袁景玉，張 楚，姚 勝，王智德，裴 鈺，吳哲元

(河北工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，天津 300130)

引言

高等校園作為城市中較為特殊的區(qū)域，不同于居住區(qū)或商業(yè)區(qū)的繁華和中小學(xué)的閉塞，其開放性和高密度性被受關(guān)注[1]。校園中不適宜的照明環(huán)境會(huì)引發(fā)情緒、認(rèn)知和多種生理?yè)p傷，同時(shí)對(duì)行人的社交活動(dòng)[2]、心理和生理健康等造成顯著的影響，與城市健康持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策相悖[3]。通常健康的道路照明是避免交通意外的主要手段[4]，同時(shí)是降低犯罪率的重要方法[5]，行人也會(huì)因此降低可能受到人身傷害的恐懼感[6]。所以構(gòu)建健康、舒適的夜景照明是校園道路照明設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在。

隨著智慧校園中智慧照明的發(fā)展，照明設(shè)備在園區(qū)內(nèi)可以發(fā)揮更廣泛的作用[7]。對(duì)此，羅會(huì)勝[8]闡釋了我國(guó)大學(xué)校園照明存在的弊端和不足。Maier等[9]發(fā)現(xiàn)高犯罪地區(qū)的犯罪活動(dòng)會(huì)滲透到校園并影響學(xué)生，而對(duì)照明的感知是大學(xué)生預(yù)防犯罪的預(yù)測(cè)指標(biāo)。同樣在不同社會(huì)文化下，光線昏暗的校園犯罪可能性更高[10]。Fotios等[11]總結(jié)出：照明環(huán)境與安全感有著較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，步行方式和燈具屬性都影響著行人的安全感受。韓兵等[12]發(fā)現(xiàn)道路上不合理的補(bǔ)光照明會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的直接眩光，嚴(yán)重影響通行人員的安全[13]。針對(duì)步行空間的光環(huán)境分布情況，Viliunas等[14]研究發(fā)現(xiàn)合理的光環(huán)境分布可以提高行人的安全感受，其中高光通量的光源會(huì)被認(rèn)為更安全[15]，但高亮度光源產(chǎn)生的強(qiáng)烈明暗對(duì)比會(huì)降低行人的安全感受[16]。Beccali等[17]發(fā)現(xiàn)色溫為4 000 K、顯色指數(shù)為70的照明系統(tǒng)更讓人感到安全。Kohko等[18]發(fā)現(xiàn)行人感受會(huì)隨著面對(duì)光源距離的變化而變化，合理的燈具排布會(huì)顯著改善行人的心理狀態(tài)。現(xiàn)有規(guī)范多以路面平均照度為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并輔以路面最小照度保證行人的通行安全，而實(shí)際情況中會(huì)有為滿足要求而選用極高照度的燈具，此現(xiàn)象既浪費(fèi)能源又嚴(yán)重影響校園內(nèi)通行和校園與城市間的交會(huì)安全。因此本文通過(guò)搭建校園夜間光環(huán)境，觀測(cè)并記錄行人的主觀心理感受，研究色溫和地面最大照度與行人心理感受之間的關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于天津市紅橋區(qū)河北工業(yè)大學(xué)紅城市學(xué)院，該校占地900余畝，周邊伴有公園、居住、商業(yè)和高鐵交通等功能。研究?jī)?nèi)容為更改照明環(huán)境的光源色溫和路面最大照度，研究變量與行人步行感受間的關(guān)系。

測(cè)試時(shí)的人行空間如圖1(a)所示：其道路寬約2.5 m，長(zhǎng)約20 m，兩側(cè)灌木高約0.5 m，樹木的主干高約2 m；沿道路方向一側(cè)約3 m處布有建筑，而另一側(cè)為公共空間。人車混行空間如圖1(b)所示，其道路寬約4 m，長(zhǎng)約100 m，路旁停有機(jī)動(dòng)車；兩側(cè)綠化區(qū)域?qū)捈s1 m。

實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量?jī)x器為Minolta CL-200A Chroma Meter色溫照度計(jì)。其照度量程為0.1～99 990 lx，色溫量程為0～7 000 K。照度精度為±2%，色溫精度為±20 K。測(cè)試燈具見(jiàn)圖1，由燈桿、光源與控制器組成。燈桿為便捷式分段金屬燈桿，光源為L(zhǎng)ED照明裝置。控制器型號(hào)為OP-KZ-NBO1，可遠(yuǎn)程采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。燈具安裝完成后高約4 m。實(shí)驗(yàn)燈具共兩個(gè)，分別測(cè)得色溫為2 965 K和5 604 K。

圖1 測(cè)試場(chǎng)景示意圖

《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)人行區(qū)域的照度與要求如表1所示。根據(jù)光線衰減近似平方反比的特征和表2中燈具的布置方式，在人車混行區(qū)域中選取單側(cè)布光和半截光型燈具，并按最大間距進(jìn)行布置。在此種情況下，同時(shí)滿足路面平均和最小照度的路面最大照度可取到約71 lx。同理在人行區(qū)域中選取非截光型燈具，并按最大間距進(jìn)行布置?？扇〉铰访孀畲笳斩燃s37 lx。以上兩種情況并未考慮不同配光曲線的影響，因此所得數(shù)據(jù)會(huì)小于實(shí)際值。故本文選擇測(cè)試燈具的路面最大照度范圍為20～200 lx，并將照度范圍按數(shù)值平均分為低、中、高三個(gè)區(qū)間，以便更為明顯地探究出地面最大照度對(duì)心理感受的影響。

表1 人行及非機(jī)動(dòng)車道路照明標(biāo)準(zhǔn)值

表2 燈具類型與布置方式標(biāo)準(zhǔn)

在每次測(cè)試開始前，將一啞光黑色雙肩包放在綠化區(qū)的隨機(jī)位置上，供受試者識(shí)別。放置妥當(dāng)后，分別設(shè)定燈具的色溫和路面最大照度。設(shè)定色溫與照度值進(jìn)行測(cè)試。設(shè)定照度時(shí)隨機(jī)獲取照度值，再按數(shù)值將其平均劃分在低、中、高三個(gè)區(qū)間內(nèi)。隨機(jī)選擇過(guò)往行人作為受試者，讓其從面向光源側(cè)10 m處，沿道路中線行走至背光源10 m處，如圖2所示。到終點(diǎn)后立即對(duì)測(cè)試環(huán)境的心理感受進(jìn)行打分。其中1分最低5分最高，分?jǐn)?shù)精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。

圖2 測(cè)試方法示意圖

2 測(cè)試結(jié)果分析

2.1 問(wèn)卷數(shù)據(jù)總結(jié)

本次實(shí)驗(yàn)共收到有效問(wèn)卷80份，其中性別構(gòu)成如圖3所示。從中可知校園夜間的出行人群中女性人數(shù)比男性整體多約10%。結(jié)合表3可以發(fā)現(xiàn)在不同場(chǎng)景中女性對(duì)場(chǎng)景的評(píng)分均值都高于男性。表明在校園環(huán)境中女性行人對(duì)環(huán)境安全的容忍度比男性更高。同一地區(qū)的安全感評(píng)分均值會(huì)隨著時(shí)間改變，夜晚的安全感評(píng)分會(huì)遠(yuǎn)小于白天，其浮動(dòng)分?jǐn)?shù)約為2.15。表明行人雖處在熟悉的環(huán)境中，但照明環(huán)境仍是最大影響之一。且在相同情況下，人車混行區(qū)域的安全感評(píng)價(jià)均值高于人行空間。

圖3 性別構(gòu)成圖

將不安全感來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，如圖4所示。從中可知，46.25%受試者認(rèn)為來(lái)自路面的明暗程度，41.25%認(rèn)為來(lái)自周圍環(huán)境與路面的亮度對(duì)比，12.5%認(rèn)為來(lái)自周邊行人面部的清晰度?？梢酝茢喑觯嚎臻g明亮程度是影響受試者心理感受的最主要因素，其中路面明暗是受試者對(duì)道路評(píng)價(jià)的最主要依據(jù)，而非能否清晰識(shí)別陌生面孔。這是因?yàn)樾腥税踩惺軄?lái)自于對(duì)整體環(huán)境的把控，陌生行人的危害可能性雖大，但易于預(yù)警與觀察。而不知危險(xiǎn)從何而來(lái)的昏暗環(huán)境會(huì)持續(xù)分散受試者的注意力，降低受試者的安全感。

圖4 不安感來(lái)源統(tǒng)計(jì)圖

表3 不同性別對(duì)環(huán)境安全感評(píng)分

2.2 心理感受變化分析

通過(guò)對(duì)問(wèn)卷結(jié)果的總結(jié)與分析，將測(cè)試過(guò)程中不同色溫和路面最大照度區(qū)間下受試者的安全感、舒適度與識(shí)別度評(píng)分均值進(jìn)行整理，如表4所示。從表中可知：

1)受試者的安全感評(píng)分均值都會(huì)隨著路面最大照度增加而增加。當(dāng)場(chǎng)景的路面最大照度層次從低過(guò)渡至中，再到高時(shí)；評(píng)分提高約0.3和0.2。這表明路面最大照度與安全感間非線性關(guān)系，即當(dāng)路面最大照度超過(guò)141.2 lx后評(píng)分增長(zhǎng)速度明顯下降。人車混行場(chǎng)景中高、低色溫的安全感評(píng)分均值分別約為3.82和3.9，人行區(qū)域約為3.9和3.91。說(shuō)明受試者認(rèn)為低色溫(2 965 K)的場(chǎng)景更為安全。

2)舒適度評(píng)分均值隨路面最大照度增加而減小。當(dāng)場(chǎng)景處于低照度層次時(shí)，評(píng)分最高。說(shuō)明受試者認(rèn)為較高的照度會(huì)引起不適。當(dāng)照度層次從低過(guò)渡至中，再到高時(shí)，評(píng)分下降約0.05和0.76。這便解釋了此段安全感評(píng)分增長(zhǎng)放緩的原因：高照度影響了受試者的觀察點(diǎn)。人車混行場(chǎng)景中高、低色溫的舒適度評(píng)分均值分別約為3.23和3.22，人行區(qū)域約為3.21和3.23。表明色溫與舒適度間沒(méi)有顯著的關(guān)系。

3)識(shí)別度評(píng)分均值隨著路面最大照度提升先增加后減少。受試者認(rèn)為不論在何種場(chǎng)景內(nèi)，中照度層次的識(shí)別度最佳。人車混行場(chǎng)景中高、低色溫的識(shí)別度評(píng)分均值分別約為2.92和3.05，人行區(qū)域約為2.92和3.02。說(shuō)明受試者認(rèn)為低色溫(2 965 K)的場(chǎng)景更易于識(shí)別。

表4 同場(chǎng)景下的各項(xiàng)感受評(píng)分

將實(shí)驗(yàn)中路面最大照度的變量參數(shù)與各感受間建立聯(lián)系，使用Origin軟件對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行分析。得到相關(guān)性參數(shù)如表5所示。

表5 路面最大照度與各感受間的相關(guān)性

從表5數(shù)據(jù)可以看出，路面最大照度與安全感和識(shí)別度的相關(guān)性系數(shù)大于0.4，小于0.6，表明路面最大照度與兩者呈中等程度正相關(guān)。即隨著路面最大照度增加，受試者認(rèn)為場(chǎng)景更安全且易識(shí)別。P值都遠(yuǎn)小于0.001，表明數(shù)值之間有極顯著差異，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

路面最大照度與舒適度的相關(guān)性系數(shù)為-0.383 57，其絕對(duì)值大于0.2，小于0.4，表明兩數(shù)據(jù)間呈弱負(fù)相關(guān)。路面最大照度的增大會(huì)影響對(duì)路面的觀察，同時(shí)伴隨著光源亮度增加而產(chǎn)生眩光。P值為7.84958×10-10遠(yuǎn)小于0.001，表明兩數(shù)值間有極顯著差異。

將路面最大照度變化下的安全感、舒適度、識(shí)別度和綜合評(píng)分(安全感、舒適度和識(shí)別度的評(píng)分均值)進(jìn)行歸納，分別擬合出各數(shù)據(jù)的變化曲線，如圖5所示。

從圖5中可以看出，安全感和識(shí)別度評(píng)分在路面最大照度約80%(161.6 lx)時(shí)達(dá)到最大，分別約為4.2和3.5。當(dāng)路面最大照度超過(guò)這一數(shù)值后，安全感與識(shí)別度開始下降。舒適度評(píng)分在路面最大照度約為24%(48.5 lx)時(shí)達(dá)到最大，數(shù)值約為3.5。當(dāng)路面最大照度超過(guò)這一數(shù)值后，場(chǎng)景中的眩光會(huì)嚴(yán)重影響受試者的視覺(jué)舒適度。當(dāng)路面最大照度約為60%(121.2 lx)時(shí)，綜合評(píng)分達(dá)到最大值3.6。也就意味著此時(shí)的路面最大照度對(duì)人感受的影響最為平均。但對(duì)于不同環(huán)境需分析其側(cè)重的設(shè)計(jì)意圖，從而選擇何種心理認(rèn)知要在場(chǎng)景中占據(jù)主要地位，繼而確定合適的路面最大照度值。

3 結(jié)語(yǔ)

校園步行道路夜間光環(huán)境中，絕大多數(shù)受試者認(rèn)為路面明暗和亮度對(duì)比最為影響行走時(shí)的感受。多數(shù)受試者認(rèn)為光源色溫較低時(shí)擁有較好的安全感和識(shí)別度，但對(duì)舒適度沒(méi)有明確影響。路面最大照度與安全感在一定范圍內(nèi)呈中等程度正相關(guān)，當(dāng)其數(shù)值約在161.6 lx時(shí)安全感評(píng)分最高。當(dāng)路面最大照度小于48.5 lx時(shí)，與舒適度呈正相關(guān)；當(dāng)路面最大照度大于48.5 lx時(shí)，與舒適度呈負(fù)相關(guān)。較高的環(huán)境亮度會(huì)產(chǎn)生眩光，影響行人的生理和心理活動(dòng)。路面最大照度約在161.6 lx時(shí)，受試者對(duì)場(chǎng)景的識(shí)別能力最強(qiáng)。路面最大照度約在121.2 lx時(shí)，受試者的三種心理感受處于最為平衡的狀態(tài)。

最佳安全感和心理平衡時(shí)的照度值遠(yuǎn)高于從規(guī)范計(jì)算中所得的37 lx和71 lx，所以在增加照度值時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)有校園步道照明情況。因此須根據(jù)主要需求選擇合適的照度值，當(dāng)所選照度值過(guò)大時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況采取多層次照明的方法，即用多光源補(bǔ)償路面、車輛、構(gòu)筑物、復(fù)雜綠化等區(qū)域高照度的需求。