面向人居健康的城市夜景照明：进展与挑战

郝洛西,曹亦潇，汪统岳，邵戎镝

(1.同济大学建筑与城市规划学院，上海 200092； 2.高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室，上海 200092)

引言

在城镇化建设、城市基础设施升级、国内外重大事件活动的带动下，在夜景经济、半导体照明和数字技术创新应用的助推下，我国城市夜景照明发展迎来爆发式浪潮，并成为舆情热点。面对舆论的集聚效应，如何科学、客观地回应各种支持、质疑、反对的声音，并开展实质工作，引导城市夜景照明高质量、可持续健康发展，是一个应引起广泛重视的关键命题。城市照明的量与度不容忽视，过度的城市照明将对城市风貌、生态系统平衡、天文观测、通行安全等诸多方面带来难以估量的不利影响。而在众多因素中，人居健康与每一个人息息相关，它是城市存续发展的基础，更应成为城市夜景设计和管控遵循的原则和底线。

不适宜的城市照明对健康造成的负面影响极为多样化，既有瞬时的影响也有长期累积的影响，既有可感知的影响又有不可感知的潜在伤害。但城市照明带来的所有健康损伤风险若不加以重视，都将导致极其严重乃至不可逆转的后果，必须有效防控。本文通过对相关机理与实证文献的研究，梳理了城市照明可能造成的视觉、生理、心理等方面的健康影响及疾病风险，并指出城市照明标准、规范导则中纳入健康相关管控指标的必要性与迫切性。

1 中国典型城市夜景照明问题现状分析

得益于有关部门和产业各界的共同努力、光源与照明技术的创新发展，我国城市夜景照明规划、设计及管理明显改善，道路交通照明品质提升、路灯眩光问题得到有效解决，更合理的照明灯具设计不断涌现，然而挑战仍然艰巨，新形势下面临着诸多新问题、新挑战。

建筑媒体立面由于有效的信息传播力和效果凸显作用，被诸多城市亮化工程竞相追逐，俨然成为地标建筑和商业区域的标配。而媒体立面被千篇一律地在楼宇上不加克制地大量使用时，其夺目的视觉效果、繁杂色彩和缭乱动态，对城市风貌与市民生活、出行造成了严重的负面影响。相当多的研究关注了LED户外显示屏设置位置、亮度和动态变化的不合理现象，及其对驾驶者的视觉干扰和居住区形成的光侵扰影响[1-7]；国家标准《室外照明干扰光限制规范》(GB/T 35626—2017)，以及北京、上海和深圳等城市的地方标准、管理办法也对此提出了管控要求。但目前的工作远远不够，在关注建筑单体以外，多栋建筑连续、大面积使用媒体立面产生的叠加影响仍需探明，更全面细化的媒体立面指标管控亦有待出台。

装饰性照明、彩色光和动态光在城市建筑、景观、山体亮化中的盲目、过度使用，已屡见不鲜。尽管各地照明规划、标准导则对此提出了限制措施，但成效还需提升。进一步的合理设计阈值研究以及工程示范引导不可或缺。

道路监控补光灯使监控摄像机能够在夜间和昏暗环境下获得可清晰辨识的路面图像。但高亮补光光源造成人眼瞬时高强度曝光，产生了极大的视觉不适。研究显示[8，9]，许多监控补光灯的眩光阈值增量TI和眩光值GR大幅超出国际照明委员会(CIE)推荐的可接受值[10]，引起严重失能眩光，并增加交通事故和人眼损伤风险，亟需整改。

城市夜景照明受到城市功能定位、人口分布、产业格局、路网规划、文化经济及自然环境等多重因素的制约和影响，使得我国城市夜景照明呈现的问题具有高度的特殊性。因此，解决现状问题在对标国际经验和标准的同时，更需要结合我国国情，寻求可操作、可落实的具体办法。

2 城市夜景照明的多重健康影响

随着光照对人体视觉和非视觉作用机制的逐渐清晰，城市夜景照明为人类带来的各种视觉损伤、生物节律干扰、情绪和认知影响以及疾病风险正逐步被医学、流行病学、环境学等多领域的机理和实证研究所揭示。但城市照明要素与人居健康之间众多错综复杂的映射关系还亟需更清晰的探索和量化，使人们对城市照明的健康影响给予更多关注，从而更有节制、更科学地进行城市照明设计；亦使管控指标和原则获得有力的科学支撑，从而更有实效、更具体地指导城市照明管理工作。

2.1 视觉损伤

眼睛是人体最精密脆弱的器官，城市照明中的眩光以及彩色光、动态光的不当使用，都将造成不同程度的视觉损伤。我国每年投入大量资源和人力用于国民视觉健康防护，改善视觉环境是其中一项根本工作，城市照明应尽可能有利于视觉舒适，降低视觉损害，为创造人人享有的健康城市环境做出贡献。

城市照明眩光干扰行人和驾驶者的视线，引起诸多与视觉疲劳相关的眼部不适症状，亦使视力、对比敏感度[11，12]、色觉[13]等视觉功能大幅削弱甚至丧失。然而眩光还将导致更严重的后果，高强或长时间光照暴露与激光产生的光热、光化学和光机械效应使感光细胞凋亡，导致视网膜光损伤和功能退化，并加速白内障、老年黄斑变性等视觉疾病的发展[14]。还有研究指出，光照刺激诱发活性氧自由基产生，使视网膜细胞处于氧化应激状态，造成细胞死亡和生物膜溶解[14，15]。光照对视网膜的损伤具有累积效应。Noell等[16]在大鼠身上施加5 mm的光照，未对视网膜产生任何影响，但曝光重复3～4次，在1 h的黑暗间隔内，视网膜可发生重大损伤。因此，照明眩光对人眼的长期危害性不容轻视，尤其是刺激不显著的眩光，当人们还未有所意识，日积月累的视觉损伤已然产生。

饱和度是影响视觉舒适的主要颜色属性，过多的鲜艳或高度饱和的色彩将引起负面响应。Sagawa[17]研究了在CRT显示器上自然景物彩色图像的主观视觉舒适度，结果显示视觉舒适度与整体图像饱和度分布关系密切，饱和分量增加视觉舒适度降低[17]。巴黎和京都等城市已通过法规来控制饱和色彩的使用。具有特定图案的图像会引起视看者的不适感，并出现异常的视觉扭曲，这种现象被称为图形眩光(Pattern glare)[18]，偏头痛、视觉应激症状患者对图形眩光刺激尤为敏感[19]。视觉系统适应自然图像，图像的傅里叶频谱(Fourier amplitude spectrum)斜率和振幅与自然图像不一致及图像空间频率过度对比将造成视觉不适。动态光方面，刘鸣等[20]的实验研究表明,动态光环境的背景亮度、视角和刺激速度变化都是视觉干扰程度的影响因素，过快、过慢的动态光变化均加剧干扰程度。目前色彩、图案、动态光运用于城市照明和媒体立面所造成的影响还需进一步研究和阐释，但其为视觉带来的瞬间或累积的健康风险却不能排除，规范标准应先行，以防患于未然。

2.2 生物节律干扰

2015年CIE发布了关于光非视觉效应的声明，建议在适当的时间进行适当的照明。充分的研究证据表明，夜间的光线会引起褪黑激素分泌的抑制，扰乱睡眠，打乱生物节律，从而催生睡眠障碍、内分泌失调、免疫功能下降、抑郁情绪等诸多健康问题。

在户田直宏等人的研究中，20：00至24：00 100 lx(瞳孔照度)的连续光照刺激，产生了褪黑激素分泌抑制的作用效果[21]。城市照明环境中许多区域的垂直照度已超过了这一数值。此外，魏敏晨和戴奇等[22]联合实测了上海和香港两地6个商业区共888个测点的照明光谱(SPD)和角膜照度，通过昼夜节律刺激值(CS)研究光照对褪黑激素分泌抑制的影响。结果显示上海和香港分别有47%和86%测点测得的CS值超过急性褪黑激素抑制的工作阈值0.05，将对昼夜节律产生影响。因此，城市室外光环境节律影响的研究也应像室内光环境节律影响研究一样受到广泛重视。

视网膜感光神经节细胞(ipRGCs)上的光敏色素—黑视素(melanopsin)介导非视觉光照响应，它的光谱灵敏度曲线峰值在480 nm左右的蓝光区域[23，24]。目前节能环保的新型光源LED在城市照明中普及，相对于白炽灯等传统照明产品，LED照明的辐射亮度和蓝光含量更高，将带来更严重的昼夜节律干扰。美国医学会(American Medical Association)提出了禁止使用富蓝LED路灯的警告[25]。根据不同地点和任务照明的需要，优化LED室外照明系统光谱和配光设计的工作需要持续开展。

2.3 情绪及认知影响

近年来，重度抑郁症的发病率上升，夜间过量的光照也会对情绪产生负面影响[26]。Min等[27]基于韩国国家环境信息中心提供的韩国室外夜间照明的卫星数据和韩国社区健康调查数据(KCHS)进行分析，发现夜间室外照明与韩国成年人的抑郁症状和自杀行为显著相关，居住在夜间室外光照较强地区的成年人表现出抑郁症状和自杀行为的几率更高。夜间照明在情绪调节中的作用机制的动物模型研究表明，低强度的夜间光照会引起仓鼠的抑郁症状、导致学习和记忆能力受损；与白光和蓝光相比，暗红色的夜间光照对大鼠的抑郁反应的影响有所降低[28，29]。Benfield等[30]利用虚拟现实技术，针对森林、沙漠和海洋三种类型的国家公园，分别建立了9种不同程度光污染的虚拟场景，通过主观评价打分得出光污染较低的条件下被试情绪更加积极、总体评价较好的结论。

夜间过量的光线暴露可能会损害认知能力，并导致过度困倦和情绪变化，在长期从事轮班工作的工人中认知受损现象已经被证实[31]，夜班工作比白天面临更高的疲劳、焦虑和抑郁症风险[32]。年轻护士仅在夜班工作三个月后，就会产生无助、失控和冷漠等负面情绪[33]。城市夜景照明光侵扰对人体情绪和认知的影响可能没有夜班工作那么明显，但是其危害不可小觑。

2.4 疾病风险

除了昼夜节律紊乱和夜间褪黑素的分泌抑制等危害，长期夜间的过量光照会增加乳腺癌和前列腺癌等癌症的风险，还会引起睡眠障碍、衰老和代谢功能紊乱，诱发心血管疾病、糖尿病、肥胖症和情绪障碍等问题[34]。Cho等[35]通过对85篇文献进行梳理，分别从光照强度、光谱成分、曝光时间和周期等方面分析了夜间照明对人体健康的负面影响。由美国国防气象卫星项目(DMSP)的卫星图像数据确定的室外夜间照明亮度等级，提示了室外夜间人工光照的强度增加会提高女性乳腺癌的风险[36，37]，其生物学机制可能是夜间照明抑制了松果体产生褪黑激素的能力，而褪黑激素的抑制可能会导致雌性激素的上升，从而增加了患乳腺癌的风险[38]。此外，夜间室外照明水平与男性前列腺癌的发病率存在显著正相关，但与肺癌和结肠癌没有明显的相关性[39]。DMSP提供的最新夜间照明卫星图像与世界卫生组织报告有关女性和男性超重和肥胖发生率的国家数据结合分析显示，室外夜间照明与肥胖显著相关[40，41]。Obayashi等[42，43]通过在床头安装照度计，每分钟测量一次老年人的夜间光照量，发现夜间的人工光照射与肥胖症和血脂异常显著相关，并明显提高了夜间的血压值。因此，引发昼夜节律紊乱的夜间照明已被科学研究证明是造成肥胖和乳腺癌等公共健康风险因素的新来源[44]。

3 城市照明的管控现状及优化建议

CIE很早就关注到光污染问题，1980年与国际天文联合会(IAU)联合发表了《减少靠近天文台的城市天空光》指导方针[45];于2017年对出版物CIE 150:2003进行了改版更新，形成《室外照明设施干扰光影响限制指南》[47，48]，指出了干扰光对自然环境、居民、交通、观光及天文观测的严重影响，并提出了干扰光的适用范围及其规范要求。《城市照明规划指南》(CIE 234:2019)明确指出干扰光包括眩光、高彩度的动态光，将干扰光作为城市照明规划中重要的控制部分，需要明确制定应对光污染、天空光以及任何形式的干扰光的原则和策略，应在规划源头进行管控。CIE现行城市照明出版物见表1。

表1 CIE现行城市照明出版物

美国对光污染控制的管理法规较为完善，有关光污染控制的法律和法令在加利福尼亚州、华盛顿特区等通过，并有多个州已提交议案。法令中明确提出灯具截光要求、最低照明数量、运营时段、宵禁时段管理以及照明方式要求等。天空保护划定区内的要求则更为严格，要求避免产生任何非必要的灯光。日本和意大利等国也从城市室外照明节能及防止光污染方面制定了本国的规定。美国国际暗天空协会、欧盟的六等星、英国的暗天空运动等国际组织通过设立暗天空试验区，来保护未被人工光污染的天空；帮助没有立法的地区进行光污染立法；宣传保护暗天空的做法，评选保护暗天空的个人、团体和地区等，唤起人们保护夜空、避免光污染的意识，进而起到在更大范围内改善照明环境质量的目的。

目前我国已出台了一些城市照明国家和地方规范(见表2)。上海市地方标准《上海市城市环境装饰照明规范》明确规定了住宅障害光的要求，为上海“光污染第一案”的判决提供了依据。但随着国际标准的更新，这些标准数据需要进一步的研究。

国外城市规模及城市光环境发展和国内情况有较大差异，因此国内不宜直接沿用国外标准，应开展光污染对中国人居健康影响的规范标准制定研究，进行有针对性的城市光污染调研，发现我国城市存在的光干扰问题，对国标的制定进行科学的思辨与探索。CIE光环境亮度分区的设定在中国快速城市化发展的背景下是否适合中国的国情，特别是对于高亮度区是否应该针对中国城市等级再进行区别划分值得深入探讨。除此之外，应对大面积动态彩色光媒体立面进行专题研究，从面积、动速、色彩饱和度、图像内容等角度进行分析，探讨其对环境污染、人体健康、动植物的繁育等各类影响，提出有效的管理指南和规范。

表2 国内现行城市照明规范标准

目前城市夜景建设中对于光污染相关国家规范和地方标准执行力度不足，《环境保护法》对光污染尚无详细的描述，执行落实有难度，而光污染问题的解决有赖于夜间暗天空环境严格保护、规划布局优化调整、各行政区统筹协调等方面的多措并举，难以通过规划、政策、标准、管理办法等常规行政管理手段达到治本之效，应当考虑通过立法来解决。

4 结语

城市照明对人居健康产生的重要影响正逐步受到我国各城市的认可与重视。近年来，北京、杭州、成都等地的城市夜景照明规划提出宜居城市、以人为本等理念，以及具体针对居民生活区域和“近人尺度”城市空间的光环境建设要求。各地相继出台规章制度以管控城市光污染。未来的城市照明将更加以民生为导向，人居健康将成为城市照明规划与设计的核心要求。夜景照明建设与规划管控将更加注重“一城一策”，从而使过度照明、光污染等问题得到妥善解决，让大数据、云计算、物联网等智能技术得到适宜性的应用，令光的健康效益能够面向全社会、全人群有效发挥，从而鼓励人们形成健康生活方式、维持和促进健康，实现人们对美好城市生活的向往。

鉴于城市与人居健康两个开放复杂巨系统之间存在着多因素动态的交互作用，面向人居健康的城市夜景照明挑战重重,任重道远，但迫在眉睫且意义重大。目前，城市照明各组成要素对健康产生影响的可能机制、损伤阈值、防治方法有待探明; 针对中国城市结构、道路交通系统，以及中国人种光照响应特点的城市照明研究亟需开展；将健康人居理念科学贯彻的城市照明规划与设计需要尽快在示范工程实践中落地；融入健康人居内容的城市照明评价方法、指标体系以及规范和管理指南亟待出台。面对这些需要完成的大量实质性工作，从顶层规划、研究设计、制造应用、检测评估到规范导则、维护管理，政产学研用各层级、各专业领域应凝聚意愿与共识，通力合作，携手共创健康宜居城市新夜景。