樓閣式古塔夜景照明亮度比例的適宜性評價

侯萬鈞，賈 鐵，王立雄

(1.天津大學建筑學院，天津 300072；2.河北工程大學建筑與藝術學院，河北 邯鄲 056000)

引言

在高品質夜景照明需求快速增長的背景下，樓閣式古塔建筑作為重要建筑節點成為了改善夜景照明環境的亮點[1-5]。古塔周邊夜景照明環境整體亮度跨度較小，古塔周圍一般均為限高區域，多為景觀及寺院，所以古塔周圍夜景照明環境整體亮度偏暗。然而如何去更好地營造好的夜景照明效果，展現其夜間魅力就成為了重點，同時也引出了如何評價其照明效果這一重要問題。

1 樓閣式古塔建筑結構特征分析

中國古塔建筑是中國建筑文化最好的形象闡釋，樓閣式塔是集中國傳統古建筑文化特征為一身的古塔形式，《平郊建筑雜錄》《正定古建筑調查紀略》《云岡石窟中所表現的北魏建筑》等都在中國古塔起源上提出了“樓閣式起源”的說法，可見古塔自古就在人們心中有著非常重要的地位，有著顯著的標志性含義[6,7]。

樓閣式古塔結構劃分為三大部分：塔基(須彌座)、塔身、塔頂和塔剎[6]。優化樓閣式古塔適宜比例的亮度照明效果，可以為古塔照明設計提供幫助，從而增添城市夜晚活力，讓古塔在“保鮮”的基礎上“活”起來，用另一種形式展現中國古建筑文化的魅力。

2 樓閣式古塔亮度比例適宜性實驗

本次試驗結合人眼視覺舒適性、古塔周邊環境亮度特征、古塔建筑的基本結構特征等因素，通過實驗室條件下模擬的樓閣式古塔各結構間亮度比例及與周邊環境的亮度比例場景在人眼視覺角度的舒適度感受，得出樓閣式古塔建筑各結構間及與環境的適宜亮度比例，并探討影響亮度舒適性的重要因素。

2.1 實驗場景的選擇與標定

在場景選擇上主要為建筑主體選擇、建筑主體主要照明結構劃分、環境背景亮度及建筑各部位亮度比例確定四部分。

主體選擇上盡量減少形體復雜帶來的影響，所以選擇形體簡單且極具樓閣式古塔特征的建筑形體，依托某典型樓閣式古塔亮化項目，根據其三部分結構特征并輔以合理的照明效果。

建筑主體主要照明結構劃分上，結合實際測量問卷、軟件模擬及專家意見，將塔頂換為各層塔檐，最終將照明結構劃分為塔檐及塔剎、塔身、須彌座三個部分，如圖1所示。

圖1 塔檐及塔剎、塔身、須彌座(從左至右)及照明效果Fig.1 Eaves and brakes of the tower, tower body, sumi block (from left to right) and lighting effect

經過實測及對相關資料的研究，為了方便計算，選取背景亮度值為5 cd/m2。在實驗室條件下，利用TOPCON BM-5AS色度亮度計對投影儀投出的環境背景進行測量定標，使背景平均亮度值達到5 cd/m2；古塔前景為開放廣場及道路，其亮度標準參照CJJ 45—2015《城市道路照明設計標準》確定為1.5 cd/m2左右。

對于實驗中樓閣式古塔結構間亮度比例的取值，將參照北美照明工程學會(IES)《照明手冊》(第8版)推薦的室外照明效果亮度比(表1)，并根據實際情況及實驗條件進行適當的調整，用以設定不同的場景。

表1 IES《照明手冊》(第8版)推薦的室外照明效果亮度比

按照IES《照明手冊》推薦，為了達到建筑在環境中的凸顯，需要將建筑本身亮度至少提高到背景亮度的2倍以上至10倍以下。經過實測數據及相關研究發現，古塔建筑整體照明亮度及周邊環境亮度均不高，亮度水平在10 cd/m2以下是非常常見的，考慮到實驗數據的全面和照明最終效果以及減少照明對古塔建筑的損壞，決定將建筑亮度比例定為“1∶1、1∶2、1∶3、1∶4”四個亮度比例，即對應的5 cd/m2、10 cd/m2、15 cd/m2、20 cd/m2四種亮度水平。按照這四種亮度水平，對古塔建筑須彌座、塔身、塔檐及塔剎3部分進行比例劃分，對應不同的亮度水平，共得到64個場景(圖2)。由于實驗目視時間較長，同時為了減少外界環境以及儀器更換對實驗效果的影響，實驗場景標定以及主觀評價實驗均在19：00后的河北工程大學建筑館103光學實驗室進行，在實驗室條件下對通過投影儀投射出的不同亮度場景，采用TOPCON BM-5AS色度亮度計分別進行標定，以滿足各部位的亮度比例要求。對這些場景進行評價實驗。

圖2 部分樓閣式古塔亮度比例實驗場景Fig.2 Experimental scene of proportion of brightness of some pavilions in ancient towers

2.2 實驗評價方法

本次實驗評價采用語意差別量表法，對于亮度的評價等級選用七個等級(圖3)。中間等級“0”表示既不感到滿意也不感到不滿意，越往正數方向表示滿意程度增加，越往負數方向表示滿意程度減少。

圖3 主觀評價尺度用表Fig.3 Subjective evaluation scale

2.3 評價試驗流程

本次實驗觀察人員選擇在校學生，共42人參加，年齡在20～30歲之間。進行實驗時，關閉室內照明工具，并根據實際古塔尺度、觀察角度及距離進行合適比例縮放，以確定觀察者觀察位置，保證觀察人員觀察效果符合實際情況及條件。實驗前，對投影儀進行0.5 h以上的預熱，使其達到正常且穩定的亮度輸出水平，減少儀器對實驗效果的影響。

3 主觀評價實驗數據處理

3.1 信度分析

數據收集完畢后，在進行數據處理之前，首先運用SPSS數據處理軟件進行數據的信度分析，應用克倫巴赫α系數來分析數據可信度，α系數值在0～1之間，當α系數值達到0.8以上時，說明評價問卷內部一致性最好，0.7～0.8為較好，0.6以上時則為可接受的信度(表2)。

表2 可靠性分析

憑借對樓閣式古塔夜景照明亮度比例舒適性視覺評價實驗的測試結果數據，用SPSS數據統計分析軟件進行信度分析，得到此實驗的42個人的滿意度數據的信度值α(表2)，由表2可見，本次實驗所用64個實驗場景所得數據的克隆巴赫α系數為0.902，所以本次實驗的亮度比例舒適性評價數據可信度較高。

3.2 實驗數據處理

實驗完成后，將實驗數據在統計軟件中將不同觀察者對同一場景的視覺感受數據進行算術平均值計算，得出各場景主觀評價平均得分，再著手于樓閣式古塔建筑各結構間亮度與環境亮度比例舒適性進行研究，從而獲得視覺主觀評價滿意度與樓閣式古塔建筑各結構間亮度水平之間的關系(如圖4所示)。

圖4 實驗各比例場景滿意度平均得分折線分析圖Fig.4 Broken line analysis diagram of the average satisfaction score of each proportion scene in the experiment

3.3 實驗結果

根據實驗中各個場景的古塔結構亮度以及主觀評價滿意度數據，從視覺舒適性角度出發，此次實驗的64個場景中，只有塔檐及塔剎亮度在5 cd/m2的條件下，視覺評價分數都為負數；其他亮度比例條件下評價分數都有正數的情況，而且正數比例均在60%以上，其中10 cd/m2和15 cd/m2條件下，正數評分最多也最高。

根據所得條件，將樓閣式古塔三大結構亮度數據及各亮度比例場景視覺感受評價滿意度的得分算數平均值運用SPSS數據分析軟件進行分析，將亮度比例場景視覺感受評價滿意度得分定為因變量，將樓閣式古塔三大結構亮度數據(塔檐及塔剎、塔身、須彌座)作為自變量，解釋其線性函數關系，建立多元線性回歸方程，最后分析結果為

Y=0.058Xc+0.041Xs-1.243

(1)

式中Y為樓閣式古塔建筑夜景照明結構間亮度與環境亮度視覺滿意度，Xc為塔檐及塔剎亮度數據，Xs為塔身亮度數據。

在Anova分析中，Sig顯著性在0.05以下，就代表回歸方程是有用的，此次Sig顯著性為0.01，所以此次回歸方程有用的。多元回歸方程中的常數項為-1.243，偏回歸系數b1為0.058，b2為0.041，其中經過T檢驗后，b1、b2、b3顯著性分別為0.001、0.012、0.772。按照標準，顯著性水平在0.10以下都有效，b3的顯著性大于0.1，所以不納入公式中。

從多元線性回歸方程式(1)中可以看出，塔檐和塔剎的亮度水平對滿意度影響最大，塔身亮度水平對照明效果滿意度影響為其次，須彌座亮度水平對照明效果滿意度影響顯著性不強。

4 結論

我們以樓閣式古塔建筑結構特征及周邊夜景亮度實際情況入手，選取典型樓閣式古塔模型，建立樓閣式古塔結構間夜景亮度比例及環境亮度比例模型，開展主觀視覺舒適性評價實驗，確定了主要影響樓閣式古塔夜景照明滿意度評價的主要照明部位，最后建立了樓閣式古塔建筑結構間夜景亮度及與環境亮度滿意度與樓閣式古塔建筑塔檐及塔剎、塔身、須彌座三部分的亮度水平之間的函數關系。