居住建筑光侵扰现象初步调查与研究分析——以天津居住区调研为例

于 娟，王立雄，张明宇

(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 引言

北美照明工程协会(IESNA)指出居室内来自于室外的非必要光线，即光侵扰，会使居住者产生不适、心烦或是降低能见度、分散注意力等现象。《环境与健康展望》杂志也指出：夜间室外的光照投射到室内的人身上将干扰激素的分泌；户外灯光会扰乱室内人们的心神，人们为获得更多的光照而开灯，间接影响人们活动。可见，光侵扰可能对人产生诸多危害:分散注意力、重新设定生物钟(生物钟紊乱与一些疾病有关，如抑郁、失眠、心血管疾病和癌症)、影响褪黑激素的分泌等，对居民生活和休息产生直接干扰影响，因此，需提高重视光侵扰的危害。

近年来，我国城市建设飞速发展，夜间光环境相对复杂。我国居住建筑受到光侵扰的问题十分严重。光侵扰在居住区光污染中所占比重最大，是目前光环境研究中关注度高且研究难度最大的一类光污染。这是由于居住区周边商业、服务业的建设以及道路、商业牌匾和广告等照明的设置，彩光、动态闪烁等形式也日益增多，导致杂乱的室外光进入居住建筑室内，形成复杂的光侵扰环境(图1)。居民对这一现象的反应不一，国际、国内学术界的研究成果也较少涉及这一方面，相关的研究成果较少，可行的研究方法也尚不明确，光侵扰的研究势在必行。

图1 不同类型、不同程度的居住建筑光侵扰Fig.1 Different types and degrees of light trespass in residential buildings

本文意在基于天津居住区侵扰光现状的调研基础，分析目前光侵扰的环境特征，并通过对以往光侵扰(光污染)的相关研究，明晰居住建筑光侵扰研究的进一步趋势和研究内容。

2 居住区室外侵扰光调研

本部分调研选取天津市内六区2000年之后新建和在建的47个居住区，主要采用建筑外部测试与主观调查的方法。记录产生侵扰光的光源类型的同时，为了初步评价居住区光侵扰程度，依据调研人员的主观感受和实地测量的情况将所调研居住区的光侵扰程度划分为无、低、中、高、严重5级。调研统计见表1。目的是初步了解侵扰光的来源和影响程度，为进一步深入调研进行案例摸底和测量侵扰光各项光参数作基础准备。

表1 天津市居住区光侵扰调研情况Table 1 The data of light trespass Survey in Tianjin’s residential areas

表1数据显示，在47个居住小区中，有60%的小区存在光侵扰现象，可见范围之广。其中，中等及高程度(包括严重)的占33%(图2)，动态照明的影响也有一定比例分布。同时从表中可以看出，侵扰光来源复杂：路灯，沿街商户霓虹灯、标示牌，公交站牌，楼体装饰性照明，大面积商业广告，动态照明(LED显示屏)等。复合来源占32%，其中来源于动态和彩光光源的占25%(图2)。

图2 光侵扰调研结果Fig.2 The results of light trespass survey

3 已有的居住区光侵扰研究成果及方法

上世纪70年代，国际光环境研究领域开始大量出现有关城市光污染的讨论，主要针对道路眩光和城市夜天空发亮两方面。最近十年间，国际照明委员会(CIE)、国际暗天空协会(IDA)、IESNA等欧美研究机构及部分亚洲研究中心对光污染问题的研究涉及到夜空、商业区、居住区等城市内不同性质用地，不同等级的道路以及各类建筑内部等范围，涉及居住区侵扰光方面的研究成果概括如下。

CIENO.150文件《限制室外照明设施产生的干扰光影响指南》(2003)中，指出照明对居住者的影响通常与暗黑的居室里射入的户外照明光线在窗上形成的垂直照度相关，并将照明环境分为4个等级及两种时段，设定了居住建筑窗户外表面产生的垂直面照度最大允许值的标准要求(见表2)，规定了夜景照明灯具朝居室方向的发光强度的最大允许值。

表2 垂直面照度最大允许值Table 2 Maximum allowable value of the vertical illuminance

IESNA的研究包括了光侵扰的定义和测量鉴定，出版《Lighting pollution:responses and remedies》、《Light pollution:the global view》、《Ecological Consequences of Artificial Night Lighting》等著作。

北美照明研究中心(LRC)发表的《Outdoor site-lighting performance: A comprehensive and quantitative framework for assessing light pollution》，阐述了OSP(Outdoor site-lighting performance)对光污染的检测和计算方法，是利用软件模拟计算的方法研究居住建筑受到的光侵扰情况，是定量化研究光侵扰的近期成果。OSP是在分析了125个区域(包括实际、实验和软件模拟三类区域)的测量数据的基础上提出的，其计算方法如下：首先，建立包围评价区域空间的“立方体”模型；然后，通过光环境模拟软件的计算得到立方体上测点的值；最后得出光侵扰评价值(为相应面上测点的最大值，单位lx)。“OSP是能够量化检测光侵扰的系统，对光侵扰的思考从‘点式’的对光源和被照对象的思考，转向将两者放在一个空间内进行思考的‘立体’思考模式”，如图3所示。

图3 双侧灯杆光侵扰计算模型

日本对光污染防治标准也是基于CIE 第150号技术报告的限制而制定的。

我国光污染研究在最近十几年间也取得了一些成果。主要集中在依据本国或各城市实情的光污染成因、危害和防治措施的研究方面。

台湾地区也对居住建筑的光侵扰问题进行了较多研究。国立成功大学赵又禅著的博士论文《住宅区户外照明光侵扰之研究》、黄光佑著的硕士论文《住商混合区街道广告照明光侵扰研究》分别以住宅区户外路灯照明、广告的光侵扰为研究对象，通过调查、实测住宅窗口处照度，调查光侵扰的住宅层数范围，并通过软件模拟进行验证，分析提出改进建议和控制手段，以降低居住环境受光侵扰的危害。

由肖辉乾、郝允样发表的《光污染的危害、动向与防治方略》一文中就系统介绍了光污染的危害案例，并分析了国际光污染的研究动向，提出了由宣传危害以加强重视、调查测量以总结防治措施、加强防治标准和规范制定、建立监管机制以做好监督与管理这四方面的工作策略。林若慈发表的《关于城市住宅中的光污染问题》一文中引用CIE第150号技术报告，对夜间外溢光及杂散光的危害及防治进行了探讨。

重庆大学杨春宇等人发表的《城市生态与光污染控制》指出由城市开发引发的光污染造成的生态问题应当引起重视，提出了从街道路灯、其他室外照明设施控制两方面来降低光污染的具体方法。重庆大学魏明、冯海亮发表的《浅谈光污染与人类健康》分析了城市中的光污染的成因，并指出了光污染的危害和防治措施。

天津大学的研究成果针对我国居住区的居住模式，对居住区室外光环境指标方面进行了系统、定量化的研究。苏晓明的博士学位论文《居住区光污染综合评价研究》中，建立了针对道路照明产生居住区光侵扰程度的评价计算公式：

T=32.285+0.002L-1.935S+2.719H-0.620D

其中T——沿街住宅光侵害度(无单位)；

L——灯具总光通量(lm)；

S——道路与住宅间距(m)；

D——同侧灯杆安装距离(m)；

H——灯杆高度(m)。

4 居住区侵扰光研究综述

总结现今居住区侵扰光研究成果包括以下5方面：①光污染(包括侵扰光)对人类健康影响的分析研究；②居住区光污染(包括侵扰光)防治原则和技术措施的探讨；③参考CIE等标准制定的对居住区窗口垂直照度的立法限制；④居住区侵扰光的软件模拟计算方法(OSP)和计算公式；⑤居住区侵扰光的测量数据及与CIE等相关标准的对比研究(以窗口垂直面照度为参数)。

另外，上述研究成果的关注点，光源多是仅考虑道路照明的点光源(路灯)引起的光干扰；研究方法以调研实测、主观问卷调查、软件模拟计算为主，研究最终目的为评价现状光干扰程度，并未得到关注于影响对象(即对人们工作或者生活的影响)的定量化结果；且定量化的评价多以窗口垂直面照度为标准参数，并无考虑计量其他的光学参数。

综上，研究成果存在两方面的缺失：一是针对我国居住区模式和多侵扰源的探讨，天津大学的已有研究只针对单一来源侵扰光(路灯)的计算，多侵扰源的影响研究未见，且国际、国内尚未见可参考的标准；二是缺失对室内受侵扰的居民承受能力的关注，对光侵扰影响居民室内活动干扰方面的研究成果较少，在这一方面既缺乏相关的基础数据，也缺少可行的研究方法。

5 进一步研究的趋势

我国居住区的光侵扰现象，不仅表现为过量的道路灯光进入室内，还往往伴随着来自其他光源的过量彩光侵扰，这在国内外光侵扰研究中均较少有成果出现。同时，居住区光侵扰的研究应本着以人文本的原则，重视居民的主观感受，以此为出发点定量研究侵扰光对居民室内活动的干扰。

另外，依据光环境研究成果的积累和经验，侵扰光对室内活动的干扰因素还应包括干扰时间、亮度、照度、闪烁、色彩、位置、光源特性等众多因素，这些因素与干扰程度的相关性现今并没有论证探讨，亟需进一步研究。

依据上述我国居住建筑光侵扰现状和已有研究的缺失，深入的研究应趋向于：关注包含路灯在内的多种侵扰光光源，以居民主观感受来入手研究，采集和分析相关数据，以确定侵扰光的各光学参数对室内活动的干扰程度，立足于前期成果的积累和研究基础、经验，建立科学、系统的由数据采集、模拟分析、评价实验、统计结论等方面构成的研究方法和流程，以及发展现场的检测技术手段，对光侵扰程度进行科学、定量化的研究。

基于此，笔者建议如下：

一方面，拓宽研究的侵扰光光源，同时考虑单色的点光源(路灯)和彩色动态的面光源(广告牌和LED屏幕等)，对典型居住建筑窗口侵扰光进行测量，建立包括窗口和侵扰光源光参数的基础数据库，弥补该方面研究基础数据的匮乏。

另一方面，建立典型居室侵扰光分析模型，调节侵扰光参数(色彩、亮度、面积等)模拟不同侵扰光种类及状态，通过大样本的评价实验，来评价光侵扰的影响程度。

但需同时注意3个问题：①合理筛选被试人员；②评价实验的流程设置；③评价数据的典型性分析。

6 结语

光侵扰现象纷繁复杂，我国这一现象又呈高发趋势，侵扰光方面的研究亟待加强。尤其以我国居住模式为依据，通过科学方法获取居民反应，获取承受能力的阈值限定，更为关键。基于此，才能进一步对居住区光环境设计指标、设计方法及光侵扰防治措施进行研究，实现提高居住环境质量的目标。

[1] 马剑，姚鑫，刘刚，等.城市居住区室外光环境现状调查研究[J].照明工程学报，2009年第4期.

[2] 梁红山.光污染对人体的危害及预防[J].劳动医学，2001年4期.

[3] 陈亢利.道路交通照明与光污染防治[J].灯与照明，2005年3期.

[4] 苏晓明.居住区光污染综合评价研究[D].天津大学，2011.

[5] 赵又禅.住宅区户外照明光侵扰之研究.台湾成功大学.

[6] 黄光佑.住商混合区街道广告照明光侵扰研究.台湾成功大学.

[7] 廖秀健，阳素.我国光污染立法现状及其防治措施[J].生态经济，2006年1期.

[8] 肖辉乾，郝允祥.光污染的危害、动向与防治方略.中国建研究院物理所.

[9] 林若慈.关于城市住宅中的光污染问题[J].智能建筑与城市信息，2005年01期.

[10] 杨春宇，刘炜，陈仲林.城市生态与光污染控制[J].城市问题，2002年02期.

[11] 魏明，冯海亮.浅谈光污染与人类健康[J].灯与照明，2004年02期.

[12] CIE TC5-12,Guide on the limitation of the effects of obtrusive light from outdoor lighting installations, January 2003.

[13] Lighting Research Center.Efficient Light and Light Pollution,March 12,2003.

[14] Riad Saraiji. The Effect of Street and Area Lighting on the Iliumination of Buiding Facades and Light Trespass[J]. Architrctural Science Review,52(3):194～210.

[15] ISBN 9783900734985.CIE NO,136.2000.GUIDE TO LIGHTING OF URBAN AREAS[Z]. CIE-UK,2000.

[16] International DarkzSky Association (IDA) - Information Sheet 118. Lighting Software for Control of Obtrusive and Upward Light, Australia, October 1999.

[17] Petteri Teikari. Lighting Pollution:Definition, legislation, measurement, modeling and environmental effects. Barcelona, CATALUNYA, SEPTEMBER 19,2007.

[18] LRC Outdoor site-lighting performance:A comprehensive and quantitative framework for assessing light pollution,2008.

[19] Marc Gillet, Prof. P. Rombauts. Precise Evaluation of Upward Flux from Outdoor.

[20] 国家标准化管理委员会.GB/T 5700_2008照明测量方法[S].北京：中国标准出版社，2009.