/m2亮度[13])是較為合理的光環境標準。

關注老年人面部識別的研究成果較少。2018年，Rahm等[6]與馬爾默市政府合作，研究了三種燈具對不同年齡被試的影響，研究發現眩光會影響老年人對人臉的識別距離，而對青年人相對影響較小。研究認為，0.55 cd/m2的面部亮度識別性較好，但該結果是用紙質照片作為面部識別對象實驗得到，故參考價值有限。

2.2 障礙物確認

夜間步行的障礙物分為地面不規則小物體(例如地面凹凸)及較大的障礙物(例如堡坎)兩類。對于前者，研究者多采用高度可調的裝置模擬地面凹凸的方式，研究被試在不同光環境下的障礙檢測能力，基于青年人的研究[14]將5.7 lx作為適宜水平照度值(被試識別1.2 m外25 mm高的障礙物準確率為95%)。對于后者，影響障礙物識別的因素較多，除了光環境外還包括障礙物尺寸、反射率等。有研究證明識別距離隨照度變化不顯著[15]，還有研究通過觀察被試在凌亂房間中的移動速度等來展開研究，在4.1節詳細論述。

2009年，Fotios等[16]用凸起的鋪路板模擬道路表面的崎嶇，研究燈的類型、照度和年齡對路面障礙檢測高度的影響。研究發現0.2 lx下年輕被試(<45)相比老年被試(>60)需要的障礙物辨識高度更低，而當照度達到20 lx時，區別不再明顯；具有高S/P (Scotopic /Photopic ratio)的光源在低照度條件下(0.2 lx)更利于行人檢測障礙物，在2 lx及以上照度下影響不顯著。研究的照度劃分為0.2 lx、2 lx、20 lx三檔，跨度較大。

2015年，Uttley等[17]研究了照度和光譜對不同年齡段行人的障礙物檢測的影響。結果表明，提高S/P(1.2～2.0)在2 lx照度以下能顯著提高各年齡段的識別能力；提高照度能提高各年齡段辨識能力，當照度超過6.3 lx時提升不再顯著；年輕與年老的被試僅在0.2 lx照度時呈現顯著差異，當照度超過0.2 lx時差異不再顯著。研究照度劃分更細，且結論與2009年Fotios等[16]的結論符合。2018年，Rahm等[6]的研究也基本與前人成果一致。

基于以上研究成果，可以得到：照度為0.2 lx及以下時，青年人與老年人障礙物辨識能力差異顯著，提高燈具S/P(1.2～2.0)能顯著提升各年齡段辨識能力；照度提升也能顯著提升各年齡段辨識能力，當照度>6.3 lx后，辨識能力提升不再顯著(表1)。

表1 照明對視覺感知的影響Table 1 Effect of illumination on visual perception

3 對心理感受的影響

視覺信息經過處理后會轉化為諸如安全感、滿意度、焦慮感等主觀心理感受，既有研究通常采用李克特量表的方式量化被試對于某環境的主觀評價，進而研究適宜的客觀人工光環境指標，例如照度、色溫、顯色指數、光分布等。既有研究發現，水平照度在0～10 lx時，安全感隨照度明顯增加；照度在10～50 lx時，安全感隨照度增加呈遞減趨勢；照度大于50 lx時，安全感隨照度變化不明顯[18]。此外，色溫和顯色指數也對心理感受有影響，研究發現顯色指數、色溫與場地明亮感呈正相關，而色溫與場地舒適度呈負相關[19]。目前關于老年人心理感受的研究分為兩個部分。

在平地領域：Jachinski[20]在1982年、Boyce[21]在1985年分別對疏散路線照明滿意度進行了主觀評估，發現平均地面照度分別為3 lx和7 lx時，便可以分別滿足青年人和老年人的需求。2008年，Akizuki等[22]探討了各年齡段照度/移動速度與滿意度的聯系，研究以能見度、便利性、焦慮感三者作為滿意度指標。結果證明，平均1.5 lx左右可以使得不滿率下降至10%，10 lx時基本能滿足各年齡段要求，這也與Jachinsk[20]和Boyce[21]的研究結論基本吻合。2021年，劉雨欣等[23]對重慶主城區老舊社區戶外光環境及居民滿意度進行了調研，在數據分析后提出夜間住區光環境平均水平照度應為4.5～5 lx，平均垂直照度應為5.5 lx，臺階處應在此基礎上適當增加。該結論補充了垂直照度結論，水平照度較前人研究成果略低，可能由于被試對住區環境相對熟悉的原因。

在梯道領域：2020年，劉瑋[24]以山城戶外梯道為例，通過主觀評價研究了適宜的樓梯照度，建議依據樓梯級數不同將踏面照度下限控制在7.5 lx～10 lx，色溫控制在4 000 K。2021年，葉珍光[25]從視覺安全感知的角度進一步提出以1.35 lx作為樓梯最小照度區域的照度限值，進一步細化了臺階照度要求(表2)。

表2 照明對心理感受的影響Table 2 Influence of lighting on psychological feeling

4 對行為模式的影響

4.1 照明對移動速度的影響

CIE 227—2017[3]中回顧了1982年Jaschinski[20]、1985年Boyce等[21]的研究成果，形成了在凌亂辦公室中，青年人和老年人移動的平均速度和地面平均照度之間的關系擬合圖(圖2)，由圖可知，隨著照度下降，被試移動速度顯著降低，老年人在等照度下平均比青年人慢0.4 m/s。2005年，Alexander等[26]通過步道測試(P-TMT)探索了不同年齡被試在低和正常照明條件下按要求進行“準確行走”的步行時間，發現當照度降低時，老年人所需時間相比青年人明顯增多，結論與前人研究一致，但文章沒有報告詳細的走廊照度數據。

圖2 標準試驗系統結果曲線Fig.2 Curve：system result of standard experiment

Akizuki等[22]于2008年，在凌亂的走廊對照度與不同年齡移動速度的關系進行了更深入的研究。研究表明，當地面照度小于5 lx時，青年人與老年人移動速度有明顯區別，而高于5 lx時則速度接近，高于15 lx后移動速度基本一致，這一研究與1982年Jaschinski[20]的結果不一致，主要原因在于Jaschinski的研究場地是布滿桌椅的辦公室，而Akizuki等的場地為散落小障礙的走廊。此外，研究還證明，這一區別主要由于老年人的視敏度下降造成。CIE 227—2017[3]引用了此研究，并結合視敏度估算公式得到了不同地面材料上的年輕和老年受試者的移動速度表，該表顯示了不同地面反射率/照度與年輕/老年人的移動速度關系(表3)。

表3 不同地面材料上的年輕和老年受試者的移動速度案例研究Table 3 Case studies of movement speeds for young and older subjects on different ground materials

4.2 照明對步行姿態的影響

在平地步行領域：2005年，Thies等[27]研究了不規則表面和照明對不同年齡段被試步行姿態的影響，多因素方差分析發現，照度變化(927～47 lx)對各年齡段步態參數均無顯著影響，而表面平整度對各年齡段步態影響顯著，老年被試受影響更大。2006年，Moe-Nilssen等[28]研究了老年人在暗適應過程中的步態調節，試驗發現，當地面照度由750 lx降至0.75 lx時，被試會有降低移動速度、提高踏頻等反應，在60～90 s后回復正常值。2014年，Alexander等[29]的研究得到了類似的結論。

2014年，Choi等[30]研究了青年人與老年人在不同照度下的步態模式差異，發現在高照度(300 lx)和低照度(10 lx)下青年人步態呈現明顯變化，而老年人則保持一致。這可能是由于老年人機體運動能力下降所導致的，但文章沒有報告更低照度下的行為變化。

在跨越障礙領域：2013年，Cho等[31]研究了正常(200 lx)和低光照明下(1 lx)老年人跨越障礙物姿態區別，發現低光照條件下后腿的腳趾間隙會明顯減小。

在樓梯照明領域：2005年，Hamel等[32]的實驗發現樓梯踏步照度不足會增加跌倒風險，在低照度水平下(3 lx)，青年人的足部間隙相對于步緣會增加，而老年人則不會增加，這使得老年人更易因此受傷。且青年人和老年人在光照不足條件下(1 lx)都會放緩腳步，這是一種補償[33]。2020年，Thomas等[34]研究了不同功率緊湊型熒光燈和LED燈對老年人下樓梯的影響，發現樓梯踏面10 lx的照度會導致老年人摔倒風險增加，建議踏面照度為100 lx(表4)。

表4 照明對步行姿態的影響Table 4 Effects of lighting on walking posture

4.3 照明對其他行為反應的影響

2016年，Cheng等[35]設置了一段13 m的走廊，通往不同照度、不同高度的臺階，以此對比高/低照度下不同年齡被試的行為特征，包括首次注視臺階的距離、凝視次數、凝視時長等。研究發現，老年受試者的試驗時間和檢測距離均受光照水平的影響，而年輕受試者的注視次數和注視持續時間受步高的影響，與年輕受試者相比，老年受試者的檢測距離更短，注視次數更多，固定持續時間更長。這意味著，如果提供更好的照明或簡化的視覺環境，老年人的脆弱性可能會降低。

2011年，Figueiro等[36]設計了一種具有激光線勾勒路徑功能的插入式夜燈，實驗證明，在低水平環境照明中，這種增加行走平面感知線索的照明可以降低老年人的跌倒風險。2021年，Luo等[37]也設計了具有指引效果的LED燈條，對比了常規照明方式，發現基于目的地的視覺線索照明設計也能有效加快老年人步行速度，使步行姿態更加自信，該研究證明了目的地的視覺信息也能有效改善老年人夜間行動能力。

5 總結

本研究對老年人步行空間照明的研究成果進行了回顧，通過綜述分析發現，適宜老年人的光環境與青年人存在一定的區別。在視覺感知領域，老年人面部識別率與識別距離略低于青年人，更詳細的照度與識別距離關系等數據尚不明確；年齡帶來的障礙物辨識能力差異在小于0.2 lx水平照度下顯著，此區間提高S/P或提高照度能顯著提高辨識能力，當照度大于6.3 lx后，提高照度不再能提高辨識率。在心理感受領域，老年人在平地步行的最小照度為7～10 lx，較熟悉的場地可以降至5 lx，垂直照度宜大于等于5.5 lx；老年人在梯道步行時，踏面平均照度下限為7.5～10 lx，最小區域照度應大于等于1.35 lx。在行為模式領域，相同照度下，老年人在有較大障礙物的凌亂辦公室中平均移動速度比年輕人慢0.4 m/s，在凌亂走廊中，當照度高于15 lx后老年人與年輕人的移動速度基本一致；對于步行姿態的研究認為照度降低會使得老年人受傷風險增加等。

隨著時代的發展，我國將進入中度老齡化階段，夜間戶外活動逐漸成為人們生活的重要組成，形式也愈發豐富多樣。既有研究多從實驗室展開，面向的活動場景不夠豐富。在視覺感知領域針對老年人面部識別的研究尚缺乏明確的光環境與辨識距離研究成果；在心理感受領域，當前研究主要以步行、疏散等行動作為研究對象，缺乏對當下老年人夜間活動愈發多樣這一現實問題的回應；在行為模式領域，研究主要集中于不同光環境下的老年人步態，對比該領域針對中青年人的研究成果，尚缺乏對光環境與個人空間的研究。此外，考慮到步行空間尤其是室外步行空間的復雜性及老年人自身運動能力與視覺的退化，步行空間適老化照明研究可能還有必要探索不同地面材質、高差變化、環境組成要素等因素共同影響下的光環境設計方式，進而指導城市夜間光環境建設。