城市色彩的觀測方法與影響因素研究

楊春宇，梁樹英，張青文

(重慶大學建筑城規學院，重慶大學山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶400045)

0 引言

色彩是城市規劃、建筑設計、園林景觀的重要內容之一，也對營建城市特色、提升城市品質、豐富城市內涵、保護和復原歷史建筑起著重要作用。隨著我國城市建設的迅猛發展和城市改造速度的加快，城市規模不斷擴大，不但出現了大量的新建筑，舊建筑的外立面也在進行色彩整治和更新，這對原有的城市風貌和整體色彩都產生了重大影響，部分城市的建筑色彩甚至呈現出混亂無序的狀態。因此，國內越來越多的城市開始意識到城市色彩控制的重要性，并逐步開展了城市色彩規劃設計和相關方面的控制研究工作。20世紀90年代，北京規劃委員會對新建的規劃小區明確提出了進行色彩規劃的要求。此后，上海、武漢、天津、杭州、廈門、深圳、重慶等城市都陸續開展了建筑色彩和城市色彩規劃的研究。2005年我國建設部頒布了《城市規劃編制辦法》，明確規定將“色彩”作為控制性詳細規劃的基本內容和指導原則。

隨著城市色彩研究的深入，城市色彩觀測的準確性成為研究的一項重要內容。在實際操作中如何更精確地獲取城市現狀色彩信息，從而更科學地確定城市的主體色、輔助色和點綴色，為城市色彩的相關研究提供更可靠的色彩數據顯得越來越重要。筆者對色卡目測對比法、測色儀器測色法和數碼相機拍照法三種常用的城市色彩觀測方法進行研究，總結各自的優缺點和適用范圍，并分析了影響城市色彩觀測的主要因素，包括材料光反射特性、天氣情況、受光條件、觀測距離四個方面，為提高城市色彩觀測的準確性提供參考意見。

1 常用的城市色彩觀測方法分析

我國的城市色彩研究主要源于法國色彩學家讓·菲利普·朗克洛(Jean-Philippe Lenclos)在上世紀60年代初提出的“色彩地理學”(Color Geography)理論。他的研究方法大致分為:選址、調查、取證、測試記錄、歸納、編譜和小結等步驟，這種方法已被廣泛采用。其中，對色彩研究的調查分為兩個步驟:一是景觀分析，二是色彩視覺效果歸納。景觀分析主要是進行色彩數據的調查，通過一系列手段掌握景觀色彩質量的要素，這些過程包括:材料提取、色彩取樣、材料明度等級、現場草圖、拍攝圖片等。色彩視覺效果歸納是對色彩的重新整理，制定出符合原色彩材料的模型，對過于復雜的色彩組成要適當簡化，通過色譜方式表現出被監測物的主色調、點綴色以及周邊環境色彩的數量關系。

圖1 用色卡對材料進行實地測量

目前，我國進行城市色彩調查的大致方法是:運用色卡目測比對的方法對建筑進行色彩樣品取樣采集，錄入色彩樣品數據，并用相關的測試儀器對色彩樣品進行亮度值測量，同時對建筑進行照片拍攝。最后運用適當的色彩體系對取樣色彩的色相、明度、彩度進行定量分析，根據色彩三維屬性所呈現的不同權重進行統計篩選，歸納出建筑色譜。

1.1 色卡目測對比法

色卡目測對比法是通過人眼的觀察，對顏色樣品與標準顏色的差別進行直接的視覺比較的一種顏色測量方法。在建筑色彩觀測中，使用目視測色的方法對建筑飾面材料表面色和建筑色卡進行匹配和評色，以確定色樣的色度參數，操作起來簡單方便，是日常的建筑色彩觀測使用最多的一種測色方法(圖1)。但是，這種方法需要在北面晝光條件下進行比對，要求操作人員具有豐富的顏色觀察經驗和敏銳的判斷力，其測色結果中會不可避免地包含了一些人為的主觀因素，且工作效率很低。同時，由于色卡種類有限，還會出現無法與實物完全匹配的色卡樣品的情況。總的來說，色卡目測對比法可以實現色樣的實地比對標定，適用于精度要求不很嚴格的建筑色彩測量。

圖2 UV-260型雙光束紫外可見光分光光度計

圖3 PR650光譜式測量亮度色度計

1.2 測色儀器測色法

在建筑色彩觀測中的測色儀器主要有分光光度計(圖2)和色度計(圖3)，分別對應兩種不同測色方法:分光光度測色法和光電積分測色法。分光光度測色法測量的是色樣的反射(或投射)光譜數據，再經計算得到色度值。光電積分測色法的色度測量依然是從色樣表面反射或透射出來的光譜將光分成R，G，B三種成分，依據顏色的三刺激值XYZ色度計算公式，直接顯示三刺激值XYZ，而且還可以把三刺激值轉換成均勻顏色空間色度坐標，如CIELAB坐標。使用這兩種儀器在實際測色時，都要用標準白板進行定標。

分光光度法精度很高，但價格昂貴且攜帶使用不方便，主要應用在高精度色彩標定、光譜分析和色度研究方面。光電積分法測量精度相對低于分光光度計，但測量速度快，很適合于建筑色彩的測量和評價的要求，缺點是沒有自帶光源，測量結果受日光影響較大。

1.3 數碼相機拍照法

在進行城市色彩觀測時，對具有代表性和影響比較大的建筑，應使用便攜式的測色儀器和建筑色卡標定其飾面材料的色度參數，但對于節點、廊道和區塊的整體建筑色彩的觀測，單純的建筑材料本身的色彩已經無法完全體現城市色彩的性質，這時的城市建筑色彩觀測以視覺色為主要的表現形式。視覺色是以建筑立面材料色彩為基礎，受到距離、日光、大氣、環境色彩、色彩物理特性以及人的色彩心理認知特性等多方面因素的影響，加上觀測距離和測色工具的限制，色度計和色卡不能用來標定建筑色彩的視覺色，在調研實踐中可以使用數碼相機來完成這項工作。數碼相機模擬人眼功能，能比較真實地記錄人們所看到的直觀建筑色彩效果。

數碼相機除了可以用來記錄建筑色彩形象效果外，還可以將數碼照片導入計算機內，運用photoshop軟件對照片進行馬賽克化，并提取色彩樣本，繼而采用顏色色系對色彩樣本進行標記，并用相關統計軟件對各色彩樣本進行統計，確定色彩樣本的比重，進而確定城市的主導色、輔助色和點綴色，并繪制色譜圖，從而實現對城市建筑色彩的快速分析(圖4)。目前，這也是城市色彩調研中比較常用的處理方式。這種觀測方式對宏觀層面的城市色彩現狀資料收集比較合適，但對于單棟的建筑色彩分析就不太準確。同一棟建筑由于天氣因素、受光條件、距離遠近、拍攝角度、陰影遮擋等方面的不同，會得出不同的建筑色彩分析結果(圖5)。因此，數碼相機拍照時應對調研對象從主要視看角度進行取樣拍照，每個對象拍照三張;應注意從主要景觀視線的不同角度拍照，避免過大陰影及遮擋。

圖4 數碼照片城市色彩分析示意

圖5 數碼照片建筑色彩分析示意

2 影響城市色彩觀測的因素分析

城市色彩的主要載體是建筑，而建筑色彩不同于紡織和印染色彩，也不同于建筑材料本身的固有色，它有著大尺度、空間色、復雜的室外光環境等自身的特殊性。在城市色彩調研過程中，除了針對不同性質的建筑色彩應選擇合適的觀測方法和觀測工具外，還要對影響城市色彩觀測的各種因素進行分析。

2.1 材料光反射特性

飾面材料對建筑立面色彩起著決定性的作用。飾面材料色彩是一種實物色彩，它會受到材料的表面材質、紋理和光澤度等方面的影響，可以用材料的光色反射特性來描述其色彩特征。現代建筑飾面材料種類繁多，新的飾面材料不斷涌現，特別是一些貼面磚，如釉面磚、玻化磚、花崗石、人造石、塑鋁板等，其表面的光學特性與水泥砂漿抹面和涂料類飾面材料差別較大。后者可近似認為是屬于漫反射材料范疇，前者在一般情況下，對光的反射與漫反射和規則反射差別較大，屬于混合反射范疇，其光色反射亮度和色度值的大小與觀察方向、材料本身的鏡面光澤度、入射光方向等有關。通過實驗研究，具有混合反射性能的建筑飾面材料，其色度反射特性與光線入射角度和觀測角度、材料表面材質有一定關系，光澤度決定著材料的色度特性。

2.2 天氣情況

城市色彩的觀測結果受光源色亮度與色溫的直接影響，同一建筑在不同的光源照明下呈現不同的顏色，在對城市色彩進行測量時必須選擇合適的光源類型。自然光源受氣候條件的影響比較復雜，不同天氣下的天空會呈現出不同色溫(表1)，即使在同一天內，其亮度和色溫也時刻都在不斷的變化之中。從理論上分析，晴天中午直射日光色溫接近標準照明體D55(5 503 K)，陰天及北面晝光(北面晝光是指從日出3 h以后到日落3 h以前，避開太陽直射光從北窗看的天空光)色溫接近標準照明體D65(6 504 K)，經過實驗研究，陰天對建筑色彩觀測來說是比較理想的室外受光條件，其測量結果最接近標準照明體D65照明下的標定值。因此，在從日光色溫來分析，城市色彩調研中應盡量選擇在能見度較好的陰天進行觀測。

表1 常見日光色溫

同時，由于一天中不同時間段的日光色溫差異很大，相應的建筑色彩在一天中的不同時刻也會發生變化(圖6)。因此，建筑色彩觀測時間應盡量選擇在日出后3 h與日落前3 h之間，從而避免在清晨與傍晚測量時因日光色溫對建筑色彩取樣的干擾而導致測試數據的誤差。

圖6 同一建筑早晨、中午、傍晚的色彩效果

2.3 受光條件

受光條件也是影響城市建筑色彩的一個因素，同一建筑在不同時間，東南西北方向四個垂直面照度是不相同的，如重慶當太陽高度角為10°時東南西北立面照度為811 ～786 lx;當太陽高度角為80°時，東南西北立面照度為10 128～10 112 lx，相差十幾倍，直接影響城市色彩。

圖7 晴天和陰天建筑色彩受光條件比較圖

另外，在全陰天和北面晝光條件下，日光由天空光構成，天空半球的性質類似于均勻漫射光源，而全晴天時，日光的構成包括天空光和太陽直射光兩個部分(圖7)。陰天的天空漫射光和北面晝光照明時，建筑色彩的觀測角度的變化并不對測量結果帶來太大影響，也就是說，色度結果是基本穩定的;而太陽直射光在實際觀測中則容易造成在觀測方向的鏡面反射，這種鏡面反射會帶來色度結果的很大偏差。所以，從日光構成的影響來講，陰天和北面晝光的漫射天空更適合于進行城市建筑色彩的觀測，而在有太陽直射光的晴天，則必須避免材料鏡面反射所造成的色度偏差。

2.4 觀測距離

按照《城市設計學》和《城市色彩景觀規劃設計》中對建筑場的定義，以視覺分析為依據，以視覺效果為主要標準，將建筑對人的影響程度“場效應”分為強場、均衡場、弱場和虛場四個等級。對于建筑色彩觀測來說，既要記錄建筑飾面材料色彩信息，又要把握建筑色彩的整體形象和與環境的關系，所以，“強場”(30 m以內)和“均衡場”(30～300 m)的距離應該是較為適當的參考距離，在更遠距離時，由于大氣透明度和人眼視覺機制等原因，色彩飽和度會降低，但按照色彩調和理論，此時色彩之間應更能取得調和。通過實驗和理論研究結果，顏色色度與觀測距離和大氣能見度(大氣衰減系數)有著直接關系，其色度測量值還應該進行相應的修正。

另外，飾面面磚具有一定的特殊性，由于它的尺寸相對較小，大面積建筑色彩是由很多小塊面磚拼貼組成的，拼貼的勾縫對整體色彩有著不可忽略的影響，不同尺寸和色彩的勾縫，在遠距離觀測時將得到不同色彩空間混合效果，并符合“色彩空間混合規律”，具體可表述為:白色勾縫會使建筑色彩明度升高、純度降低;灰色勾縫得到不同純度的色彩;黑色勾縫使明度降低;彩色勾縫使混合效果向兩者中間色移動，勾縫尺寸越大色彩的空間混合效果也明顯。所以在對由面磚構成的建筑色彩觀測的時候，必須考慮勾縫對色度結果的影響，根據不同觀測目的，以及面磚勾縫尺寸大小，選擇合適的觀測距離。

3 小結

綜上所述，各種觀測方法以及測量儀器和工具都有各自的優點和缺點，在實際建筑色彩觀測工作中，應根據工作性質要求和自身設備條件，選擇一種或幾種工具配合使用，以便盡可能滿足工作對測量數據的精確性要求。同時結合材料本身的光反射特性，科學合理地選擇天氣情況、受光條件和觀測距離，從技術操作的角度使調研工作更科學化，使觀測數據和相關色彩信息更真實地反映城市色彩的現狀。

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