城市夜间光环境实态调研分析

刘　鸣，黄铁屿，周　博，索　健，蔡　军，陈　岩，

李维珊，富　露，任　杰

(大连理工大学 建筑与艺术学院，辽宁 大连　116024)



城市夜间光环境实态调研分析

刘鸣，黄铁屿，周博，索健，蔡军，陈岩，

李维珊，富露，任杰

(大连理工大学 建筑与艺术学院，辽宁 大连116024)

摘要：随着现代化城市化建设的不断发展和城市夜间照明广泛的应用,新型光源、大功率的照明设施不断涌现，城市光环境的发展呈现了新的景象。本研究以大连市内的数个建设项目做光环境的调查分析，以了解不同性质的场所各自所面临的照明问题和照明实态，及探讨改善城市空间光环境的方法。

关键词：光环境；照明；光污染

引言

中国近年来在快速经济和城市发展过程中，因照明技术的进步与广泛应用，城市居民所处的光环境产生了巨大的变化。首先经济繁荣与夜生活的普及，沿街商业招牌照明大量的使用来刺激消费；其次，在各地建设夜经济的过程中，城市公共空间如街道、广场和公园都成为打造和表现城市夜景的场所；接着地区标志性的建筑物不断出现，其建筑立面装饰性照明成为展现城市亮点的名片。另外，随着照明技术如LED光源的发展，外墙巨大型电子屏幕的所谓“媒体墙”甚至于多个大屏幕立面的“媒体建筑”涌现。

然而,城市光环境因投入的各类照明建设有了急剧的变化。过度、设置不当或突兀刺眼的人造光所形成的光污染不仅耗耗能源、增加碳排放量、降低夜空能见度、影响天文观测、干扰敏感的生态系统，还能对市民生产生活甚至于安全产生了一定的干扰，影响夜间睡眠与人体健康和导致城市交通事故[1]。同时在一定程度上还减低空气于夜间的自净能力，促成空气的污染[2]。

1调研内容

1.1　调研地点

2015年是联合国确定的国际光年，本次调查研究主要考察现阶段城市发展过程中光环境、光污染的问题。本调研根据城市功能划分的不同，选择了三种光环境地点进行调研：居住区光环境、商业区光环境、以及广场光环境。其地点为：西安路天兴罗斯福国际中心居住综合体，高新区黄浦路临近的万达广场和锦辉购物广场，馨东街与凌水路大山广场室外文体活动空间。

1.2　调研现状

1.2.1居民区——西安路天兴罗斯福国际中心居住综合体夜间光环境现状

从图1中可以看出，居民区的照明情况：商场部分，1~2楼是玻璃幕墙，光源为室内照明，发光柔和，3~5楼为LED广告牌，发彩色强光；住宅部分，光源为室内照明；住宅小区道路两旁每隔8m设置9m高路灯，发白光，草坪中不规则安置6m高景观灯，发白光；道路每隔10m设置高12m的路灯，发黄光。

图1　罗斯福夜晚光环境Fig.1　The light environment jof Roosevelt mall

图2　万达广场照明现状Fig.2　The lighting situation of Wanda Plaza

图3　锦辉购物广场照明现状Fig.3　The lighting situation of sunrise shopping center

1.2.2商业区——高新区黄浦路临近的万达广场和锦辉购物广场夜间光环境现状

a.万达广场：从图2可以看出，万达广场的照明情况：主入口为LED方块灯照明；水晶体三棱锥墙面为LED变色线型洗墙灯照明；次入口为斜条纹点光源照明；人行道主要采取地灯和路灯相结合的照明方式。

b.锦辉购物广场：从图3可以看出，锦辉购物广场的照明情况：入口主要以黄色和紫色照明为主，结合白色、低频率、低亮度变化的动态光；立面为橱窗照明和10m左右高度的广告牌照明；人行路以圆柱路灯照明为主。

1.2.3广场——馨东街与凌水路大山广场室外文体活动空间

广场是城市夜间人们活动最终要的场所之一，也是构成城市夜间环境的重要组成部分，因此，本研究选择文化娱乐休闲广场最为调研对象。

图4　大山广场夜间照明现状Fig.4　The night lighting situation of the Mountain square

1.3　调研方案

该调研测试均采取网格划分，根据地点和调研范围的不同选取不同网格尺度设置，对该网格点进行照度测试，每点数据测量三次，取其平均值，然后对所得的数据进行统计。测试仪器主要是照度计。

1) 居民区——西安路天兴罗斯福国际中心居住综合体夜间测试方案。在该地点的测量位置在住宅楼临街两个立面道路上，测试点距离地面1.1m高，距离窗台0.2m远，共测量31个样本点。

2)商业区——高新区黄浦路临近的万达广场和锦辉购物广场测试方案。在该地点测试是在建筑临街面15~20m的人行道路上，进行5m×5m的网格划分，每点选取0.75m处高度的进行照度测试，其测试网格如图5、图6所示。

图5　万达广场网格划分Fig.5　The grid division for the test zone in the Wanda plaza

图6　锦辉购物中心网格划分Fig.6　The grid division for the test zone in the Sunrise shopping center

3) 广场——馨东街与凌水路大山广场室外文体活动空间。在该地点，场地整体划分出重点测量的7个区块，如图7所示。

图7　商业建筑的网格划分Fig.7　The grid division for the test zone in the Mountain square

2光环境调研结果分析

2.1　居民区—西安路天兴罗斯福国际中心居住综合体调研结果

由表1~表2可知：4层楼是照度的一个转折点，从第4层开始建筑立面照度开始明显降低。这说明，光侵害的主要受害窗口是1~4层住宅窗口；4层以上窗口受光侵害程度随窗口照度的降低不断减小，基本在10层左右窗口照度控制在0~5lx。

表1　罗斯福对面君安大厦住宅楼临街窗口照度

表2　罗斯福a座住宅楼临街窗口照度

由表3可知：①4层以下的建筑立面上照度不会随着远离灯杆高度而下降，即灯杆高度(12m)所对应的楼层以下的照度不会明显降低；②高于灯杆高度以上的楼层照度，会随着楼层高度的增高而明显下降，产生这种现象的原因主要是灯杆高度以下的楼层不但受路灯直接照射，还有受地面的反射；③路灯高度在6m~12m之间不断增加时，对应建筑立面受到光侵害程度不断升级。

表3　君安大厦住宅楼窗口照度　单位：lx

注：表3中6m路灯为小区内部景观灯，9m路灯为小区内部道路照明灯，12m路灯为街道两旁照明灯。

从表4中可知：在溢散光环境中，光源一定的情况下，当灯具的投射角度<90°时，如路灯照明区域边界建筑立面被照亮面面积越小，亮度越高，则光溢散程度越小。当灯具投光角度>90°时(如采用非遮光性灯具)，照明区域边界建筑的被照亮面的面积越大，亮度越低，则光溢散程度越大；罗斯福附近街灯仰角近似0°，但是广告牌的明亮灯光并没有任何遮盖，灯光投射角度从0~180°，溢散光反射到对面建筑立面上以及天空上，造成夜晚的人工白昼并浪费了大量电能。

表4建筑立面亮度

注：罗斯福临街建筑立面主要受路灯影响; 君安大厦临街建筑立面主要受罗斯福商城立面上的LED广告牌影响。

罗斯福附近的路灯高度基本位于6m、9m、12m三个阶段，6m高灯杆对于建筑立面的照度影响相对较小，仅对1、2层楼影响较大；9m高灯杆和12m高灯杆的夜晚照明对于低楼层的住户来说稍亮。针对这种由灯具位置产生的人工白昼光环境有如下几点建议：

1)6m或低于6m的灯具适于作为景观灯使用，建议安置在距离住宅楼稍远的草坪花园中，可适当增加亮度；

2)9m路灯作为居住区内部路灯灯杆，应适当降低照度并增加安装的数目，以保证道路照明的均匀度与适宜的照明效果；

3)12m路灯用于街道照明，应注意其与建筑立面的距离和自身亮度，防止对居住区产生侵害光。

2.2　商业区——高新区黄浦路临近的万达广场和锦辉购物广场调研分析

2.2.1锦辉购物中心调研分析

从图8可以看出：建筑入出口的照明环境较为明亮；路灯的照明对环境起到了一定的调节作用；广告牌在距离地面10m左右时，其照明对路面的亮度没有明显影响；离建筑5m以外距离的亮度较为均匀。

折线1位于距离商场20m处的位置；折线1′位于距离商场15m处的位置；折线1″位于距离商场10m处的位置，折线1‴位于距离商场立面5m处的位置图8　锦辉购物广场的测试数据Fig.8　The line chart for the test data of the Sunrise shopping center

2.2.2万达广场调研分析

从图9可以看出：广告牌距地面5m左右时，照明对路面的亮度有明显影响；路灯的照明对环境起到了一定的调节作用，而地灯对道路照明没有明显影响；点光源照明设计对街道的照明影响不大而棱面光源照明较为明显；建筑周边亮度受到的来自建筑照明影响较为明显。

折线1位于距离商场15m处的位置；折线1′位于距离商场10m处的位置；折线1″位于距离商场5m处的位置图9　万达广场测量数据Fig.9　The line chart for the test data of the Wanda plaza

2.2.3两者照度比较

对锦辉购物广场和万达数据进行处理，在求得该区域的平均照度之后，对街道测点进行标准差处理，得到各自建筑临街面的照度离散情况，从而反映各自照明的均匀性，其中数值越高表示该处的照明越不均匀，如图10~图11所示。

图10　锦辉购物广场照度离散程度分析Fig.10　The discretization analysis figure about the illumination of the Sunrise shopping center

图11　万达广场照度离散程度分析Fig.11　The discretization analysis figure about the illumination of the Wanda plaza

对建筑各自照度离散程度的分析，可以得到如表5所示的两个临街相邻商业建筑的照明比较。

表5　锦辉购物广场和万达广场的照明比较

通过表5的分析比较，可以得出：在商业照明中需要设置合理的路灯，而地灯对街道照明亮度影响不大，但容易对行人形成刺激，尽量选择低亮度的且带地灯罩能够降低灯投向天空的亮度；广告牌的设置位置的不同会对街道照明产生的影响不同，位置越高，对临建筑的街道照明作用不大，所需要的亮度越低，因此对广告的位置和亮度应该进行合理的设计；合理设置商业建筑的照明，使其在满足吸引消费者的情况下，能够不会对周边环境造成光污染。

2.3　广场——馨东街与凌水路大山广场室外文体活动空间

2.3.1各个区块的数据分析比较

大山广场主要为娱乐性广场，为周边居民提供休闲活动的场所。从图12和图13可以看出：大山广场的照度值分布很不均匀，光源分布位置决定了照度值的变化，距离光源越近的点照度值越大，如果有建筑物或大树等遮挡就会在地面产生阴影区，数值会较暗；在被测量的所有点中，西北角的一组光最暗，以及跑道与中间硬铺区域较暗，其次是西南角、东南角亮度值较适宜，东北角最接近光源，因此相对最亮。

图12　大山广场照度值测量示意图Fig.12　The illumination value of the Mountain square

图13　区块被测点照度数值比较Fig.13　The comparison of the illumination values of the measured block

2.3.2不同区域内光环境现状详细分析

此处将环境行为学理论中的定点观察法与统计学中的数值比较法相结合，分析和阐述7个不同区块内的光环境现状。

a、区块1。区块1主要为人们慢行的区域，对环境的照度需求较小。从图14可以看出：区块1为7个区块中最暗的角落，照度值多数小于1 lx，低于广场照明中人行道规定的5~10lx,不能满足相应的功能照明的需求。其原因主要是由于该区处在西、北两侧建筑和连廊的阴影区内，无发光的高干路灯和辅助光源，完全依赖于北侧门店的间接照明。

b、区块2。区块2的主要功能是提供人快速通行、慢跑、散步、聊天、驻足的活动场所。从图15可以看出：区块2同区块1一样属于很暗的地方，照度值均小于0.7 lx，低于广场照明规定的5~10lx,不满足主要的照明需求。主要原因是由于该区处在构筑物阴影区内，无重点照明，完全依赖于周边商铺的间接照明。

c、区块3。区块3的主要功能与区块2相同。从图16可以看出：区块3不同于区块1、2，亮度明显提升，照度平均值约为10 lx，满足照明需求。

图15　区块2测量数据Fig.15　The measurement data of the Block 2

图16　区块3测量数据Fig.16　The measurement data of the Block 3

图17　区块4测量数据Fig.17　The measurement data of the Block 4

d、区块4。区块4为主要出入口，连接着大山广场与周围各处的通行者，提供快速通行、聊天、驻足、观望等。从图17可以看出：区块4是7个区块中最亮的区域，照度的最大值、最小值以及平均值都排在7个区块的首位，其照度值明显高于主要出入口照度值20~30 lx,属于过度照明状态。其主要原因是由于距离杆路灯很近、以及周边商铺的铺助光源，同时避开构筑物的阴影区。e、区块5。区块5主要功能是快速通行、聊天、驻足观望，以及小孩较滑、滑板等娱乐活动，对照度值及均匀性都有较高要求。从图18可以看出：区块5在7个区块的照度比较中排名第二，距离很近的高干路灯给此区域提供了方便，此区域同样处在交通入口处，石材铺装很平整，通行者可在此进入热闹的大山广场，也可较便捷的通向406公交终点站。其能够满足该区域的功能照明需求，但照度均匀性较差。

f、区块6。区块6的主要功能是提供广场的主要出入口之一，此外还兼有提供快速通行、跑步、散步、休息的功能。该区域能够满足功能照明需求，但大多数低于主要出入口照度的要求。从图19可以看出：区块6的照度值是成规律性渐变，距离高干路灯越近照度值越高，距离光源较远，照度值也随之递减。部分处在建筑阴影区的地方，会有数值的明显下降。

图18　区块5测量数据Fig.18　The measurement data of the Block 5

图19　区块6测量数据Fig.19　The measurement data of the Block 6

g、区块7。区块7的主要功能是提供居民集体性的健身活动项目，如广场舞、交谊舞、太极等；小众活动主要有聊天、驻足观望等。从图20可以看出：区块7测量结果数值整体上波动较小，成规律性变化，中间偏低，东西两侧偏高，由北向南逐渐增强；数值多低于广场照明需求的5~10lx，但其照明较为均匀。

图20　区块7测量数据Fig.20　The measurement data of the Block 7

3总结

通过对建筑室外夜间光环境所进行的调研研究发现，现阶段许多活动场所因为照明设计的不合理规划，导致许多照明设施覆盖区域重复，造成光污染及能源的浪费。广告牌照明和街道路灯照明都因

为位置和布置方式的不同会对光环境产生影响，也会因其照明设计的不同营造出不同效果。不合理的照明设置会对周边居民、天空等产生严重的影响，所以对室外环境应选择合理的照明方式和照明灯具，在考虑整体光环境的状况和协调好照明设施的基础上，在节约能源的同时最大化地提高照明效率。

此外，商业设施的光环境因要达到吸引客人购物消费，它是多彩、动态和亮眼，而容易造成光污染。同样是聚集人群的社区公共设施如大山广场的光环境，部分区域有照明不足的情形，目前依靠路灯提供照明来供人们使用。

对住商综合体夜间光环境进行定性化研究，能够对光污染环境有更深入的了解，能为未来准确预测光环境和控制光污染提供更加开阔的思路。因此，住商综合体夜间光环境还有更多的内容需要讨论和深入研究。

参考文献

[1] ASHRAF C H. Light Pollution: The Problem and its Significance [D]. California:California State University, 2009.

[2] 黄铁屿. 庆祝国际光年，响应地球一小时[A]//上海景观. 生态文化与景观灯光技术论坛专刊[C]. 上海:上海市市容景观事务中心，2015.

Analysis of Urban Night Light Environment—Dalian Case Studies

Liu Ming, Huang Tieyu, Zhou Bo, Suo Jian, Cai Jun,

Chen Yan, Li Weishan,Fu Lu, Ren Jie

(SchoolofArchitectureandFineArt,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)

Abstract：With rapid pace of urbanization and expanded usage of urban night lighting, large numbers of high intensity lighting facilities have been installed in urban areas. Overflowing and flooded illumination have caused light pollution. This study, through survey and analysis of a couple of outdoor urban spaces in Dalian, aims to assess lighting issues associated with urban spaces in different functions, and to explore the method of improving light environment in those spaces.

Key words:light environment; lighting; light pollution

通讯作者：刘鸣：E-mail:liumingyity@163.com;黄铁屿，E-mail:ciedmeco@gmail.com

基金项目：国家“十二五”科技支撑项目(2012BAC05B01)

中图分类号：TM923

文献标识码：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2016.01.010