■李可欣 邵曉峰 Li Kexin & Shao Xiaofeng

(1.2.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇南京 210037）

“人因工程學(xué)又稱人的因素工程學(xué)，主要立足于人的角度來思考和解決問題，其核心是研究人-機(jī)-環(huán)境三者之間的相互作用，其中人的因素需要考慮到人體的神經(jīng)系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)、腦力勞動(dòng)與神經(jīng)緊張作業(yè)時(shí)的生理變化特點(diǎn)以及人的心理因素等”。照明光環(huán)境是人因工程學(xué)中著重研究的一部分，室內(nèi)照明對人的生理及心理均有一定程度的影響，讓室內(nèi)照明遵循生物節(jié)律是對人本設(shè)計(jì)的進(jìn)一步落實(shí)。境的各種指標(biāo)作為計(jì)量，人體節(jié)律會(huì)根據(jù)光鐘變化而變化，且通過光鐘和生物鐘作為依據(jù)來判斷人體生物節(jié)律的變化更加準(zhǔn)確。

1 照明光環(huán)境對人體生物節(jié)律的影響

1.1 時(shí)間生物學(xué)與人體生物節(jié)律

時(shí)間生物學(xué)是研究機(jī)體生物節(jié)律及其時(shí)間結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的科學(xué)，“在生物領(lǐng)域，無論是單細(xì)胞生物或高等動(dòng)物，所有的生命活動(dòng)跡象均按照一定規(guī)律運(yùn)行，且該活動(dòng)現(xiàn)象已經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是明顯節(jié)律性活動(dòng)，生物學(xué)界稱之為生物節(jié)律”[1]。一般情況下生物節(jié)律與環(huán)境節(jié)律同步，但當(dāng)環(huán)境節(jié)律發(fā)生變化或機(jī)體受到環(huán)境中某些理化因素的刺激時(shí)，其生物節(jié)律（尤其近日節(jié)律）會(huì)發(fā)生變化，主要體現(xiàn)為相位反映，即節(jié)律的前移或滯后，相位反映的方向（超前或滯后）和大?。ㄒ苿?dòng)的時(shí)間長短）與環(huán)境刺激的種類、強(qiáng)弱、作用時(shí)間均相關(guān)[2]。

目前，已有大量研究證明光照條件對機(jī)體的生理活動(dòng)和節(jié)律有重大影響，“在晝夜節(jié)律周期的某個(gè)點(diǎn)處添加光線脈沖可以加速或延緩生物節(jié)律的運(yùn)轉(zhuǎn)”[3]，因此研究不同光照條件下人體節(jié)律的變化也是時(shí)間生物學(xué)的重要內(nèi)容。

1.2 生物鐘與光鐘

研究者普遍認(rèn)為人體生物節(jié)律是內(nèi)源性的，也就是說生物節(jié)律是由內(nèi)源性生物鐘啟動(dòng)和控制的、機(jī)體內(nèi)部自主產(chǎn)生的規(guī)律性變化，而不是由外部環(huán)境變化而產(chǎn)生的被動(dòng)反映，由此可知人體具有自行感知時(shí)間的能力，而這種能力與大腦中的松果體所分泌的褪黑素有關(guān)，“褪黑素是人體應(yīng)對黑暗環(huán)境而產(chǎn)生的化學(xué)信號，大量醫(yī)學(xué)研究表明，視覺系統(tǒng)在傳遞光信號的同時(shí)，將外界光環(huán)境的信息傳遞給大腦的松果體，由松果體產(chǎn)生的褪黑素進(jìn)入體液（血液、尿液、腦脊液、細(xì)胞內(nèi)外液等），從而影響人的睡眠水平”[4]。除了晝夜變化的光線會(huì)對生物鐘造成影響，季節(jié)性變化的光線同樣如此，比如冬季日光攝取量減少引起體內(nèi)褪黑素的分泌變化，這種變化會(huì)導(dǎo)致生物鐘的紊亂，甚至出現(xiàn)失眠、食欲不振、情緒低落等癥狀。人體生物鐘會(huì)因?yàn)楣猸h(huán)境的不同，而出現(xiàn)不同的生物節(jié)律，“現(xiàn)代研究表明控制人體晝夜節(jié)律的照明因素復(fù)雜多樣，包括光源本身的光譜分布、光區(qū)分布、總體照度、照明時(shí)長、變化速率、以及前后的短期照明歷史情況”[5]。由此我們引入“光鐘”的概念，它與物理學(xué)上的光鐘有所不同，這里的光鐘是將光照環(huán)境與時(shí)間相結(jié)合，以不同時(shí)刻光環(huán)

2 人因工程學(xué)對節(jié)律照明的需求

2.1 人的視覺生理需求和心理情緒需求

“視覺-視覺作業(yè)-光環(huán)境間的相互作用和影響是人因照明研究的核心內(nèi)容”[6]，視覺是最重要的人體感官系統(tǒng)之一，而影響視覺的主要因素就是光照環(huán)境，視網(wǎng)膜上存在有管理時(shí)間的感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞），“它主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)人體內(nèi)非視覺情況下的光生物效應(yīng)，包括人體生命的各種體征變化，如血壓、體溫、心跳速率、激素分泌、睡眠質(zhì)量、甚至情感的展現(xiàn)等”[7]。桿狀細(xì)胞感光性較強(qiáng)并在較暗的環(huán)境下發(fā)揮作用，視網(wǎng)膜上感光細(xì)胞的分布決定了視覺的感光特性。在視覺上人因照明要求照明光環(huán)境滿足人的“視力需求”，如光線均勻分布，強(qiáng)弱有度等，“視野需求”要求光照范圍適度，“色覺需求”要求光色符合環(huán)境氛圍，“視覺適應(yīng)需求”要求照度強(qiáng)弱之間有過渡段，此外，視覺健康也是目前照明工程中需要考慮的人因要素，“光照的強(qiáng)度、時(shí)長、形式、位置，光譜構(gòu)成等要素對視覺系統(tǒng)、眼底功能、腦力認(rèn)知均產(chǎn)生一定影響，且與人的工作狀態(tài)、人體機(jī)能、生理和心理上的舒適程度聯(lián)系緊密”[8]。而對節(jié)律照明的落實(shí)和研究更是視覺健康的方向，讓照明環(huán)境貼合人體節(jié)律的變化會(huì)更加符合人因工程的要求。

■圖1 智能夜燈

■圖2 擬落地玻璃窗背景墻

人的心理因素是人因工程學(xué)的重要內(nèi)容，它包括人的性格、能力、動(dòng)機(jī)、情緒以及意志?！肮庹兆饔糜谝暰W(wǎng)膜，不僅產(chǎn)生視覺，還對人的情緒和行為產(chǎn)生影響”[9]。比如高色高溫照度的環(huán)境會(huì)讓人精神緊張和振奮，而底色低溫照度的環(huán)境則會(huì)讓人更加放松；一些休閑娛樂場所就需要緩慢變化的橙色光照環(huán)境，“多年的臨床醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，柔和偏暗的環(huán)境可幫助產(chǎn)婦緩解緊張壓抑的情緒，以獲得較好的分娩狀態(tài)”[10]。而對于節(jié)律照明而言，則需要考慮人在一天之中不同的心理狀態(tài)，以及季節(jié)變化帶來的情緒變化，以此來進(jìn)行節(jié)律照明設(shè)計(jì)。

2.2 不同人群不同階段的照明需求

在各種年齡段的人群中，需要特別考慮到的是兒童和老人，胎兒在6個(gè)月時(shí)已經(jīng)可以感知外部光線的變化，2至5歲是視力發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，需要著重保護(hù)，5歲以后視力才趨于穩(wěn)定，“在嬰幼兒時(shí)期人體的節(jié)律并不穩(wěn)定，缺少睡眠會(huì)引起植物神經(jīng)功能失常導(dǎo)致的眼睫狀肌調(diào)節(jié)功能紊亂，形成近視眼。此外，持續(xù)性高強(qiáng)度光照，會(huì)減少人體褪黑激素的分泌，從而對嬰幼兒的成長發(fā)育造成不利”。因此，為嬰幼兒進(jìn)行節(jié)律照明設(shè)計(jì)十分必要。

隨著我國人口老齡化的加劇，為老年用戶設(shè)計(jì)成為研究熱點(diǎn)，老年人的照明需求與其他人群有所差別，65歲以后人體的各項(xiàng)機(jī)能衰退，眼部退化較為明顯，如晶狀體硬化造成遠(yuǎn)視，晶狀體蛋白質(zhì)變性而發(fā)生混濁導(dǎo)致的白內(nèi)障等眼部疾病，可以通過提高居住環(huán)境照度、控制眩光、增加顯色度等方式來緩解視力下降造成的問題。此外，“神經(jīng)生理學(xué)家發(fā)現(xiàn)衰老會(huì)引起視交叉上核（簡稱SCN）對光的敏感性顯著降低”[11]。同時(shí)松果體和褪黑素隨年齡增長逐漸衰退，這些均導(dǎo)致老年人睡眠模式紊亂，少眠、早醒等情況，需要通過調(diào)節(jié)室內(nèi)的光譜、光線分布、光照時(shí)間、光照頻率等要素來應(yīng)對老年人群的晝夜節(jié)律。

3 以人為本的節(jié)律照明設(shè)計(jì)

3.1 LED可調(diào)光的應(yīng)用與差異化環(huán)境照明

隨著LED可調(diào)光的技術(shù)發(fā)展，為節(jié)律照明設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持，根據(jù)人體晝夜節(jié)律的變化調(diào)節(jié)LED燈帶是實(shí)現(xiàn)節(jié)律照明的方式之一。Zumtobel公司，通過MELLOW LIGHT V tunableWhite燈具結(jié)合LITECOM照明控制系統(tǒng)，提供3000K到6000K色溫的照明環(huán)境，例如早晨可以將色溫調(diào)節(jié)至5000K，水平照度500xl以上，可直接抑制褪黑素的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)生物鐘，讓人精神振奮清醒；在夜間準(zhǔn)備入睡時(shí)，將色溫調(diào)節(jié)3000K，不干擾褪黑素的分泌，提高睡眠質(zhì)量。在2018年上海國際商業(yè)及工程照明展覽會(huì)上曼佳美獲得金殿獎(jiǎng)，其中的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)之一在于根據(jù)環(huán)境需要提供變色調(diào)光燈帶，2700K至6500K的色溫區(qū)間，10%至100%的調(diào)光，利用遙控操作，同時(shí)配備混合反射器，提供精準(zhǔn)的光束控制并防止眩光（圖1）。

除了可調(diào)光外，差異化照明也是目前應(yīng)用較多的節(jié)律照明方式，尤其是在大型辦公空間、醫(yī)院等場所運(yùn)用較多?！盀榱烁玫赝癸@較大空間的內(nèi)部關(guān)系，通常使用不同的視覺語言來營造差異化的空間組成形式”[9]，面積較大的辦公空間常利用燈光的差異來區(qū)分空間，辦公區(qū)用照度較高的冷白光，而休閑區(qū)使用柔和的暖橘光；醫(yī)院則對燈光的要求更高，不同區(qū)域的劃分也更加細(xì)致，醫(yī)院大廳常使用暖白光，避免造成壓抑緊張的氛圍，大廳的燈光由照明系統(tǒng)管理，系統(tǒng)以一天的時(shí)間為基準(zhǔn)自動(dòng)調(diào)整燈光效果；護(hù)士站和咨詢處需要醒目的燈光效果，方便人員尋找，同時(shí)可以根據(jù)當(dāng)天的人流情況進(jìn)行控制和調(diào)整；檢查科室需要高顯色度LED平板燈；ICU病房則需要專門根據(jù)不同病人的節(jié)律調(diào)整光照環(huán)境，以幫助病人更好的進(jìn)行康復(fù)治療（圖2）。

3.2 智能化節(jié)律照明

智能化照明設(shè)計(jì)一直是照明領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，節(jié)律照明作為光與健康的未來方向與智能化設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系，比如在美國Indiegogo眾籌平臺(tái)登錄的一款智能夜燈產(chǎn)品，“側(cè)重人機(jī)交互及產(chǎn)品語義”，它可以與手機(jī)系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)各種功能，可調(diào)節(jié)至任何色溫和亮度，且會(huì)在睡眠時(shí)間自動(dòng)減少藍(lán)光的強(qiáng)度，幫助用戶調(diào)節(jié)褪黑素水平，此外，當(dāng)用戶起夜時(shí)，它能夠自動(dòng)探測到用戶動(dòng)向，開啟40%的柔和燈光，對用戶起夜習(xí)慣具有記憶功能，自動(dòng)識(shí)別用戶路線。類似的產(chǎn)品還有Circadia睡眠系統(tǒng)，它由睡眠跟蹤器和便攜式晝夜節(jié)律燈組成，Circadia可以監(jiān)測人體的心率和呼吸頻率，并建立用戶生理時(shí)鐘模型，設(shè)有睡眠模式和失眠模式，通過個(gè)性化的光療法來調(diào)整人體節(jié)律，預(yù)設(shè)不同的模式人體會(huì)呈現(xiàn)不同的狀態(tài)[10]。

德國杜塞爾多夫匯豐銀行餐廳項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，由Licht Kunst Licht（LKL）公司提供照明設(shè)計(jì)，并榮獲IALD卓越獎(jiǎng)，亮點(diǎn)在于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)做了模擬落地玻璃窗的背景墻，橫跨餐廳一側(cè)，照片的尺度模仿人們從地面高度看的視角。用“智能”的人本照明（HCL）控制系統(tǒng)，模擬日光，增加真實(shí)感，讓位于地下室的餐廳也能感受到模擬的自然光照，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)最終確定了發(fā)光墻的場景編程，模擬日光的年變化、日變化，包括動(dòng)態(tài)、光色、方向和強(qiáng)度。擦墻燈的色溫可調(diào)，早上是溫暖的2700K，逐漸上升到中午的冷白6000K，傍晚回落溫暖色調(diào)。地面還安裝了一整條RGBW混色的LED線型擦墻燈，以增強(qiáng)模擬效果。

4 結(jié)語

基于人因工程學(xué)的照明設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸發(fā)展成獨(dú)立的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對人生理心理的各項(xiàng)研究不斷成熟，而其中的人體節(jié)律照明仍缺乏細(xì)致詳盡的理論指導(dǎo)，設(shè)計(jì)者在了解人的各項(xiàng)因素的情況下，還需深入剖析人群需求和環(huán)境需求，并與當(dāng)下的最新科學(xué)技術(shù)緊密聯(lián)系。伴隨科技的發(fā)展和研究的深入，節(jié)律照明的方式也更加多樣化和復(fù)雜化，一個(gè)空間的照明設(shè)計(jì)通常會(huì)結(jié)合多種方式共同完成，目前節(jié)律照明正處于發(fā)展時(shí)期，未來將會(huì)有更多科技的植入，節(jié)律照明設(shè)計(jì)也會(huì)在研究中不斷完善，在生活中更加普及。