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光环境建设在城市整体规划中的意义 2007/11/26 19:28:00
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  摘 要: 文章论述了光环境建设在城市整体规划中的价值,涉及了夜间照明所带来的正、负两方面的影响,指出了应将光环境建设进一步科学化、数量化,从科学实验中、从实测数据中分析夜间天空光污染的成因,运用高科技手段把城市光环境建设推向更高的水平。

  关键词: 光环境 夜景照明 道路照明 光污染

1、光环境建设是城市整体规划的重要组成部分

  随着科学技术的发展和人民生活水平的提高,城市基础设施建设与城市环境保护在城市总体规划中占有越来越重要的位置,当前世界科技发展趋势的核心之一是追求环境质量的改善和未来可持续的发展,衡量一个城市是否现代化,关键是看城市基础设施建设是否现代化,是否重视城市环境保护。因此如何进一步改善城市环境质量是体现以人为本的重要举措,也是构成城市整体规划的重要组成部分。

  城市环境包括生态环境、大气环境和物理环境等方面,几者之间互相联系、互相制约。生态系统系指生物群与非生物环境所构成的整体。城市生态系统是以城市人群为主体,包括自然环境和经济社会环境之间相互作用、制约依赖的复合系统。城市生态与环境保护规划的最终目标是要建设生态城市,要把城市建设成为一个可以自动组织和调节的自然、城与人共生共荣的系统,要讲究生态伦理,树立生态意识。

  “建筑环境”一词的含义相当广泛,它既包括物理的、化学的、生物的因素,也包含社会的、文化的和心理的精神因素。这些因素交织在一起,构成了人类所处的环境空间。

  物理环境包括光、热、色、声等物理因素,这些因素与人们的身心健康、工作效率、生活质量息息相关,人类的生存离不开这些物理因素。科学实验证明人类接受外界信息中,80%以上来自视觉器官,因此城市的光环境建设更应占有极为突出的位置。

  城市光环境的建设应包括白天的景观建设与夜间灯光景观的建设。

  白天景观建设从某种意义而言是建筑学的扩展与延伸。古今中外的建筑历史是人类文明的最好见证,从埃及金字塔到中国的万里长城,从巴黎圣母院到北京故宫,这些不朽的建筑杰作闪烁着人类文化不朽的光芒。在城市规划与建设中经常用色彩来加强城市建筑的表现力,任何一种色彩都具有独特的作用和效果。色彩的实验证明:人们在观察建筑时,首先引起视觉反映的就是色彩,色彩最能引起人的注意力,同时可以弥补造型的不足并加强造型的印象。在城市中由天然光或人工光源照射到城市空间的各个表面上,使土地、树木、建筑物等显示出不同的颜色构成城市的色环境,它能满足城市空间中各种占有物的功能要求,美化城市面貌,为居民提供欣赏的景观。

  由于电光源的可控性,晚间景观照明在源于自然的基础上可以达到高于自然的境界,然而也带来了对生态环境的冲击。我们必须认真权衡它的正负作用,才能扬利抑弊,才能在城市整体规划中使景观照明健康地发展。

  2、景观照明建设的发展和重要意义

  夜景照明在改善人类生活环境的同时,也提升了城市夜间形象,提高了城市的知名度,为商家延长了营业时间,促进了商业经济的发展,对吸引外资,促进旅游业的发展非常有利。因此开展和加强城市光环境建设是社会发展的需要,是人民享受美好生活的需要。

  夜景照明建设自古就有。“去年元夜时,花市灯如昼。”、“衤玄服华妆着处逢,六街灯火闹儿童”等诗句生动地反映了我国古代的灯光文化建设。夜景灯光反映了我国人民的思想、愿望和丰富多彩的生活,灯光夜景的繁华程度常与社会安定、经济兴盛紧密联系在一起。#Next#

  在古代,每逢盛大节日,人们就会张灯结彩,创造出灯影流光,美不胜收的景象。与灯光联系最紧密的莫过于中国传统的“灯节”。北京的灯节始于明代,在东华门以东至米市大街、灯市大街灯市口一带方圆两里多的地方,明代《帝京景物略》记载,灯市繁华热闹以致‘人不得顾,车不能旋’。

  过去,人们最直接的照明光源是火。到了19世纪,电灯的出现为夜景照明史上开辟了一个新纪元,从此把人类带进了一个崭新的光电世界,人们的生活发生了巨大变化,人们开始用电光源取代焰火、蜡烛和油灯对建筑的临时性照明,使灯光技术与建筑装饰艺术结合起来,获得了前所未有的辉煌的都市场景,例如20世纪30年代美国纽约的夜景照明已经相当普及。

  回首城市、建筑和照明的发展历程,我们可以清楚地看到光技术和光文化同城市和建筑同步发展的足迹,也可以看到采光照明的技术进步对现代城市生活和建筑文化产生的重要作用。

  3 景观照明建设应突出城市的特点

  城市景观照明建设是城市整体规划中的一个重要组成部分。我们认为城市亮化工程绝对不能千篇一律、千城一面,应该体现出城市的特色。如天津有着开放、包容、多元的海河文化底蕴,有着不断创新和与时俱进的文化品格,有着中西文化交融汇合的历史特色,突出天津市沿海河两岸逐渐形成的地理特色,突出海河两岸的开发和建设,突出五大道风貌建筑。光环境、光文化的规模建设、重点建设都应该在这些有长远保留价值的载体上,花大力气才有可能形成有传世价值的光文化精品。应结合海河两岸的发展,对两岸建筑及花坛、水景、雕塑等光环境进行测量与研究并作技术升华。天津市的光环境建设今后还要围绕开发海洋经济下大功夫,发展海洋经济,从海洋中提取财富是天津市的地理优势。

  4 运用高科技手段提高城市景观照明建设的水平

  实践证明,干扰性以及过量的光辐射所造成的光污染均会对人体健康和人类生存环境造成不良影响。

  首先,其直接影响人类大脑松果体对褪黑激素的分泌,俄罗斯生物学家在对人类松果体的研究中发现,褪黑激素的分泌左右着人类夜间深睡的时间并直接影响人类的寿命。

  其次,强光直接杀死昆虫,影响植物与动物共存。奥地利科学家发现一只小型广告灯箱一年可杀死35万只昆虫。而许多植物是靠昆虫传播花粉的,如果没有昆虫,必将导致严重的生态灾难。昆虫的减少又使鸟类失去食物,植物授粉又受到进一步破坏。美国鸟类学家统计每年都有400万只鸟因撞上高楼的广告灯而死亡。
另外,过度的城市夜景照明将危害正常的天文观测,且已使全世界五分之一的人对“只闻银河水声响,不见银河天上来”。

  在城市整体规划中,我们应当使用高科技手段制定高起点、高标准、高水平的城市亮化工程发展的总体规划。

  4.1 光环境的建设应更加科学化、数量化

  光环境是光源、灯具和被照射物组合后的整体光色效果,并应该包括与此相关的背景及夜间天空的亮度与色度。

  要提升光环境水平首先要科学、准确地表达和描述光环境。据感(知)觉实验的结果显示,人眼可以分辨出十万种以上的不同明度、色调、饱和度的物体,自然光的亮度由10-4~104cd/m2以上,即使是再丰富的语言也无法确切描绘这五彩缤纷的世界。大家有时用同一语言表达不同的颜色,有时又用不同的语言来表达同一颜色,但是用语言确实无法对客观世界做出确切的描绘和表达,实际上失掉了进一步讨论、提高和改进夜景照明的必要和真实的前提。#Next#

  对照明工程色度的评估与测量实际上比评估亮度更为复杂,也更为重要,因为夜景照明下的景物绝对不应该是死气沉沉的黑白世界,而应该是五彩缤纷、充满活力的世界。

  作为造型的艺术,建筑更离不开色彩的参与,可以说照明建筑本身就是不可分割的艺术整体。古往今来,色彩为建筑艺术增添了巨大的魅力,为城市增添了无数光彩。可以设想,如果一个城市到处都是单一的灰色,千楼一面,怎么能体现出城市的活力?只有彩色丰富、鲜艳夺目,才会使人感到兴旺昌盛,欣欣向荣。可见,色彩所创造的心理效应和社会效益是多么重要。

  颜色是主客观相结合的概念,在客观上取决于光源和物体在可见光波段上的光谱特性,在主观上取决于人眼视网膜上红锥、绿锥、兰锥细胞对外界光的感受特性。因此,色度学是一门涉及到物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等的学科。国际照明委员会色度学分技术委员会在大量实验的基础上,经计算提出了定量表示颜色的计算

 S(λ)—照明光源在可见光波段380~780nm的光谱分布;
 P(λ)—被照体在可见光波380~780nm的光谱分布;
 x(?姿) y(?姿) z(?姿)—标准色度观察者光谱三刺激值;
 X、Y、Z—三刺激值;
 x、y—色度坐标.

  上述公式可以使我们用数字和色度图定量确切地表达光源和物体的颜色。

  光学与色度学的发展才使我们可以用数据与图形对我们生活的自然界做出定量的描绘并提供科学参数,也为改进现有的照明设计打下了必要的科学量化基础。这是提高光环境、光文化品位的关键因素。

  正如马克思所说:“一种科学只有在成功地运用数学时,才算达到了真正完善的地步”

  4.2 分析光污染的成因,使景观照明更有目的性

  例如,道路照明是为了照亮路面,为了减少交通事故,因此要减少水平方向及上射方向的光量。入夜,城市中华灯齐放,异彩纷呈,给城市带来了生机与活力,但是,由此引起的光污染、光泛滥使夜空发亮到影响天文台观测。

  我国对夜晚天空光的色度测量基本还处于空白状态。为此我们测量了夜空的亮度和色度,数据见下表。

  测量位置:距地面18.5m,按仰角45°安放仪器,以便与人们观察到的夜空的实际情况相一致。
表中的数据说明,随着各种晚间照明的开启,天空色度值发生明显变化。测试结果表明,6月份、7月份变化发生在20∶00之后;而3月份则发生在19∶00之后,这恰恰是晚间照明开启的时间,说明各种晚间照明确实给天空带来了影响。#Next#

  夜间天空光由自然夜间天空光和各种夜间人工照明的泄露光组成。实测结果表明,城市夜间天空光亮度已明显大于自然夜间天空光2.1×10-4cd/m2的亮度。

  表中的数据说明,23∶00以后即各种景观照明均已关闭的深夜,夜间天空的亮度及色度依旧受到同样的影响,依旧存在着光污染。深夜,仅有道路照明,夜间天空的色度数据也更加趋向于高压钠灯色度坐标x=0.516,y=0.389的标称值。

  需要说明的是,夜天空的亮度、色度与阴晴状况、大气浑浊度、月相等天文、气象条件有关,对不同城市夜天空污染程度的横向评估,更需要预先约定测试的几何条件,同时需要制定相关的标准和测量方法,这是一个浩大的工程,不是一篇论文可以囊括的。本文只是从时间的因素来揭示和分析景观照明、道路照明与夜天空污染的关系,讨论了与照明工程最密切的要素。2003年3月22日、6月14日、16日,7月19日、21日、22日,我们对夜晚天空的光亮度、色度进行测量和复核(见表所示)。实验数据表明,前半夜各种景观照明只占泄露光的较少部分,因季节、时间、气候、地点环境而略有不同。在阴历初一测量晴朗的夜空,其亮度比表中的数据要低。但6次实验均表明,在景观照明关闭后的深夜,来自道路上密集的高压钠灯使城市天空的溢散光仍然很强,这是导致夜空发亮的主要原因。测量结果还表明,这种影响因地而异,离市中心较远的地区夜天空的亮度为10-3cd/m2。

  明视觉曲线V(λ)适用于1cd/m2以上的亮度水平;暗视觉V′(λ)适用于0.001cd/m2以下的亮度水平;在明视觉与暗视觉之间的亮度水平为中间视觉,中间视觉既有锥体细胞参加,也有杆体细胞参加,夜天空的亮度水平基本处于中间视觉,因此对夜天空色度的观测是一个更为复杂、困难而重要的工作。

  目前,有相当一部分高压钠灯在水平及上射方向上有相当多的光量,在高压钠灯斜上方向俯视测得高压钠灯有可观的亮度,说明其上射光线占全部出射光量的百分比没有受到应有的限制,有些庭院灯上射光线根本未加抑制,从而使真正用于路面照明的有效光量只占总光量的较少部分。道路照明是城市交通的安全保障,但是大量高压钠灯等造成的泄漏光是现阶段夜天空发亮的主要原因,应从灯具上予以改进,在光源外应装有性能优良的反光板,使上方不漏光,降低高压钠灯的UWLR(UWLR是灯具直接射上天空的光线占全部出射光线的百分比,该值越大则电能浪费越多),加大真正用于路面照明的光量占光源总量的有效百分比,并根据时间调节光量,使路面照明更科学、更有效。这样,不仅可以减少光泛滥造成不良影响,还可以节约大量电能。

  泛光照明是美化城市的风景线,高大建筑物的顶部应保证足够的亮度,里光外透、轮廓照明等景观照明的表现方式是实现城市现代化的有效手段。我们应主动、充分采用现代化工具与务实的科研意识和方法,才能不断发现、分析、甄别产生问题的真正原因,不断改进和提高,使各种晚间照明上升到更高的境界与水平。#Next#

  4.3 结合节能开展深层次的科学实验

  我们建议用下列公式作为对泛光照明、自发光照明及内透光照明的评估依据之一,因为这最符合夜景照明工程的实际情况,并与能源损耗相连,即光环境实测平均亮度×被照面或发光面积÷所耗电能得出的数值越高说明其综合指标越好,因为它包括了电光转换、光能利用率、照明光源与被照面色彩和谐程度等多方面因素。因此较大的有实力的设计公司也应有自己的测量仪器,以便对照明工程做出自我考核。

  我们认为应该从科学实践中,从实测结果中不断总结、完善评估夜景照明的标准。我们同时认为,城市夜景照明应与城市规划紧密结合,成为城市规划的一个组成部分。城市整体规划中不仅要重点抓好反映一个城市特征的标志性亮化工程建设,而且要把城市景观照明与功能性照明规划建立在高起点和深层次的科学实验基础上。

  参考文献
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