城市色彩的观测方法与影响因素研究

杨春宇，梁树英，张青文

(重庆大学建筑城规学院，重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆400045)

0 引言

色彩是城市规划、建筑设计、园林景观的重要内容之一，也对营建城市特色、提升城市品质、丰富城市内涵、保护和复原历史建筑起着重要作用。随着我国城市建设的迅猛发展和城市改造速度的加快，城市规模不断扩大，不但出现了大量的新建筑，旧建筑的外立面也在进行色彩整治和更新，这对原有的城市风貌和整体色彩都产生了重大影响，部分城市的建筑色彩甚至呈现出混乱无序的状态。因此，国内越来越多的城市开始意识到城市色彩控制的重要性，并逐步开展了城市色彩规划设计和相关方面的控制研究工作。20世纪90年代，北京规划委员会对新建的规划小区明确提出了进行色彩规划的要求。此后，上海、武汉、天津、杭州、厦门、深圳、重庆等城市都陆续开展了建筑色彩和城市色彩规划的研究。2005年我国建设部颁布了《城市规划编制办法》，明确规定将“色彩”作为控制性详细规划的基本内容和指导原则。

随着城市色彩研究的深入，城市色彩观测的准确性成为研究的一项重要内容。在实际操作中如何更精确地获取城市现状色彩信息，从而更科学地确定城市的主体色、辅助色和点缀色，为城市色彩的相关研究提供更可靠的色彩数据显得越来越重要。笔者对色卡目测对比法、测色仪器测色法和数码相机拍照法三种常用的城市色彩观测方法进行研究，总结各自的优缺点和适用范围，并分析了影响城市色彩观测的主要因素，包括材料光反射特性、天气情况、受光条件、观测距离四个方面，为提高城市色彩观测的准确性提供参考意见。

1 常用的城市色彩观测方法分析

我国的城市色彩研究主要源于法国色彩学家让·菲利普·朗克洛(Jean-Philippe Lenclos)在上世纪60年代初提出的“色彩地理学”(Color Geography)理论。他的研究方法大致分为:选址、调查、取证、测试记录、归纳、编谱和小结等步骤，这种方法已被广泛采用。其中，对色彩研究的调查分为两个步骤:一是景观分析，二是色彩视觉效果归纳。景观分析主要是进行色彩数据的调查，通过一系列手段掌握景观色彩质量的要素，这些过程包括:材料提取、色彩取样、材料明度等级、现场草图、拍摄图片等。色彩视觉效果归纳是对色彩的重新整理，制定出符合原色彩材料的模型，对过于复杂的色彩组成要适当简化，通过色谱方式表现出被监测物的主色调、点缀色以及周边环境色彩的数量关系。

图1 用色卡对材料进行实地测量

目前，我国进行城市色彩调查的大致方法是:运用色卡目测比对的方法对建筑进行色彩样品取样采集，录入色彩样品数据，并用相关的测试仪器对色彩样品进行亮度值测量，同时对建筑进行照片拍摄。最后运用适当的色彩体系对取样色彩的色相、明度、彩度进行定量分析，根据色彩三维属性所呈现的不同权重进行统计筛选，归纳出建筑色谱。

1.1 色卡目测对比法

色卡目测对比法是通过人眼的观察，对颜色样品与标准颜色的差别进行直接的视觉比较的一种颜色测量方法。在建筑色彩观测中，使用目视测色的方法对建筑饰面材料表面色和建筑色卡进行匹配和评色，以确定色样的色度参数，操作起来简单方便，是日常的建筑色彩观测使用最多的一种测色方法(图1)。但是，这种方法需要在北面昼光条件下进行比对，要求操作人员具有丰富的颜色观察经验和敏锐的判断力，其测色结果中会不可避免地包含了一些人为的主观因素，且工作效率很低。同时，由于色卡种类有限，还会出现无法与实物完全匹配的色卡样品的情况。总的来说，色卡目测对比法可以实现色样的实地比对标定，适用于精度要求不很严格的建筑色彩测量。

图2 UV-260型双光束紫外可见光分光光度计

图3 PR650光谱式测量亮度色度计

1.2 测色仪器测色法

在建筑色彩观测中的测色仪器主要有分光光度计(图2)和色度计(图3)，分别对应两种不同测色方法:分光光度测色法和光电积分测色法。分光光度测色法测量的是色样的反射(或投射)光谱数据，再经计算得到色度值。光电积分测色法的色度测量依然是从色样表面反射或透射出来的光谱将光分成R，G，B三种成分，依据颜色的三刺激值XYZ色度计算公式，直接显示三刺激值XYZ，而且还可以把三刺激值转换成均匀颜色空间色度坐标，如CIELAB坐标。使用这两种仪器在实际测色时，都要用标准白板进行定标。

分光光度法精度很高，但价格昂贵且携带使用不方便，主要应用在高精度色彩标定、光谱分析和色度研究方面。光电积分法测量精度相对低于分光光度计，但测量速度快，很适合于建筑色彩的测量和评价的要求，缺点是没有自带光源，测量结果受日光影响较大。

1.3 数码相机拍照法

在进行城市色彩观测时，对具有代表性和影响比较大的建筑，应使用便携式的测色仪器和建筑色卡标定其饰面材料的色度参数，但对于节点、廊道和区块的整体建筑色彩的观测，单纯的建筑材料本身的色彩已经无法完全体现城市色彩的性质，这时的城市建筑色彩观测以视觉色为主要的表现形式。视觉色是以建筑立面材料色彩为基础，受到距离、日光、大气、环境色彩、色彩物理特性以及人的色彩心理认知特性等多方面因素的影响，加上观测距离和测色工具的限制，色度计和色卡不能用来标定建筑色彩的视觉色，在调研实践中可以使用数码相机来完成这项工作。数码相机模拟人眼功能，能比较真实地记录人们所看到的直观建筑色彩效果。

数码相机除了可以用来记录建筑色彩形象效果外，还可以将数码照片导入计算机内，运用photoshop软件对照片进行马赛克化，并提取色彩样本，继而采用颜色色系对色彩样本进行标记，并用相关统计软件对各色彩样本进行统计，确定色彩样本的比重，进而确定城市的主导色、辅助色和点缀色，并绘制色谱图，从而实现对城市建筑色彩的快速分析(图4)。目前，这也是城市色彩调研中比较常用的处理方式。这种观测方式对宏观层面的城市色彩现状资料收集比较合适，但对于单栋的建筑色彩分析就不太准确。同一栋建筑由于天气因素、受光条件、距离远近、拍摄角度、阴影遮挡等方面的不同，会得出不同的建筑色彩分析结果(图5)。因此，数码相机拍照时应对调研对象从主要视看角度进行取样拍照，每个对象拍照三张;应注意从主要景观视线的不同角度拍照，避免过大阴影及遮挡。

图4 数码照片城市色彩分析示意

图5 数码照片建筑色彩分析示意

2 影响城市色彩观测的因素分析

城市色彩的主要载体是建筑，而建筑色彩不同于纺织和印染色彩，也不同于建筑材料本身的固有色，它有着大尺度、空间色、复杂的室外光环境等自身的特殊性。在城市色彩调研过程中，除了针对不同性质的建筑色彩应选择合适的观测方法和观测工具外，还要对影响城市色彩观测的各种因素进行分析。

2.1 材料光反射特性

饰面材料对建筑立面色彩起着决定性的作用。饰面材料色彩是一种实物色彩，它会受到材料的表面材质、纹理和光泽度等方面的影响，可以用材料的光色反射特性来描述其色彩特征。现代建筑饰面材料种类繁多，新的饰面材料不断涌现，特别是一些贴面砖，如釉面砖、玻化砖、花岗石、人造石、塑铝板等，其表面的光学特性与水泥砂浆抹面和涂料类饰面材料差别较大。后者可近似认为是属于漫反射材料范畴，前者在一般情况下，对光的反射与漫反射和规则反射差别较大，属于混合反射范畴，其光色反射亮度和色度值的大小与观察方向、材料本身的镜面光泽度、入射光方向等有关。通过实验研究，具有混合反射性能的建筑饰面材料，其色度反射特性与光线入射角度和观测角度、材料表面材质有一定关系，光泽度决定着材料的色度特性。

2.2 天气情况

城市色彩的观测结果受光源色亮度与色温的直接影响，同一建筑在不同的光源照明下呈现不同的颜色，在对城市色彩进行测量时必须选择合适的光源类型。自然光源受气候条件的影响比较复杂，不同天气下的天空会呈现出不同色温(表1)，即使在同一天内，其亮度和色温也时刻都在不断的变化之中。从理论上分析，晴天中午直射日光色温接近标准照明体D55(5 503 K)，阴天及北面昼光(北面昼光是指从日出3 h以后到日落3 h以前，避开太阳直射光从北窗看的天空光)色温接近标准照明体D65(6 504 K)，经过实验研究，阴天对建筑色彩观测来说是比较理想的室外受光条件，其测量结果最接近标准照明体D65照明下的标定值。因此，在从日光色温来分析，城市色彩调研中应尽量选择在能见度较好的阴天进行观测。

表1 常见日光色温

同时，由于一天中不同时间段的日光色温差异很大，相应的建筑色彩在一天中的不同时刻也会发生变化(图6)。因此，建筑色彩观测时间应尽量选择在日出后3 h与日落前3 h之间，从而避免在清晨与傍晚测量时因日光色温对建筑色彩取样的干扰而导致测试数据的误差。

图6 同一建筑早晨、中午、傍晚的色彩效果

2.3 受光条件

受光条件也是影响城市建筑色彩的一个因素，同一建筑在不同时间，东南西北方向四个垂直面照度是不相同的，如重庆当太阳高度角为10°时东南西北立面照度为811 ～786 lx;当太阳高度角为80°时，东南西北立面照度为10 128～10 112 lx，相差十几倍，直接影响城市色彩。

图7 晴天和阴天建筑色彩受光条件比较图

另外，在全阴天和北面昼光条件下，日光由天空光构成，天空半球的性质类似于均匀漫射光源，而全晴天时，日光的构成包括天空光和太阳直射光两个部分(图7)。阴天的天空漫射光和北面昼光照明时，建筑色彩的观测角度的变化并不对测量结果带来太大影响，也就是说，色度结果是基本稳定的;而太阳直射光在实际观测中则容易造成在观测方向的镜面反射，这种镜面反射会带来色度结果的很大偏差。所以，从日光构成的影响来讲，阴天和北面昼光的漫射天空更适合于进行城市建筑色彩的观测，而在有太阳直射光的晴天，则必须避免材料镜面反射所造成的色度偏差。

2.4 观测距离

按照《城市设计学》和《城市色彩景观规划设计》中对建筑场的定义，以视觉分析为依据，以视觉效果为主要标准，将建筑对人的影响程度“场效应”分为强场、均衡场、弱场和虚场四个等级。对于建筑色彩观测来说，既要记录建筑饰面材料色彩信息，又要把握建筑色彩的整体形象和与环境的关系，所以，“强场”(30 m以内)和“均衡场”(30～300 m)的距离应该是较为适当的参考距离，在更远距离时，由于大气透明度和人眼视觉机制等原因，色彩饱和度会降低，但按照色彩调和理论，此时色彩之间应更能取得调和。通过实验和理论研究结果，颜色色度与观测距离和大气能见度(大气衰减系数)有着直接关系，其色度测量值还应该进行相应的修正。

另外，饰面面砖具有一定的特殊性，由于它的尺寸相对较小，大面积建筑色彩是由很多小块面砖拼贴组成的，拼贴的勾缝对整体色彩有着不可忽略的影响，不同尺寸和色彩的勾缝，在远距离观测时将得到不同色彩空间混合效果，并符合“色彩空间混合规律”，具体可表述为:白色勾缝会使建筑色彩明度升高、纯度降低;灰色勾缝得到不同纯度的色彩;黑色勾缝使明度降低;彩色勾缝使混合效果向两者中间色移动，勾缝尺寸越大色彩的空间混合效果也明显。所以在对由面砖构成的建筑色彩观测的时候，必须考虑勾缝对色度结果的影响，根据不同观测目的，以及面砖勾缝尺寸大小，选择合适的观测距离。

3 小结

综上所述，各种观测方法以及测量仪器和工具都有各自的优点和缺点，在实际建筑色彩观测工作中，应根据工作性质要求和自身设备条件，选择一种或几种工具配合使用，以便尽可能满足工作对测量数据的精确性要求。同时结合材料本身的光反射特性，科学合理地选择天气情况、受光条件和观测距离，从技术操作的角度使调研工作更科学化，使观测数据和相关色彩信息更真实地反映城市色彩的现状。

［1］焦燕.建筑外观色彩的表现与设计［M］.北京:机械工业出版社，2002

［2］陈玮，王涛，丛蕾.创建“多样和谐”的城市色彩环境——武汉城市建筑色彩控制和引导技术［J］.城市规划，2004(12):94～96

［3］安平，马剑.天津市中心城区建筑色彩规划研究［J］.天津大学学报(社会科学版)，2010(3):232～236

［4］王竹，杜佩君，贺勇.空间视角下的城市色彩研究——京杭运河杭州段城市色彩规划实践［J］.建筑学报，2011(7):49～52

［5］郭红雨，蔡云楠.传统城市色彩在现代建筑与环境中的运用［J］.建筑学报，2011(7):45～48

［6］杨健，戴志中.城市色彩规划中的协同学问题解决模式——以重庆市为例［J］.新建筑，2010(2):131 ～134

［7］熊明.城市设计学——理论框架、应用纲要［J］.建筑学报，2000(1):4～9

［8］杨春宇，陈仲林，黄彦.建筑立面泛光照明亮度主观量因素评价研究［J］.照明工程学报，2005(2):15～17

［9］何国兴.颜色科学［M］.上海:东华大学出版社，2004

［10］张青文.重庆地区的天然光和日辐射观测站［J］.重庆建筑工程学院学报，1994(1)