城市核心区中国传统古建筑夜景照明亮度适宜性评价研究

张明宇 王立雄 苏晓明 宋佳音

(天津大学天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

1 前言

城市环境不断更新和发展，城市中留存的中国传统古建筑成为了城市环境中重要的亮点，例如北京的天安门、城德胜门箭楼、东便门角楼 (图1)，天津的天后宫、广东会馆等。城市核心区中各种形式的灯光夜景的建设在再创造了日间景观的同时，也引出了如何在这一区域亮度条件下展示古建筑的魅力，如何评价古建筑的照明效果这一问题。

图1 北京东便门角楼夜景照明 (自摄)

2 城市核心区环境亮度特征

从国内相关研究人员对天津、成都、重庆等城市重要建筑照明的亮度测试结果来看:目前处于城市核心区中的重要建筑夜景照明环境亮度整体跨度较大，大部分建筑的亮度水平从十几个cd/m2到几十个cd/m2，甚至到上百个cd/m2。可想而知，在由这些主要建筑构成的城市夜间环境中，由于建筑立面照明对周边环境造成的漫射光环境，加之道路、场地等照明，使得城市核心区的传统古建筑周边环境整体处于一个较亮的状态。

3 古建筑亮度适宜性实验研究

古建筑载体是中国传统审美形式的集中体现，照明要综合考虑载体造型构成、体量等特点和人们对古建筑的基本认知，在此基础上去研究载体的凸显。

具体将结合人眼视觉舒适感受、城市核心区亮度特点、古建筑的建筑美学特征等因素，通过实验室模拟条件下的古建筑夜景与周边亮度环境来考量人眼对该条件下的视觉舒适感受，以得出对古建筑亮度舒适性影响的关键因素。

3.1 古建筑立面层次划分

对于古建筑的整体立面层次划分上，建筑学家梁思成曾对中国古典建筑的立面构图作了这样一个总结:“中国的建筑，在立体的布局上，显明地分为三个主要部分: (一)台基， (二)墙柱构架，(三)屋顶。任何地方，建于任何年代，属于何种作用，规模无论细小或雄伟，莫不全具此三部。……这三部分不同的材料，功用及结构，联络在同一建筑物中，数千年来，天衣无缝的在布局上，始终保持着其间相对的重要性，未曾因一部分特殊发展而影响到其他部分，使失去其适当的权衡位置，而减损其机能意义。”

因此在古建筑夜景照明的亮度研究方面，上述三个主要构成部位的亮度及各部分亮度之间的配合，如何达到视觉的均衡和满足美学欣赏效果，就成为我们研究的重点。具体采用典型古建筑，通过在同一背景亮度的条件下，改变古建筑的立面构图中的台基、立面 (墙柱构架)、屋顶三部分的照明亮度比例关系，并通过其不同亮度比例的组合，形成不同场景效果。

3.2 实验场景选择与标定

场景选择主要为选择建筑形体、环境背景亮度及建筑各部位亮度匹配三部分。

本次实验为减小建筑自身形式复杂的影响因素，将古建筑形体选择为相对简单的典型古建筑形体，具体为单层歇山顶、黄色琉璃瓦屋面，立面柱廊，汉白玉台阶，并辅以典型分屋顶、立面、台基三层处理的照明效果。如图2所示。

图2 亮度评价实验用建筑图片

为方便计算并能够获得较多的亮度梯度，选取背景亮度值为5cd/m2。选取典型城市环境背景，并进行图片合成处理，在实验室条件下，对投影仪投出的环境背景进行测试，使该部分平均亮度值达到5cd/m2;同时考虑古建筑前景为开放广场形式，其亮度指标参照广场及道路照明指标确定为1.4～1.5cd/m2左右。

对于古建筑照明的亮度取值，参照表1所示比例关系进行，并适当进行调整来选取亮度比例。将参照表1进行取值，以设定不同场景。

表1 北美照明工程协会照明手册 (第8版)推荐的室外照明效果的亮度比

按照表1所示，在城市环境中为了建筑的凸现，我们需要将建筑自身亮度水平至少提高到背景亮度的2倍以上至10倍以下的水平。但在实际案例研究中发现，古建筑的照明亮度在几个cd/m2的水平是比较常见的，所以研究中加入了平均亮度水平为5cd/m2(与背景亮度之比为1∶1)的情况。按照CIE推荐的城市核心区 (E4)建筑平均亮度水平为25cd/m2，并结合古建筑照明保护的相关研究结论，我们确定将实验中建筑亮度等级中将表1中推荐的“最为强调时为1∶10”的比例去除掉，将“强调的，1∶5”比例改为“1∶4”。最终形成与背景亮度之间“1∶1、1∶2、1∶3、1∶4”四个亮度比例关系，即对应5cd/m2、10cd/m2、15cd/m2、20cd/m2四种亮度水平。按照上述取值，对建筑进行台基、立面、屋顶的三部分划分，对应匹配不同的亮度水平，共得到64个场景。在实验室下通过投影仪投射出不同场景，并采用TOPCON BM-7色度亮度计分别一一标定，使其满足不同场景中各部位的亮度比例要求。评价实验以此作为场景设置依据。部分场景见图3所示。

图3 部分亮度场景模拟效果

3.3 实验评价方法

本次评价实验主要采用语义差别量表。问卷调查表中对照明亮度的评价选用的语义差别量表，其中使用了七个等级。在这七个等级的最中间格0表示的是中性的，代表既不感到满意，也不感到不满意。从零到正向，表示满意程度的增加，从零到负向表示不满意的程度增加。

－3 －2 －1 0 +1 +2 +3

3.4 评价实验过程

评价实验在天津大学建筑学院建筑物理实验室中开展。实验观察者选择为在校学生，共39人参加，年纪为20～30岁之间。其中男生20人;女生19人，比例接近于1∶1。评价实验现场如图4所示。

图4 主观评价实验现场

由于实验目视条件持续的时间较长，为保证实验条件的一致，即保持观察环境的稳定性方面，将实验时间安排在晚七点以后进行，以不受外界光环境变化干扰。进行实验时，将室内环境照明关闭，并使观察者垂直观察屏幕，保持4～8m左右的合理观察距离 (该距离的选定是依据实际古建筑与现场观察距离的比例来确定的。如现存古建筑多为10～20m高左右，现场观察距离为40～80m，实验室条件下为保持基本视角一致，由观察的屏幕高度为1.0m左右得出实验室条件下观察距离等比例缩小为4～8m)。实验前，将投影仪预热至正常工作的亮度输出状态，以保证实验用场景图片亮度的变化梯度不受改变。

4 实验可靠性分析与数据处理

4.1 信度分析

为检测评价结果的可信程度，按照统计软件的方法，通常应用克伦巴赫 α系数 (Cronbach's Coefficient Alpha)来分析评价量表的内在信度，该系数能测定评价问卷是否具有可靠的稳定性和一致性。Cronbach's α系数值介于0与1之间。通常α系数值达到0.8以上的评价问卷内部一致性为最好，0.7～0.8之间为较好，α系数达到0.6以上则为可接受的信度。

根据对古建筑亮度感受的测试问卷结果，用SPSS统计分析软件进行信度分析，得到39人对64个场景所进行的4个评价量表的信度α，详见表2。

表2 亮度感受评价量表的信度分析

由表2α值可见，本实验所用的亮度感受评价量表对64个场景的信度克伦巴赫α系数除了1个在0.7～0.8之间外，其他均在0.8以上，因此本研究所用的亮度感受评价量表可靠性较好。

4.2 实验数据处理

本部分实验完成后，将数据输入统计软件进行分析，将不同观察者对同一场景下的评分取算术平均值作为该场景下的主观评价得分。从“古建筑亮度与环境亮度协调性”方面来进行分析，其目的是为获得主观评价满意程度与古建筑三部分亮度水平之间的关系。

5 实验初步结论

从古建筑亮度与环境亮度的总体协调性来看，64个场景的各自得分分布如图5所示。可以看出，在64个场景中，在屋顶部位亮度等级为5cd/m2、10cd/m2、15cd/m2这三个等级下有得分为正值的场景分布，在屋顶亮度等级为20cd/m2的情况下，所有场景的得分均为负值。

在此基础上，将古建筑屋顶亮度数据、立面亮度数据、台基亮度数据及古建筑亮度与环境亮度协调性的得分平均值运用SPSS分析统计软件进行分析，找出因变量 (古建筑亮度与环境亮度协调性评价得分平均值，即与环境亮度协调满意度)与三个自变量 (屋顶亮度数据XW、立面亮度数据XL、台基亮度数据XT)之间的线性函数关系。通过软件进行多元线形回归分析，可建立多元线性回归方程为:

式中 Y——古建筑亮度与环境亮度协调满意度;

XL——立面亮度数据;

XT——台基亮度数据。

回归方程中的常数项为1.405，偏回归系数b2为－0.109，b3为 －0.050。经 T检验，b2和 b3的概率ρ值分别为0.000和0.002，按给定的显著性水平0.10的情形下，均具有显著意义。

从上式可以看出，影响得分水平Y的因素主要是立面亮度数据XL和台基亮度数据XT。而对于屋顶亮度数据Xw，影响评价得分的显著性不强。

6 小结

本文以一简单古建筑体型的夜景亮度作为评价对象，通过在城市核心区亮度背景下的研究，确立了人眼视觉对古建筑的整体亮度与背景之间的合适亮度比例，确定了主要影响评价得分的照明部位，并建立了“古建筑亮度与周边环境亮度协调满意度”与古建筑的“屋顶”、“立面”、“台基”三部分的亮度水平指标之间的函数关系。但限于时间和精力，本文尚未展开对古建筑形体更为复杂甚至建筑群体类的照明研究，有待于今后进一步展开研究。

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