基于生态理念的校园照明系统设计研究

王晨杨+沈新荣+冯沛龙

一、校园照明的问题分析

1.分区无序。

对锡城多所中学校园的调查表明，“分区无序”的照明问题普遍存在。校园照明大多只分“有照明”和“无照明”两种，其中，教学区、生活区（学生宿舍、教师公寓等）及连接两区的主要道路旁布置有路灯等照明设施，而运动区和其他区域并没有任何照明设施。

校园照明的首要目的是保障师生夜间学习和生活的安全，提高校园各类室外设施设备的夜间使用率；同时也应与校园环境相结合，利用多种灯光技术来展现校园的夜间景观形象；考虑到“观星认星”的课程教学需要，特定区域的灯光应被严格管制。因此，在中学校园施行“分区照明”非常必要。

2.亮度失控。

《中小学校教室采光和照明卫生标准》（GB7793—87）自1988年3月正式实施，至今已有近20年。“标准”的出台，在帮助学生辨识对象、预防近视和提高学习效果方面起到了重要的作用。

但时至今日，校园的户外照明仍缺乏必要的规范和指导。大型探照灯产生的炫光污染、不恰当的垂直面照度导致的轮廓效应、设计不良的灯具形成的无效光溢出、不合适的安装位置和方向引发的用户光入侵等问题，不仅在校园内而且在社会上普遍存在。这一方面造成了能源的极大浪费，另一方面在人体健康、動植物生态平衡、天文观测等方面也有不良的影响。

3.品位不高。

校园照明的品位高低，首先看是否“绿色”。风光互补路灯，尤其是太阳能路灯具备清洁、安全、适用广、寿命长和免维护的特性，却是中学校园照明系统中的稀客；校园灯光控制系统是否智能，能否根据夜天光亮度的实时变化自动开启或关闭室外照明、调节路灯亮度，关乎节能大计。

其次看有无“文化”。校园夜景是校园文化的重要组成部分，应与校园规划统筹设计。雕塑、壁画、广场、亭台、喷泉、河湖等重要的校园小品是否能在夜间仍具有观赏、休憩、教育的功能，与校园照明设计紧密相关。

第三看“课程”体现。校园照明系统是重要的校本性课程资源，从路灯的布置、灯具的设计，到灯光小品的规划、控制系统的优化等各方面，都对学生有潜在的教育影响。倘若对学生进行科学引导，吸引其参与照明系统相关的设置、优化工作，将能更好地体现“课程”意识，促进学生的兴趣发展。

二、生态校园的理论指导

1.生态校园。

生态校园是运用生态学的基本原理与方法规划、设计、建设、管理及运行的人与自然关系的和谐，各物种布局、结构合理且环境质量优良，物质、能量、信息高效利用且对环境友好的集学习、工作、活动、休闲功能于一体的人工生态系统。

生态校园一般从景观、技术、教育和管理四个层次进行建设。建设以校园布局、道路规划、建筑设计、园林景观为主要内容的生态景观；利用以可再生能源、环保技术、循环使用为主要内容的生态技术；开发渗透有生态规律、伦理和美学等相关理念的生态教育课程；健全以对环境友好的管理制度为主要内容的生态管理体系。

生态校园的具体建设过程，不仅强调学校教职员工的规划与设计，而且关注全体学生的参与和改造作用。生态校园建设的意义，也不仅在于校园生态环境质量的改善，而且在于师生共同的可持续发展生态观的养成，及进一步的辐射和传播。

2.中学校园照明。

生态校园理念指导下的校园照明，应是采用生态学的原理和方法设计、建设、运行和管理的布局合理、亮度适宜、品位健康，对环境友好的，能满足师生学习、工作、生活、休闲需要的智能系统。

具体来讲，校园照明系统的建设应以生态规划为基础，充分考虑校园功能分区和绿植分布，使总体的校园照明与生态环境和谐统一、相得益彰；应以生态美学为参考，在满足师生学习、工作和生活的基本需求的前提下，利用灯光技术满足师生的审美和文化享受需要；应以生态技术为支撑，适当采用新能源和可再生能源等供能方式，以减少对环境的不良影响；应以生态管理为保障，完善智能化的照明控制系统，减少不必要的能源浪费；应以生态教育为动力，引导学生参与生态照明和生态校园的建设，养成可持续发展的生态观。

三、天一中学建设实践

1.分区规划。

江苏省天一中学位于无锡市锡山区（图1），学校占地面积近500亩，在校师生约3000人。在“生态公园”“温馨家园”“文化圣园”“数字校园”的四园理念指导下，学校建设形成了“教学区”“生活区”“运动区”“校园农场”四大功能分区，各分区间不仅有路网连接，而且有“映天湖”“植物园”“汇文广场”等生态景观和文化小品。

根据区域的功能不同，学校采取了不同的照明策略。教学区内部（中央广场区域）是寄宿制学校学生夜间活动的主要场地，为满足户外活动的需要，需要在路灯的密度、亮度、位置和形式上综合产生较亮的照明效果。为此，学校安装了51组庭院灯（图2），每组含5盏灯泡。庭院灯的间距平均17米，杆高3.25米。顶部灯罩的设计有效防止了天向逸散光，四周透光玻璃的设计通过引导光线折射，一方面减少了向上的光溢出，另一方面尽可能地扩大了单盏庭院灯的水平照度。

考虑到校园外围环路风格的一致性，学校在生活区及与其直接相通的校园环路上采用了同样的照明器具：遮光路灯（图3）。总数为52盏的遮光路灯间隔约28米，杆高可达8.34米，为在环路和生活区附近通行的汽车、电动车和自行车提供了必要的照明。较高的杆高和较远的间距，既保证了足够的水平照度范围，又减少了能源的消耗。灯泡嵌入灯罩内部的设计，将光线限制在一定范围内，减少了天向逸散光和其他角度的无效光溢出。

为满足体育馆和游泳馆夜间开放的需要，学校在两馆中间的步行区域安装了6盏导管灯（图4），杆高3.5米，间距约11.5米。导光管的设计，有效避免了天向逸散光，降低了炫光，同时还增加了地面的水平照度和人行空间的垂直照度，在照明和节能方面起到了事半功倍的效果。

在风景秀丽的“映天湖”湖畔西北的林荫小道上，学校安装了10盏遮光景观灯（图5），杆高3.36米，间距约16米。朦胧的遮光景观灯与小道旁婀娜的柳树以及微风拂过的湖景相结合，更增添了一层江南水乡的柔情，为在此慢行的师生提供了如诗如画的环境。

在后续的改造中，学校将进一步完善校园“分区照明”规划，形成各具特色的照明功能区。同时，继续保持“校园农场”低照度的夜光环境，以避免人造光源对绿植生长的干扰。

2.特色照明。

基于休憩、审美和“观星认星”的课程教学需要，学校规划、设计了一些“特色照明”。学校标志性建筑物——信息楼、体育馆（图6）的照明处理，烘托了明亮、庄重、简洁的气氛，同时又勾勒出主要建筑物的轮廓，起到了很好的夜间辨识和审美效果。

在“汇文广场”区域的照明设计上，学校摈弃了常见的地埋灯、低位反光灯设计，而是采用了“借光”的方式，通过巧妙借用西环路路灯和学生公寓1二楼大厅的侧向逸散光来营造典雅、舒适的视觉艺术效果（图7）；同时，在广场边缘的喷泉区采用了暗调池灯和池壁灯等水下灯源，起到了既突出水纹，又不映射至水面以上的良好效果。这种借用的理念和节能的做法，兼顾了照明技术、夜景环境和节能环保，满足了师生夜间休憩的需要。

此外，基于学校天一天文社的特色校本课程教学需要，除在校园内杜绝大型探照灯，推广低溢出的绿色、环保型路灯外，学校在科学楼及周边区域实施了灯光管制。尤其是科学楼北侧“江南植物园”和“映天湖”周边的“暗夜区域”，有效保证了科学楼楼顶观星平台的日常运作，可以满足学生基本的目视观星、望远镜观测和天文摄影（如北天星轨、星座摄影等）的课程教学需要。

3.绿色照明。

在校园照明系统的建设中，学校大量使用了高效率、长寿命、无污染、安全稳定的节能型照明电器。既充分提高了路灯的有效照度，又大大节约了市电电能的消耗；既减少了电网日常维护的成本，又延长了灯具的使用寿命。

在校园照明系统的改造中，学校开展了“绿色照明”的试验性建设工作，在东环路安装了一批太阳能路灯（图8）。太阳能路灯直接将自然光转化后储存在光伏电池中，有效减少了市电的能源消耗；无需开沟埋线，维护费用低且更为安全可靠；通过智能控制器的介入，可以根据夜天光亮度实时调节发光亮度。此外，将太阳能电板设置在灯泡上方的做法可以有效削减天向逸散光，起到防治光污染的作用。

此外，通过校本课程和学生社团的开设，一些新能源、新技术被师生引入、开发，应用于实践。如学校中英合作“风力发电研究小组”的师生在科学楼顶楼设计、安装了大功率风力发电机，国际部徐安炯同学研发的“太阳能固定双向互补超大面积聚光蜂窝热水蒸汽炉”获全国青少年科技创新大赛英特尔工程奖并成功申请了专利。

4.生态管理。

生态管理的一个重要方面就是科学的照明设计。学校根据不同功能区的照明需要，确定了不同区域、不同方向、不同地平高度和不同时间段的照明亮度，通过路灯的形式、分布位置、密度、杆高、灯罩样式的精心选择，一方面控制好功能照明的水平照度、垂直照度、均匀度，另一方面建设好景观照明以烘托、体现校园的夜间景观和内涵，是对分区照明、特色照明和绿色照明理念的实施和贯彻。

随着天一天文社多个校内夜空光度监测站的建设推进，未来，国际领先的SQM测光仪获取的实时夜天光数据将可能与校园照明控制系统形成联网，变定时开闭的路灯为根据实时夜天光亮度自动调节的照明系统，成为一个更为智能、可靠的生态化管理系统。智能控制系统通过充分利用自然光来进行补充照明，可以有效降低长明灯、早亮灯的现象，不仅节约了市电电能，而且促进了师生科学的光害意识的养成，推动了学生研究项目的深入和走向国际。天一天文社已接获国际天文学联合会共建全球夜天光监测网络的正式邀请，与德国地球科学中心的科学家们联合召开了“光污染影响天文观测”网络会议，并组织师生赴香港大学开展了光污染防治相关的技术研讨。

四、城市照明的反思探讨

校园照明是城市照明的一个缩影，城市照明中诸如能源浪费、布点不均、亮度失控、品味不高的问题在校园里也普遍存在。

相比大型市政工程的重建，校园内照明系统的改造在难度上更小，成本上更低。以学校为单位，科学规划、认证，大胆采用新能源、新技术和生态化的管理体系，进行照明系统的改造试点，受益者将不仅只有师生，更包括全社会的每一个个体。

学校作为占地面积有限的局域性单位，仅靠一己之力的有质量的户外照明来维持和保护健康、生态、审美的夜间环境和人类共同的夜空遺产是力不从心的。学校的照明改造也需要周边单位和群众的大力支持和配合。比如天一中学科学楼楼顶观星平台的夜天光环境正受到学校西南侧晶石国际大厦外墙LED广告屏的强光威胁，需要进行积极、持续、有效的协调。

全国性、地方性的城市照明规划和立法将是我国社会经济发展从粗放走向集约，从量的积累走向质的提升的重要战略转型期内迫切需要重视、解决的。

备注：本文系江苏省教育科学“十三五”规划重点自筹课题《STEM教育视野下学生研究项目开发研究（B-b/2016/02/65）、无锡市教育学会“十三五”教育科研课题《基于“项目学习”发展“核心素养”的地理教学研究》（XH1628）阶段性成果。