生态视角下的重庆照母山森林公园夜间光环境设计

严永红

胡宗光

随着中国经济的快速发展和城市建设的深度推进，具有修补城市生态、可满足游客和市民旅游/休憩/娱乐/健身等多功能需求的城市森林公园，在城市建设的改造升级中受到了广泛欢迎[1]，在许多城市，其数量和规模均呈现出爆发式的增长趋势。由于不少城市森林公园地处城市核心地带，开放时间长、人流量大，其夜间游览的安全性是个突出的问题[2]。此外，部分公园处在城市制高点位置，视看面广、位置重要，既是观看城市夜景的绝佳地点，其山脊、观景塔/台等载体本身又可成为一个城市的夜景地标。良好的照明既可提升公园的安全性，丰富游客和市民的夜间生活，又可在城市夜景的整体画面中起着到画龙点睛的作用，大大提升公园夜间的空间品质[3]。

因此，对城市森林公园进行重点照明已渐成趋势。但与此同时，人工照明产生的光污染对昆虫、鸟类生活习性的改变及对植物节律的打扰一直是一个难以回避的问题。

寻找既可满足夜间人的游憩需求，又不会对动植物的生息产生侵扰的城市森林公园夜间光环境策略。

1 项目概况

重庆照母山森林公园(以下简称“照母山公园”)地处重庆两江新区照母山科技创新城CBD核心地带，占地287hm2，是重庆市主城区第三大人工森林公园[4]，因南宋状元冯时行结庐照母而得名，除有“虽由人作、宛自天开”的自然景观外，园内还有大量历史遗存的人文景观。公园正对20万m2的两江幸福广场，被金开大道等城市主干道所包围。照母山有2条呈东西走向的山脊，主次山脊交汇的山顶处建有9层高的揽星塔，可俯瞰整个新区。与市区内其他山地公园相比，照母山公园地势起伏平缓，可达性好，24h免费对游人开放，因此吸引了大批市民到此游憩。

1.1 公园夜间光环境现状调查

多年来，出于对人工光可能对园内动植物产生光干扰的顾虑，仅在景区主干道处设置了极少量的庭院灯，照明基础设施严重不足，夜间存在较大的安全隐患，市民反映强烈。

2015年9 月，设计团队对园区内各级道路、广场、庭院及各景点的照明状况进行了测试，并与国家标准[5-6]进行了比对。结果表明，主干道各灯间距近100m，且灯具选型不当，实测照度极低；其余节点的照明设施量少且破损严重，基本无法正常燃点，导致各节点实测照度远低于国家标准，不能满足夜间通行的基本安全要求。

揽星塔是目前园内唯一完成了夜景照明改造的载体，采用LED勾勒楼身轮廓，用灯量大，眩光重，近距离实测楼身亮度最高处竟达501Cd/m2；同时，紧邻公园周边的办公/商业楼宇立面照明亮度也在15～20Cd/m2，两者的“明”与照母山的“暗”形成了非常突兀的对比。

1.2 公园夜间光环境改造意向

为了解市民对照母山公园夜间光环境改造的意向，2015年10—11月，设计团队分2次对在照母山周边活动的游人进行了“照母山森林公园夜间光环境改造问卷调查”，发放问卷327份，回收有效问卷291份。受访者主要包括照母山周边公司职员、外来办事人员、游客、拍摄婚纱照的新人及附近居民。

调查结果表明，大部分受访者对照母山公园夜间光环境改造持积极的态度。受访者的意见集中在以下2点：1)应改善公园内部光环境，提供安全、舒适的功能性照明及有特色的景观照明，提升公园夜间的吸引力；2)突出山脊轮廓，将照母山塑造为该区域的夜景地标，提升整个区域的夜景形象(图1～3)。

基于上述意见，对照母山公园的夜间光环境进行了规划设计。首要的难题是如何减轻人工光照对园内动植物的打扰。

图1 游客年龄段分布及游览照母山公园时间段调查(胡宗光绘)

图2 夜间游客对现有光环境满意度调查(胡宗光绘)

图3 照母山公园夜间光环境改造意愿(胡宗光绘)

图4 照母山森林公园核心景观区植物及鸟类分布(胡宗光、骆玉洁、胡韵萩绘)

2 人工照明对园内自然生态的影响

2.1 人工照明对自然生态的影响

照母山公园动植物资源丰富，据官方统计，公园内植物近10万株，植物种类多样，是重庆主城第三大植物园[4]；鸟类约140种，占重庆市主城区鸟类种数的59.3%，是重庆市鸟类种类最多、丰富度最高的城市公园[7]。因此，必须重视人工照明可能带来的光污染问题。

人工照明对植物[8-9]、鸟类[10]及昆虫[11]的影响因素主要包括光照强度、光质和光照周期及持续时间[12]。

2.1.1 人工照明对植物影响

1)光照强度：通过影响蒸腾作用及光抑制作用影响植物生长。依据植物对光照强度的适应能力，可将植物分为喜光植物、耐阴植物、阴生植物3种[13]。Jennifer Boldt等人的实验表明，3类植物所能承受的夜间光照强度上限大致分别为3 000、1 000～2 000、300lx[14]。

2)光质：主要影响植物的光合作用及形态建成。波长400～700nm为光合有效辐射范围，高等植物叶片中的光合色素主要是叶绿素和类胡萝卜素。叶绿素的吸收光谱最强区在640～660nm红光区和430～450nm蓝紫光区，在橙、黄、绿光区吸收不明显。类胡萝卜素的最大吸收区在400～500nm的蓝紫光区[15]；而光形态建成[16]的作用光质主要是蓝光、红光和远红光[15]。夜间对植物进行照明光源的光谱峰值应尽量避开上述敏感光谱区间。综合来看，黄绿光波段对植物影响较小[12]。

3)光照时长：过长的光照时间会导致植物花芽过早形成或抑制开花，甚至导致植物生理紊乱。据计算，喜光植物夜间光照可耐受的时长上限约5.96h，耐阴植物约3.96h[12]。

2.1.2 人工照明对鸟类影响

人工光照可破坏鸟的磁场定向，使之错判方向因过度劳累而坠亡；还可给鸟类造成视错觉，使之误撞障碍而亡[10]。Wiltschko Wolfgang证明，在565nm绿光、443nm蓝光和590nm黄光下，鸟类表现出很好的定向感，而红光会破坏候鸟的定向感[17-19]；Poot指出，迁徙的候鸟易被红光和白光误导诱陷，但很少被蓝光和绿光迷惑[20]；300～400nm波长的可见光及紫外光会影响鸟类求偶、觅食等生理行为[21-22]。Verheije指出光对鸟的吸引力与光强有关[23]，刘博等通过提出5～10lx为雨燕判断昼夜变更而改变作息的照度范围[24]，Kempenaers通过实验证明道路照明会使部分鸟类产卵期提前[25]。

2.1.3 人工照明对昆虫的影响

人工光照对昆虫的影响同样不可忽视。光照对多种昆虫发育起加速作用，但过强光照却会使昆虫发育迟缓甚至停止[26]；350～510nm波段的蓝紫光对昆虫影响最大，低强度即能造成影响[27]；许多昆虫在生命周期中有滞育现象(进入休眠期)，这主要由光周期决定。Franz Holker指出光污染可通过诱杀昆虫以减少总体数量和种群大小，改变相对种群构成的同时会影响到下一级生物链[28]。

综合来看，只要控制好每日夜间光照的强度、时长和人工光源的光谱峰值，完全可以对喜光和耐阴植物进行适当的夜间照明，而不至对其生长发育产生显著的影响；而人工光照对鸟类和昆虫的影响则更为显著，需严格控制其强度、峰值光谱及照射时长。从光质来看，黄光对于大多数植物、鸟类及昆虫来说相对较安全。

2.2 园内核心区鸟类、植物种类分布及趋光属性

出于生态保护和夜间游览安全等多方面的考虑，将园区夜间光环境改造的大致范围限定在可达性好、观赏性强、景观节点相对集中的照母山公园核心区域(图4)。对该区域主要植物及鸟类的大致分布状况、植物趋光属性进行了调查分类，结果如图4。

从调查结果来看，拟照明区域以喜光及偏喜光耐阴植物居多，对光照耐受差的阴生植物极少，且呈斑点状分布；而鸟类则集中分布在人和水库区域的密林中，拟进行重点照明的山脊主路两侧植物为喜光乔木，且该区域鸟类稀少。调查结果为夜间光环境改造的可行性提供了支撑。

3 园区夜间光环境规划设计及生态技术策略

根据图2的调查结果，拟从园区夜间光环境规划和照明设计2个层面来介绍本项目中防止光污染生态技术策略的运用情况。

3.1 照明规划中采取的生态保护措施

照母山公园的夜间光环境由两部分组成：公园内部景观照明及照母山山脊照明。前者为游人提供安全的功能性照明及景观照明，后者为远眺照母山提供观赏性照明。两者功能不同，其照明原则和要点也不同，但共同点是既要满足人的视看要求，又要尽可能减少对园内动植物的打扰。因此，在公园的光环境规划中，采取了以下措施。

3.1.1 夜游路径的选择及游览时间控制

1)路径选择。

夜游路径的选择主要考虑了4个因素：(1)避开鸟类聚集地及喜阴植物集中分布区，选择对动植物干扰最小的路径和景观节点进行照明设计；(2)在目前已形成的夜游路径基础上，增加部分重要景点，形成夜间18个照明节点，游线设计不走回头路，避免游客往复；(3)避开易发生坠落、有危险的路段和景点，保证夜游的安全性；(4)根据照母山内道路夜间使用现状，将夜游路线分为步行和骑行2种路线。

2)夜游时间控制。

经统计，目前市民夜游照母山公园一般持续1h左右，且多在22：00前结束。结合夜游路径的设计，将照母山内景观节点夜间照明时段限定在20：00—22：00人流最集中的区间内，提出“两小时夜游路线”，避免游人因夜间长时间滞留园内而出现安全问题。

利用灯光的导向作用，既保证了夜游的品质，又减少了灯具用量；通过照明时间的控制，在降低照明能耗的同时也减轻了对环境的打扰。

3.1.2 照明规划设计措施

1)划分照明区、控照区及禁照区。

根据照母山生态资源分布状况及视看需要，将整个公园划分为照明区、控照区及禁照区(图5左上角)。

(1)照明区：正对幸福广场、约1.7km长的照母山山脊区域为照明区，保证从山下各个角度均可观赏到完整的照母山山脊轮廓线。该区域道路两侧种植喜光乔木，鸟类稀少，有利于布置照明设施。

图6 山脊：星光点点，如林中的萤火虫(周利摄)

图7 公园主入口：“团扇”的扇面，是每棵大树的影像(周利摄)

图8 观景平台：缓慢旋转的鸟群投影似百鸟纷飞，是孩童的最爱，令人不悦的城市逸散光化作斑斓的背景(周利摄)

(2)控照区：夜间人群活动密集的景点为控照区。包括主干道、公园主入口、孝道、黄桷故里、香樟林等18个景观节点。

(3)禁照区：除照明区、控照区外的大面积区域为禁照区，目的是将人工光照对环境的影响降到最低。人和水库的鸟类聚集区即属禁照区。

2)划分亮度等级。

对重要景观节点进行有节制的照明，使之重点突出、层次丰富，同时将整体亮度控制在适当的范围内。将照明区及控照区的亮度划分为4个等级，最高亮度为四级，最低亮度为一级，对应亮度限值见图5；揽星塔是整个照母山城市板块的视觉焦点，为四级亮度(目前揽星塔远观实测平均亮度为25.4Cd/m2，亮度偏高，留待今后改造)；主入口、照母山庄等夜间人流量大、有大面积硬质铺地或有重要建/构筑物的节点为三级；其余景观节点则根据节点处照明载体的数量、等级及被照植物的趋光属性被划分为二级或一级。园区主路人流量大，且人车混流，在国家标准基础上上浮一级，平均照度设定为15Lx，步道平均照度则结合国内城市公园相关调查结果，设置为5～10Lx[29](图5)。

3.2 照明设计中的生态保护技术措施

以“踏月寻影”为主题，用人工光模拟“月光”与“星光”，塑造出契合公园气质、独一无二的夜间新景观，同时也将人工光对环境的影响降到了最低。

3.2.1 内部景观照明

18个景观节点及步行道的功能性照明，以“月光”照明为主题。

1)月光照明。

“月光照明”原指将灯具放置于物体上方，向下投光的照明方式。在各景点照明设计中，以特制的投影灯投射地面，以此来模拟月光洒在不同植物上所形成的光影效果。投影刻片素材就地取材，遵循“此时、此地、此景”的原则，使之与实景融为一体。所有刻片均申请了知识产权版权保护，具有唯一性。为避免打扰动植物昼夜节律，大部分节点照明采用对游人活动区域地面进行投影的方式，而不直接照射花木。

2)植物照明的“人工光曝光量”控制。

对需表现植物形态的节点处，提出“人工光曝光量”的概念，根据植物的趋光属性来划分植物照明等级，对灯光的形态、照射强度、照射时长进行控制，尽量减少人工光对植物的影响，在满足人们观赏夜景的需求时，为植物调节和修复提供更多的时间。

此外，对植物用灯的光谱进行了严格的筛选，所有植物照明光源均选用了色温在3 000～4 000K(黄光)、功率为6～30W的LED光源，通过大量的对比实验，精选光源的光谱峰值波长避开了植物及昆虫敏感的波长区域。

3)城市逸散光处理。

部分景点周边有高亮度建筑立面照明及城市道路照明所产生的逸散光侵入，因此，以地面投影照明作为主要照明方式，将令人不悦的城市逸散光转化为背景光，降低垂直面照度的同时也减少了光对周边环境的干扰；设计时刻意拉大了投影色彩与背景光的光色反差，而非简单地增加投影灯功率，既节能又增加了趣味性。

4)道路照明的精确控光。

在控照区内设置黑天空保护区，仅设置必要的功能性照明。车行(骑行)道照明采用高效长寿命的LED100W截光型路灯，减少投向天空的逸散光；人行道、小径则采用可提供足够垂直面照度的庭院灯，使游人可在5m外快速识别对面来人，提供安全的防侵犯照明。

3.2.2 山脊照明

照母山山脊照明系以揽星塔为中心，用特照灯勾勒出1.7km的山脊轮廓及0.5km的次脊，形成点点星光，与两江幸福广场的水幕投影一起构成“山水一色”的城市夜景画卷。以“星光”照明为题，与内部景观照明形成呼应。

1)最少用灯原则。

经反复踏勘、选点，仅在山脊正对幸福广场的南坡处安装了灯具；既有揽星塔照明亮度过大，但近期无法拆除，为减轻它在夜景整体画面中的突兀感，山脊照明亮度须与之匹配。采用了近(揽星塔)密远疏的布灯方式，每套灯具的点位既要保证“星光”不被树叶所遮挡，又要考虑尽可能不破坏植被、减少施工开挖量，还要保证从揽星塔等主观景点处向下俯瞰时不能直接眩光。因此，对灯杆高度及灯具配光、灯具外壳均有严格的限制。

最终使用了2组特制景观灯：A组共684组灯具，每组灯具由5套48WLED投光灯与1套30WLED球泡灯组成；B组共775组灯具，每组灯具由2套30WLED球泡灯组成；每个灯头均独立控制，可实现辉度变化。光源色温4 000K，与揽星塔的黄光相协调。2组特制灯相间布置，每组灯具平均间隔6～10m，具体安装位置依现场而定。经现场统计，受泛光直接光照的乔木(喜光)仅900余株。

图9 无边界投影令蜡梅的幽香随花影在山城步道间弥漫开来(周利摄)

图10 竹林小径：竹林幽幽，忽见光的“月洞门”；半遮半掩，引人探幽(周利摄)

2)模式控制。

山脊照明分为平时、周末和重大节庆模式：平时模式仅开启B组中的1套球泡灯，保持静态，此时兼具山脊人行道功能性照明功能；周末从20：00起，每半小时A、B组球泡灯交替燃点，投光灯开启并缓慢地进行动态变化；重大节庆模式2组灯具全部开启，与幸福广场音乐喷泉同步，启动多种动态模式。平时模式用电负荷仅为24KW，重大节庆模式负荷≤139KW，通过智能控制实现场景切换，又起到节能的作用。

3)照明系统的稳定性与节能。

采用了高效率、耐腐蚀、耐高/低温、密封性能好的国产名优灯具，适当加大了灯具功率，利用LED可智能调光的特点，建成后第一年照明功率仅输出50%，此后逐年加大，保证在灯具寿命全周期内有稳定的光照。尽管初始功率增大，由于安装点位巧妙，节省了大量灯具，因此，灯具用量、总功率不到国内同类项目的一半。

此外，考虑到重庆冬季雾气浓重，灯光会因雾气的浓淡而呈现出不同的亮度，该系统可根据不同天气状况进行精确调光，以保证视看亮度的相对恒定。

3.3 实施效果

2017年2 月，照母山森林公园夜景照明项目顺利完工，各景点实景如图6～10。

4 建成效果与反思

为印证设计策略的有效性，建成后进行了实测。从幸福广场处测得远观揽星塔平均亮度为25.4Cd/m2、色温2 606K，山脊球泡灯平均亮度1.01Cd/m2、色温3 404K，二者的亮度、色温匹配度良好，证明“星光”照明是成功的。各内部景观节点初始值实测结果：地面平均照度在7.5～18.2Lx，人脸处垂直照度≥3.9Lx。骑行道平均照度达33.9Lx，步行道则在7.5～17.5Lx。总体来看，照度及分布较为合理。

此外，对建成后的光环境满意度进行了问卷调查[30-31]，发放问卷180份，回收有效问卷152份。问卷内容含照明的安全性、夜游的便利性、视觉舒适性、辨识度和独特性4个方面，结果如下。1)安全性。91.4%的受访者表示满意。2)便利性。88.8%的受访者对时间控制、节点选择表示满意。3)视觉舒适性。95.4%的受访者对色温、亮度、眩光控制、整体氛围等表示满意。4)辨识度。91.4的%受访者认为公园作为夜间城市地标有足够的辨识度和独创性，但23%的人反映重大节日时山脊照明动态模式变化速度太快，对山脊人行主路的游人有闪烁干扰。

总体来看，大多数游客对照母山夜景照明项目持肯定态度，所采用的设计策略是成功的。但问卷调查也反映出一些问题，其中最为突出的问题是原设计的慢速播放模式被改成了快播模式，验收后未回调，导致出现快闪干扰。在今后的设计中，应重视这一看似简单的问题。

此外，球泡灯的原配光设计为仅朝向主观看面发光、靠逸散光即可为人行道提供足够的照度的特制灯具，其优点是可大大减轻动态模式开启时对行人的闪烁干扰。但实施时由于工期紧，灯具厂家在规定时间内无法提供该款产品，只能以360°配光的球泡灯来替代，这也是本次项目留下的一个遗憾。

5 结语

灯光是关照今人、关照历史、关照自然的重要元素。城市夜生活的增加使人们更多地“侵入”了城市森林公园这个原本安宁寂静的生态家园。怎样让灯光服务于人，呈现文化，关照自然是城市森林公园夜间光环境设计的核心。

重庆照母山森林公园夜间光环境设计，以“自然-人-历史文化”为顺序展开，沿着对动植物干扰最小路径，考虑骑行与步行的安全，建立了照明、趣味、知识和导向识别兼顾的“月光照明”系统，将照明功能、植物剪影和中国历史文化元素充分融合，让每个夜行之人都能够感受到自然之美、文化之美，在不经意间享受着灯光带来的服务。在这里，灯光的创造力发挥了重要作用，既满足了市民夜间游览需求，又将对生态的影响降至最低。最终，项目以独特的创意和在生态照明设计方面做出的探索，荣获2017年度北美照明工程学会IES照明奖优秀奖(IES Illumination Awards of Merit 2017)，及2017年度第十二届“中照照明工程设计奖”一等奖(公园、广场类)。