图书馆书架光照度及其对读者在架检索行为的影响研究*

梁 爽 苏文成 蔡 培 杨 桦 卢章平

（1. 江苏大学科技信息研究所 江苏镇江 212013； 2.江苏大学管理学院江苏镇江 212013； 3.江苏大学图书馆 江苏镇江 212013）

1 研究背景

关于建筑空间采光的研究由来已久，室内光线变量与用户行为及情绪的变化间有着千丝万缕的联系。研究证实，空间与用户的沟通主要受采光条件的影响而变化[1]，下垂式的采光方式往往能够调动起空间氛围，使得光线散射更加均匀[2]。光源的选择上，荧光灯的使用在空间采光设计中曾遭受诟病，有研究显示荧光灯会引起用户生理上的不适[3]。尽管能耗比较高，但是部分室内空间仍旧需要白炽灯作为主要光源，有研究发现不同瓦数与相关色温的白炽灯能为博物馆黄金展品带来不同的感知效果[4]，而不同LED灯源照射下的水粉、油画也会呈现出不同的可感知性[5]。此外，在书籍等纸制品的保存上，波长较短辐射较低的LED无疑更具优势[6]。可见，空间采光优化问题涉及环节多元、要素复杂。

图书馆馆舍的采光条件设计需要配合周密的前期调研，实际工作中采光因素的优化，能够很大程度上提升馆舍建筑的使用价值与内在环境质量[7]。由于图书馆馆舍功能的多元化，其采光与其它建筑采光设计存在一定区别，加之不同类型读者对光线质与量的需求迥异，使得图书馆对于相关光学技术与功能设备的研究关注度与日俱增。

文章基于跟踪观察法与实验法，遵循课题确定、被试选择、实验因素控制、实验资料分析与综合的流程[8]，通过定量数据的统计分析，得出伊利诺伊大学社会科学图书馆与文学与语言图书馆在架书籍采光条件的季节性与昼夜变化特征及采光因素对图书馆用户在架检索行为的影响，从另一个角度为图书馆采光布局设计提供决策支撑，提升在馆用户的检索效率与满意度。

2 研究问题与假设提出

2.1 研究问题阐述

目前在国内外研究成果中，有关图书馆馆舍采光条件的定量化研究，尤其是季节与昼夜变化对馆舍采光条件的影响路径研究相对较少，已有的文献也并未从完全定量化的角度来考虑季节、昼夜变化条件下馆舍光照度变化的规律。甚至有研究者发现，调研过程中刻意透露研究意图，会使用户主观上产生采光环境对其行为有影响的意识[9]，造成研究结果有失偏颇。光照度的强弱究竟对读者在馆检索行为有何种程度的影响，更是极少有研究涉及。如若不能解决上述两个问题，那么优化馆舍空间采光布局将是一纸空谈，满足读者对光线的需求、提升读者在馆行为满意度更是无从谈起。所以，文章立足跟踪观察、实验研究，通过数理统计分析手段，从搜集到的不同季节、昼夜区间光照度数据中提取样本图书馆馆舍采光变化规律，并结合馆舍的光源设置、空间规划等实际情况，洞察光照度对读者在馆在架检索行为的影响。

从建筑学视角来说，光具有光强度、对比度、光亮度、光反射四项基础属性。用户对于光线的感知与满意度主要受光照质量的影响，而光照质量主要由光亮度、直接反光、反射反光、散射等因素构成[7]。这其中，又以光照度的测度最为客观、便捷，前人研究发现，相对于相关色温（CCT）等指标，光照度更能反映用户的视觉感知[10]，也有研究以光照度测度英国邓迪大学图书馆亮度条件以及在馆读者满意度[11]。所以，光照度适合作为检验馆舍采光质量的重要指标。

2.2 假设提出

在Carla Balocco等人关于一座中世纪意大利图书馆自然采光的研究中[12]，在完全采用自然光照明的情况下，该馆白天各时段夏季采光较冬季均有较大幅度提升。同时一天之内馆舍光照度随着时间改变而呈波段变化，波峰极值约出现在12—13点时分，波谷出现在清晨与傍晚。考虑夜间馆舍照明光源单一为人造光源，因此夜间光照变化不可能随季节变化而改变。而馆舍昼夜采光环境可能存在规律性变化的结论也在相关文献中出现[11]，据此文章提出如下初始假设：

H1 白天馆舍书架光照度随着季节而发生变化，各季节日间采光差异显著；

H2 夜间馆舍书架光照度不随着季节而发生变化，各季节夜间采光无显著差异；

而馆舍昼夜光照度的变化关系可能存在如下假设：

H3 光照度随着昼夜更替而变化，白天光照度高、夜间光照度低。

子假设如下：

H3a 秋季光照度昼夜光照度差异显著，白天光照度高、夜间光照度低；

H3b 冬季光照度昼夜光照度差异显著，白天光照度高、夜间光照度低；

H3c 春季光照度昼夜光照度差异显著，白天光照度高、夜间光照度低。

图书馆采光条件变化会对读者的阅读、情绪、舒适性及在馆行为产生影响[13]，现有的文献已证明室内学生在选择座位时普遍习惯于朝阳方位[14]，而在馆读者的满意度与在馆时间也会受光线条件的影响[11]。由于光照度较好时，读者呈现出较为积极的举动，对于光照充足的区域也表现得更加青睐。因此，光照度与读者的在架检索效率可能存在如下关系：

H4 光照度与读者在架检索行为的查准率成正向关系，光照度越大，读者检索查准率越高，反之则越低；

H5 光照度与读者在架检索行为的时长成逆向关系；光照度越大，读者检索时长越短，反之则越长；

H6 光照度与读者在架检索行为的检索效率成正向关系，光照度越大，读者检索效率越高，反之则越低。

3 研究方法

3.1 在架书籍光照度跟踪观察研究

研究主要使用跟踪观察法与实验法，对美国伊利诺伊大学香槟分校社会科学图书馆与文学语言图书馆内三种书架在架书籍光照度作定期观察，观察频次每两周一组对照组，每组包括昼、夜两次数据，记录了自2016年9月至2017年4月间的在架采光变化情况，同时记录馆内的采光环境与观察者主观感受。

图1 观测书架与采光测度记录

如图1所示，社会科学馆内三层低架，长460.5cm、宽65cm、高121.5cm，每两排书架间隔103cm，距离另一侧高书架105cm，距离南面窗户151.5cm，褐色实木质框架，书架隔板为浅灰色金属质，借阅时需要读者下蹲浏览。文学语言馆的八层高架，长801.5cm，宽51.5cm，高232.5cm，中间每两排书架间隔109cm，两端书架走廊宽度为139.5cm和129cm，材质为浅褐色实木框架与浅灰色金属隔板，由于高度较大，配有脚凳以方便读者浏览顶层书籍，但身高较矮的读者仍然借阅困难。文学语言馆的杂志借阅三层低架，长277cm，宽60cm，高121cm，书架间隔较大为189.5cm，材质与社会科学馆低架相同，借阅时读者同样需要俯身下蹲浏览期刊，但封面朝外，便于识别与检索。

参照附件1，在架采光观测指标有日期、位置、天气、书架两端与中部光照度值、采光极值，以及阅览区采光极值（作对比参照）。其中，书架光照度的测度，文学语言馆高架选择第三层左右两侧与中部作为测度点，测度数量为7排，共14面；矮架则选择第二层左右两侧与中部作为测度点，社会科学馆测度书架2排共4面，文学语言馆测度书架4排共8面，光照度采用国际单位Lux。采光过程中，观测者采用页边笔记法，就具体环境变化情况做说明与直观思考记录，详见图1。光照度测量工具为BeneTech手持移动式光度计，自动量程0～20万Lux，精度±4%Lux，分辨率0.1Lux。

3.2 读者在架检索采光要素影响实验

图2 实验用书20本（左上）、实验记录笔记（左下）与被试场景（右）

使用便利抽样原则，邀请6名伊利诺伊大学师生参与读者在架检索采光要素影响实验，其中男性2名，女性4名，年龄由23岁到44岁不等。每名被试被分为白天与夜间检索两组对照组，每次实验要求被试根据检索书目，在文学语言图书馆高架上在架检索10本指定书籍，之前记录每本书籍所在书架位置的光照度，实验期间记录被试检索所用时间、检索出错的次数（检索次数），并计算检索正确率（1/检索次数），同时要求被试采用大声思考法即时向记录者汇报检索感受与满意度等心理变化。其中，检索次数以被试抽出书籍次数为准，实验记录表格见附件2，记录原件见图2。

4 数据分析

4.1 在架书籍光照度分析

4.1.1 季度变化分析

三个季度光照度均值变化见表1。从采光条件的角度来看，使用荧光灯的社会科学馆三层书架昼夜光照的季节变化幅度较为平稳，但位于文学语言馆的八层架与三层杂志架使用白炽灯，白天光照度季节变化差异大，夜间光照度季节变化差异小。三种书架光照度季节变化最大的是文学语言馆白天的八层书架，标准差55.67，变化较小的是夜间的八层书架，标准差3.23。而照度均值最大的是白天社会科学馆的三层书架，最低的是夜间文学语言馆八层书架。

季节上看，除了白天的三层杂志架和夜间八层书架，其他时段书架的秋季光照度均值都为三季节最大，而冬季所有时段的书架光照度均值都为三季节中最低。

表1 季度在架光照度均值对比

再以在架光照度均值为对照，分析同一馆内阅览区的光照度值变化情况（见表2）。均值上来说，社会科学馆阅览区的光照度高于文学语言馆阅览区，这与在架照度值保持一致。采光昼夜差异上，社会科学馆的阅览区光照度差异较小，均值差值为16.37，而文学语言馆较大。采光季节差异上，社会科学馆阅览区夜间光照度三个季度差异较小，标准差为3.55，而文学语言馆阅览区夜间光照度的季度差异最大，标准差为124.51。季节上看，秋季所有时段的阅览区光照度均值都为三季节最大，除了白天的社会科学馆阅览区照度，其他时段的阅览区冬季照度均为三季节中最低值。

表2 季度阅览区光照度均值对比

4.1.2 光照度季节差异分析

使用单因素方差分析法（ANOVA）分别检验伊利诺伊大学图书馆三种书架的在架光照度变化差异情况，Group变量中数值1代表秋季（2016年9月21日至12月23日），2代表冬季（2016年12月24日至2017年3月19日），3代表春季（2017年3月20日至4月30日），各组数据均呈正态分布。

三层书架白天光照度数据方差齐性，F统计量显著性小于0.05，均值不等，由于3组样本数量不同，使用Scheffe法检验样本均值，结果显示秋季和冬季白天的光照度差异显著。

图3 三层架白天光照度季节差异单因素方差分析

八层书架白天光照度季节差异方差不齐，采用Welch和Brown-Forsythe检验均达显著，F统计量显著性小于0.05，Games-Howell多重比较发现冬季光照度与春秋两季差异显著，均值48.57Lux，明显低于春秋季的光照度。

图4 八层架白天光照度季节差异单因素方差分析

图5 杂志架白天光照度季节差异分析

杂志架白天光照度季节差异方差不齐，采用Welch和Brown-Forsythe检验均达显著，F统计量显著性小于0.05，Games-Howell多重比较发现冬季与春秋季在架光照度数值有显著差异，其均值50.49Lux也显著小于春季（105.49Lux）和秋季（97.47Lux）均值。

三层书架夜间光照度季节差异方差齐性，F统计量显著性大于0.05，3组数据差异不显著，说明三个季度的夜间光照度无差异。

图6 三层架夜间光照度季节差异单因素方差分析

八层书架夜间光照度季节差异方差不齐，采用Welch和Brown-Forsythe检验未达显著，F统计量显著性大于0.05，Games-Howell多重比较发现三个季节的光照度并不存在显著差异。

图7 八层架夜间光照度季节差异单因素方差分析

杂志架夜间光照度季节差异方差齐性，F统计量显著性大于0.05，3组数据差异不显著，说明三个季度的夜间光照度基本无差异。

图8 杂志架夜间光照度季节差异单因素方差分析

4.1.3 光照度昼夜差异分析

三层书架光照度昼夜差异独立样本t检验，方差齐性，显著性系数小于0.05，证明秋季三层书架的光照度昼夜存在显著差异；冬季光照度方差齐性，显著系数大于0.05，不存在显著差异；春季光照度方差齐性，显著系数小于0.05，差异显著。

图9 三层架光照度昼夜差异独立样本t检验

图10 八层架光照度昼夜差异独立样本t检验

八层书架光照度昼夜差异独立样本t检验，方差齐性，显著性系数小于0.05，证明秋季八层书架的光照度昼夜存在显著差异；冬季光照度方差齐性，显著系数大于0.05，昼夜不存在差异；春季光照度方差齐性，显著性系数小于0.05，证明昼夜光照度差异显著。

杂志架光照度昼夜差异独立样本t检验，方差齐性，显著性系数小于0.05，证明秋季三层书架的光照度昼夜存在显著差异；冬季光照度方差齐性，显著性系数大于0.05，昼夜差异不显著；春季数据方差齐性，显著性系数小于0.05，光照度昼夜存在显著差异。

图11 杂志架光照度昼夜差异独立样本t检验

4.2 在架检索实验数据分析

图12 实验书架昼夜光照度独立样本t检验

使用SPSS 20.0描述统计探索功能检测实验数据，光照度（AvgLux）、检索时长（AvgDuration）、检索正确率（AvgAccuracy）、检索效率（AvgEfficiency）正态性检验显著性系数均大于0.05，数据符合正态分布。实验在架书籍白天平均光照度为63.73Lux，夜间为49.62Lux，采光数据满足方差齐性，t检验显著性小于0.05，说明在架书籍昼夜光照度差异显著，同时白天光照度大于夜间，在架检索光线环境更为明亮。

再由独立样本t检验发现，两组检索时长、检索正确性、检索效率组内数据方差齐性，但差异不显著，可见昼夜检索光线差异并未对被试的检索时长、检索正确性、效率造成影响。反而夜间检索时长均值（58.33秒）短于白天检索平均时长（75.73秒），检索正确率夜间值（87.39%）略高于白天数值（85.47%），检索效率夜间值（0.203本/秒）也大于白天值（0.146本/秒）。

图13 检索时长、正确率与效率独立样本t检验

5 研究结论

5.1 在架光照度部分季节差异显著

白天时段，八层、杂志架冬季光照度与春秋季照度差异显著，且冬季光照度均值为最低，说明文学语言图书馆书架区冬季采光条件较差。该馆采用圆盘形吊顶白炽灯，从光源上考虑，在自然光线较为昏暗的冬季，白炽灯可能会导致日间室内光照度的衰减。又因文学语言馆书架区的窗户开在西、南两个方位，7排书架被完全包裹在其中，外加南面窗户狭长且大部分时间都有百叶窗遮蔽，光线无法透过第一排书架延伸反射到北面的借阅区，如此排架方式造成自然采光差时中间书架采光条件的恶化。

位于社科馆的三层书架仅秋冬两季存在照度差异，且冬季光照均值要远高于文学语言馆书架，幅度超过50%，可见其冬季白天采光条件更好，这与社科馆低矮的书架、紧邻南面与东面窗户的位置、疏松的排架方式以及荧光灯的使用都不无关系。两馆阅览区的光照度对比分析也证实了这一发现。

夜间时段，由表1标准差可知，使用荧光灯的三层书架不同季度夜间光照变化幅度较大，而使用白炽灯的文学语言馆书架亮度相对稳定，同时单因素方差分析显示，三种书架不同季节夜间的采光差异均不显著。

因此，尽管三种书架在部分季节存在光照度显著差异，但并未完全，故H1假设不成立。又因夜间三种书架采光均不存在显著差异，故H2假设成立。

5.2 在架光照度昼夜差异显著

三种书架在测试过程中均表现出春、秋季节光照度昼夜差异显著，冬季昼夜光照差异不明显的态势。由此可见，自然光源对于馆舍书架的光照质量有较大影响，香槟市地处平原，春秋季节光照强烈，日间光照因为有自然光的补充而有了较大程度的提升（见表1昼夜光照度均值），昼夜光照差异也由此产生。但冬季因当地纬度较高（北纬40度），多阴雨、雨雪天气，日照时间较短（秋冬季节下午五点左右日落），故昼夜差异并不显著。由此，H3a、H3c假设成立，但H3b假设不成立。

5.3 在架光照度因素对读者检索行为影响分析

5.3.1 昼夜检索效率反差探析

尽管实验过程中在架光照度昼夜存在显著差异，但是实验结果并没有证明白天被试检索正确率更高、时间花费较少、检索效率更高，样本图书馆书架昼夜光照度变化给被试行为带来的影响实际并不显著，甚至，实验中存在白天采光条件较好时被试检索正确率低于夜间检索状态的情况。因此，假设H4、H5、H6并未成立。

一项针对博物馆绘画展品LED光照差异的研究表明，“可视性”与“温暖度”是不同光照条件下参观者能够感知的多元指标[5]，影响用户行为的往往是他们对于采光的既有概念、知识和潜意识，而不是采光要素本身[9]。同样对于在架书籍，“可视性”也只是众多影响读者在架检索效率的因素之一，除此之外可能有其他因素影响他们的主观感受，进而使检索舒适性与满意度发生了变化。

为验证此观点，本研究随机选取了50名国内某高校图书馆读者，对在架检索时诸要素对其检索行为的影响做访谈调研。访谈问卷见附件3，Nvivo定性分析软件对话文本分析结果显示（见图14），被访者对于在架检索时的光照度条件表现出了较高的需求，对于目前所在图书馆的采光条件并不是非常满意，问题主要集中在“夜间、雨天灯光照明度不足”“书架较高、较低不便检索”“室内温度不适”等方面，特别有被访者表示，“明亮的环境更能够使其心情愉悦，雨天时较为抑郁，检索效率也受到影响”。可见，环境光照度等因素条件的确会对读者在架检索行为及满意度产生较大程度的心理影响。

图14 访谈文本分析词云与聚类

结合被试在实验时的思考内容，就样本图书馆而言，对比夜间使用白炽灯为光源的文学语言馆，其平行于日照光线的书架布局、光照入射角度较小的高耸窗户，甚至昼间同一书架上极大的光照度差异，都使得被试在白天检索过程中出现视觉不适，效率低下。尽管夜间光照度较白天低，但相对舒适柔和的光照角度使得被试能较好地检索书籍，这导致了白天读者在架检索效率的不尽如人意，进而造成昼夜检索效率差异的不显著。

5.3.2 在架光照度环境影响要素分析

研究发现光源的选择、摆放位置、书架的走向等因素都会对读者身处的光照环境造成影响。

（1）光源的选择来看，社会科学馆选择使用荧光灯管，平行于书架方位吸附在天花板照明，相对于文学语言馆悬挂在天花板上的白炽灯来说，寒冷季节荧光灯的使用能使昼夜光照度条件更佳，曾有研究表明荧光灯会使用户产生生理不适但未在研究中得到验证。白天最佳光源仍是自然光，优秀的采光设计方案可以节省运营成本，降低灯具的使用频率。在避免日光反光的基础上，馆舍墙壁与天花的涂装颜色与材质的选择，均会对自然光反射率、对比度，甚至美学意味造成深远影响。

近年来，LED作为新型光源已经广泛在图书馆等公共空间内使用，已有的照明优化方法能够在保证同等相关色温（CCT）的基础上，通过使用LED替代白炽灯，达到超过78%的节能效果[4]，此外，也有研究发现博物馆等公共空间的使用者更青睐于青白色灯光[15]，可见LED灯将是未来人工照明系统的进化趋势。

（2）光源的位置上看，悬挂于两组书架中间天花板上方位置的白炽灯照明并非是一个好选择。一方面，这样会使两端靠外侧的书架夜间基本没有人造光线直射，只能靠反射采光；另一方面，较少的灯光盏数（2盏）也不能满足7排书架的照明需求（见图15）。在进行访谈的国内样本高校图书馆内，社会科学书库的荧光灯管采用倾斜于书架走向位置45度的方式吸附于天花板上，并增设隔光板，光线照射范围更广，散射更加均匀，书架均涂装为浅米色或白色，能够为书架提供间接而均匀的散射光，书架顶端都与人造光源保持一定距离，防止书籍褪色受损。此外，关于书架空间摆放方向与灯具的照明空间布局无直接关系的结论[16]并未在研究中得到证实。

（3）书架摆放是平行于光线射入角度还是垂直需要根据实际情况作出调整，两个样本图书馆书架均采用侧面与正面两面窗户临窗摆放的方式（见图15），书架均平行于东西面窗户的自然光线，目前看来这样的书架布局方式有利于优化读者检索时的光照度，尤其是社科馆相对低矮的三层书架缺少遮挡，较文学语言馆的8层书架更具采光优势。但这也牵扯到关于临窗位置摆设书架还是阅览位置的争议[17]。

图15 文学语言馆（左）与社会科学馆（右）书架摆放平面图

总结说来，吸顶式荧光灯管的使用更能为在架检索行为提供明亮的环境，灯具数量的选择需要根据书架的多少以及位置确定，也需调研用户的主观感受。相对低矮的书架，高耸的书架在采光上不具备优势，临窗摆放能将自然光源与人造光较好融合，增加馆舍光照度优势。但应注意，直射光照会造成读者不适，馆内采光宜采用非直射光形式，降低反光和过高光照对比度，有利于光照角度变化形成散射，有效消除阴影。

6 研究局限与总结

回顾研究流程，仍然存在较多问题：采光过程中部分月份数据的缺失造成季度光照度数据的不完整，后续实验工作也面临着扩大被试样本的问题。对于样本图书馆伊大香槟分校文学语言图书馆而言，该馆的采光条件与既已存在的馆舍格局，可能造成了检索光照度要素对被试检索效率无影响的结论，昼夜实验的差异与预期反差较大，被试夜间实验急于回家，精力更加集中，可能也是造成上述结论的原因之一。研究结论目前仅从光照度角度对图书馆书架布局、读者在架检索行为做出解释，如能参考前人研究结论[18]，结合从相关色温（CCT）角度切入，探讨图书馆在架采光的照明舒适区，将能更好地引导图书馆完成照明部署。

研究从跟踪调研与实验的角度解读了读者在架检索行为过程中光照度因素的影响作用，验证了样本图书馆书架季节间、昼夜间存在的光照度显著差异，但却推翻了光照度影响读者在架检索效率的假设。经由访谈调研的论证，证明了读者在架检索满意度与光照度间存在的关系。认为图书馆在架借阅区的采光系统，在选择合适光源灯具、合理调整书架与馆舍布局的前提下，最重要的仍是考虑读者的心理预期和感受，从而全方位保证读者在架检索的效率与满意度[19]。因为只有充分理解用户对采光的偏好和认知，才能创造更为科学和人性的空间采光条件[20]。

（来稿时间：2017年10月）