城市商务区夜景照明亮度问题的思考

朱 平 肖 辉 马 振 王 淳

(1.同济大学电子与信息工程学院，上海 201804;2.上海市徐汇区绿化和市容管理局，上海 200000)

1 前言

城市商务区作为一个城市的核心组成部分，通常是集中了商业办公楼、各种主题商业街、CBD以及购物商场等的区域，是商务、消费、休闲、娱乐的主要场所。它在城市发挥其影响力，扮演着不可或缺的重要角色。城市商务区往往给人繁华、热闹的直观印象，特别是在夜间。因为夜晚是市民休闲、购物的主要时段，此时人流密集。

商家出于吸引顾客注意力的目的，会将自己的店面装饰得流光溢彩。城市建设与灯光管理部门为了打造该区域的特色，以发挥其城市名片的作用，也会对重要的景观节点做专门的照明设计。因此，商务区夜景照明在整个城市照明中更加引人关注，它是其商业、休闲等功能的重要组成部分与标志性体现。

但是在夜景照明的设计与实施过程中，出现了一些不合理的因素。为了突显照明对象的特点以夺人眼球，片面地追求照明对象高亮度，过多的逸散光使得周围环境亮度升高，这又导致了视觉对比度下降，迫使照明对象的亮度再次提高……如此恶性循环。

2 商务区夜景照明存在的问题与分析

夜景照明作为塑造城市商务区夜间形象、丰富市民夜生活和繁荣市场经济的一个主要手段，其社会效益和经济效益显而易见。近些年来随着经济的发展和城市的进步，取得了不少成就，积累了宝贵的经验。与此同时，由于缺乏对景观照明的正确认识，造成不考虑实际能力和景观对象的具体情况，在商务区夜景照明建设中贪大求洋、浪费能源、造成光污染的负面现象并不少见。

照明亮度失控、过高，文化品位较低，环保意识淡薄是当前商务区夜景照明的一大问题。面对一照明工程对象，没有适度控制灯光明暗来获得优美的景观亮度图式，并达到被照对象与周围环境亮度的和谐，导致在城市商务区夜景照明的建设和实施过程中，出现了照明对象亮度过大，以及由此带来的眩光、区域天空发亮等光污染的问题。

笔者两年前曾参与课题——核心商务区夜景照明节能分析与研究，当时以上海的徐家汇商务区夜景照明作为研究对象，进行了深入的实地调研，探究城市商务区夜景照明所存在的亮度问题。

图1 标识字亮度统计

2.1 徐家汇核心商务区夜景照明亮度

研究小组针对商务区内的19个主要单体建筑及其附属广告、景观等照明进行了亮度测量。采用亮度计定点测量的方法，根据被测目标的特点，选择不同视角，并取多次测量的算术平均值，其中动态对象 (如LED广告屏)选择多次测量的最大亮度值。对徐家汇地区不同方向天空的亮度进行直接测量，得到0.1°视角天顶亮度为66.7cd/m2，远高于自然夜天空的2.1×10－4cd/m2。

图1～图3为标识字、局部泛光照明以及动态照明的亮度分类统计。标识字亮度统计对象主要是各商场、酒店、广告等使用的自发光招牌;泛光照明亮度统计对象为各个建筑和构筑物 (包括广告牌、橱窗等)的面积大于1m2的局部泛光照明亮度;动态照明亮度统计对象包括冷阴极管动态广告照明、LED屏等。

从统计图中可以看出，该商务区内各照明对象的亮度普遍偏高，个别对象甚至严重偏高。例如在标识字亮度统计中，6号的标识字亮度明显高于该区域的其他标识字。在局部泛光照明亮度统计中，5号、17号和18号的局部泛光照明亮度远大于其他建筑构筑物。在动态照明亮度统计中，问题较为突出的是5号前的LED电子广告屏，其最大亮度为2000cd/m2，远超过周边环境;19号的电子屏亮度也与周边环境不符，超过了3100cd/m2，主要是由电子屏亮度叠加大功率投光灯照明所致，这样的亮度叠加不但没有突出屏幕内容，反而使屏幕色彩饱和度降低，不利于正常观看。

以上各照明统计对象均处在相对一致的背景环境中，但其亮度却缺乏相对的协调统一，高低起伏较大。这一方面不利于维持恰当的背景亮度，另一方面会导致照明业主的亮度竞争。

2.2 照明亮度过高的影响

各照明对象亮度过高所带来的问题是显而易见的，例如光污染和能源浪费等。

图2 局部泛光照明亮度统计

图3 动态照明亮度统计

(1)亮度过高引起的眩光、光入侵和光泛滥等现象，不仅会干扰人的生理节律，影响夜间的睡眠和休息，还会造成视看者的不舒适感，降低视看效果。图4显示了由于广告屏亮度过大而带来的眩光。

(2)在商务区照明工程中，为避免单一的照明元素令人乏味的问题而使用过量的光线。但事实表明过度的元素堆积，反而会造成设计的混乱，破坏审美效果，因此亮度等元素的设计要适度，以满足人们的审美需求。

(3)失去美丽星空。徐家汇商圈的天空高亮度，主要就是过量的人工光直射或反射到天空造成的。上海的商务区夜空亮度明显高于其他区域，但即便是在郊区，夜空亮度依然很高，在这里晴朗的夜晚也难觅星星的踪迹。固然一个城市夜间的明亮程度反映了其经济发达水平，但是却也无情地剥夺了生活在这里的人们在夜间对城市星空和银河的遥望与观察的权力。图5是Google地球上显示的用卫星拍摄的上海夜间亮度分布，市区片亮度明显偏高。

图4 亮度过高带来的眩光

(4)造成能源浪费。过高的照明亮度消耗了大量的电能，实际上照明所占的能耗比重已超过了20%。如果不加以节制，将会进一步加重全球性的能源危机和环境污染。

图5 上海夜间天空亮度分布图

(5)过度的人工光照射可能会改变夜行动物的生长发育和捕食、信息交流等行为习性，扰乱动植物的正常活动规律。这些都违背了可持续发展的理念，会破坏生态系统的平衡。

2.3 夜景照明亮度过高的原因

在城市商务区夜景照明的建设与实施过程中，由于缺乏有效的统一规划、设计与监督约束，各业主自行设计其店面、招牌及广告等宣传媒介的夜间照明。基于视觉及视觉心理等方面的考虑，对比度明显、与其他视觉对象的照明风格反差较大的视觉对象往往更引人关注。为了吸引顾客的目光，业主们总是希望将自己的宣传媒介照得更亮，其结果就是各照明对象的亮度节节攀升。

另外主管部门为了彰显其城市经济的发展水平，有的则乐于政绩工程，使商务区内各景观照明和功能照明存在亮度过高的问题。并且疏于对各照明业主的监督和管理，任其追求过高的亮度。该现象在当今新兴的中小城市较为普遍。

以上这些因素所致的后果就是将过多的光线直接或间接地射向周边环境，从而使背景亮度太高，导致照明对象的视觉对比下降，使得照明效果减弱，这又促使各商业业主加大照明力度。由此形成恶性循环，进一步增强了背景环境亮度。据相关研究，城市景观照明关闭前后夜天空这一背景的亮度相差2～14倍。

3 照明亮度过高问题的解决

3.1 理论分析与思考

从本质上来说，人们对目标的观测无论是目视观测、照相观测，还是电子观测，往往是依靠亮度的对比才能够实现。常用亮度对比度来衡量亮度对比，它等于视野中的目标亮度与背景亮度差的绝对值与背景亮度之比。公式 (1)是亮度对比度C的表达式。

其中Lo是观察目标的亮度值，Lb是目标所处背景的亮度值。

如果考虑人工照明逸散光在区域内形成的亮度叠加，则会导致视觉屏蔽。记叠加的亮度值为Lv，此时的亮度对比度相应地变为下式 (2)。

比较 (1)式和 (2)式，显而易见，C＞C'。可见，由于覆盖在背景和观察目标上的叠加亮度，降低了目标的亮度对比度，从而减弱了观察者对于目标的观测能力。反映在城市商务区上，则对应为降低了游客或消费者在夜间对于店面、招牌或广告等宣传媒介的关注度。

相关学者的实际调查和研究也印证了这一分析和结论。曾有学者针对上海市区内几个主要观光旅游景点的16幢具有代表性的建筑，测量了它们的泛光照明亮度和背景亮度，并作了被照建筑物的亮度主观评价。通过分析所获得的主客观数据，他们认为泛光照明的建筑物的视亮度并不是单纯地由它本身的亮度所决定，而在很大程度上是适应亮度 (背景亮度，在这里是天空亮度)决定的。可见，要获得良好的视看效果，靠单纯地提高被视对象的亮度是不切实际的，应当设计被视对象和环境、背景间良好的亮度层次和对比。

在城市商务区内，建筑密集，商场、店铺众多，夜景照明的数量必然很多，带来区域内的环境和背景亮度升高。照明业主为了避免自己的照明对象湮没在高亮的环境和背景中，势必要增加被照对象的亮度。笔者认为这是出现各商家、业主盲目追求高亮度的恶性竞争的主要原因。

3.2 实践管理与控制

(1)有效的行政管理与约束

灯光管理职能部门应统一协调商务区内各照明使用单位，减少对背景和环境亮度贡献较大的照明设施，使得背景亮度下降，而保持各照明对象之间、照明对象与背景之间的对比度不变甚至提高，从而增强照明效果，并同时降低电能消耗。还应转变落后的行政执法理念，加强对不当照明的监督和约束，及时予以整改;对于新增照明，严格审批，遏制照明亮度过大、能耗过高的项目投入建设。

另外，各照明单位不应仅局限在通过亮度的差异来吸引关注，还应根据自身的特点，设计特色照明。通过与众不同的照明表达收到既吸引关注，又同时表现自身特点的双重效果。

(2)合适的控制策略与手段

城市商务区内各照明对象间、照明对象和环境背景间应保持合适的亮度比例，以突出照明的重点内容并维持良好的视觉舒适度，减少光污染和不必要的能源浪费。另外商务区在夜间还应分时段进行照明，例如18∶30～22∶00为重点照明时段，其他时间段适当降低或关闭照明。同时夜景照明还分平日、双休日、节假日、重要节庆日等场景模式，以灵活应对不同情况，调用相应的照明场景、烘托不同的气氛。如节庆日可适当提高照明亮度，以营造热闹、繁华、喜庆的节日氛围。

分析并制定合理的照明控制策略对照明加以控制，是实现照明节能的一个重要环节。通过照明控制做到尽量减少不必要的开灯时间、开灯数量和过高亮度，最大限度地减少电能消耗。同时延长照明系统的寿命，并有效减少光污染。

如果采用普通的独立手动方式控制照明，各照明业主会自行调控其照明对象的亮度，而难以根据“大局”情况来进行。这显然会使之前提出的分时段和分场景的照明方式的可操作性降低，实现难度增大。

但是随着计算机技术、网络和通信技术以及自动控制技术的发展与成熟，近些年来，网络化的智能照明控制系统已经开始在城市夜景照明控制中得到广泛应用。网络化的集控有利于管理，使得按时间表控制和按场景控制不再繁琐。通过智能化控制统一降低相关照明对象的亮度水平，使其相互间的对比关系不变，却同时减少了溢出光和能耗。

4 结束语

在城市商务区夜景照明的建设与改造过程中，适当控制照明对象的亮度值，通过层次分明的亮暗搭配和适宜的亮度对比来突显视看对象。除了亮度，还可以将其他照明风格如光色、动态光等与照明对象的特点紧密结合起来，打造个性化的照明灯光，起到吸引公众目光和广告宣传的作用。

在控制商务区内整体照明亮度时，制定合适的照明控制策略如时间表控制、场景控制，并引入智能化的集中控制系统，将在很大程度上方便同步调节各照明对象的亮度并保持相对恒定的亮度比。这些措施对于降低商务区内不必要的过高亮度，减少逸散光对于城市星空的污染以及其他形式的光污染，对于降低能源消耗，都将会发挥重要作用。

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