校园步行道路夜间光环境心理感受实验研究

袁景玉，张 楚，姚 胜，王智德，裴 钰，吴哲元

(河北工业大学建筑与艺术设计学院，天津 300130)

引言

高等校园作为城市中较为特殊的区域，不同于居住区或商业区的繁华和中小学的闭塞，其开放性和高密度性被受关注[1]。校园中不适宜的照明环境会引发情绪、认知和多种生理损伤，同时对行人的社交活动[2]、心理和生理健康等造成显著的影响，与城市健康持续发展的基本国策相悖[3]。通常健康的道路照明是避免交通意外的主要手段[4]，同时是降低犯罪率的重要方法[5]，行人也会因此降低可能受到人身伤害的恐惧感[6]。所以构建健康、舒适的夜景照明是校园道路照明设计的重点所在。

随着智慧校园中智慧照明的发展，照明设备在园区内可以发挥更广泛的作用[7]。对此，罗会胜[8]阐释了我国大学校园照明存在的弊端和不足。Maier等[9]发现高犯罪地区的犯罪活动会渗透到校园并影响学生，而对照明的感知是大学生预防犯罪的预测指标。同样在不同社会文化下，光线昏暗的校园犯罪可能性更高[10]。Fotios等[11]总结出：照明环境与安全感有着较强的关联，步行方式和灯具属性都影响着行人的安全感受。韩兵等[12]发现道路上不合理的补光照明会产生强烈的直接眩光，严重影响通行人员的安全[13]。针对步行空间的光环境分布情况，Viliunas等[14]研究发现合理的光环境分布可以提高行人的安全感受，其中高光通量的光源会被认为更安全[15]，但高亮度光源产生的强烈明暗对比会降低行人的安全感受[16]。Beccali等[17]发现色温为4 000 K、显色指数为70的照明系统更让人感到安全。Kohko等[18]发现行人感受会随着面对光源距离的变化而变化，合理的灯具排布会显著改善行人的心理状态。现有规范多以路面平均照度为评判标准，并辅以路面最小照度保证行人的通行安全，而实际情况中会有为满足要求而选用极高照度的灯具，此现象既浪费能源又严重影响校园内通行和校园与城市间的交会安全。因此本文通过搭建校园夜间光环境，观测并记录行人的主观心理感受，研究色温和地面最大照度与行人心理感受之间的关系。

1 实验方法

实验地点位于天津市红桥区河北工业大学红城市学院，该校占地900余亩，周边伴有公园、居住、商业和高铁交通等功能。研究内容为更改照明环境的光源色温和路面最大照度，研究变量与行人步行感受间的关系。

测试时的人行空间如图1(a)所示：其道路宽约2.5 m，长约20 m，两侧灌木高约0.5 m，树木的主干高约2 m；沿道路方向一侧约3 m处布有建筑，而另一侧为公共空间。人车混行空间如图1(b)所示，其道路宽约4 m，长约100 m，路旁停有机动车；两侧绿化区域宽约1 m。

实验中的测量仪器为Minolta CL-200A Chroma Meter色温照度计。其照度量程为0.1～99 990 lx，色温量程为0～7 000 K。照度精度为±2%，色温精度为±20 K。测试灯具见图1，由灯杆、光源与控制器组成。灯杆为便捷式分段金属灯杆，光源为LED照明装置。控制器型号为OP-KZ-NBO1，可远程采集实时数据。灯具安装完成后高约4 m。实验灯具共两个，分别测得色温为2 965 K和5 604 K。

图1 测试场景示意图

《城市道路照明设计标准》中对人行区域的照度与要求如表1所示。根据光线衰减近似平方反比的特征和表2中灯具的布置方式，在人车混行区域中选取单侧布光和半截光型灯具，并按最大间距进行布置。在此种情况下，同时满足路面平均和最小照度的路面最大照度可取到约71 lx。同理在人行区域中选取非截光型灯具，并按最大间距进行布置。可取到路面最大照度约37 lx。以上两种情况并未考虑不同配光曲线的影响，因此所得数据会小于实际值。故本文选择测试灯具的路面最大照度范围为20～200 lx，并将照度范围按数值平均分为低、中、高三个区间，以便更为明显地探究出地面最大照度对心理感受的影响。

表1 人行及非机动车道路照明标准值

表2 灯具类型与布置方式标准

在每次测试开始前，将一哑光黑色双肩包放在绿化区的随机位置上，供受试者识别。放置妥当后，分别设定灯具的色温和路面最大照度。设定色温与照度值进行测试。设定照度时随机获取照度值，再按数值将其平均划分在低、中、高三个区间内。随机选择过往行人作为受试者，让其从面向光源侧10 m处，沿道路中线行走至背光源10 m处，如图2所示。到终点后立即对测试环境的心理感受进行打分。其中1分最低5分最高，分数精确到小数点后一位。

图2 测试方法示意图

2 测试结果分析

2.1 问卷数据总结

本次实验共收到有效问卷80份，其中性别构成如图3所示。从中可知校园夜间的出行人群中女性人数比男性整体多约10%。结合表3可以发现在不同场景中女性对场景的评分均值都高于男性。表明在校园环境中女性行人对环境安全的容忍度比男性更高。同一地区的安全感评分均值会随着时间改变，夜晚的安全感评分会远小于白天，其浮动分数约为2.15。表明行人虽处在熟悉的环境中，但照明环境仍是最大影响之一。且在相同情况下，人车混行区域的安全感评价均值高于人行空间。

图3 性别构成图

将不安全感来源的数据进行整理，如图4所示。从中可知，46.25%受试者认为来自路面的明暗程度，41.25%认为来自周围环境与路面的亮度对比，12.5%认为来自周边行人面部的清晰度。可以推断出：空间明亮程度是影响受试者心理感受的最主要因素，其中路面明暗是受试者对道路评价的最主要依据，而非能否清晰识别陌生面孔。这是因为行人安全感受来自于对整体环境的把控，陌生行人的危害可能性虽大，但易于预警与观察。而不知危险从何而来的昏暗环境会持续分散受试者的注意力，降低受试者的安全感。

图4 不安感来源统计图

表3 不同性别对环境安全感评分

2.2 心理感受变化分析

通过对问卷结果的总结与分析，将测试过程中不同色温和路面最大照度区间下受试者的安全感、舒适度与识别度评分均值进行整理，如表4所示。从表中可知：

1)受试者的安全感评分均值都会随着路面最大照度增加而增加。当场景的路面最大照度层次从低过渡至中，再到高时；评分提高约0.3和0.2。这表明路面最大照度与安全感间非线性关系，即当路面最大照度超过141.2 lx后评分增长速度明显下降。人车混行场景中高、低色温的安全感评分均值分别约为3.82和3.9，人行区域约为3.9和3.91。说明受试者认为低色温(2 965 K)的场景更为安全。

2)舒适度评分均值随路面最大照度增加而减小。当场景处于低照度层次时，评分最高。说明受试者认为较高的照度会引起不适。当照度层次从低过渡至中，再到高时，评分下降约0.05和0.76。这便解释了此段安全感评分增长放缓的原因：高照度影响了受试者的观察点。人车混行场景中高、低色温的舒适度评分均值分别约为3.23和3.22，人行区域约为3.21和3.23。表明色温与舒适度间没有显著的关系。

3)识别度评分均值随着路面最大照度提升先增加后减少。受试者认为不论在何种场景内，中照度层次的识别度最佳。人车混行场景中高、低色温的识别度评分均值分别约为2.92和3.05，人行区域约为2.92和3.02。说明受试者认为低色温(2 965 K)的场景更易于识别。

表4 同场景下的各项感受评分

将实验中路面最大照度的变量参数与各感受间建立联系，使用Origin软件对其相关性进行分析。得到相关性参数如表5所示。

表5 路面最大照度与各感受间的相关性

从表5数据可以看出，路面最大照度与安全感和识别度的相关性系数大于0.4，小于0.6，表明路面最大照度与两者呈中等程度正相关。即随着路面最大照度增加，受试者认为场景更安全且易识别。P值都远小于0.001，表明数值之间有极显著差异，具有统计学意义。

路面最大照度与舒适度的相关性系数为-0.383 57，其绝对值大于0.2，小于0.4，表明两数据间呈弱负相关。路面最大照度的增大会影响对路面的观察，同时伴随着光源亮度增加而产生眩光。P值为7.84958×10-10远小于0.001，表明两数值间有极显著差异。

将路面最大照度变化下的安全感、舒适度、识别度和综合评分(安全感、舒适度和识别度的评分均值)进行归纳，分别拟合出各数据的变化曲线，如图5所示。

从图5中可以看出，安全感和识别度评分在路面最大照度约80%(161.6 lx)时达到最大，分别约为4.2和3.5。当路面最大照度超过这一数值后，安全感与识别度开始下降。舒适度评分在路面最大照度约为24%(48.5 lx)时达到最大，数值约为3.5。当路面最大照度超过这一数值后，场景中的眩光会严重影响受试者的视觉舒适度。当路面最大照度约为60%(121.2 lx)时，综合评分达到最大值3.6。也就意味着此时的路面最大照度对人感受的影响最为平均。但对于不同环境需分析其侧重的设计意图，从而选择何种心理认知要在场景中占据主要地位，继而确定合适的路面最大照度值。

3 结语

校园步行道路夜间光环境中，绝大多数受试者认为路面明暗和亮度对比最为影响行走时的感受。多数受试者认为光源色温较低时拥有较好的安全感和识别度，但对舒适度没有明确影响。路面最大照度与安全感在一定范围内呈中等程度正相关，当其数值约在161.6 lx时安全感评分最高。当路面最大照度小于48.5 lx时，与舒适度呈正相关；当路面最大照度大于48.5 lx时，与舒适度呈负相关。较高的环境亮度会产生眩光，影响行人的生理和心理活动。路面最大照度约在161.6 lx时，受试者对场景的识别能力最强。路面最大照度约在121.2 lx时，受试者的三种心理感受处于最为平衡的状态。

最佳安全感和心理平衡时的照度值远高于从规范计算中所得的37 lx和71 lx，所以在增加照度值时应考虑现有校园步道照明情况。因此须根据主要需求选择合适的照度值，当所选照度值过大时可根据实际情况采取多层次照明的方法，即用多光源补偿路面、车辆、构筑物、复杂绿化等区域高照度的需求。