基于侵扰光防治的城市夜景分区控制指标的探讨

宋捷翘，王立雄，张明宇，王爱英，于 娟

(天津大学，天津大学建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

引言

目前《城市夜景照明设计规范》JGJ/T 163—2008中对于光环境分区的标准是依据CIE出版物No.150(2003)的第2.7.4节关于环境区域的定义和划分确定的。但我国城市用地性质混杂，居住建筑与商业、服务业混合布置，夜间道路功能照明，以及商业类的牌匾和广告的亮度过高，导致我国居住建筑受室外光侵扰影响较大。在这种情况下，仅按照CIE技术文件中规定的E1—E4分区，不能满足中国城市用地布局的实际特点，针对性不强，在照明控制方面无法实施利用。

因此，本文在对中国城市夜景照明光环境分区研究的基础上，对当今中国光环境分区执行中存在的问题进行归纳分析，并深入探讨分区中各评估指标，以期完善中国城市夜景照明光环境分区的控制指标要求，从规划层面上对室外侵扰光的防治予以限制和指导。

1 中国城市夜景光环境分区依据

近年来，国际照明委员会(CIE)、国际暗天空协会(IDA)、北美照明工程协会(IESNA)等组织开始研究夜晚天空、城市商业区、城市居住区等不同区域，不同等级的道路以及各类建筑内部等，最终成果汇总形成了CIE出版物No.150(2003)[1]，将照明环境分为四个区域及两种时段：四个区域分别为：E1天然黑夜，如自然公园、保护区；E2低区域亮度，如工业或居住性的乡村；E3中区域亮度，如工业或居住性的郊区；E4高区域亮度，如城市中心、商业区。两种时段分别为熄灯时段前和熄灯时段。并规定了各个分区内居住建筑垂直面照度、灯具发光强度、平均亮度的最大允许值。

由于我国城市夜景照明设计起步较晚，最近20年才开始发展起来，还没有形成一套完整的体系。鉴于CIE的相关规定是通过大量调研，总结了世界各国的实践经验的基础上提出的，具有较高的权威性，所以《城市夜景照明设计规范》JGJ/T 163—2008中关于城市夜景照明光环境分区的相关规定按等同采用(IDT)原则，使用了CIE出版物No.150(2003)关于照明环境划分的相关内容，以及光环境分区中垂直面照度、灯具发光强度、平均亮度这三个重要指标的最大允许值[2]。

2 中国光环境分区执行带来的问题

近几年，我国依据《城市夜景照明设计规范》JGJ/T 163—2008的要求，发展和完善城市夜景照明，逐步形成统一建立夜景规划，科学设计的制度[3-4]。但在夜景规划光环境分区执行的过程中，遇到了如下问题。

2.1 用地混杂情况与光环境分区不能衔接

在中国，居住建筑和商业建筑混杂布置(如图1所示)，主要是由中国的城市规划模式决定的。城市商业区、公共设施服务等与居住区混杂布置，同时城市居住区配套设置的商业服务、文化、教育、医疗卫生等公共设施，造成了居住建筑和商业等公共建筑毗邻和混杂布置的现状。

由于中国的这种规划模式，中国城市夜景光环境分区如仅是按照E1—E4进行划分，不能很好地与中国城市用地布局相吻合，导致城市用地性质与光环境分区不能衔接的问题。如高亮度环境区E4内的城市中心区不仅有公共建筑、商业建筑，往往还有大量的居住建筑。商业建筑的亮度需求一般较高，而居住则刚好相反，两者之间就会产生矛盾，同时高亮度的商业建筑就会对周边居住建筑产生光侵扰。

图1 居住建筑和商业建筑混杂布置Fig.1 The miscellaneous arrangement of residential buildings and commercial buildings

2.2 新兴技术和产品的广泛应用加剧了光环境的复杂程度

近年中国的夜景照明环境变化巨大，LED被越来越广泛的应用于城市夜景照明设计当中。虽丰富了城市夜景照明，如商业建筑的照明设计，开始广泛应用动态照明、彩色照明等方式吸引购物者；但也造成了光线过亮，照明方式杂乱，光色的滥用，颜色对比不协调，夜景照明与环境不协调等问题，加剧了城市夜间光环境的复杂程度。此外，由于灯具的选择不恰当，缺乏对灯具的光效、节能问题的认识，也造成了能源的浪费和光污染的状况[5]。

2.3 缺乏区域内照明建设的限制性指标

依据现有光环境分区，在同一光环境分区内遵循相同的控制指标，对于不同的建筑，均采用相同的亮度等级和建设的强度，出现了“在不该有光的地点有光”、“在不该有光的时间有光”等问题。如深夜居住区附近的商业街广告灯光，过多的居住建筑立面照明装饰等，就会成为侵扰光，影响人们晚间休息，形成了大量的光侵扰问题[6]。

按照单一功能划分光环境分区这一方式，目前还不足以满足中国的实际需求，导致在执行过程中带来了诸多困惑。

针对上述出现的问题，应考虑综合因素的共同作用，包括规划控制、指标规范控制、产品技术控制及管理方面的控制。其中规划控制是首要的，起到统领全局的作用。夜景照明规划中应权衡与确定各种不同载体及其环境的控制指标。且对于控制指标，不应仅采用单一功能划分的方式进行控制，应对其载体、环境特征进行细化，采用分类控制的方式。从而建立一个完善的城市夜景照明光环境分区指标的控制体系，避免城市夜间光环境分区混杂及大量光侵扰现象的发生。

3 光环境分区控制的探索研究

3.1 光环境分区控制指标

针对中国城市的实际情况，通过对照明规划的研究和实践，将CIE 150号文件中关于环境分区的指标进行细化，同时对其实现的可行性进行分析。最终形成了使用分区指标与技术指标相叠加的方式对中国城市夜景光环境进行多重控制。具体实施时，应考虑夜景照明亮度在时间和空间上的分布，照明载体的类型，分区中不同区域周边边界的处理情况、光侵扰的限制要求等影响因素[7]，将夜景照明规划的控制指标分为以下四项。

亮度分区控制：参考国际照明委员会(CIE)推荐的环境亮度分级，结合城市总体规划结构、功能分区和用地性质，一般分为4级亮度控制区：高环境亮度区、中等环境亮度区、低环境亮度区、黑暗区域。

地区开发强度：为了更好的落实夜景照明规划的建设，针对城市夜景照明规划提出了夜景照明开发强度。夜景照明开发强度指对规划范围内，实施夜景照明建设数量规模的控制。开发强度是以照明密度的最高限值为指标进行控制的，一般分为五级，也可根据城市规模适当调整分级。

光色分区控制：根据城市日间色彩的差异，不同城市的夜景主光色也会有差异。光色的选择还与城市的风貌特点、地域文化特色等有关。中国城市夜景主光色主要分为暖黄色，暖白色，中性白和冷白色四种。确定城市主光色后，再根据不同的功能分区、使用性质以及建筑高度在光色上加以区别。

节能时态控制：首先以规范中的熄灯时段，作为节能时态控制的方法，一方面确保人们夜间休息不受光侵扰，另一方面也可以节约能源。此外设置平日、节假日、重大节日等不同的开灯控制模式，一是为了营造不同氛围下的景观效果，二是为了节约能源，三是为了限制光侵扰。

上述四指标以亮度分区控制作为基础，叠加地区开发强度指标、光色分区控制指标和节能时态控制指标，并根据各分区不同的城市功能定位、建筑属性、环境属性加以具体指标的调整和确定，以实现对城市夜景照明规划的多指标复合控制。

3.2 典型城市夜景照明规划

以武汉城市夜景照明规划为例，阐述运用多指标复合控制这一手段。

武汉市位于湖北省东部、长江与汉水交汇处，整体城市格局呈两江、三个城市片区的形态。夜景照明规划范围为武汉市主城区行政区域，面积为678平方公里。主城区规划结构为中央活动区和15个城市综合组团(见图2)。中央活动区是武汉的城市主中心，集聚城市重要的公共服务职能和大型的公共服务设施；综合组团以居住、生活服务和都市工业为主导，是职居相对平衡的城市单元。

图2 武汉市主城区规划结构Fig.2 Planning structure of urban zone in Wuhan

夜景照明规划服从城市总体规划，提出“一核两江三轴四心十一带，以及若干景观节点”所形成的点、线、面相结合的城市夜景照明主体架构(见图3)。

图3 夜景照明规划主体架构[8]Fig.3 The main structure of nightscape lighting

通过对武汉市的实际需求进行调研，超过1/3的市民认为目前武汉市夜景照明室外侵扰光会影响到居住建筑室内休息(见图4)，在建设中应予以重视。此外武汉市夜景照明现状缺乏指标控制，存在夜景的光色、亮度及区域协调等问题。为了改善武汉市夜景照明现状中的问题，武汉市主城区行政区域夜景照明规划结合亮度分区要求，加入地区开发强度控制、光色分区控制、节能时态控制等因素综合考虑制定分区及相应控制指标。

图4 武汉市夜景照明现状问题Fig.4 The problems of Wuhan’s nightscape lighting

1)亮度分区控制(如图5所示)：

高环境亮度区(15～20cd/m2)：具体指滨江活动区；中央活动区内的其他片区中的商业区、公共服务区和综合组团中心的商业区。

中等环境亮度区(10～15cd/m2)：主要体现在高环境亮度区的周围，具体指滨江活动区内的城市绿地、开放空间、仓储用地等；中央活动区内其他片区中的居住区、公共服务区；综合组团中心区及周围的居住区、公共服务区和长江核心段和汉江核心段的江滩。

低环境亮度的区域(5～10cd/m2)：具体指中央活动区内其他片区中的城市绿地、开放空间。综合组团中心区外的城市绿地、开放空间、工业区、居住区；生态区周边的城市建设区和生态区中的重要景点。

黑暗区域(0～5cd/m2)：主要为武汉生态环境保护区，具体指东湖、沙湖、南湖、墨水湖、南太子湖、龙阳胡、三角湖等。

2)开发强度控制：据武汉城市总体规划的城市功能分区要求，将武汉市主城区分为五级夜景照明开发强度。具体如表1所示：

3)光色分区控制：如图6所示，根据武汉市城市风貌特点、建筑功能及形式、地域文化特色，确定城市夜景的主体光色为暖白色，整体光色由橙黄色、暖黄色、暖白色、中性白和冷白色，根据不同的功能分区、使用性质以及建筑高度在光色上加以区别。

图5 亮度分区控制Fig.5 The control of luminance partition

类型照明密度(最高限值)具体类别开发强度控制一级开发强度80%滨江活动区内的商业区;中央活动区内主要景观轴线和景观带两侧的商业、公共服务区、高层居住区;城市夜景中心区内的商业、公共服务区;综合组团中心的商业区二级开发强度70%滨江活动区内的历史街区,主要道路两侧的居住区;沿长江核心段的居住区;中央活动区内主要景观轴线与景观带交口处的居住区;中央活动区外主要景观轴线两侧的公共服务区;城市夜景中心区内商业区周边的居住区三级开发强度50%滨江活动区内次干道两侧的居住区;沿江核心段的江滩;中央活动区内自然景观周边的居住区,次干道两侧的居住区;夜景景观带与城市主干道交口处的居住区、公共服务区;城市夜景中心周边的居住区、公共服务区;综合组团内主干道两侧的公共服务区四级开发强度20%中央活动区内的城市绿地、工业区;综合组团内主干道两侧的居住区五级开发强度10%生态保护区,综合组团内的城市绿地和次干道两侧的居住区

4)节能时态控制：根据建筑类型及在城市区域内的重要程度，提出不同的控制要求。其中，文化建筑以及行政办公建筑以体现建筑特色为主，如图7，平日只表现建筑体量，节日时增加体现建筑细节的投光灯，并且亮度高于平日；体育建筑多为地标建筑，节日时可采用彩光、动态照明来渲染节日氛围；历史保护建筑以暖白色光为主，禁用彩色光，节日时增加刻画细节的投光照明和装饰照明；商业建筑节日时可增加动态照明烘托节日氛围。

图6 光色分区控制Fig.6 The control of light color partition

图7 节能时态控制Fig.7 The control of time and state of energy conservation

3.3 小结

武汉市城市夜景照明规划采用了多指标复合控制，建立合理的光环境控制指标。以达到从夜景照明规划层面上防治侵扰光、节约能源，资源环境和城市建设的协调发展的目的。

通过对武汉实例的分析，针对中国城市功能区布局的实际情况，光环境分区应结合采用以上四项指标的协调控制，并结合区域功能特征以及载体类型进行细致划分。在采用多指标复合控制的时候，当各指标间能够相互吻合，则应当按照这种控制方式予以落实，当各指标间不能吻合，则应当遵循协调处理的原则，根据具体问题具体分析，通过调整或降低相应区域和地段的亮度级别来协调。

4 结语

采用多指标复合控制的城市夜景分区，是从宏观层面上防治侵扰光的重要手段，以防治不合理的夜景照明带来的光污染。在具体案例的实现过程中，通过确定合理的亮度分区控制、地区开发强度、光色分区控制、节能时态控制等，再充分运用各种设计手法和设备技术，以达到建立一个完善的防控体系，达到从源头控制光侵扰的目的。

该复合指标的控制手段，在应用过程中还会面临很多问题。如何协调好各分区指标的相互叠加，各分区间的衔接，以及后续分区各指标间的相互叠加，是下一步研究工作亟需解决的问题。

[1] CIE． Guide on the Limitation of the Effects of Obtrusive Light from Outdoor Lighting Installations：CIE 150—2003[S]． Vienna: CIE Central Bureau，2003．

[2] 城市夜景照明设计规范：JGJ /T163—2008[S]． 北京: 中国建筑工业出版社，2009．

[3] 郝洛西．城市夜景照明规划要素[J]．城市环境设计，2004 ( 3) : 64-69．

[4] 马剑，张海滨，高辉，等．城市景观照明规划控制理论研究[J]． 照明工程学报，2013，24(6): 20-24．

[5] 何秉云．光污染的产生、影响和治理[J]．照明工程学报，2013，24(增刊): 66-71．

[6] 于娟，曹阳，金纹青，等．天津市居住建筑光侵扰现象的主观调查及评价研究[J]． 照明工程学报，2014，25(4): 71-77．

[7] 姚鑫．城市景观照明总体规划的调查、研究过程与方法探索[D]． 天津: 天津大学，2007．

[8] 武汉市主城区夜景照明规划(2013—2020).