基于生態理念的校園照明系統設計研究

一、校園照明的問題分析

1.分區無序。

對錫城多所中學校園的調查表明，“分區無序”的照明問題普遍存在。校園照明大多只分“有照明”和“無照明”兩種，其中，教學區、生活區（學生宿舍、教師公寓等）及連接兩區的主要道路旁布置有路燈等照明設施，而運動區和其他區域并沒有任何照明設施。

校園照明的首要目的是保障師生夜間學習和生活的安全，提高校園各類室外設施設備的夜間使用率；同時也應與校園環境相結合，利用多種燈光技術來展現校園的夜間景觀形象；考慮到“觀星認星”的課程教學需要，特定區域的燈光應被嚴格管制。因此，在中學校園施行“分區照明”非常必要。

2.亮度失控。

《中小學校教室采光和照明衛生標準》（GB7793—87）自1988年3月正式實施，至今已有近20年。“標準”的出臺，在幫助學生辨識對象、預防近視和提高學習效果方面起到了重要的作用。

但時至今日，校園的戶外照明仍缺乏必要的規范和指導。大型探照燈產生的炫光污染、不恰當的垂直面照度導致的輪廓效應、設計不良的燈具形成的無效光溢出、不合適的安裝位置和方向引發的用戶光入侵等問題，不僅在校園內而且在社會上普遍存在。這一方面造成了能源的極大浪費，另一方面在人體健康、動植物生態平衡、天文觀測等方面也有不良的影響。

3.品位不高。

校園照明的品位高低，首先看是否“綠色”。風光互補路燈，尤其是太陽能路燈具備清潔、安全、適用廣、壽命長和免維護的特性，卻是中學校園照明系統中的稀客；校園燈光控制系統是否智能，能否根據夜天光亮度的實時變化自動開啟或關閉室外照明、調節路燈亮度，關乎節能大計。

其次看有無“文化”。校園夜景是校園文化的重要組成部分，應與校園規劃統籌設計。雕塑、壁畫、廣場、亭臺、噴泉、河湖等重要的校園小品是否能在夜間仍具有觀賞、休憩、教育的功能，與校園照明設計緊密相關。

第三看“課程”體現。校園照明系統是重要的校本性課程資源，從路燈的布置、燈具的設計，到燈光小品的規劃、控制系統的優化等各方面，都對學生有潛在的教育影響。倘若對學生進行科學引導，吸引其參與照明系統相關的設置、優化工作，將能更好地體現“課程”意識，促進學生的興趣發展。

二、生態校園的理論指導

1.生態校園。

生態校園是運用生態學的基本原理與方法規劃、設計、建設、管理及運行的人與自然關系的和諧，各物種布局、結構合理且環境質量優良，物質、能量、信息高效利用且對環境友好的集學習、工作、活動、休閑功能于一體的人工生態系統。

生態校園一般從景觀、技術、教育和管理四個層次進行建設。建設以校園布局、道路規劃、建筑設計、園林景觀為主要內容的生態景觀；利用以可再生能源、環保技術、循環使用為主要內容的生態技術；開發滲透有生態規律、倫理和美學等相關理念的生態教育課程；健全以對環境友好的管理制度為主要內容的生態管理體系。

生態校園的具體建設過程，不僅強調學校教職員工的規劃與設計，而且關注全體學生的參與和改造作用。生態校園建設的意義，也不僅在于校園生態環境質量的改善，而且在于師生共同的可持續發展生態觀的養成，及進一步的輻射和傳播。

2.中學校園照明。

生態校園理念指導下的校園照明，應是采用生態學的原理和方法設計、建設、運行和管理的布局合理、亮度適宜、品位健康，對環境友好的，能滿足師生學習、工作、生活、休閑需要的智能系統。

具體來講，校園照明系統的建設應以生態規劃為基礎，充分考慮校園功能分區和綠植分布，使總體的校園照明與生態環境和諧統一、相得益彰；應以生態美學為參考，在滿足師生學習、工作和生活的基本需求的前提下，利用燈光技術滿足師生的審美和文化享受需要；應以生態技術為支撐，適當采用新能源和可再生能源等供能方式，以減少對環境的不良影響；應以生態管理為保障，完善智能化的照明控制系統，減少不必要的能源浪費；應以生態教育為動力，引導學生參與生態照明和生態校園的建設，養成可持續發展的生態觀。

三、天一中學建設實踐

1.分區規劃。

江蘇省天一中學位于無錫市錫山區（圖1），學校占地面積近500畝，在校師生約3000人。在“生態公園”“溫馨家園”“文化圣園”“數字校園”的四園理念指導下，學校建設形成了“教學區”“生活區”“運動區”“校園農場”四大功能分區，各分區間不僅有路網連接，而且有“映天湖”“植物園”“匯文廣場”等生態景觀和文化小品。

根據區域的功能不同，學校采取了不同的照明策略。教學區內部（中央廣場區域）是寄宿制學校學生夜間活動的主要場地，為滿足戶外活動的需要，需要在路燈的密度、亮度、位置和形式上綜合產生較亮的照明效果。為此，學校安裝了51組庭院燈（圖2），每組含5盞燈泡。庭院燈的間距平均17米，桿高3.25米。頂部燈罩的設計有效防止了天向逸散光，四周透光玻璃的設計通過引導光線折射，一方面減少了向上的光溢出，另一方面盡可能地擴大了單盞庭院燈的水平照度。

考慮到校園外圍環路風格的一致性，學校在生活區及與其直接相通的校園環路上采用了同樣的照明器具：遮光路燈（圖3）。總數為52盞的遮光路燈間隔約28米，桿高可達8.34米，為在環路和生活區附近通行的汽車、電動車和自行車提供了必要的照明。較高的桿高和較遠的間距，既保證了足夠的水平照度范圍，又減少了能源的消耗。燈泡嵌入燈罩內部的設計，將光線限制在一定范圍內，減少了天向逸散光和其他角度的無效光溢出。

為滿足體育館和游泳館夜間開放的需要，學校在兩館中間的步行區域安裝了6盞導管燈（圖4），桿高3.5米，間距約11.5米。導光管的設計，有效避免了天向逸散光，降低了炫光，同時還增加了地面的水平照度和人行空間的垂直照度，在照明和節能方面起到了事半功倍的效果。

在風景秀麗的“映天湖”湖畔西北的林蔭小道上，學校安裝了10盞遮光景觀燈（圖5），桿高3.36米，間距約16米。朦朧的遮光景觀燈與小道旁婀娜的柳樹以及微風拂過的湖景相結合，更增添了一層江南水鄉的柔情，為在此慢行的師生提供了如詩如畫的環境。

在后續的改造中，學校將進一步完善校園“分區照明”規劃，形成各具特色的照明功能區。同時，繼續保持“校園農場”低照度的夜光環境，以避免人造光源對綠植生長的干擾。

2.特色照明。

基于休憩、審美和“觀星認星”的課程教學需要，學校規劃、設計了一些“特色照明”。學校標志性建筑物——信息樓、體育館（圖6）的照明處理，烘托了明亮、莊重、簡潔的氣氛，同時又勾勒出主要建筑物的輪廓，起到了很好的夜間辨識和審美效果。

在“匯文廣場”區域的照明設計上，學校擯棄了常見的地埋燈、低位反光燈設計，而是采用了“借光”的方式，通過巧妙借用西環路路燈和學生公寓1二樓大廳的側向逸散光來營造典雅、舒適的視覺藝術效果（圖7）；同時，在廣場邊緣的噴泉區采用了暗調池燈和池壁燈等水下燈源，起到了既突出水紋，又不映射至水面以上的良好效果。這種借用的理念和節能的做法，兼顧了照明技術、夜景環境和節能環保，滿足了師生夜間休憩的需要。

此外，基于學校天一天文社的特色校本課程教學需要，除在校園內杜絕大型探照燈，推廣低溢出的綠色、環保型路燈外，學校在科學樓及周邊區域實施了燈光管制。尤其是科學樓北側“江南植物園”和“映天湖”周邊的“暗夜區域”，有效保證了科學樓樓頂觀星平臺的日常運作，可以滿足學生基本的目視觀星、望遠鏡觀測和天文攝影（如北天星軌、星座攝影等）的課程教學需要。

3.綠色照明。

在校園照明系統的建設中，學校大量使用了高效率、長壽命、無污染、安全穩定的節能型照明電器。既充分提高了路燈的有效照度，又大大節約了市電電能的消耗；既減少了電網日常維護的成本，又延長了燈具的使用壽命。

在校園照明系統的改造中，學校開展了“綠色照明”的試驗性建設工作，在東環路安裝了一批太陽能路燈（圖8）。太陽能路燈直接將自然光轉化后儲存在光伏電池中，有效減少了市電的能源消耗；無需開溝埋線，維護費用低且更為安全可靠；通過智能控制器的介入，可以根據夜天光亮度實時調節發光亮度。此外，將太陽能電板設置在燈泡上方的做法可以有效削減天向逸散光，起到防治光污染的作用。

此外，通過校本課程和學生社團的開設，一些新能源、新技術被師生引入、開發，應用于實踐。如學校中英合作“風力發電研究小組”的師生在科學樓頂樓設計、安裝了大功率風力發電機，國際部徐安炯同學研發的“太陽能固定雙向互補超大面積聚光蜂窩熱水蒸汽爐”獲全國青少年科技創新大賽英特爾工程獎并成功申請了專利。

4.生態管理。

生態管理的一個重要方面就是科學的照明設計。學校根據不同功能區的照明需要，確定了不同區域、不同方向、不同地平高度和不同時間段的照明亮度，通過路燈的形式、分布位置、密度、桿高、燈罩樣式的精心選擇，一方面控制好功能照明的水平照度、垂直照度、均勻度，另一方面建設好景觀照明以烘托、體現校園的夜間景觀和內涵，是對分區照明、特色照明和綠色照明理念的實施和貫徹。

隨著天一天文社多個校內夜空光度監測站的建設推進，未來，國際領先的SQM測光儀獲取的實時夜天光數據將可能與校園照明控制系統形成聯網，變定時開閉的路燈為根據實時夜天光亮度自動調節的照明系統，成為一個更為智能、可靠的生態化管理系統。智能控制系統通過充分利用自然光來進行補充照明，可以有效降低長明燈、早亮燈的現象，不僅節約了市電電能，而且促進了師生科學的光害意識的養成，推動了學生研究項目的深入和走向國際。天一天文社已接獲國際天文學聯合會共建全球夜天光監測網絡的正式邀請，與德國地球科學中心的科學家們聯合召開了“光污染影響天文觀測”網絡會議，并組織師生赴香港大學開展了光污染防治相關的技術研討。

四、城市照明的反思探討

校園照明是城市照明的一個縮影，城市照明中諸如能源浪費、布點不均、亮度失控、品味不高的問題在校園里也普遍存在。

相比大型市政工程的重建，校園內照明系統的改造在難度上更小，成本上更低。以學校為單位，科學規劃、認證，大膽采用新能源、新技術和生態化的管理體系，進行照明系統的改造試點，受益者將不僅只有師生，更包括全社會的每一個個體。

學校作為占地面積有限的局域性單位，僅靠一己之力的有質量的戶外照明來維持和保護健康、生態、審美的夜間環境和人類共同的夜空遺產是力不從心的。學校的照明改造也需要周邊單位和群眾的大力支持和配合。比如天一中學科學樓樓頂觀星平臺的夜天光環境正受到學校西南側晶石國際大廈外墻LED廣告屏的強光威脅，需要進行積極、持續、有效的協調。

全國性、地方性的城市照明規劃和立法將是我國社會經濟發展從粗放走向集約，從量的積累走向質的提升的重要戰略轉型期內迫切需要重視、解決的。

備注：本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃重點自籌課題《STEM教育視野下學生研究項目開發研究（B-b/2016/02/65）、無錫市教育學會“十三五”教育科研課題《基于“項目學習”發展“核心素養”的地理教學研究》（XH1628）階段性成果。