校園步行道路夜間光環境心理感受實驗研究

袁景玉，張 楚，姚 勝，王智德，裴 鈺，吳哲元

(河北工業大學建筑與藝術設計學院，天津 300130)

引言

高等校園作為城市中較為特殊的區域，不同于居住區或商業區的繁華和中小學的閉塞，其開放性和高密度性被受關注[1]。校園中不適宜的照明環境會引發情緒、認知和多種生理損傷，同時對行人的社交活動[2]、心理和生理健康等造成顯著的影響，與城市健康持續發展的基本國策相悖[3]。通常健康的道路照明是避免交通意外的主要手段[4]，同時是降低犯罪率的重要方法[5]，行人也會因此降低可能受到人身傷害的恐懼感[6]。所以構建健康、舒適的夜景照明是校園道路照明設計的重點所在。

隨著智慧校園中智慧照明的發展，照明設備在園區內可以發揮更廣泛的作用[7]。對此，羅會勝[8]闡釋了我國大學校園照明存在的弊端和不足。Maier等[9]發現高犯罪地區的犯罪活動會滲透到校園并影響學生，而對照明的感知是大學生預防犯罪的預測指標。同樣在不同社會文化下，光線昏暗的校園犯罪可能性更高[10]。Fotios等[11]總結出：照明環境與安全感有著較強的關聯，步行方式和燈具屬性都影響著行人的安全感受。韓兵等[12]發現道路上不合理的補光照明會產生強烈的直接眩光，嚴重影響通行人員的安全[13]。針對步行空間的光環境分布情況，Viliunas等[14]研究發現合理的光環境分布可以提高行人的安全感受，其中高光通量的光源會被認為更安全[15]，但高亮度光源產生的強烈明暗對比會降低行人的安全感受[16]。Beccali等[17]發現色溫為4 000 K、顯色指數為70的照明系統更讓人感到安全。Kohko等[18]發現行人感受會隨著面對光源距離的變化而變化，合理的燈具排布會顯著改善行人的心理狀態。現有規范多以路面平均照度為評判標準，并輔以路面最小照度保證行人的通行安全，而實際情況中會有為滿足要求而選用極高照度的燈具，此現象既浪費能源又嚴重影響校園內通行和校園與城市間的交會安全。因此本文通過搭建校園夜間光環境，觀測并記錄行人的主觀心理感受，研究色溫和地面最大照度與行人心理感受之間的關系。

1 實驗方法

實驗地點位于天津市紅橋區河北工業大學紅城市學院，該校占地900余畝，周邊伴有公園、居住、商業和高鐵交通等功能。研究內容為更改照明環境的光源色溫和路面最大照度，研究變量與行人步行感受間的關系。

測試時的人行空間如圖1(a)所示：其道路寬約2.5 m，長約20 m，兩側灌木高約0.5 m，樹木的主干高約2 m；沿道路方向一側約3 m處布有建筑，而另一側為公共空間。人車混行空間如圖1(b)所示，其道路寬約4 m，長約100 m，路旁停有機動車；兩側綠化區域寬約1 m。

實驗中的測量儀器為Minolta CL-200A Chroma Meter色溫照度計。其照度量程為0.1～99 990 lx，色溫量程為0～7 000 K。照度精度為±2%，色溫精度為±20 K。測試燈具見圖1，由燈桿、光源與控制器組成。燈桿為便捷式分段金屬燈桿，光源為LED照明裝置。控制器型號為OP-KZ-NBO1，可遠程采集實時數據。燈具安裝完成后高約4 m。實驗燈具共兩個，分別測得色溫為2 965 K和5 604 K。

圖1 測試場景示意圖

《城市道路照明設計標準》中對人行區域的照度與要求如表1所示。根據光線衰減近似平方反比的特征和表2中燈具的布置方式，在人車混行區域中選取單側布光和半截光型燈具，并按最大間距進行布置。在此種情況下，同時滿足路面平均和最小照度的路面最大照度可取到約71 lx。同理在人行區域中選取非截光型燈具，并按最大間距進行布置。可取到路面最大照度約37 lx。以上兩種情況并未考慮不同配光曲線的影響，因此所得數據會小于實際值。故本文選擇測試燈具的路面最大照度范圍為20～200 lx，并將照度范圍按數值平均分為低、中、高三個區間，以便更為明顯地探究出地面最大照度對心理感受的影響。

表1 人行及非機動車道路照明標準值

表2 燈具類型與布置方式標準

在每次測試開始前，將一啞光黑色雙肩包放在綠化區的隨機位置上，供受試者識別。放置妥當后，分別設定燈具的色溫和路面最大照度。設定色溫與照度值進行測試。設定照度時隨機獲取照度值，再按數值將其平均劃分在低、中、高三個區間內。隨機選擇過往行人作為受試者，讓其從面向光源側10 m處，沿道路中線行走至背光源10 m處，如圖2所示。到終點后立即對測試環境的心理感受進行打分。其中1分最低5分最高，分數精確到小數點后一位。

圖2 測試方法示意圖

2 測試結果分析

2.1 問卷數據總結

本次實驗共收到有效問卷80份，其中性別構成如圖3所示。從中可知校園夜間的出行人群中女性人數比男性整體多約10%。結合表3可以發現在不同場景中女性對場景的評分均值都高于男性。表明在校園環境中女性行人對環境安全的容忍度比男性更高。同一地區的安全感評分均值會隨著時間改變，夜晚的安全感評分會遠小于白天，其浮動分數約為2.15。表明行人雖處在熟悉的環境中，但照明環境仍是最大影響之一。且在相同情況下，人車混行區域的安全感評價均值高于人行空間。

圖3 性別構成圖

將不安全感來源的數據進行整理，如圖4所示。從中可知，46.25%受試者認為來自路面的明暗程度，41.25%認為來自周圍環境與路面的亮度對比，12.5%認為來自周邊行人面部的清晰度。可以推斷出：空間明亮程度是影響受試者心理感受的最主要因素，其中路面明暗是受試者對道路評價的最主要依據，而非能否清晰識別陌生面孔。這是因為行人安全感受來自于對整體環境的把控，陌生行人的危害可能性雖大，但易于預警與觀察。而不知危險從何而來的昏暗環境會持續分散受試者的注意力，降低受試者的安全感。

圖4 不安感來源統計圖

表3 不同性別對環境安全感評分

2.2 心理感受變化分析

通過對問卷結果的總結與分析，將測試過程中不同色溫和路面最大照度區間下受試者的安全感、舒適度與識別度評分均值進行整理，如表4所示。從表中可知：

1)受試者的安全感評分均值都會隨著路面最大照度增加而增加。當場景的路面最大照度層次從低過渡至中，再到高時；評分提高約0.3和0.2。這表明路面最大照度與安全感間非線性關系，即當路面最大照度超過141.2 lx后評分增長速度明顯下降。人車混行場景中高、低色溫的安全感評分均值分別約為3.82和3.9，人行區域約為3.9和3.91。說明受試者認為低色溫(2 965 K)的場景更為安全。

2)舒適度評分均值隨路面最大照度增加而減小。當場景處于低照度層次時，評分最高。說明受試者認為較高的照度會引起不適。當照度層次從低過渡至中，再到高時，評分下降約0.05和0.76。這便解釋了此段安全感評分增長放緩的原因：高照度影響了受試者的觀察點。人車混行場景中高、低色溫的舒適度評分均值分別約為3.23和3.22，人行區域約為3.21和3.23。表明色溫與舒適度間沒有顯著的關系。

3)識別度評分均值隨著路面最大照度提升先增加后減少。受試者認為不論在何種場景內，中照度層次的識別度最佳。人車混行場景中高、低色溫的識別度評分均值分別約為2.92和3.05，人行區域約為2.92和3.02。說明受試者認為低色溫(2 965 K)的場景更易于識別。

表4 同場景下的各項感受評分

將實驗中路面最大照度的變量參數與各感受間建立聯系，使用Origin軟件對其相關性進行分析。得到相關性參數如表5所示。

表5 路面最大照度與各感受間的相關性

從表5數據可以看出，路面最大照度與安全感和識別度的相關性系數大于0.4，小于0.6，表明路面最大照度與兩者呈中等程度正相關。即隨著路面最大照度增加，受試者認為場景更安全且易識別。P值都遠小于0.001，表明數值之間有極顯著差異，具有統計學意義。

路面最大照度與舒適度的相關性系數為-0.383 57，其絕對值大于0.2，小于0.4，表明兩數據間呈弱負相關。路面最大照度的增大會影響對路面的觀察，同時伴隨著光源亮度增加而產生眩光。P值為7.84958×10-10遠小于0.001，表明兩數值間有極顯著差異。

將路面最大照度變化下的安全感、舒適度、識別度和綜合評分(安全感、舒適度和識別度的評分均值)進行歸納，分別擬合出各數據的變化曲線，如圖5所示。

從圖5中可以看出，安全感和識別度評分在路面最大照度約80%(161.6 lx)時達到最大，分別約為4.2和3.5。當路面最大照度超過這一數值后，安全感與識別度開始下降。舒適度評分在路面最大照度約為24%(48.5 lx)時達到最大，數值約為3.5。當路面最大照度超過這一數值后，場景中的眩光會嚴重影響受試者的視覺舒適度。當路面最大照度約為60%(121.2 lx)時，綜合評分達到最大值3.6。也就意味著此時的路面最大照度對人感受的影響最為平均。但對于不同環境需分析其側重的設計意圖，從而選擇何種心理認知要在場景中占據主要地位，繼而確定合適的路面最大照度值。

3 結語

校園步行道路夜間光環境中，絕大多數受試者認為路面明暗和亮度對比最為影響行走時的感受。多數受試者認為光源色溫較低時擁有較好的安全感和識別度，但對舒適度沒有明確影響。路面最大照度與安全感在一定范圍內呈中等程度正相關，當其數值約在161.6 lx時安全感評分最高。當路面最大照度小于48.5 lx時，與舒適度呈正相關；當路面最大照度大于48.5 lx時，與舒適度呈負相關。較高的環境亮度會產生眩光，影響行人的生理和心理活動。路面最大照度約在161.6 lx時，受試者對場景的識別能力最強。路面最大照度約在121.2 lx時，受試者的三種心理感受處于最為平衡的狀態。

最佳安全感和心理平衡時的照度值遠高于從規范計算中所得的37 lx和71 lx，所以在增加照度值時應考慮現有校園步道照明情況。因此須根據主要需求選擇合適的照度值，當所選照度值過大時可根據實際情況采取多層次照明的方法，即用多光源補償路面、車輛、構筑物、復雜綠化等區域高照度的需求。