康善之，馬 婕，馬晨鐘

（重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400030）

重慶市屬于第V類光氣候區(qū)，采光情況較差，據(jù)《重慶市日照時數(shù)變化規(guī)律和特征分析》一文中提供的數(shù)據(jù)可知[1]，重慶日照百分率僅為25%～35%，為中國年日照最少的地區(qū)之一，室內(nèi)光環(huán)境也受此影響，照度常年不足，冬、春季尤為明顯（見表1）。加之宿舍空間在設(shè)計時對空間集約化的考慮，大部分宿舍僅有很小面積的采光面，導(dǎo)致宿舍白天采光環(huán)境較差，幾乎沒有自然光環(huán)境。

近年來，隨著電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，高校學(xué)生長期、高頻率接觸各類電子產(chǎn)品。多數(shù)電腦、LED燈等宿舍用電子產(chǎn)品本身存在較強的藍光輻射，加之宿舍自然光環(huán)境差且燈具布置不合理，大學(xué)生眼部健康情況不斷惡化。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國大學(xué)生近視發(fā)病率已高達90%。《大學(xué)宿舍光環(huán)境調(diào)研及分析——以重慶大學(xué)為例》[2]一文中也指出了宿舍在采光、照明方面存在的問題。

表1 南方城市冬季平均日照

隨著LED技術(shù)的發(fā)展，照明理念從宏觀的節(jié)能環(huán)保，逐步向以人為本的舒適健康發(fā)展。現(xiàn)階段對健康照明的定義通常為綠色節(jié)能、安全舒適，有益于提高生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)效率和生活質(zhì)量，保護身心健康的照明（見圖1）。在合適的時間、合適的地點，提供合適強度和光譜的照明，從而在保證視覺工效的同時，為人們創(chuàng)造安全、舒適、健康的光環(huán)境。

健康照明要求照明系統(tǒng)的照度、色溫均可調(diào)節(jié)，強調(diào)與天然光混合后的照度及色溫。同時提出生理等效照度的概念，一方面將傳統(tǒng)照明設(shè)計中水平照度的要求拓展到空間照度的要求，另一方面提出光源色溫的要求，可以控制生理等效照度，從而提供一個相對健康的照明環(huán)境[3]。

1 調(diào)研

項目前期針對高校宿舍空間光環(huán)境現(xiàn)狀、組合床工作空間的用光需求兩方面內(nèi)容進行了綜合研究。調(diào)研采用問卷調(diào)查、抽樣調(diào)查、文獻調(diào)查、統(tǒng)計調(diào)查和訪談等多種形式，作為支撐整個項目的背景展開研究。

1.1 高校宿舍光環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)研

項目組針對高校大學(xué)生，采用訪談和問卷調(diào)查的方式進行宿舍光環(huán)境主觀感受測評。統(tǒng)計結(jié)果顯示（見圖2），高校學(xué)生對宿舍空間的使用時長普遍達到每天12 h以上，平均有8～9 h在組合床空間進行工作學(xué)習(xí)等活動。在宿舍組合床空間進行3 h工作學(xué)習(xí)后，67%的學(xué)生出現(xiàn)眼睛酸癢、流淚及疼痛的狀況，眼疲勞癥狀較為明顯。而與此同時，長期處于不合理光環(huán)境之下間接影響大學(xué)生睡眠和情緒，甚至?xí)l(fā)展出抑郁、狂躁的癥疾。

項目組選取重慶大學(xué)B區(qū)4舍和12舍作為對象進行實地抽樣調(diào)查，以不同樓層、不同朝向、不同組合床位置、不同時間段為變量開展光環(huán)境測試，分析采樣點照度、照度均勻度以及宿舍整體環(huán)境輝度。數(shù)據(jù)采集結(jié)果顯示，受宿舍空間單向、小采光面積的影響，組合床工作空間桌面照度及照度均勻度普遍不足（與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較），光環(huán)境質(zhì)量差（圖3～圖4）。

項目組通過實地觀察還發(fā)現(xiàn)，使用電腦等電子產(chǎn)品時存在正壁面與屏幕亮度反差較大的問題，另外，燈具的不合理選用和擺放導(dǎo)致眩光，影響正常的工作學(xué)習(xí)。

調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的上述問題已對高校大學(xué)生視覺健康和工作學(xué)習(xí)效率產(chǎn)生較大影響。針對這部分調(diào)研，項目組排除不必要的變量影響，著手于宿舍單元組合床，從上述幾點用光問題切入思考。

為評測、對比4個床位的光空間質(zhì)量，選取宿舍光環(huán)境最不利點，測試整個宿舍空間的照度均勻度及宿舍環(huán)境整體輝度（見圖5），確定遠離采光口且右側(cè)自然光來光的②號床位為最不利床位，并選定為實驗?zāi)M對象，建立光空間模型，進行優(yōu)化模擬設(shè)計。

1.2 宿舍組合床用光需求

為使宿舍組合床工作空間光環(huán)境設(shè)計方案更加符合學(xué)生在宿舍的活動需求，通過問卷調(diào)查的方式對宿舍組合床工作空間的活動類型和模式進行了研究。由低至高5個量級劃分與統(tǒng)計各行為發(fā)生頻率。大學(xué)生對宿舍組合床的用光需求如圖6所示，“紙質(zhì)材料上的書寫或閱讀”“使用電腦工作或娛樂”“使用平板電腦或手機工作或娛樂”這3類活動的第5量級占比較大。根據(jù)各活動頻率量級及用光類型，項目組確定了組合床裝置照明方案的3種主要模式，即“依托不發(fā)光工作面進行的活動”“依托自發(fā)光設(shè)備進行的活動”及“其他活動”，在光環(huán)境設(shè)計中將考慮一定的調(diào)節(jié)彈性，來滿足其需求。

2 燈光裝置設(shè)計

2.1 健康光環(huán)境基礎(chǔ)參數(shù)

根據(jù)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）等資料，項目組制定了一套健康用光參數(shù)系統(tǒng)，包括組合床書桌面的照度值、組合床書桌面的照度均勻度、頂棚和壁面照度、環(huán)境色溫及組合床桌面的照度分布情況（工作面與周邊環(huán)境的照度比值）等，這些參數(shù)是后續(xù)照明方案的重要參考數(shù)據(jù)。

2.2 宿舍組合床空間模型

組合床工作空間的尺寸及前部、側(cè)面3個反射面的材質(zhì)是空間光環(huán)境的重要影響因素。項目組通過重慶大學(xué)校內(nèi)男女生宿舍測繪和組合床尺寸調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前市面上組合床的工作空間長度、寬度、高度大多分布在120～200 cm、60～90 cm、80～110 cm區(qū)間內(nèi)，而組合床前部墻面以抹灰墻面和大面積的粗糙壁紙或木板為主，其比例均在40%以上，而前部墻面多采用淺色材料，占調(diào)查數(shù)據(jù)的81%。通過調(diào)研數(shù)據(jù)的分析，項目組確定了一個典型宿舍組合床空間模型作為研究基礎(chǔ)（見圖7），模型中的組合床工作空間尺寸設(shè)定為160 cm×80 cm×100 cm，接近市面上大多數(shù)組合床產(chǎn)品的參數(shù)，以保證設(shè)計的普適性。

2.3 光環(huán)境優(yōu)化裝置概念設(shè)計

針對宿舍用光問題，裝置的核心解決策略是圍繞總結(jié)了3類活動模式，通過面狀光源照明，并通過光源的分區(qū)控制，為不同的活動類型提供適宜的健康光空間。裝置主要分為構(gòu)架系統(tǒng)、頂部光源系統(tǒng)和側(cè)面補充光源系統(tǒng)。頂部光源系統(tǒng)是裝置的核心部分，大部分光線由該系統(tǒng)提供，該系統(tǒng)通過分區(qū)控制優(yōu)化工作面的照度值、照度均勻度、色溫等參數(shù)，側(cè)面補充光源系統(tǒng)可投射45°的左側(cè)光線，模擬側(cè)窗自然光照，優(yōu)化組合床空間舒適度。

2.4 光源方案比選

在上述設(shè)計框架下，項目組進行了光源方案的設(shè)計比選（見圖8）。其中，頂部燈光裝置I等效為6塊燈盤，平行于桌面拼裝在頂部，通過升降進行照度控制。頂部燈光裝置II等效為12塊燈盤，各塊燈盤設(shè)置可活動百葉，可獨立進行照度調(diào)節(jié)（后續(xù)深化過程中簡化為6塊燈盤，且通過燈具自身的電流控制系統(tǒng)代替百葉調(diào)節(jié)照度）。頂部燈光裝置III為一體化光源，側(cè)面燈光裝置A等效為2塊燈盤，傾斜45°，安裝于左上及右上方，側(cè)面燈光裝置B由7個條狀燈組構(gòu)成，設(shè)置擋板控制眩光，布置于左側(cè)。項目組對上述燈光裝置的照明效果進行了交叉分析，綜合考慮照度均勻度、適應(yīng)性、造價等因素，最終采用Ⅲ-B。

3 基于DIALux-evo模擬計算的照明方案設(shè)計

3.1 軟件說明與實驗方法概述

實驗依托DIALux-evo平臺開展（見圖9），以確定3種模式下最優(yōu)的照明方案。DIALux-evo是一款專業(yè)照明設(shè)計軟件，持有DIALux許可證的廠家提供可調(diào)參數(shù)模擬燈具，為實驗提供基礎(chǔ)支撐。實驗的主要變量為6個光源分區(qū)（等效為燈盤）的亮度和色溫，主要輸出項目包括組合床桌面照度值、桌面照度均勻度、組合床作業(yè)面照度值、組合床作業(yè)面照度均勻度、組合床桌面等值線、主光源比色數(shù)據(jù)、組合床桌面?zhèn)紊珗D與數(shù)值系統(tǒng)等，項目組將調(diào)節(jié)各個分區(qū)的參數(shù)組合，并對輸出數(shù)據(jù)進行分析，以確立最優(yōu)的照明方案。

3.2 模式一：依托不發(fā)光工作面進行的活動

該模式含紙質(zhì)材料閱讀、書寫和繪畫，通過墨水屏設(shè)備閱讀及手工制作等活動，參考平面為0.75 m水平面，照度標(biāo)準(zhǔn)值為500 lx，照度均勻度標(biāo)準(zhǔn)值為0.60。該模式下工作面自身不發(fā)光，進入人眼的光線主要是反射光，活動過程需要對紙質(zhì)物、墨水屏上的內(nèi)容和手工制作的細節(jié)進行清晰識別。裝置調(diào)節(jié)為該模式時，光源將轉(zhuǎn)換為中間色溫（3 300～5 300 K），同時提供柔和的頂部光線和左側(cè)光線，避免桌面陰影的形成（圖10～圖11）。

3.3 模式二：依托自發(fā)光設(shè)備進行的活動

該模式主要考慮通過LED/LCD等電腦屏幕進行的活動及通過手機、平板等的LED屏幕進行的活動（電腦屏幕中心的參考高度取1.05 m），參考平面為0.75 m水平面，照度標(biāo)準(zhǔn)值為500 lx，照度均勻度標(biāo)準(zhǔn)值為0.60。除滿足相關(guān)光環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，還需考慮屏幕和正向壁面對比度的控制（實驗中液晶屏幕亮度為常規(guī)值500 cd/m2），避免反差過大對眼睛造成傷害。項目組線下主觀舒適度調(diào)查顯示，壁面亮度接近但略低于屏幕亮度時較為宜人。裝置調(diào)節(jié)為該模式時，靠后的3個燈盤亮度將適度提高，使屏幕周圍環(huán)境（背景壁面）的照度達到1 000 lx，形成較為適宜的對比度（圖12～圖13）。

3.4 模式三：其他活動

該模式對應(yīng)的活動用眼強度不高，對于照度均勻度等數(shù)據(jù)的要求相對較低，但具有較為差異化的光環(huán)境需求，項目組對不同活動進行了研究測試，制定對應(yīng)的照明方案。在這些照明參數(shù)的基礎(chǔ)上，使用者可進一步根據(jù)自身的偏好和需求調(diào)整照度、色溫等。“其他活動”含有多種拓展模式，僅列舉“拷圖板模式”“用餐模式”“娛樂氛圍光模式”3例。

3.4.1 拷圖板模式

該模式主要適用于拷圖板的使用，參考平面為0.75 m水平面，照度標(biāo)準(zhǔn)值為50 lx，照度均勻度標(biāo)準(zhǔn)值為0.40。為讓使用者能看清置于拷圖板上多層紙面的信息內(nèi)容，裝置將適度降低頂部及側(cè)面光源的整體亮度，保證下部拷圖版光線的主導(dǎo)性，以使紙面信息具有較高的清晰度（圖14～圖15）。此外，調(diào)研表明，學(xué)生在使用拷圖板時常有輔助材料閱讀的需求，因此，該模式下桌面靠近衣柜側(cè)照度較低，用以放置拷圖板，而靠近日光模擬系統(tǒng)一側(cè)照度較高，可供使用者進行輔助材料閱讀。

3.4.2 用餐模式

該模式主要適用于用餐，參考平面為0.75 m水平面，照度標(biāo)準(zhǔn)值為150 lx，照度均勻度標(biāo)準(zhǔn)值為0.40。此類宿舍活動用眼程度較低，對照度均勻度和對比度要求不高，重點在于營造溫和舒適的光環(huán)境。色彩心理學(xué)領(lǐng)域的研究表明，暖色的燈光（如黃色、橙色）能有效促進用餐者的食欲。該模式下裝置將提供低色溫光線（3 000 K以下），用以營造溫暖適宜的用餐空間氛圍。此模式下的色溫、亮度等參數(shù)可以根據(jù)使用者喜好和需求手動調(diào)整（圖16～圖17）。

3.4.3 娛樂氛圍光模式

該模式主要適用于日常用眼強度不大而對空間氛圍有特殊要求的娛樂活動（聽音樂、聚會游戲等）。該模式下，各燈盤的亮度、色溫等參數(shù)可以根據(jù)使用者的需求手動調(diào)整，且可動態(tài)變化，營造豐富多變的光環(huán)境。裝置將內(nèi)置一些預(yù)設(shè)的主題氛圍，使用者也可通過裝置的配套APP定制個性化的燈光方案（見圖18）。

3.5 實驗總結(jié)

通過光空間定量實驗，項目組為不同的活動模式確定了對應(yīng)的照明方案，方案的光源參數(shù)將被輸入控制系統(tǒng)（見表2）。使用者可一鍵遙控，裝置將根據(jù)當(dāng)前活動調(diào)節(jié)光源參數(shù)、轉(zhuǎn)換照明方案，通過6個光源分區(qū)的靈活組合，使光空間中的各項光學(xué)參數(shù)達到健康照明標(biāo)準(zhǔn)，為使用者提供健康適宜的光環(huán)境。

4 組合床燈光裝置的技術(shù)實施

4.1 適應(yīng)性支架系統(tǒng)

宿舍組合床燈光裝置除主體照明系統(tǒng)外，其支架系統(tǒng)也有重要作用。不同尺寸組合床要求支架系統(tǒng)具有一定可調(diào)性和靈活性，為裝置的推廣應(yīng)用提供了可能。經(jīng)過前期對重慶大學(xué)校內(nèi)宿舍調(diào)研及組合床的測量統(tǒng)計，組合床燈具支架系統(tǒng)的總尺寸在長120～200 cm、寬60～90 cm、高80～110 cm范圍內(nèi)實現(xiàn)伸縮調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)基本模數(shù)為5 cm，長向可調(diào)范圍為80 cm，寬向可調(diào)范圍為30 cm，高向可調(diào)范圍為30 cm（見圖19）。

表2 各模式重要標(biāo)準(zhǔn)值及輸出參數(shù)統(tǒng)計

4.2 一體化裝配設(shè)計

考慮到組合床燈光裝置在不同宿舍空間中的適應(yīng)性、燈具安裝的便利性及對其他使用需求的兼容性，裝置設(shè)計中除采用靈活可調(diào)的適應(yīng)性支架系統(tǒng)外，還通過一體化設(shè)計方式，結(jié)合燈具安裝要求和組合床空間儲物等需求設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的裝配系統(tǒng)（見圖20），并對支架系統(tǒng)進行連接點構(gòu)造設(shè)計（見圖21）。裝配系統(tǒng)采用懸掛、海綿膠粘貼、螺釘固定3種連接方式，其中燈具安裝采用了螺釘固定的方式。根據(jù)上述設(shè)計，項目組制作了1：3實體模型（見圖22）。

5 結(jié)論

健康照明日漸成為建筑照明研究的重要話題，因此，項目在設(shè)計研究初期就融入健康照明理念，并通過計算機模擬軟件改進照明設(shè)計，優(yōu)化產(chǎn)品選型，控制照明策略。該設(shè)計不但滿足了大學(xué)生的健康照明需求，實現(xiàn)照明樣式的美觀，同時也提升了照明系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保性能。項目設(shè)計的宿舍組合床燈光裝置在健康照明的核心理念下，對宿舍光環(huán)境起到了明顯的改善作用，從安全、高效的照明延伸到舒適、健康照明。同時 LED 與智能控制為健康照明提供技術(shù)支撐，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、高效管理與高品質(zhì)光環(huán)境控制的照明目標(biāo)。