楼阁式古塔夜景照明亮度比例的适宜性评价

侯万钧，贾 铁，王立雄

(1.天津大学建筑学院，天津 300072；2.河北工程大学建筑与艺术学院，河北 邯郸 056000)

引言

在高品质夜景照明需求快速增长的背景下，楼阁式古塔建筑作为重要建筑节点成为了改善夜景照明环境的亮点[1-5]。古塔周边夜景照明环境整体亮度跨度较小，古塔周围一般均为限高区域，多为景观及寺院，所以古塔周围夜景照明环境整体亮度偏暗。然而如何去更好地营造好的夜景照明效果，展现其夜间魅力就成为了重点，同时也引出了如何评价其照明效果这一重要问题。

1 楼阁式古塔建筑结构特征分析

中国古塔建筑是中国建筑文化最好的形象阐释，楼阁式塔是集中国传统古建筑文化特征为一身的古塔形式，《平郊建筑杂录》《正定古建筑调查纪略》《云冈石窟中所表现的北魏建筑》等都在中国古塔起源上提出了“楼阁式起源”的说法，可见古塔自古就在人们心中有着非常重要的地位，有着显著的标志性含义[6,7]。

楼阁式古塔结构划分为三大部分：塔基(须弥座)、塔身、塔顶和塔刹[6]。优化楼阁式古塔适宜比例的亮度照明效果，可以为古塔照明设计提供帮助，从而增添城市夜晚活力，让古塔在“保鲜”的基础上“活”起来，用另一种形式展现中国古建筑文化的魅力。

2 楼阁式古塔亮度比例适宜性实验

本次试验结合人眼视觉舒适性、古塔周边环境亮度特征、古塔建筑的基本结构特征等因素，通过实验室条件下模拟的楼阁式古塔各结构间亮度比例及与周边环境的亮度比例场景在人眼视觉角度的舒适度感受，得出楼阁式古塔建筑各结构间及与环境的适宜亮度比例，并探讨影响亮度舒适性的重要因素。

2.1 实验场景的选择与标定

在场景选择上主要为建筑主体选择、建筑主体主要照明结构划分、环境背景亮度及建筑各部位亮度比例确定四部分。

主体选择上尽量减少形体复杂带来的影响，所以选择形体简单且极具楼阁式古塔特征的建筑形体，依托某典型楼阁式古塔亮化项目，根据其三部分结构特征并辅以合理的照明效果。

建筑主体主要照明结构划分上，结合实际测量问卷、软件模拟及专家意见，将塔顶换为各层塔檐，最终将照明结构划分为塔檐及塔刹、塔身、须弥座三个部分，如图1所示。

图1 塔檐及塔刹、塔身、须弥座(从左至右)及照明效果Fig.1 Eaves and brakes of the tower, tower body, sumi block (from left to right) and lighting effect

经过实测及对相关资料的研究，为了方便计算，选取背景亮度值为5 cd/m2。在实验室条件下，利用TOPCON BM-5AS色度亮度计对投影仪投出的环境背景进行测量定标，使背景平均亮度值达到5 cd/m2；古塔前景为开放广场及道路，其亮度标准参照CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》确定为1.5 cd/m2左右。

对于实验中楼阁式古塔结构间亮度比例的取值，将参照北美照明工程学会(IES)《照明手册》(第8版)推荐的室外照明效果亮度比(表1)，并根据实际情况及实验条件进行适当的调整，用以设定不同的场景。

表1 IES《照明手册》(第8版)推荐的室外照明效果亮度比

按照IES《照明手册》推荐，为了达到建筑在环境中的凸显，需要将建筑本身亮度至少提高到背景亮度的2倍以上至10倍以下。经过实测数据及相关研究发现，古塔建筑整体照明亮度及周边环境亮度均不高，亮度水平在10 cd/m2以下是非常常见的，考虑到实验数据的全面和照明最终效果以及减少照明对古塔建筑的损坏，决定将建筑亮度比例定为“1∶1、1∶2、1∶3、1∶4”四个亮度比例，即对应的5 cd/m2、10 cd/m2、15 cd/m2、20 cd/m2四种亮度水平。按照这四种亮度水平，对古塔建筑须弥座、塔身、塔檐及塔刹3部分进行比例划分，对应不同的亮度水平，共得到64个场景(图2)。由于实验目视时间较长，同时为了减少外界环境以及仪器更换对实验效果的影响，实验场景标定以及主观评价实验均在19：00后的河北工程大学建筑馆103光学实验室进行，在实验室条件下对通过投影仪投射出的不同亮度场景，采用TOPCON BM-5AS色度亮度计分别进行标定，以满足各部位的亮度比例要求。对这些场景进行评价实验。

图2 部分楼阁式古塔亮度比例实验场景Fig.2 Experimental scene of proportion of brightness of some pavilions in ancient towers

2.2 实验评价方法

本次实验评价采用语意差别量表法，对于亮度的评价等级选用七个等级(图3)。中间等级“0”表示既不感到满意也不感到不满意，越往正数方向表示满意程度增加，越往负数方向表示满意程度减少。

图3 主观评价尺度用表Fig.3 Subjective evaluation scale

2.3 评价试验流程

本次实验观察人员选择在校学生，共42人参加，年龄在20～30岁之间。进行实验时，关闭室内照明工具，并根据实际古塔尺度、观察角度及距离进行合适比例缩放，以确定观察者观察位置，保证观察人员观察效果符合实际情况及条件。实验前，对投影仪进行0.5 h以上的预热，使其达到正常且稳定的亮度输出水平，减少仪器对实验效果的影响。

3 主观评价实验数据处理

3.1 信度分析

数据收集完毕后，在进行数据处理之前，首先运用SPSS数据处理软件进行数据的信度分析，应用克伦巴赫α系数来分析数据可信度，α系数值在0～1之间，当α系数值达到0.8以上时，说明评价问卷内部一致性最好，0.7～0.8为较好，0.6以上时则为可接受的信度(表2)。

表2 可靠性分析

凭借对楼阁式古塔夜景照明亮度比例舒适性视觉评价实验的测试结果数据，用SPSS数据统计分析软件进行信度分析，得到此实验的42个人的满意度数据的信度值α(表2)，由表2可见，本次实验所用64个实验场景所得数据的克隆巴赫α系数为0.902，所以本次实验的亮度比例舒适性评价数据可信度较高。

3.2 实验数据处理

实验完成后，将实验数据在统计软件中将不同观察者对同一场景的视觉感受数据进行算术平均值计算，得出各场景主观评价平均得分，再着手于楼阁式古塔建筑各结构间亮度与环境亮度比例舒适性进行研究，从而获得视觉主观评价满意度与楼阁式古塔建筑各结构间亮度水平之间的关系(如图4所示)。

图4 实验各比例场景满意度平均得分折线分析图Fig.4 Broken line analysis diagram of the average satisfaction score of each proportion scene in the experiment

3.3 实验结果

根据实验中各个场景的古塔结构亮度以及主观评价满意度数据，从视觉舒适性角度出发，此次实验的64个场景中，只有塔檐及塔刹亮度在5 cd/m2的条件下，视觉评价分数都为负数；其他亮度比例条件下评价分数都有正数的情况，而且正数比例均在60%以上，其中10 cd/m2和15 cd/m2条件下，正数评分最多也最高。

根据所得条件，将楼阁式古塔三大结构亮度数据及各亮度比例场景视觉感受评价满意度的得分算数平均值运用SPSS数据分析软件进行分析，将亮度比例场景视觉感受评价满意度得分定为因变量，将楼阁式古塔三大结构亮度数据(塔檐及塔刹、塔身、须弥座)作为自变量，解释其线性函数关系，建立多元线性回归方程，最后分析结果为

Y=0.058Xc+0.041Xs-1.243

(1)

式中Y为楼阁式古塔建筑夜景照明结构间亮度与环境亮度视觉满意度，Xc为塔檐及塔刹亮度数据，Xs为塔身亮度数据。

在Anova分析中，Sig显著性在0.05以下，就代表回归方程是有用的，此次Sig显著性为0.01，所以此次回归方程有用的。多元回归方程中的常数项为-1.243，偏回归系数b1为0.058，b2为0.041，其中经过T检验后，b1、b2、b3显著性分别为0.001、0.012、0.772。按照标准，显著性水平在0.10以下都有效，b3的显著性大于0.1，所以不纳入公式中。

从多元线性回归方程式(1)中可以看出，塔檐和塔刹的亮度水平对满意度影响最大，塔身亮度水平对照明效果满意度影响为其次，须弥座亮度水平对照明效果满意度影响显著性不强。

4 结论

我们以楼阁式古塔建筑结构特征及周边夜景亮度实际情况入手，选取典型楼阁式古塔模型，建立楼阁式古塔结构间夜景亮度比例及环境亮度比例模型，开展主观视觉舒适性评价实验，确定了主要影响楼阁式古塔夜景照明满意度评价的主要照明部位，最后建立了楼阁式古塔建筑结构间夜景亮度及与环境亮度满意度与楼阁式古塔建筑塔檐及塔刹、塔身、须弥座三部分的亮度水平之间的函数关系。