于 娟，王立雄，張明宇

(天津大學(xué)，天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，天津 300072)

1 引言

北美照明工程協(xié)會(IESNA)指出居室內(nèi)來自于室外的非必要光線，即光侵?jǐn)_，會使居住者產(chǎn)生不適、心煩或是降低能見度、分散注意力等現(xiàn)象。《環(huán)境與健康展望》雜志也指出：夜間室外的光照投射到室內(nèi)的人身上將干擾激素的分泌；戶外燈光會擾亂室內(nèi)人們的心神，人們?yōu)楂@得更多的光照而開燈，間接影響人們活動?？梢?，光侵?jǐn)_可能對人產(chǎn)生諸多危害:分散注意力、重新設(shè)定生物鐘(生物鐘紊亂與一些疾病有關(guān)，如抑郁、失眠、心血管疾病和癌癥)、影響褪黑激素的分泌等，對居民生活和休息產(chǎn)生直接干擾影響，因此，需提高重視光侵?jǐn)_的危害。

近年來，我國城市建設(shè)飛速發(fā)展，夜間光環(huán)境相對復(fù)雜。我國居住建筑受到光侵?jǐn)_的問題十分嚴(yán)重。光侵?jǐn)_在居住區(qū)光污染中所占比重最大，是目前光環(huán)境研究中關(guān)注度高且研究難度最大的一類光污染。這是由于居住區(qū)周邊商業(yè)、服務(wù)業(yè)的建設(shè)以及道路、商業(yè)牌匾和廣告等照明的設(shè)置，彩光、動態(tài)閃爍等形式也日益增多，導(dǎo)致雜亂的室外光進(jìn)入居住建筑室內(nèi)，形成復(fù)雜的光侵?jǐn)_環(huán)境(圖1)。居民對這一現(xiàn)象的反應(yīng)不一，國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)界的研究成果也較少涉及這一方面，相關(guān)的研究成果較少，可行的研究方法也尚不明確，光侵?jǐn)_的研究勢在必行。

圖1 不同類型、不同程度的居住建筑光侵?jǐn)_Fig.1 Different types and degrees of light trespass in residential buildings

本文意在基于天津居住區(qū)侵?jǐn)_光現(xiàn)狀的調(diào)研基礎(chǔ)，分析目前光侵?jǐn)_的環(huán)境特征，并通過對以往光侵?jǐn)_(光污染)的相關(guān)研究，明晰居住建筑光侵?jǐn)_研究的進(jìn)一步趨勢和研究內(nèi)容。

2 居住區(qū)室外侵?jǐn)_光調(diào)研

本部分調(diào)研選取天津市內(nèi)六區(qū)2000年之后新建和在建的47個居住區(qū)，主要采用建筑外部測試與主觀調(diào)查的方法。記錄產(chǎn)生侵?jǐn)_光的光源類型的同時，為了初步評價居住區(qū)光侵?jǐn)_程度，依據(jù)調(diào)研人員的主觀感受和實(shí)地測量的情況將所調(diào)研居住區(qū)的光侵?jǐn)_程度劃分為無、低、中、高、嚴(yán)重5級。調(diào)研統(tǒng)計見表1。目的是初步了解侵?jǐn)_光的來源和影響程度，為進(jìn)一步深入調(diào)研進(jìn)行案例摸底和測量侵?jǐn)_光各項光參數(shù)作基礎(chǔ)準(zhǔn)備。

表1 天津市居住區(qū)光侵?jǐn)_調(diào)研情況Table 1 The data of light trespass Survey in Tianjin’s residential areas

表1數(shù)據(jù)顯示，在47個居住小區(qū)中，有60%的小區(qū)存在光侵?jǐn)_現(xiàn)象，可見范圍之廣。其中，中等及高程度(包括嚴(yán)重)的占33%(圖2)，動態(tài)照明的影響也有一定比例分布。同時從表中可以看出，侵?jǐn)_光來源復(fù)雜：路燈，沿街商戶霓虹燈、標(biāo)示牌，公交站牌，樓體裝飾性照明，大面積商業(yè)廣告，動態(tài)照明(LED顯示屏)等。復(fù)合來源占32%，其中來源于動態(tài)和彩光光源的占25%(圖2)。

圖2 光侵?jǐn)_調(diào)研結(jié)果Fig.2 The results of light trespass survey

3 已有的居住區(qū)光侵?jǐn)_研究成果及方法

上世紀(jì)70年代，國際光環(huán)境研究領(lǐng)域開始大量出現(xiàn)有關(guān)城市光污染的討論，主要針對道路眩光和城市夜天空發(fā)亮兩方面。最近十年間，國際照明委員會(CIE)、國際暗天空協(xié)會(IDA)、IESNA等歐美研究機(jī)構(gòu)及部分亞洲研究中心對光污染問題的研究涉及到夜空、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)等城市內(nèi)不同性質(zhì)用地，不同等級的道路以及各類建筑內(nèi)部等范圍，涉及居住區(qū)侵?jǐn)_光方面的研究成果概括如下。

CIENO.150文件《限制室外照明設(shè)施產(chǎn)生的干擾光影響指南》(2003)中，指出照明對居住者的影響通常與暗黑的居室里射入的戶外照明光線在窗上形成的垂直照度相關(guān)，并將照明環(huán)境分為4個等級及兩種時段，設(shè)定了居住建筑窗戶外表面產(chǎn)生的垂直面照度最大允許值的標(biāo)準(zhǔn)要求(見表2)，規(guī)定了夜景照明燈具朝居室方向的發(fā)光強(qiáng)度的最大允許值。

表2 垂直面照度最大允許值Table 2 Maximum allowable value of the vertical illuminance

IESNA的研究包括了光侵?jǐn)_的定義和測量鑒定，出版《Lighting pollution:responses and remedies》、《Light pollution:the global view》、《Ecological Consequences of Artificial Night Lighting》等著作。

北美照明研究中心(LRC)發(fā)表的《Outdoor site-lighting performance: A comprehensive and quantitative framework for assessing light pollution》，闡述了OSP(Outdoor site-lighting performance)對光污染的檢測和計算方法，是利用軟件模擬計算的方法研究居住建筑受到的光侵?jǐn)_情況，是定量化研究光侵?jǐn)_的近期成果。OSP是在分析了125個區(qū)域(包括實(shí)際、實(shí)驗和軟件模擬三類區(qū)域)的測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出的，其計算方法如下：首先，建立包圍評價區(qū)域空間的“立方體”模型；然后，通過光環(huán)境模擬軟件的計算得到立方體上測點(diǎn)的值；最后得出光侵?jǐn)_評價值(為相應(yīng)面上測點(diǎn)的最大值，單位lx)?！癘SP是能夠量化檢測光侵?jǐn)_的系統(tǒng)，對光侵?jǐn)_的思考從‘點(diǎn)式’的對光源和被照對象的思考，轉(zhuǎn)向?qū)烧叻旁谝粋€空間內(nèi)進(jìn)行思考的‘立體’思考模式”，如圖3所示。

圖3 雙側(cè)燈桿光侵?jǐn)_計算模型

日本對光污染防治標(biāo)準(zhǔn)也是基于CIE 第150號技術(shù)報告的限制而制定的。

我國光污染研究在最近十幾年間也取得了一些成果。主要集中在依據(jù)本國或各城市實(shí)情的光污染成因、危害和防治措施的研究方面。

臺灣地區(qū)也對居住建筑的光侵?jǐn)_問題進(jìn)行了較多研究。國立成功大學(xué)趙又禪著的博士論文《住宅區(qū)戶外照明光侵?jǐn)_之研究》、黃光佑著的碩士論文《住商混合區(qū)街道廣告照明光侵?jǐn)_研究》分別以住宅區(qū)戶外路燈照明、廣告的光侵?jǐn)_為研究對象，通過調(diào)查、實(shí)測住宅窗口處照度，調(diào)查光侵?jǐn)_的住宅層數(shù)范圍，并通過軟件模擬進(jìn)行驗證，分析提出改進(jìn)建議和控制手段，以降低居住環(huán)境受光侵?jǐn)_的危害。

由肖輝乾、郝允樣發(fā)表的《光污染的危害、動向與防治方略》一文中就系統(tǒng)介紹了光污染的危害案例，并分析了國際光污染的研究動向，提出了由宣傳危害以加強(qiáng)重視、調(diào)查測量以總結(jié)防治措施、加強(qiáng)防治標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制定、建立監(jiān)管機(jī)制以做好監(jiān)督與管理這四方面的工作策略。林若慈發(fā)表的《關(guān)于城市住宅中的光污染問題》一文中引用CIE第150號技術(shù)報告，對夜間外溢光及雜散光的危害及防治進(jìn)行了探討。

重慶大學(xué)楊春宇等人發(fā)表的《城市生態(tài)與光污染控制》指出由城市開發(fā)引發(fā)的光污染造成的生態(tài)問題應(yīng)當(dāng)引起重視，提出了從街道路燈、其他室外照明設(shè)施控制兩方面來降低光污染的具體方法。重慶大學(xué)魏明、馮海亮發(fā)表的《淺談光污染與人類健康》分析了城市中的光污染的成因，并指出了光污染的危害和防治措施。

天津大學(xué)的研究成果針對我國居住區(qū)的居住模式，對居住區(qū)室外光環(huán)境指標(biāo)方面進(jìn)行了系統(tǒng)、定量化的研究。蘇曉明的博士學(xué)位論文《居住區(qū)光污染綜合評價研究》中，建立了針對道路照明產(chǎn)生居住區(qū)光侵?jǐn)_程度的評價計算公式：

T=32.285+0.002L-1.935S+2.719H-0.620D

其中T——沿街住宅光侵害度(無單位)；

L——燈具總光通量(lm)；

S——道路與住宅間距(m)；

D——同側(cè)燈桿安裝距離(m)；

H——燈桿高度(m)。

4 居住區(qū)侵?jǐn)_光研究綜述

總結(jié)現(xiàn)今居住區(qū)侵?jǐn)_光研究成果包括以下5方面：①光污染(包括侵?jǐn)_光)對人類健康影響的分析研究；②居住區(qū)光污染(包括侵?jǐn)_光)防治原則和技術(shù)措施的探討；③參考CIE等標(biāo)準(zhǔn)制定的對居住區(qū)窗口垂直照度的立法限制；④居住區(qū)侵?jǐn)_光的軟件模擬計算方法(OSP)和計算公式；⑤居住區(qū)侵?jǐn)_光的測量數(shù)據(jù)及與CIE等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對比研究(以窗口垂直面照度為參數(shù))。

另外，上述研究成果的關(guān)注點(diǎn)，光源多是僅考慮道路照明的點(diǎn)光源(路燈)引起的光干擾；研究方法以調(diào)研實(shí)測、主觀問卷調(diào)查、軟件模擬計算為主，研究最終目的為評價現(xiàn)狀光干擾程度，并未得到關(guān)注于影響對象(即對人們工作或者生活的影響)的定量化結(jié)果；且定量化的評價多以窗口垂直面照度為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并無考慮計量其他的光學(xué)參數(shù)。

綜上，研究成果存在兩方面的缺失：一是針對我國居住區(qū)模式和多侵?jǐn)_源的探討，天津大學(xué)的已有研究只針對單一來源侵?jǐn)_光(路燈)的計算，多侵?jǐn)_源的影響研究未見，且國際、國內(nèi)尚未見可參考的標(biāo)準(zhǔn)；二是缺失對室內(nèi)受侵?jǐn)_的居民承受能力的關(guān)注，對光侵?jǐn)_影響居民室內(nèi)活動干擾方面的研究成果較少，在這一方面既缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也缺少可行的研究方法。

5 進(jìn)一步研究的趨勢

我國居住區(qū)的光侵?jǐn)_現(xiàn)象，不僅表現(xiàn)為過量的道路燈光進(jìn)入室內(nèi)，還往往伴隨著來自其他光源的過量彩光侵?jǐn)_，這在國內(nèi)外光侵?jǐn)_研究中均較少有成果出現(xiàn)。同時，居住區(qū)光侵?jǐn)_的研究應(yīng)本著以人文本的原則，重視居民的主觀感受，以此為出發(fā)點(diǎn)定量研究侵?jǐn)_光對居民室內(nèi)活動的干擾。

另外，依據(jù)光環(huán)境研究成果的積累和經(jīng)驗，侵?jǐn)_光對室內(nèi)活動的干擾因素還應(yīng)包括干擾時間、亮度、照度、閃爍、色彩、位置、光源特性等眾多因素，這些因素與干擾程度的相關(guān)性現(xiàn)今并沒有論證探討，亟需進(jìn)一步研究。

依據(jù)上述我國居住建筑光侵?jǐn)_現(xiàn)狀和已有研究的缺失，深入的研究應(yīng)趨向于：關(guān)注包含路燈在內(nèi)的多種侵?jǐn)_光光源，以居民主觀感受來入手研究，采集和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，以確定侵?jǐn)_光的各光學(xué)參數(shù)對室內(nèi)活動的干擾程度，立足于前期成果的積累和研究基礎(chǔ)、經(jīng)驗，建立科學(xué)、系統(tǒng)的由數(shù)據(jù)采集、模擬分析、評價實(shí)驗、統(tǒng)計結(jié)論等方面構(gòu)成的研究方法和流程，以及發(fā)展現(xiàn)場的檢測技術(shù)手段，對光侵?jǐn)_程度進(jìn)行科學(xué)、定量化的研究。

基于此，筆者建議如下：

一方面，拓寬研究的侵?jǐn)_光光源，同時考慮單色的點(diǎn)光源(路燈)和彩色動態(tài)的面光源(廣告牌和LED屏幕等)，對典型居住建筑窗口侵?jǐn)_光進(jìn)行測量，建立包括窗口和侵?jǐn)_光源光參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，彌補(bǔ)該方面研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏。

另一方面，建立典型居室侵?jǐn)_光分析模型，調(diào)節(jié)侵?jǐn)_光參數(shù)(色彩、亮度、面積等)模擬不同侵?jǐn)_光種類及狀態(tài)，通過大樣本的評價實(shí)驗，來評價光侵?jǐn)_的影響程度。

但需同時注意3個問題：①合理篩選被試人員；②評價實(shí)驗的流程設(shè)置；③評價數(shù)據(jù)的典型性分析。

6 結(jié)語

光侵?jǐn)_現(xiàn)象紛繁復(fù)雜，我國這一現(xiàn)象又呈高發(fā)趨勢，侵?jǐn)_光方面的研究亟待加強(qiáng)。尤其以我國居住模式為依據(jù)，通過科學(xué)方法獲取居民反應(yīng)，獲取承受能力的閾值限定，更為關(guān)鍵。基于此，才能進(jìn)一步對居住區(qū)光環(huán)境設(shè)計指標(biāo)、設(shè)計方法及光侵?jǐn)_防治措施進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)提高居住環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)。

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