基于溶洞石景保护的旅游洞穴景观照明参数建议

段 然，王志刚

(1.重庆工商大学 艺术学院，重庆 400019；2.重庆大学 建筑城规学院，重庆 400030)

引言

喀斯特洞穴丰富的沉积石景极具观赏价值和科学价值，是重要的旅游资源[1]。人工照明弥补了旅游洞穴天然光照不足的问题，成为塑造洞穴自然奇观的重要手段，也是旅游洞穴开发的重要标准[2，3]。目前，旅游洞穴的研究涉及到洞穴开发、利用、洞穴的保护及洞穴生物等方面[4-7]。旅游洞穴景观照明已发展多年[8]，但在旅游洞穴景观照明方面的研究却相对较少，多关于洞穴人工照明的使用、照明系统的设计及溶洞照明工程案例的分析等，特别是结合旅游洞穴石景保护的景观照明参数研究尚缺乏[9，10]。如何为溶洞提供适宜的人工光环境，科学利用人工照明塑造旅游洞穴内部景观，保护旅游洞穴沉积石景，提升旅游洞穴品质具有重要的科学意义及工程实践意义。

1 国内外旅游洞穴景观照明研究动态

溶洞照明会引起旅游洞穴生物活动方面的影响[11]，Meyer-Rochow和Waldvogel[12]研究发现，发光蕈蚊在不同光谱能量分布的景观照明下，活动发生改变，证明了发光蕈蚊更能适应于红光照明，但Merritt等[13]在澳大利亚Marakoopa Cave的实验得出，人工照明对发光性生物的影响作用不显著的结果。Marimuthu等[14]的研究指出在10～20 lx溶洞景观照明下，洞穴蝙蝠的昼夜节律遭到破坏。也有研究指出溶洞照明会引起洞穴内植物生长，破坏洞穴沉积石景[15]。在旅游洞穴景观照明的实践中，国外侧重于利用照明对造景和景观意境的渲染，有选择性的进行景观照明，着重进行洞穴发展历程的叙述[16]；针对不同的艺术主题，利用不同的照度、亮度、对比度等，结合照明手法对景观进行渲染。在Postojna cave旅游洞穴的Brilliant、Dragon等景点利用动态照明的手法及合理的照明技术进行溶洞景观的塑造，结合动态照明使旅游洞穴景观得到了展现。

旅游洞穴景观照明研究指出旅游洞穴厅洞景观照明实践中指出[17]，利用照明技术对溶洞景观进行多层次的动态光照射，重点景观照度不宜超过250 lx[18]，装饰性照明照度控制在10～20 lx，游道照明照度控制在2～5 lx，显示照明照度为5 lx；主光与次光的照度比应该控制在4∶1[19]。低照度的照明设计需采用偏黄色的低色温光源，照度小于20 lx，色温为2 000 K；中等照度采用低色温光源，照度为50～200 lx，色温为2 000～3 500 K；高照度景观段照明，照度可大于200 lx，色温2 500～7 000 K白光或偏蓝光[20]。然而，旅游洞穴成因不同，洞穴内部自然景观情况不尽相同，仅以光源照度值进行照明效果界定，无法系统的形成旅游洞穴景观照明的标准。

2 旅游洞穴景观照明现状调研

对旅游洞穴景观现状进行调研，调研情况如图1、表1所示。调研围绕我国具有5A级称号的旅游洞穴展开，包括重庆武隆芙蓉洞景区、贵州安顺龙宫溶洞、广东连州地下河景区溶洞、河南洛阳鸡冠洞景区及辽宁本溪水洞景区等[21]。根据调研得出：①目前旅游洞穴内景观照明光源主要以黄光金卤灯、蓝光金卤灯、绿光金卤灯及荧光灯等传统光源为主，且不同类型光源照射下有不同灯光植物生长，如，芙蓉洞景观照明下生长的苔藓类、蕨类、藻类等灯光植物。②照明光源以50，150 W和250 W功率为主，照度范围在150～250 lx之间，人工光源、灯具后期维护较好，灯具完整，光源仅有少量光衰；部分线缆的布设损坏了石景结构，如辽宁本溪水溶洞，有钟乳石被照明线缆破坏情况。③部分洞穴内有人造景观小品照明，如辽宁本溪水溶洞内对“动物形”、“人形”景观小品的照明等。

图1 旅游洞穴照明现状实景(上:重庆张关溶洞;下:辽宁本溪溶洞)Fig.1 The current situation of tourist cave lighting

表1 旅游洞穴景观照明调研情况Table 1 Investigation of tourist cave landscape lighting

3 旅游洞穴景观照明问题分析

1)旅游洞穴景观照明的艺术性。我国缺乏旅游洞穴景观照明的相关规范，CIE(国际照明组织)也没有对旅游洞穴景观照明做出指导。目前，我国旅游洞穴照明多根据以往的经验进行设计，不同旅游洞穴造景手法完全相同，导致旅游洞穴照明缺乏特色，不能展示旅游洞穴内部空间的差异。在景观照明造景上多采用具象联想叙事的方法，照明手法单一，以静态光为主，随意利用主光、辅助光、气氛光等照明手段[22]牵强创造沉积石景的主题，且景观主题的过渡生硬。光源设置不能充分表达沉积石景的艺术效果，光源集中选择红光、紫光、绿光及蓝光金属卤化物光源的应用，金属卤化物光源的显色性低，游览者无法清晰的欣赏到重要沉积石景的形态、色彩及结构。多数旅游洞穴中加入有机材料的景观小品，并对其进行照明(见图1)。在审美上，有机材料较具象且生硬，不能够打造溶洞内环境的艺术美感，难以提高旅游洞穴的游览品质，更将污染源带入洞穴，在照明环境下有机材料发生化学反应，释放有毒气体，且有机材料易腐烂、易燃，也带来旅游洞穴的巨大的安全隐患，不利于洞穴景观的保护，更会改变或破坏洞穴景观多样性的动态演变方向和趋势。

2)旅游洞穴景观照明光源光谱参数。人工光源光谱能量分布可为黑暗环境中的植物提供生长所需要的能量，旅游洞穴景观照明应结合洞穴内部景观特点及功能进行照明光源光谱的选择。目前，旅游洞穴照明光源多为传统光源，如白炽灯、荧光灯、高压钠灯及金属卤化物灯等[23]，随着LED光源的发展，也有不少旅游洞穴开始使用LED光源，如四川龙潭旅游溶洞照明改造工程。人工光源光谱能量分布与日光不同，对金卤灯、荧光灯光源光谱能量分布与日光光谱进行实验室测量，见图2。可知，荧光灯、金卤灯光谱各能量段比例较平均；金卤灯为气体放电光源，不同颜色金卤灯区别在于光谱能量分布的中心波长范围不同，白光金卤灯波峰范围在600 nm附近，黄光金卤灯波峰范围在580 nm附近，绿光金卤灯波峰范围在510 nm附近，蓝光金卤灯波峰范围在470 nm附近。对沉积石景的照明应根据情况选择适宜的光谱。

图2 旅游洞穴照明光谱能量分布范围Fig.2 Spectral energy distribution of tourist cave lighting

3)旅游洞穴的照明与石景保护。旅游洞穴中受人工光照所生长的藻类植物、苔藓类植物与蕨类植物称为灯光植物。藻类所分泌的粘液为多糖类物质，在微生物作用下氧化分解为对沉积石景极具腐蚀的物质，破坏钟乳类石景的表面，改变钟乳石的颜色[24]，降低石景的观赏性，破坏了旅游洞穴的可持续发展，且附着于正发育中石景的藻类物质具有向光性，可导致钟乳类石景向光发育，破坏了钟乳类石景的生长；苔藓植物为结构简单的小型绿色植物，能分泌酸性物质溶解岩石成分，对洞穴地质资源有极大的破坏性；蕨类植物也是极具侵略性的绿色植物。灯光植物对光谱能量的需求是具有一定比例的，根据图3可知，绿色植物光合作用主要吸收光谱能量分布在400～500 nm(紫光、蓝光)及600～700 nm(橙光、红光)；500～600 nm(黄光、绿光)不能提供绿色植物光合作用能源。那么，可根据灯光植物对光谱的需求进行灯光植物的造景或抑制，有效保护石景不被灯光植物侵害。

图3 植物光合有效辐射图[25]Fig.3 Plant photosynthesis effective radiation

根据灯光植物的生理特点，当光照强度超过植物的光补偿点时，促进植物的生长，当光照强度超过植物光饱和点时，损害植物的光合机制，植物不能正常生长。通过对藻类的研究，阳性植物光补偿点是1 000～2 000 lx，阴性植物光补偿点是100～500 lx；阳性植物的光饱和点在20 000～25 000 lx，阴性植物的光饱和点在5 000～10 000 lx。所以，当人工光源光照强度低于100 lx时，绿色植物不能够进行能量积累，有利于旅游洞穴石景保护的照明。

4 旅游洞穴景观照明参数的建议

堆积地貌是溶洞景观中的精华部分，根据堆积石景的不同类型，进行旅游洞穴景观照明参数界定，见表2。大面积的石幔可利用低显色性金属卤化物光源进行泛光照明，根据周围景观类型选择以黄光或彩色光照射，根据石幔面积的大小选择照度范围，不宜超过100 lx；正在发育的石笋、石柱，可利用较高显色性的光源，为游览者提供较好的视看石景条件，且为避免钟乳石附着灯光植物破坏钟乳石生长，需选择光谱范围分布在500～600 nm的光源，照度值可适当提高至250 lx；边石堤不做重点照明，以低显色性光源泛光照明为主，照度值要求较低；其他类具有特色的堆积地貌需根据实际情况进行照明，照明手法主要以投光照明、局部照明为主。景观照明供电系统的安装过程中需结合沉积石景的形态进行线缆的布设，以不破坏溶洞沉积地貌为前提，杜绝暗线的线缆布设方式，尽量减少线路的分支、接线及开关的布置，线缆的材料选择上应注意防水等。

表2 旅游洞穴石景景观照明参数建议Table 2 Suggestions on lighting parameters of stone landscape in tourist cave

5 结语

旅游洞穴景观照明标准规范的制定需要地质学、光学、生物学、美学、旅游学等学科的融合，需要针对旅游洞穴不同景观类型进行研究。为了旅游洞穴景观照明的健康发展，需要制定完整的旅游洞穴景观照明技术标准，包括旅游洞穴电气系统的电路设置、照明时间及旅游洞穴照明灯光系统的安全防护标准等。本文通过对我国具有代表性的旅游洞穴景观照明调研，发现了旅游洞穴景观照明现存的问题，根据实验室测量结果进行解析，结合旅游洞穴堆积石景类型，建议了对旅游洞穴石幔、钟乳石、石笋、石柱等沉积石景保护的景观照明设计手法及参数的建议，为旅游洞穴生态景观照明提供了参考。