蔡建奇，郭 婭，唐姍姍，溫蓉蓉，衛(wèi) 科，黃 帥

(1.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，北京 100088；2.北京理工大學(xué)，北京 100088；3.北京陽(yáng)明智道光電科技有限公司，北京 100102；4.綿陽(yáng)市質(zhì)量檢驗(yàn)所，四川 綿陽(yáng) 621000)

引言

人類超過(guò)80%的外部信息接收依賴視覺，伴隨著視覺負(fù)荷的顯著加重，由此產(chǎn)生了一系列問(wèn)題和影響。2016年2月《Ophthalmology》刊登了華柏恩教授的《近視和高度近視在全球范圍內(nèi)的流行以及2000年至2050年的時(shí)間趨勢(shì)》。該文回顧了145項(xiàng)研究報(bào)告，覆蓋全球210萬(wàn)人群，文中指出2000年全球近視患者為14.06億，2010年近19.5億(占全球人口比例28.3%)，同時(shí)研究預(yù)測(cè)2020年全球預(yù)計(jì)有26.2億近視患者，2050年全球近視人口將達(dá)一半(47.58億)，包括9.38億的高度近視人口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)近視人群比例高達(dá)47%；2014年近視眼患病人數(shù)約6.429億；中國(guó)青少年近視眼患病率高達(dá)50%～60%；近視眼已經(jīng)成為嚴(yán)重影響公眾健康及生活質(zhì)量的公共衛(wèi)生問(wèn)題[1-6]。2018年8月習(xí)近平總書記就我國(guó)兒童青少年近視高發(fā)問(wèn)題作出重要指示，要求有關(guān)方面結(jié)合深化教育改革，拿出有效的綜合防治方案，共同呵護(hù)好孩子的眼睛，讓他們擁有一個(gè)光明的未來(lái)。2018年8月28日教育部、國(guó)家衛(wèi)健委、國(guó)家體育總局等八個(gè)部委正式公布了《綜合防控兒童青少年近視實(shí)施方案》，目標(biāo)是：到2023年力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)全國(guó)兒童青少年總體近視率在2018年的基礎(chǔ)上每年降低0.5個(gè)百分點(diǎn)以上，近視高發(fā)省份每年降低1個(gè)百分點(diǎn)以上；到2030年6歲兒童近視率控制在3%左右，小學(xué)生下降到38%以下，初中生下降到60%以下，高中生下降到70%以下。

近視的誘因目前還未確定，但現(xiàn)有研究認(rèn)為其誘因包括以下幾個(gè)方面：首先是遺傳原因，研究發(fā)現(xiàn)高度近視具有較高的遺傳比率；其次是作業(yè)習(xí)慣，不良的閱讀書寫習(xí)慣易導(dǎo)致近視；再次是光環(huán)境影響，目前日均人工光照(主要以照明與顯示為主)時(shí)長(zhǎng)已占我們非睡眠時(shí)長(zhǎng)2/3以上，而大量醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)戶外自然光照可以有效抑制近視的發(fā)生與發(fā)展；最后就是睫狀肌調(diào)節(jié)過(guò)度，由于青少年睫狀肌調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，當(dāng)其處于不當(dāng)光照或不當(dāng)閱讀時(shí)易出現(xiàn)睫狀肌調(diào)節(jié)過(guò)度、眼軸長(zhǎng)度過(guò)度增長(zhǎng)的現(xiàn)象。通過(guò)上述誘因簡(jiǎn)述不難看出，光環(huán)境影響是造成近視發(fā)育的主要客觀原因，考慮到青少年每天有超過(guò)1/2的時(shí)間處于教室光環(huán)境下，因此科學(xué)、健康的教室照明成為近視防控的主要突破口。本文將基于作者前期對(duì)于青少年進(jìn)行的大樣本視覺人因?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)去探討如何構(gòu)建健康舒適的教室照明環(huán)境。

1 面向視覺健康需求的教室照明要求

1)照明系統(tǒng)分類。照明系統(tǒng)是按照其發(fā)光方式分類的，如：上照(間接照射)或下照(直接照射)。照明系統(tǒng)采用間接照射、半間接照射、直接-間接照射、一般漫射、半直接照射和直接照射的方式(見圖1)。光分布曲線可以在向上和向下分布的限度范圍內(nèi)呈現(xiàn)許多形式，具體取決于光源和照明設(shè)計(jì)。

圖1 照明系統(tǒng)分類Fig.1 Lighting system classification

國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)將一般照明燈具按照水平線上下的總亮度輸出比例進(jìn)行分類，其中采用間接照明系統(tǒng)時(shí)，來(lái)自燈具的90%～100%的光線被引到燈上方的天花板或上部墻壁等反射面，再通過(guò)這些反射面，被反射到房間的各個(gè)部分；使用半間接照明系統(tǒng)時(shí)，來(lái)自燈具的60%～90%的光向上照射，其余的向下照射；采用直接-間接照明系統(tǒng)時(shí)，上照光線與下照光線大致相等(每個(gè)方向都是總燈光輸出量的40%～60%)；采用一般漫射照明系統(tǒng)時(shí)，上照/下照的光線分布與直接-間接照明系統(tǒng)相同，但水平方向附近的光線輸出是不受限制的；采用半直接照明系統(tǒng)時(shí)，60%～90%的光線朝向水平工作面向下照射，以便使照明系統(tǒng)得到更有效地利用，而10%～40%的光線向上照亮天花板，增加了漫射同時(shí)降低了燈具與天花板之間的亮度比；采用直接照明系統(tǒng)，幾乎所有的光線都是向下照射的(用于嵌裝隱藏式燈具，向下的比例為100%)[7]。目前教室照明的燈具多采用直接照明的方式，但是考慮到半直接照明在降低空間對(duì)比度上優(yōu)勢(shì)，我們認(rèn)為未來(lái)的教室照明應(yīng)在直接照明的基礎(chǔ)上開發(fā)半直接照明系統(tǒng)。

2)桌面水平照度和水平照度均勻性?，F(xiàn)有國(guó)標(biāo)對(duì)于桌面水平照度基本按照大于300 lx進(jìn)行要求，該指標(biāo)是基于ISO 8995-1：2002《工作場(chǎng)所照明要求第一部分：室內(nèi)照明》的照度要求，但是不可忽視的是ISO 8995-1對(duì)于照度的要求是以白種人即高加索人種為主體定制的，而屬于東亞蒙古人種的中國(guó)人群在生理特征上與高加索人種存在顯著的生理結(jié)構(gòu)差異——中國(guó)人的瞳孔大小約為3～5 mm，而高加索人種的瞳孔大小約為6～8 mm，作為黃種人的中國(guó)人的色素耐光性遠(yuǎn)高于白種人的色素耐光性，上述人種差異直接造成我們的眼瞳孔的入光量較白種人需求更高，根據(jù)我們近5年來(lái)累計(jì)進(jìn)行的樣本量為300人以上、實(shí)驗(yàn)人次數(shù)超過(guò)900人次的視覺人因?qū)嶒?yàn)結(jié)果顯示，500～600 lx的桌面水平照度是最適于中國(guó)人眼生理特性的，而教室內(nèi)課桌面上照度的水平均勻度應(yīng)不低于0.8。

3)桌面水平亮度與桌面水平均勻度。從光度學(xué)的角度上，亮度是更為直觀反映光入射人眼狀態(tài)的物理量，我們常常在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)桌面照度基本一致的不同桌面燈具，其人眼的視覺舒適性存在著顯著性差異，這其中既與光分布相關(guān)也與其桌面亮度相關(guān)。我們采用了以下測(cè)試方法對(duì)于桌面亮度和亮度水平均勻度進(jìn)行了測(cè)試：將去除講臺(tái)以外的教室空間水平分為9等份，在每個(gè)區(qū)域的中心點(diǎn)放置課桌，課桌高度設(shè)為0.75 m，如圖2所示；在距課桌邊緣0.05 m(即正常人群坐姿距課桌面的平均距離)，高度為1.2 m(平均坐姿眼高度)的位置放置亮度計(jì)，測(cè)試課桌中心點(diǎn)亮度，如圖3所示；分別對(duì)9個(gè)區(qū)域進(jìn)行亮度測(cè)試，計(jì)算亮度均勻度Lu。

(1)

圖2 教室空間分割示意圖Fig.2 Schematic diagram of classroom space segmentation

圖3 亮度計(jì)放置位置示意圖Fig.3 Luminance meter placement position diagram

在測(cè)量桌面亮度的同時(shí)，我們通過(guò)視覺人因?qū)嶒?yàn)分別對(duì)桌面亮度為50，60，70，80，90，100 nit和120 nit 七檔亮度進(jìn)行了大樣本視覺人因?qū)嶒?yàn)，通過(guò)視覺人因?qū)嶒?yàn)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)桌面亮度大于80 nit以上時(shí)，人眼的高階像差、調(diào)制傳遞函數(shù)以及睫狀肌的調(diào)節(jié)能力都明顯優(yōu)于80 nit以下的桌面亮度，而當(dāng)其亮度均勻性大于或等于0.85時(shí)，教室光環(huán)境對(duì)于人眼的視覺健康舒適度更優(yōu)。

4)黑板反射照度及均勻度。盡管新發(fā)布的GB/T 36876—2018 《中小學(xué)校普通教室照明設(shè)計(jì)安裝衛(wèi)生要求》中對(duì)于黑板面維持平均照度(不低于500 lx)，照度均勻度(不低于0.8)進(jìn)行了要求，但是由于其沒(méi)有設(shè)置上限要求，因此可能造成高光強(qiáng)對(duì)于人眼的刺激性，我們采用以下方法對(duì)于黑板面的照度以及其照度均勻度進(jìn)行測(cè)試：將黑板平均分為9個(gè)區(qū)域，如圖4所示。在每個(gè)區(qū)域中心點(diǎn)位置，距離黑板板面0.5 m處分別測(cè)量其反射照度E，并計(jì)算照度均勻度Eu。

(2)

圖4 測(cè)試黑板反射照度示意圖Fig.4 Test blackboard reflection illuminance diagram

在測(cè)量黑板照度的基礎(chǔ)上，我們通過(guò)樣本量156人，實(shí)驗(yàn)人次數(shù)624人次的視覺人因?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)，教室黑板照度應(yīng)在500～750 lx之間，而其照度均勻度應(yīng)大于或等于0.85。

5)教室照明的色溫選擇。2015年和2016年我們基于視覺人因?qū)嶒?yàn)，通過(guò)對(duì)人眼第4～12項(xiàng)像差以及調(diào)制傳遞函數(shù)進(jìn)行分析，從而明確了教室照明的色溫以5 000 K為宜的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，后期我們又通過(guò)多次視覺人因?qū)嶒?yàn)和腦力負(fù)荷對(duì)于該結(jié)論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，就現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果而言，考慮到兼顧人眼視覺舒適度和人腦的作業(yè)效率，我們認(rèn)為4 500～5 500 K的色溫區(qū)間是能夠有效保障人眼的視覺健康同時(shí)兼顧學(xué)生的作業(yè)效率的色溫區(qū)間。

7)眩光。由于目前眩光UGR是針對(duì)直接照明系統(tǒng)的評(píng)測(cè)方法，因此針對(duì)直接照明系統(tǒng)時(shí)，我們認(rèn)為UGR應(yīng)小于或等于16，而針對(duì)非直接照明系統(tǒng)，如所討論的半直接照明系統(tǒng)時(shí)，該指標(biāo)則無(wú)法適用。

8)藍(lán)光危害。對(duì)于藍(lán)光危害，首先需要將其進(jìn)行有效的區(qū)分，藍(lán)光損傷作為一種光化學(xué)損傷其可分為短期損傷和中長(zhǎng)期損傷，目前CIE S009以及基于其編制的IEC 62471和IEC 62778，對(duì)于藍(lán)光危害的判定都是基于短期藍(lán)光損傷而言的，由于中長(zhǎng)期藍(lán)光損傷無(wú)法通過(guò)細(xì)胞分子學(xué)的方法進(jìn)行研究，而需要通過(guò)靈長(zhǎng)類動(dòng)物的長(zhǎng)期藍(lán)光動(dòng)物實(shí)驗(yàn)才能明確，因此就目前藍(lán)光短期損傷而言，達(dá)到RG0級(jí)(無(wú)危害)即可以證明其對(duì)于人眼不存在短期損傷。

2 結(jié)束語(yǔ)

一般地，青少年從6歲進(jìn)入小學(xué)，到18歲高中畢業(yè)，這12年的時(shí)間可以表征青少年視功能發(fā)育的全過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，教室照明占據(jù)了他們視覺作業(yè)近60%的時(shí)長(zhǎng)，因此保障視覺健康、有益作業(yè)效率的教室照明系統(tǒng)已成為我國(guó)青少年近視防護(hù)的第一道陣線。只有通過(guò)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓馍餀C(jī)理研究以及與之配套的教室照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，才能真正實(shí)現(xiàn)有效降低近視發(fā)生率，共同呵護(hù)好孩子的眼睛，讓他們擁有一個(gè)光明的未來(lái)的目標(biāo)。