建筑天然光環(huán)境的非視覺健康研究綜述

SUN Guodong，DU Hongwu*

基金項(xiàng)目：2025廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“基于‘光-景’耦合仿真的珠三角中小學(xué)恢復(fù)性環(huán)境研究”（編號(hào)：2025A1515011815）

Abstract

Keywords

Daylight isclosely related to human health，and its non-visualeffectsarecloselyassociated with the designof the light environment in buildings.By systematically reviewing the relevant research at home and abroad in the past15 years，based on the basic characteristics and research directions of the non-visual effects of daylight，this paper analyzes and summarizes the relevant spatial scenes（such as campus，ofice，and medical spaces），spatial variables，quantitative indicators，standardsand themain research methods related to the non-visual daylight environment in buildings.Theresearch found that spatial variables， climatic conditions，and time factors jointly affect the non-visual daylight environment of building spaces.Five types of spatial variables一namely urban design，spatial form，lightcontrol interface，indoorattributes，and viewpoint characteristics一significantly influence onthe non-visual effects.Quantitative indicators and standardsstill need to be further improved，and themain research methodscanbedivided into on-sitemeasurementand simulation experiments.Finally，the research directionand application of the non-visual effects in the daylight environment of buildingsare prospected.

Non-visual effect; Daylight; Lighting environment; Healthy building

文章亮點(diǎn)

1）構(gòu)建了空間、氣候與時(shí)間和影響非視覺效應(yīng)的天然光要素之間的關(guān)系圖譜，并對(duì)空間變量進(jìn)行了深入剖析。2）總結(jié)了非視覺天然光環(huán)境常見量化指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)，提供了更具適配性的研究方法。3）提出了建筑非視覺天然光環(huán)境設(shè)計(jì)的關(guān)鍵——“平衡”，以及實(shí)現(xiàn)“平衡”的關(guān)鍵路徑。

自古以來，人們便意識(shí)到天然光不僅能夠提供光照與熱量，更是建筑設(shè)計(jì)中塑造空間與營造氛圍的關(guān)鍵要素。工業(yè)革命后，建筑體量增大、城市密集化促使人工光被廣泛應(yīng)用，以彌補(bǔ)天然光的不足，并滿足精細(xì)作業(yè)與提高效率的需求。與此同時(shí)，光環(huán)境研究逐漸系統(tǒng)化，開始以亮度、眩光、均勻度等指標(biāo)進(jìn)行量化分析，推動(dòng)了視覺健康相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。20世紀(jì)70年代起，能源危機(jī)促使人們關(guān)注照明節(jié)能與天然光的優(yōu)化利用。隨后，光在非視覺健康領(lǐng)域的重要性被逐步發(fā)現(xiàn)，特別是第三類視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)感光細(xì)胞（IntrinsicPhotosensitive Retinal GanglionCells，ipRGCs）和視黑蛋白[的研究推動(dòng)了這一進(jìn)程。近年來，天然光因其全光譜、高強(qiáng)度及信息載體功能，被證實(shí)在視覺與非視覺健康方面具有顯著優(yōu)勢(shì)[2]。

光環(huán)境研究經(jīng)歷了“美學(xué)-視覺健康-非視覺健康”和“天然光－人工光－兩者結(jié)合”的發(fā)展路徑，天然光環(huán)境對(duì)使用者的非視覺生理與心理健康的影響是當(dāng)下學(xué)界的關(guān)注焦點(diǎn)。但面對(duì)天然光非視覺效應(yīng)的研究，仍存在空間變量影響機(jī)制不明、量化指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)體系缺乏、研究方法適用性不足等問題。文章將梳理相關(guān)空間場景與變量，歸納非視覺指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)研究方法并提出優(yōu)化建議，探索非視覺健康導(dǎo)向的建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)。

1光的非視覺效應(yīng)與相關(guān)研究方向

光的非視覺效應(yīng)（Non-visual Effect或Non-imageForming），又稱光生物效應(yīng)，指光通過第二條感光路徑對(duì)個(gè)體的晝夜節(jié)律、自主神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)、認(rèn)知能力及情緒等多種生理和心理功能進(jìn)行的調(diào)節(jié)[3]。

天然光作為重要的授時(shí)因子，對(duì)人體晝夜節(jié)律的影響主要有2個(gè)方面：對(duì)褪黑激素的急性抑制反應(yīng)和調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律相位[4]。已有研究發(fā)現(xiàn)“上班族”全天接受高水平晝夜節(jié)律有效光會(huì)使得相位幅值增大，從而提升其睡眠質(zhì)量[5。此外，光是人體情緒調(diào)節(jié)的重要影響因素，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)天然光對(duì)建筑內(nèi)使用者的情緒狀態(tài)有顯著影響[。光對(duì)情緒的影響路徑較為多樣：一方面，光可以在不影響生理節(jié)律和睡眠的情況下，通過ipRGCs激活或抑制相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)直接作用于情緒：另一方面，光可以通過影響睡眠、褪黑素分泌、單胺傳遞等間接作用于情緒[7]。隨著相關(guān)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)光似乎對(duì)人的認(rèn)知能力也有一定的影響，主要涉及警覺性、注意力與較復(fù)雜的認(rèn)知執(zhí)行功能等方面[8。目前，光與認(rèn)知的作用機(jī)制尚不明確，主要存在3種假說：褪黑素的抑制、特異性腦區(qū)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的激活、生理喚醒水平的提高[9]。

2研究方法與數(shù)據(jù)

文章聚焦于非視覺健康與建筑天然光環(huán)境的關(guān)聯(lián)研究領(lǐng)域，以中國知網(wǎng)（CNKI）和WebofScience為數(shù)據(jù)源進(jìn)行檢索。中國知網(wǎng)的檢索詞為“非視覺 × 天然光 + 光生物 × 天然光 + 非視覺 × 日光 + 光生物 × 日光”，采用按“主題”搜索的方式，檢索范圍為“總庫”，限定學(xué)科為“建筑科學(xué)與工程”。WebofScience的檢索詞為（“nonvisual”AND“daylight*”）OR（“non-visual”AND“natural light*\"） OR（“non-visual”AND“sunlight*\"）OR（“non-image*”AND“daylight*”）OR（“non-image”AND“naturallight*”）OR（“non-image'AND“sunlight*”）OR（“circadian”AND“daylight*”）OR（“circadian”AND“naturallight*”）OR（“circadian”AND“sunlight*”），采用按“Topic”搜索的方式，檢索范圍為“AllDatabases”，限定學(xué)科為“Engineering or Construction Building TechnologyorArchitecture”。檢索時(shí)間均限定為2010年1月1日一2025年1月1日，初步篩出文獻(xiàn)423篇（中國知網(wǎng)45篇，WebofScience378篇）。接著初步瀏覽文獻(xiàn)，并采用connectedpaper等工具，通過文獻(xiàn)之間的交叉引用深度搜索相關(guān)文獻(xiàn)，擴(kuò)充文獻(xiàn)數(shù)量。

在此基礎(chǔ)上，排除研究重點(diǎn)不是天然光、非視覺健康以及建筑設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)；但如果文獻(xiàn)同時(shí)涵蓋“天然光與人工光”或“視覺與非視覺”等多個(gè)研究重點(diǎn)，則可納入本次綜述。基礎(chǔ)性研究主要揭示了非視覺效應(yīng)對(duì)人體的影響規(guī)律和路徑，或提供了建筑非視覺天然光環(huán)境的研究方法和工具，建立了評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)，但未對(duì)建筑非視覺天然光環(huán)境進(jìn)行直接研究，因此本次綜述需排除基礎(chǔ)性研究。為了信息的準(zhǔn)確性和完整性，并避免主觀偏差的積累，文獻(xiàn)篩選需排除相關(guān)領(lǐng)域的綜述。最終篩選出59篇符合研究主題和目標(biāo)的文獻(xiàn)納入本次綜述，其中辦公環(huán)境相關(guān)研究23篇，校園環(huán)境相關(guān)研究13篇，醫(yī)療環(huán)境相關(guān)研究12篇，其他場景相關(guān)研究6篇，無明確場景相關(guān)研究5篇。

3研究的空間場景和空間變量

3.1校園環(huán)境

天然光對(duì)兒童和青少年的生理和心理成長至關(guān)重要，中小學(xué)生近視問題與光環(huán)境的關(guān)聯(lián)性已得到充分證明[10]，而晝夜節(jié)律、情緒狀態(tài)、認(rèn)知能力等非視覺健康問題還需深入研究。目前對(duì)校園非視覺天然光環(huán)境的研究主要集中于教室空間，在具體的空間變量方面，多項(xiàng)研究進(jìn)行了深入的探討[11～18]（表1），其中教室朝向、教室進(jìn)深、窗墻比、窗地比、窗戶尺寸、窗臺(tái)高度、窗戶間距、開窗形式、窗戶遮陽類型、室內(nèi)表面反射率、外部建筑表面反射率、室內(nèi)顏色、視線方向?qū)Ψ且曈X效應(yīng)有顯著影響。教室日間使用人工光源照明的頻率較高，故多項(xiàng)研究將天然光和人工光結(jié)合考慮[11，13～15，18]

研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生非在校期間獲得的日照水平遠(yuǎn)高于在校期間，教室環(huán)境通常無法為學(xué)生提供非視覺健康所需的光照強(qiáng)度[19]，尤其是建筑底層的教室[20]。相比之下，室外白天光照強(qiáng)度可達(dá) 10000lux （陰天） ～130000lux （晴天）[21]，更易滿足非視覺健康需求。因此SojeongKim等[22]認(rèn)為白天進(jìn)行戶外活動(dòng)有助于青少年獲取充足的日照，這是改善青少年睡眠和節(jié)律的有效方式。此外，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)夏季醒前光照累積量與學(xué)生的晨間警覺性、情緒和深睡眠時(shí)間顯著相關(guān)[23]，但未涉及具體設(shè)計(jì)。

3.2辦公環(huán)境

相關(guān)研究表明辦公室日照水平與職員睡眠質(zhì)量正相關(guān)[24]。NoraWang等[25]主張將辦公環(huán)境的日照、窗外景觀、視覺眩光、私密性等因素作為整體來評(píng)估，不同因素之間可能存在耦合關(guān)系。LauraBellia等[26針對(duì)辦公空間變量對(duì)光譜的影響進(jìn)行初步探討，并討論了晝夜節(jié)律刺激、眼部照度、光譜和標(biāo)準(zhǔn)光源之間的關(guān)系。MeganDanell等[27]結(jié)合時(shí)間維度和行為維度，采用EML和 nvR_D 模型，評(píng)估了一天之內(nèi)側(cè)窗辦公室中不同使用者的非視覺光照暴露情況。Jozef 則探討了黑視素日光指標(biāo)在評(píng)估室內(nèi)光環(huán)境晝夜節(jié)律潛力方面的實(shí)際適用性。

表1非視覺效應(yīng)研究的空間變量與方法

Tab.1Spatial variablesandmethods forthestudyofnon-visual effects

在具體的空間變量方面，多項(xiàng)研究進(jìn)行了深入探討[29-41]（表1），其中房間朝向、工位布局、工位擋板高度、工位表面材質(zhì)、采光口類型、窗墻比、玻璃顏色及透射率、窗戶遮陽類型、室內(nèi)表面反射率、室內(nèi)表面顏色、視線方向、視點(diǎn)與窗戶的距離、視點(diǎn)有無辦公家具遮擋等變量對(duì)非視覺效應(yīng)有顯著影響。與校園環(huán)境相似，辦公環(huán)境日間使用人工光源照明的頻率較高，多項(xiàng)研究將天然光和人工照明結(jié)合[35～36，41]。此外，也有研究將非視覺研究與視覺問題[32-338]、熱舒適問題[39]或能耗問題[36]結(jié)合討論，這對(duì)辦公光環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐更具指導(dǎo)意義。

3.3醫(yī)療環(huán)境

20世紀(jì)初人們便開始關(guān)注天然光的療愈作用，并將日光療法與醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)結(jié)合，如帕米歐療養(yǎng)院（PaimioSanatorium）。天然光可以直接對(duì)患者康復(fù)效果產(chǎn)生影響，也可以通過影響患者的睡眠質(zhì)量、情緒、壓力從而間接與康復(fù)效果建立關(guān)聯(lián)[42]。EstherI.Bernhofer研究發(fā)現(xiàn)，住院患者暴露在光照水平不足的環(huán)境時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)晝夜節(jié)律同步;而疼痛患者暴露在光照水平較高的環(huán)境時(shí)，通常較少感到疲勞，且其總體情緒障礙指標(biāo)較低[43]。相關(guān)研究通過分析長達(dá)15年的住院數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，與住在近門病床的患者相比，住在靠窗病床的患者的住院時(shí)間較短，這很有可能與病房內(nèi)天然光的分布特征有關(guān)[44]。

在具體的空間變量方面，多項(xiàng)研究進(jìn)行了深入的探討[42，45～51（表1），其中病房朝向、病房空間布局、窗墻比、窗地比、窗戶位置、室內(nèi)表面反射率、視線方向、視點(diǎn)與窗戶的距離對(duì)非視覺效應(yīng)有顯著影響。相關(guān)研究將視覺與非視覺結(jié)合[42，47～50]，對(duì)醫(yī)療光環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)踐更具指導(dǎo)意義。但醫(yī)療環(huán)境的非視覺光環(huán)境設(shè)計(jì)需具體考慮不同的疾病類型，因?yàn)樘烊还鈱?duì)于某些疾病有負(fù)面作用，如急性精神病[52]等。

3.4其他場景

部分空間場景的研究數(shù)量有限，但在一定程度上也能反映這些場景的天然光環(huán)境非視覺健康需求和非視覺健康設(shè)計(jì)的可能性。在居住空間方面，JohnMardaljevic等[53]構(gòu)建了一個(gè)評(píng)估住宅非視覺效應(yīng)的模型并進(jìn)行了一系列初步實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示靠近窗戶的位置或有天窗的房間的天然光晝夜節(jié)律刺激潛力較大；洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EcolePolytechniqueFédéraledeLausanne）的一項(xiàng)研究評(píng)估了波士頓（Boston）典型排屋的天然光晝夜節(jié)律刺激潛力，并分析了可能促進(jìn)晝夜節(jié)律的設(shè)計(jì)方法[54]；JixinLiu等[55]利用計(jì)算機(jī)模擬研究了湘西傳統(tǒng)民居的窗墻比和室內(nèi)表面反射率對(duì)非視覺效應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)表面反射率起到關(guān)鍵作用；單泓景[5以南京的老年公寓為研究對(duì)象，采用現(xiàn)場實(shí)測(cè)和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合的方法對(duì)其天然光的非視覺效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。此外，吳蔚等[7利用自研工具對(duì)一處由廠房改造的辦公空間進(jìn)行采光研究，并提出相應(yīng)的采光優(yōu)化方案。開羅大學(xué)（CairoUniversity）的一項(xiàng)研究通過分析歷史建筑中人在天然光下的情緒等主觀反應(yīng)，為天窗修繕工作提供建議[58]

另有部分研究未限定明確的空間場景，但也通過現(xiàn)場實(shí)測(cè)、縮小等比模型實(shí)測(cè)和模擬等方法研究了樓距、窗墻比、室內(nèi)表面顏色、室內(nèi)表面反射率、視線方向、視點(diǎn)與窗戶的距離、遮陽位置等空間變量對(duì)非視覺效應(yīng)的影響[59-60]；還有部分研究考慮了人工照明[59～60]，具有探索性。

3.5空間場景和空間變量研究總結(jié)

天然光非視覺研究主要集中在辦公、醫(yī)療和校園環(huán)境，尤以辦公場景最為常見。究其原因是這3類場景的日間使用時(shí)間長，受光影響大，研究價(jià)值高。不同場景下影響非視覺效應(yīng)的空間變量存在差異，主要由于不同場景的基本功能需求不同 （如教室使用人群的視線方向較固定，而辦公空間、住宅的較靈活），以及使用人群的感受差異（如青少年對(duì)光更敏感，而老年人敏感度較低）。

國際照明協(xié)會(huì)[61l、Parisa Khademagha等[62]、KyleKonis[63]總結(jié)和分析了影響非視覺效應(yīng)的天然光要素，包括光譜、光強(qiáng)、照射方向、暴露時(shí)間、暴露時(shí)長和暴露歷史。其中，前3項(xiàng)為天然光本身的特征，后3項(xiàng)為時(shí)間特征。在具體設(shè)計(jì)層面，根據(jù)前文所述，對(duì)建筑天然光環(huán)境非視覺效應(yīng)具有顯著影響的空間變量可歸納為5類：城市設(shè)計(jì)、空間形體、控光界面、室內(nèi)屬性和視點(diǎn)特征（圖1），這些空間變量主要通過影響天然光本身的特征進(jìn)而影響非視覺效應(yīng)。

城市設(shè)計(jì)是天然光環(huán)境設(shè)計(jì)的第一步。采光口與外部遮擋物之間的距離會(huì)直接影響室內(nèi)接收到的日光量，而傳統(tǒng)間距規(guī)范大多側(cè)重于視覺任務(wù)，忽視了非視覺需求。地面、植物及周邊建筑表面等城市環(huán)境特征也會(huì)間接改變室內(nèi)光譜特征。空間形體會(huì)影響天然光在室內(nèi)的分布，合理的空間布局是促進(jìn)使用者非視覺健康的前提。東西朝向的空間具有較大的非視覺潛力，但眩光問題突出；進(jìn)深則影響滿足非視覺需求強(qiáng)度的天然光的可達(dá)位置。另外人們?cè)诳罩谢▓@、庭院和廊道等室外和半室外空間更容易獲得天然光照射，因此可補(bǔ)償在室內(nèi)缺失的非視覺效益。控光界面如窗、洞口、遮陽系統(tǒng)是控制天然光進(jìn)入室內(nèi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。窗的位置、類型、尺寸、玻璃性能等會(huì)直接影響進(jìn)光量與光譜特征。遮陽構(gòu)件亦影響光的強(qiáng)度、方向與光譜，其形成的光影效果對(duì)非視覺效應(yīng)的影響仍有待深入研究。控光界面設(shè)計(jì)還需統(tǒng)籌眩光控制、熱舒適、能耗與景觀視野。室內(nèi)屬性對(duì)非視覺健康的影響主要體現(xiàn)在室內(nèi)表面特征上。另外，家具布置會(huì)改變受光方向，進(jìn)而影響人眼對(duì)光的接收。視點(diǎn)特征會(huì)直接影響照射入人眼的光線情況，空間光環(huán)境特征的呈現(xiàn)也隨視點(diǎn)特征的變化而轉(zhuǎn)變，故研究將視點(diǎn)特征歸入空間變量。其中，視線方向、視點(diǎn)與采光口的距離對(duì)非視覺效應(yīng)的影響較大。

除空間變量外，氣候條件如地理位置、天空類型和季節(jié)也會(huì)影響天然光的光譜和強(qiáng)度[35]，因此常被納入研究。時(shí)間因素也可能影響非視覺效應(yīng)，部分研究已采用動(dòng)態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)[20]。總體來看，空間變量、氣候條件和時(shí)間因素與天然光要素之間存在著復(fù)雜的潛在關(guān)系，共同影響建筑空間的非視覺天然光環(huán)境，對(duì)此文章構(gòu)建了關(guān)系圖譜（圖2），相關(guān)研究變量的篩選應(yīng)多方面考慮。

4非視覺天然光環(huán)境量化指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)影響非視覺效應(yīng)的天然光要素的分類，非視覺天然光環(huán)境的量化指標(biāo)主要分為僅涉及天然光特征的靜態(tài)指標(biāo)和結(jié)合時(shí)間特征的動(dòng)態(tài)指標(biāo)[64（表2）。在靜態(tài)指標(biāo)方面，最常采用的是生物節(jié)律刺激值（Circadian Stimulus，CS）和黑視素等效照度（EquivalentMelanopic Lux，EML）。CS范圍為0到0.7，已有研究表示，CS達(dá)到0.3時(shí)人體便可獲得較好的晝夜節(jié)律刺激[5，因此光環(huán)境評(píng)價(jià)中常以此為最低閾值。EML是WELL建筑標(biāo)準(zhǔn)（WELLBuildingStandard）對(duì)光環(huán)境評(píng)價(jià)采用的主要量化指標(biāo)，根據(jù)WELLV2（Q42022）的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)符合增強(qiáng)天然采光性能標(biāo)準(zhǔn)的空間在9：00—13：00的EML達(dá)到120lux或 180lux 時(shí)，可分別獲得1分或3分；當(dāng)未符合增強(qiáng)天然采光性能標(biāo)準(zhǔn)的空間在9：00一13：00的EML達(dá)到 150lux 或 240lux 時(shí)，可分別獲得1分或3分。國際照明委員會(huì)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)（CIES026：2018）中引入了黑視素等效日光照度（Melanopic EDI）這一新指標(biāo)，在近幾年的相關(guān)研究中已有應(yīng)用[20，48]。WELL標(biāo)準(zhǔn)也表示MelanopicEDI可替代EML進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，如EML為240lux 相當(dāng)于MelanopicEDI為 218lux 。相關(guān)照明、神經(jīng)學(xué)、睡眠與晝夜節(jié)律研究領(lǐng)域的專家則認(rèn)為日間室內(nèi)的MelanopicEDI應(yīng)達(dá)到 250lux ，并優(yōu)先采用天然采光達(dá)到這一閾值[65]。在動(dòng)態(tài)指標(biāo)方面，最常采用的是生物節(jié)律刺激自主性（Circadian Stimulus Autonomy，CSA）和非視覺直接反應(yīng)（DirectResponse， R_D^′. ）。CSA是基于天然光自主性（DaylightAutonomy，DA）的概念衍生出的指標(biāo)，而DA已在天然光度量上得到廣泛應(yīng)用。 R_D 則是一個(gè)相對(duì)值！ （0～1） ，計(jì)算基礎(chǔ)是MariaL.Amundadottir等[12]提出的非視覺直接反應(yīng)模型（Non-visual Direct-response， nvR_D ），該預(yù)測(cè)模型同時(shí)考慮了天然光本身的特征、暴露的時(shí)間序列、時(shí)長和歷史，具有較好的全面性，但其準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性仍需考量。由于對(duì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的探索仍處于起步階段，閾值標(biāo)準(zhǔn)尚未達(dá)成共識(shí)，目前有研究提出 R_D 的最低閾值應(yīng)為 4～4.2^[12] 。需要注意的是，以上的“照度”均為人眼方向的垂直照度。

除此之外，還有一類指標(biāo)從心理與行為維度上出發(fā)，針對(duì)非視覺對(duì)情緒、認(rèn)知等方面的影響進(jìn)行量化評(píng)估[31，34]（表2）。這一維度的量化存在一定難度，因?yàn)橹笜?biāo)的變化可能受到視覺因素的影響，且難以估計(jì)影響的程度。目前相關(guān)研究較少，且針對(duì)非視覺健康的設(shè)計(jì)要求也尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

5非視覺天然光環(huán)境主要研究方法

非視覺天然光環(huán)境的主要研究方法可分為現(xiàn)場實(shí)測(cè)和模擬實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)場實(shí)測(cè)通常包括對(duì)室內(nèi)外照度、光譜功率分布、室內(nèi)外相關(guān)色溫或色品坐標(biāo)、室內(nèi)各材料的光學(xué)性質(zhì)（表面反射率、玻璃透射率等）等的記錄，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式可得到非視覺效應(yīng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)量化指標(biāo)。也可在現(xiàn)場采用心理主觀評(píng)價(jià)和認(rèn)知評(píng)價(jià)工具，如評(píng)價(jià)情緒的正負(fù)性情緒量表（PositiveandNegativeAffectSchedule，PANAS），評(píng)價(jià)警覺性的卡羅林斯卡嗜睡量表（KarolinskaSleepinessScale，KSS），評(píng)價(jià)認(rèn)知能力、警覺性和注意力的GO/NOGO測(cè)試和精神運(yùn)動(dòng)警覺性測(cè)試（Psychomotor"VigilanceTask，PVT），評(píng)價(jià)認(rèn)知能力的戰(zhàn)略管理模擬（StrategicManagementSimulation，SMS）等，以及測(cè)量腦電、心率、核心體溫等[3生理數(shù)據(jù)，進(jìn)行心理與行為評(píng)價(jià)。部分實(shí)測(cè)通過搭建實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，如全尺寸實(shí)驗(yàn)室和縮小等比模型。但從目前的研究來看，現(xiàn)場實(shí)測(cè)具有很大局限性：一是現(xiàn)實(shí)的天然光條件不穩(wěn)定，變化大，限制了實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性；二是現(xiàn)實(shí)的天然光條件控制變量較為困難，無法驗(yàn)證某些假設(shè)；三是實(shí)測(cè)耗時(shí)耗力，成本高昂，長期的現(xiàn)場實(shí)測(cè)可能對(duì)空間使用者的工作與生活造成不便。

圖15類對(duì)建筑天然光環(huán)境非視覺效應(yīng)具有顯著影響的空間變量示意圖 Fig.1Schematicdiagramoffivespatialvariablesthatsignificantly affect the non-visual effects of daylightin buildings

圖2空間、氣候與時(shí)間和影響非視覺效應(yīng)的天然光要素之間的潛在關(guān)系 Fig.2Potential relationshipsamong spatial，climatic，temporal factorsanddaylight elements thataffectnon-visual effects

表2非視覺效應(yīng)的量化指標(biāo)

Tab.2 Quantitative indicators of non-visual effects

而模擬實(shí)驗(yàn)可解決這些問題。模擬實(shí)驗(yàn)包括常規(guī)的計(jì)算機(jī)軟件模擬和影像媒介模擬。目前常規(guī)的計(jì)算機(jī)模擬軟件包括基于Radiance平臺(tái)的動(dòng)態(tài)光環(huán)境模擬軟件ALFA、Lark和DAYSIM，基于Grasshopper平臺(tái)的Honeybee、照明設(shè)計(jì)軟件DIALux等，這些模擬軟件的可靠性已被大量研究驗(yàn)證。常規(guī)的計(jì)算機(jī)軟件模擬方便快捷，適用場景較多，但無法評(píng)價(jià)心理與行為等維度上的非視覺效應(yīng)。

多項(xiàng)研究證明，在人因環(huán)境實(shí)驗(yàn)中照片、視頻、立體圖像、VR技術(shù)（VirtualReality）等影像媒介在許多方面與現(xiàn)實(shí)環(huán)境具有很高的一致性[6]，可替代真實(shí)光環(huán)境進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。VR借助頭戴式顯示器等設(shè)備給使用者創(chuàng)造了一個(gè)可沉浸式體驗(yàn)和多維度交互的虛擬空間，配合心理主觀評(píng)價(jià)、認(rèn)知評(píng)價(jià)工具和生理數(shù)據(jù)測(cè)量，可從心理與行為維度評(píng)價(jià)非視覺效應(yīng)[58]

6結(jié)語

文章通過系統(tǒng)梳理和分析近年來發(fā)表的重要文獻(xiàn)，總結(jié)了不同空間場景中空間變量對(duì)天然光非視覺效應(yīng)的影響，將空間變量歸納為城市設(shè)計(jì)、空間形體、控光界面、室內(nèi)屬性和視點(diǎn)特征5類，結(jié)合氣候條件、時(shí)間因素構(gòu)建關(guān)系圖譜，并對(duì)現(xiàn)有量化指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)以及主要研究方法進(jìn)行了適用性和局限性的分析。為使文章更聚焦于具體的建筑設(shè)計(jì)，本研究篩選的文獻(xiàn)數(shù)量有限，未來相關(guān)綜述可適當(dāng)擴(kuò)大文獻(xiàn)篩選范圍，使結(jié)論更加全面。

目前，具體空間變量對(duì)非視覺天然光環(huán)境的影響在相關(guān)研究中已基本達(dá)成共識(shí)，從建筑設(shè)計(jì)層面上對(duì)非視覺天然光環(huán)境進(jìn)行改善是可行且有效的。非視覺健康導(dǎo)向下的建筑設(shè)計(jì)不僅需要從5類空間變量入手操作，更要考慮空間場景的適配性。非視覺健康導(dǎo)向下建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于“平衡”：任務(wù)驅(qū)動(dòng)和光舒適下的視覺要求與非視覺健康需求之間的平衡、天然采光與人工照明之間的平衡、空間基本功能和其他物理環(huán)境要求與非視覺光環(huán)境需求之間的平衡。而實(shí)現(xiàn)平衡的關(guān)鍵是在設(shè)計(jì)階段和建成環(huán)境評(píng)價(jià)中建立綜合性的評(píng)價(jià)體系，或是將非視覺健康的空間要求和量化指標(biāo)融入其他成熟的評(píng)價(jià)體系中。

當(dāng)前建筑天然光非視覺效應(yīng)的研究仍處于初期階段，尚缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)，特別是在動(dòng)態(tài)及心理行為評(píng)價(jià)方面存在不足。多數(shù)研究仍采用靜態(tài)方法，暴露歷史、時(shí)間與時(shí)機(jī)的研究尚不深入，對(duì)動(dòng)態(tài)暴露的機(jī)制認(rèn)知不清。未來研究應(yīng)結(jié)合動(dòng)態(tài)與靜態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及多種研究方法，全面評(píng)估非視覺效應(yīng)，推動(dòng)引入動(dòng)態(tài)暴露機(jī)制，并將研究拓展至更多空間場景。完善天然光環(huán)境非視覺效應(yīng)評(píng)價(jià)體系并融入相關(guān)設(shè)計(jì)策略，將有助于構(gòu)建健康、綠色、人性化的建筑環(huán)境。

注：圖片均為作者自繪。

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作者簡介：

孫國棟/1999年生/男/廣東湛江人/碩士/華南理工大學(xué)建筑學(xué)院（廣州510641）/專業(yè)方向?yàn)楣步ㄖO(shè)計(jì)

杜宏武（*通信作者）/1970年生/男/河南西平人/博士/華南理工大學(xué)建筑學(xué)院，亞熱帶建筑與城市科學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（廣州510641）/教授/研究方向?yàn)楦呙芏拳h(huán)境、住區(qū)及城市公共空間/E-mail：philipdu@l26.com