城市轨道交通车站照明环境调研与分析

王立雄，王楚尧，于 娟，陈天艺

(天津大学建筑学院，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

引言

轨道交通串联起城市的不同区域，以其高效便捷的优势成为人们出行的首选。地下车站环境封闭，完全依赖人工照明，提升照明环境质量意义重大。目前车站照明环境的调研包括以下方面：对照度、色温、光谱功率分布[1]、光源颜色、眩光[2]等物理参数的测量与评价；对乘客感受的关注，包括满意度、舒适度[1]、安全感[3]、生物节律、暗适应[4]；对地铁照明系统生命周期能源消耗的研究[3,5]。这些调研从不同方面探讨了车站照明的现状，但在对车站场所的划分上还不够细致；对调研数据的评价是通过数值比较来讨论参数达标与否的；调研结果分析方面，缺少对照明数据进行不同维度的比对。针对以上不足，本研究开展车站照明环境调研，进行现场测量、结果总结、规律解析、建议提出，为车站照明环境设计及优化提供基础。

1 现场调研

1.1 调研车站信息

我国轨道交通车站的建设水平受城市规模和时代发展影响[6]，考虑到城市与建设年代的差异，作者选取了6个城市41座车站进行调研(表1)。

表1 调研车站信息

调研车站涵盖华东、华北、华南地区中心城市的中间站、枢纽站、换乘站。车站的城市区位包括从市中心至市郊的不同位置，周边业态多元，以景点商业(35%)、商业办公(29%)、交通枢纽(24%)为主，景点商业区的车站和商业办公区的车站通常与商业建筑内部直接相连。

车站的界面材质种类丰富：地面材质包括浅色大理石、花岗岩和水磨石；墙面材质包括石材、岩板、钢化玻璃、搪瓷金属板、彩涂金属板、瓷砖；顶棚为矿棉板和不同形式的金属材料，包括金属面板及扣板、方通、格栅、挂板、挂片，其形式和颜色可以配合灯具造型设置，并进行镂空处理。

车站类型上，换乘站的数量超过一半(56%)，其次为中间站(28%)、枢纽站(16%)。调研的站台中，岛式站台(76%)占主要部分，其次是侧式站台(12%)和混合式站台(12%)，混合式站台包括岛侧式和一岛两侧式站台，建设条件受限时能灵活分配客流。

1.2 调研内容

进行车站照明设计，首先要明确各场所的功能需求；了解照明数量和质量的要求；根据需求和要求，设置与之协调的室内构件及材质；进行光源及灯具的选择与布置。参考上述设计环节，结合车站自身特点，最终确定调研内容包括车站信息、光源及灯具信息、照明环境质量参数3个方面，调研内容及方法如表2所示。

依据规范对公共区域的划分，调研场所分为3类：

1)乘客集散的站厅(照度标准值为200 lx)；

2)乘客通行停留的通道、楼梯、站台(照度标准值为150 lx)，其中，站台进一步细分为站台中间区域和站台两侧候车区域；

表2 调研内容及方法

3)公共区域设置的自动售票机、检票处、服务台等附属设施，统称为设施服务区域(照度标准值为300 lx)。

2 调研结果

2.1 光源及灯具信息

2.1.1 光源选型

目前车站的光源以荧光灯(50%)、LED光源(36%)为主，同一车站的灯具种类与规格较少，与轨道交通照明系统标准化、模块化的趋势顺应[7]。车站的点光源以筒灯和格栅灯盘为主；线光源以荧光灯管和LED线形灯具为主(LED线形灯具长度与截面最大尺寸之比大于8[8])；还有少量LED平面灯具和荧光灯阵列形式的面光源。其中线光源应用最广泛，风格多变，并可与吊顶形状呼应。光源应用情况及优缺点详见表3。

2.1.2 灯具设置

不同类别的光源适用于不同场所，各类场所也对所选用光源进行了独特的设置，如楼梯侧墙面多设置补充光源；通道顶面边缘多设置线光源勾勒出顶部轮廓。各场所内也会进一步设置特定的灯具及构件组合，划分出不同的分区。采用分区一般照明的站厅，分区包括中心区域、四周通行区域、楼梯扶梯所在的垂直交通区域、自动售票机等设施服务区域。采用分区一般照明的站台，分区包括沿轨道线路贯通的两侧等候区域和由竖向交通分隔开的中间区域。不同场所及场所内各个分区具体设计手法见表4。

表3 常见光源形状及应用

表4 不同场所分区一般照明设计手法

2.1.3 灯具安装与布置

车站中灯具的安装方式分为嵌入式和悬吊式。采用悬吊式安装，可以简化顶部装修，便于后期维护，但灯具的发光表面和暗背景有明暗对比，常在灯具之间设置挂板减少明暗对比产生的眩光。同时，局部设置吊顶，安装嵌入式灯具，以取得虚实结合的效果。

车站中灯具布置方式包括行列式、阵列式，以及与柱子单元匹配的组团式布置，常见的布置形式如图1所示。灯具的安装方向上，分为灯具长轴平行于人行方向和垂直于人行方向2种。其中灯具长轴与人行方向平行的排列，使乘客行进时视野内的发光表面面积较小，有利于眩光防控。香港路政署也建议地铁灯具长轴平行于人行方向以减少眩光，并规定相邻灯具之间的间距不得超过5 m，以避免灯具失效时出现黑点[9]。

图1 灯具布置形式

2.2 照明环境质量

2.2.1 照度

2.2.1.1 照度达标率

依据《城市轨道交通照明》(GB/T 16275—2008)对照明数量的规定，统计车站各场所的照度达标情况：1)站厅，达到规范规定的照度标准值200 lx的站厅占总比48.98%；

2)站厅设施区，达到规范规定的照度标准值300 lx的站厅设施区占总比15.79%；

3)站台、楼梯、通道，规范规定照度标准值150 lx，达到要求的站台中间区域、站台两侧候车区域分别占总比67.65%、95.00%，楼梯、通道空间的达标率分别为44.44%、59.38%。

2.2.1.2 平均照度值分布

车站内各场所的平均照度分布箱形图如图2所示，分析箱形图的箱体部分(上下四分位数范围)：

1)站厅区域，照度值范围为113～265 lx；

2)站厅设施区，照度值范围为101～225 lx；

3)站台两侧等候区域，照度值范围为183～316 lx；

4)站台中间区域，照度值范围为135～280 lx；

5)楼梯区域，照度值范围为102～189 lx；

6)通道区域，照度值范围为104～270 lx。

综上，站台两侧等候区域的照度水平与照度达标率均为最高；站厅设施区域平均照度达标率最低，即使采取了分区一般照明或者加设了局部照明，84.21%的站厅设施区域仍达不到标准值要求的300 lx。

站台中间区域的照度值达标率略高于站厅区域，照度标准值和层高的差异造成了两个区域达标率的不同，层高更低的站台能容易满足200 lx的照度标准值。

图2 车站各场所水平工作面照度值

2.2.2 照度均匀度

2.2.2.1 照度均匀度达标率

依据《城市轨道交通照明》(GB/T 16275—2008)的规定，城市轨道交通公共场所、休息室、办公室等一般照明的照度均匀度不应小于0.7，作业面邻近区域的照度均匀度不应小于0.5。

各区域均匀度达标率：站厅区域为59.18%、站厅设施区域为89.47%、站台两侧等候区域为75.00%、站台中间区域为73.53%、楼梯区域为38.89%、通道区域为31.25%。

2.2.2.2 照度均匀度数值分布

车站内各场所的照度均匀度分布箱形图如图3，分析箱形图的箱体部分(上下四分位数范围)：

1)站厅区域的照度均匀度在0.60～0.84；

2)站厅设施区域的照度均匀度在0.82～0.91；

3)站台两侧等候区域的照度均匀度在0.71～0.88；

4)站台中间区域的照度均匀度在0.70～0.88；

5)楼梯区域的照度均匀度在0.50～0.78；

6)通道区域的照度均匀度在0.52～0.72。

楼梯和通道的均匀度达标率较低，灯具损坏或者灯光黯淡的情况较多。楼梯层高变换特殊，多数楼梯仅依靠上层光源照明，缺少补充光源。通道存在灯具间距过大、灯具排列方式与顶棚形状不匹配的问题。靠墙的灯具至墙的距离减少到灯具间距的0.2～0.3倍才能使空间边缘的照度不致太低[10]。一些换乘站的通道被用来连接不同时间建成的站台，施工条件受到的限制较多，导致通道转弯过多、层高过低、构件遮挡光线，影响照度均匀度。

图3 车站各场所照度均匀度

2.2.3 色温及显色指数

统计各场所色温数据，大于5 300 K高色温的站厅占60.29%、站台占66.10%、通道及楼梯占51.47%。车站内各场所的色温相比规范要求偏高，建议在乘客停留位置选用3 300 K左右的低色温光源，使其感到温暖亲切；在乘客通行空间选用3 300～5 300 K的中色温光源，达到柔和自然的效果；在站台边缘等危险位置选用大于5 300 K的高色温光源提高乘客警觉性。

显色指数方面，站厅、站台、通道、楼梯的显色指数达标率分别为74.19%、78.26%、85.71%、75%，车站各场所的光源显色性优良。

3 调研结果分析

3.1 分区照明与照度

3.1.1 站台分区一般照明

站台两侧候车区域的照度通常比中间区域高，图4为5座城市不同线路的站台两侧候车区域与中间区域的照度比值。以比值为1为分界线，70%的数据在分界线以上，且个别站台照度比在5以上。

适当提高两侧候车区域照度，利于乘客识别线路信息，候车时保持警醒，但目前照度比过大，能耗高。深圳地区的部分车站，在分区照明的基础上，采用可连续调光灯具来实现照度的动态调节。如深圳9号线深大南、南油、粤海门等车站，轨道沿线的两侧候车区域的灯光，随着车辆的抵达或离开亮起或者变暗。灯光亮起时的照度达600～800 lx，变暗时照度仅维持在150 lx左右。

在站台照明设计中，应当避免一味提高两侧候车区域照度值的单一处理方式，可以借鉴深圳地区所采用的动态调节照度方式，改善乘客候车体验的同时，也能避免能源消耗。

图4 两侧候车区域与中间区域照度比值

3.1.2 站厅分区一般照明

通过对照明光源运用的统计，发现站厅内4个分区的光源选择及灯具处理方式存在差异，对其进行数据分析以了解各分区的照度值受影响情况。

在站厅的4个照明分区中，垂直交通区域的照度值波动较大，因此仅对分区一般照明的站厅内其余3个区域进行分析。四周通行区域、设施服务区域以及中心区域的照度数据的正态性检验结果见表5，站厅内2个区域的平均照度分布数据不符合正态分布(显著性<0.05)，对非正态分布数据非参数检验，渐进显著性小于0.05(表6)，平均照度与区域类别显著相关。即在分区一般照明的站厅中，存在一致的分区明暗变化规律，乘客在通行过程中，随着所在场所的转换，可以感受到照度的起伏。

表5 正态检验结果

表6 非参数检验结果

通过对比箱形图的箱体部分(中位数及上下四分位数范围)进一步对比不同分区的照度高低，如图5所示，平均照度水平从高到低依次为四周通行区域、站厅中心区域、设施服务区。

图5 站厅各分区照度值

1)站厅内四周通行区域的照度水平最高，但部分通行区域侧墙安装了广告照明，给该区域的照度均匀度带来了一定影响；

2)站厅中心区域承担着分散与汇聚乘客的作用，乘客在此处分辨方位，前往下一个地点，因此应控制站厅中心区域与四周通行区域的照度差距不至过大；

3)设施服务区域是车站中照度标准值最高(300 lx)的区域，可在该区域增设局部照明。

3.2 LED光源优势分析

3.2.1 光效优势

《城市轨道交通照明》(GB/T 16275—2008)规定，高度较低场所宜采用三基色细管径直管形荧光灯，也可采用紧凑型荧光灯、小功率的金属卤化物灯[11]。对比采用不同光源的各个场所的照度值，如图6所示，LED光源在楼梯、通道、站厅、站台的表现均优于其他类型光源，在站台等候区域的优势最明显，其照度值分布中位数比其他光源高出100 lx以上。

图6 不同光源在各场所的照度

3.2.2 节能优势

除了光效方面的优势，LED光源在节能方面也有明显优势，相比《城市轨道交通照明》(GB/T 16275—2008)规定的照明功率密度值，《地铁场所照明用LED灯具技术规范》(LB/T 010—2011)提出了更高要求，表7为两项规范对不同场所照明功率密度值要求的对比[12]。

为进一步了解LED光源的节能优势，以广州客村站为原型进行LED照明模拟，分别在站厅(层高4 m)和站台(层高3.3 m)设置LED筒灯和LED线形灯具，模拟光源均为LED朗伯体，参照《LED室内照明应用技术要求》(GB/T 31831—2015)，将筒灯和线形灯具的发光效率分别设置为75 lm/W和80 lm/W，模拟方案及结果如表8所示，在满足照度标准值的基础上，采用LED光源的方案的照明功率密度均在2.0～3.5 W/m2之间，能耗方面优势明显。同时，通过比较照度与功率密度比值的大小衡量不同方案的能源利用效率，场所层高、灯具类型都对能源的利用效率有影响。

表7 规范对照明功率密度值要求的对比

表8 模拟方案设置及模拟结果统计

此外，LED光源在稳定、控制和耐用性方面也优于传统灯具，国内已有车站开始进行节能型LED光源的更换[13]。充分发挥LED光源的优势，可以更好地营造车站照明环境。

3.3 站台形式与照度

侧式站台和岛式站台的水平照度及照度均匀度分布如图7和图8所示，两种形式站台的照度均匀度差异较小，但侧式站台平均照度值分布中位数为230.6 lx，略低于岛式站台的263.3 lx。相较于岛式站台，侧式站台的宽度、面积、垂直交通布置都比较灵活，照明设计的标准化和模块化程度较低，需要结合实际情况，进行更加细致的设计才能达到较高的照明环境水平。

图7 两种形式站台的平均照度分布

图8 两种形式站台的照度均匀度分布

4 结论

轨道交通车站空间环境封闭，是影响乘客感受的负面因素，营造良好的照明环境对于弥补这一负面影响具有重要作用。本调研分场所考察了车站照明设置情况与照明质量表现，得出如下结论：

1)分区一般照明的区域划分。依据规范对车站内的场所的划分，站厅、站台、通道、楼梯需分别设置合适的光源，采用恰当的照明设计手法。同时在规范的场所划分基础上，将站厅(标准值为200 lx)、站台(标准值为150 lx)进行照明分区，站厅可细分为：中心区域、四周通行区域、垂直交通区域、设施服务区域，站台可细分为：站台中间区域、两侧等候区域，并根据分区需求进行照明设计。

2)照明质量提升。调研车站中，站厅设施区域的照度值达标率最低，需设置局部照明提高照度；楼梯和通道处的平均照度和均匀度达标率均较低，需要合理调整灯具间距和布置形式进行改善；车站各场所的光源显色指数良好，但存在色温过高的问题，可将乘客停留位置光源降低为低色温营造温暖的照明环境，将乘客通行区域光源降低为中色温达到自然柔和的效果。

3)照明分区的照度设置。调研车站站台内两侧候车区域的照度值相比于中间区域偏大，有利于乘客识别信息并排队候车，但过大的照度对比带来能耗问题，建议采用动态调节照度的方式，给乘客带来良好体验的同时节约能源；分区一般照明的站厅中，需控制中心区域与四周通行区域的照度差距，满足乘客集散的功能需求；同时限制四周通行区域广告照明的亮度，保证均匀的照度。

4)优势光源选择。LED光源在楼梯、通道、站厅、站台的光效表现均优于其他类型光源，在站台等候区域的优势最明显；LED光源照明方案模拟也验证了其在节能方面的明显优势，车站LED照明光源的推广应用有助于国家碳达峰、碳中和重要目标的实现。

5)照明设计不利场所的弥补。侧式站台在组织乘客换乘方面发挥着重要作用，但调研中侧式站台的照度水平低于岛式站台，侧式站台的照明设计应当与其灵活多样的平面相匹配。

本文总结了轨道交通车站各照明空间的现状，分析了分区照明的常用手法与照度水平高低，解析了照明质量影响要素及规律，提出了不同层面的改善建议。调研充分考虑了不同场所的空间特征与使用需求，未来可以进一步做有针对性的研究，从而更好地为轨道交通车站照明设计提供参考。

致谢：感谢国家“十三五”重点研发计划项目“公共建筑光环境提升关键技术研究及示范”(2018YFC0705100)支持，感谢本调研的支持者和填写调查问卷的乘客。