室内光环境评价方法及光环境对人体的影响探讨

孔繁旭， 徐 立， 王艳伟， 丁志康， 何啸宇， 沈永强， 张 震， 孙龙祥， 晁 久

(久盛地板有限公司，浙江 湖州 313009)

随着生活水平提升、人们对居室环境质量要求的提高，绿色家居逐渐成为一种新型理念，而健康环保是其最为重要的前提。这要求家居设计应“以人为本”，更加注重受众者对于舒适度的需求。从家居设计角度着眼于室内饰品、灯具、绿化等，与室内装饰色彩、光环境等方面有机结合、协调匹配，构建和谐舒适、健康美观的室内空间环境，从而产生美好心理感受。伴随着科技发展，室内光、声、热、空气等各方面品质改善受到更多关注[1-3]。

1 室内光环境研究评价的必要性

室内环境影响人们工作和生活，在安全性、舒适度、工作效率等方面有重要影响[4]。光作为室内环境的重要组成部分，是构成空间的重要要素，它的功能多元，可扩展空间、限定空间和改变空间。照明系统中利用光属性还具备特定情感表达功能[5，6]，在人们感知环境、获取信息的同时，视觉可占80%，消耗人体25%能量，人体通过视觉对外界刺激形成明暗、形态、动态、远近等视觉和知觉信息而产生反应[7]。同时，光环境质量与人体视觉器官、舒适度密切相关[8，9]，照度、色温、亮度及其分布等，都会对人生理和心理产生一定的影响，这些影响通过相互交叉而共同决定人体对于当前环境的舒适度感知。此外，照度和色温也同样影响人们观察物体形状和颜色，选择合适光源色温，保证良好视觉效果[10，11]，光环境质量优良有助于减少视疲劳，提高人们生活品质、工作效率。相对室内有害物质污染会对人体健康产生影响，室内不良光环境带来的光污染(过量的光辐射)对生活环境及健康造成不良影响很少受到关注[12]。光环境评价方法众多，但如何评价室内光污染程度，及其对人体健康影响的研究偏少。

基于以上，本文针对现有文献中光环境质量评价方法、重要参数对人体生理心理健康、工作效率、室内光污染的来源及其防治途径等方面进行探讨。尤其，针对室内地面装修材料，以不同光泽度漆面的地板(哑光、高光)作为例子，对装饰材料的选择提出建议，为实现健康舒适的室内人居环境设计提供参考。

2 室内光环境评价指标及方法

光环境评价流程基本思考为：若定量考察光环境对人体影响程度，需先定义光环境量化指标，同时也要考虑人在光环境下的主观感受及与光环境有密切关系的人体健康指标；最终，通过一定的评价体系综合分析这些指标，获得全面有效的评价结果。目前，光环境主流评价方法分为客观评价、主观评价及二者相结合的评价方法。

客观评价方法是利用检测手段对室内光环境的构成因子定量检测，采用照度、色温、眩光、显色性、亮度比等指标来表征室内光环境品质水平，该评价方法有明确物理意义。光环境最常用的客观评价指标是照度和色温。叶海在对室内环境评价综合指标研究中，提到国际照明委员会CIE给出了欧洲关于室内照明光环境下工作人员对各种照度的不满意程度的“照度-不满意百分比(PDL)”关系曲线，给出了PDL若≤35%的设计参考时照度范围约1 500～3 000 lx。即将客观评价指标“照度”与主观评价指标“不满意度”，拟合成相关关系(图1)，进而得到可参考的室内光环境舒适照度[11]。

图1 照度与PDL的关系曲线

但是，只利用照度、亮度等量化指标，不能完全反映人们对光环境舒适愉悦度的感受，所以还需依赖主观评价方法，从而得到更合理化的指标，基于模糊数学、AHP(层次分析)等方法，构建光环境综合评价模型。主观评价方法依靠光环境中人自我感觉来评价，最直接可靠，易于理解，但因为不同人感受具有差异性，所以量化相对复杂。可调查数据足够多时，评价总会形成客观存在、确切的分布规律，不能因为其主观性而否认其必要性和客观性[9]。现有研究中，主观评价指标很少单独作为评价光环境的指标，如Ays E D将愉悦感等主观评价指标和照度等客观评价指标相结合得出综合评价结果[13]。

主、客观评价相结合是相对合理的室内(光)环境品质评价方法，把握两者间的关系，有利于充分全面评价室内(光)环境品质。比如，可采用以主观评价值为因变量，以实测指标值为自变量，建立以实测指标表现主观评价值的预测模型，以在主客观评价之间建立明确的数量关系。Gariuccis等较全面分析了建筑室内光环境及其舒适度的科研成果，总结归纳了室内光环境评价指标及其描述方式，具有较高参考价值[14]。

目前，已有相关室内光环境国家标准出台，定义了诸多光环境主客观评价指标，如黄璐等采用《GB 50034-2013 建筑照明设计标准》、《GB/T 12454-2008 视觉环境评价方法》两个标准评价地铁光环境[15]。此外，还有《GB 50033-2013 建筑采光设计标准》，是建筑上关于自然采光方面的标准，光环境质量定量和非定量评价过程复杂，涉及因素多，相关专家学者在此方面做了一定研究，刘蓓等[16]在室外光环境评价中提及光环境影响因素包括道路照明、景观照明、装饰照明、照明设计理念、灯具光源选择及后期维护等，并且这些因素还包括一些子因素。由于光环境评价本身即存在模糊性和多指标性的特点，因此其利用层次分析法，借助模糊数学理论，建立评价体系。结果表明该评价体系在提高居住区照明度同时，还能很好控制光污染。虽然研究对象为室外光环境，但是在研究室内家居光环境时，其研究模式有较高参考价值。光环境评价体系应用步骤描述清晰，可为室内家居光环境体系建立提供参考。张军等也利用模糊数学方法评价公共建筑场所下光环境质量，将公共建筑的普通办公室作为典型场景进行分析。选取影响建筑光环境的4个指标：标准照度值、标准眩光值、照度均匀度和显色指数，组成评价因素集，并采用多元统计方法对评价因素进行分析，在此基础上利用模糊数学建立公共建筑光环境综合评价模型。最终验证了该综合评价方法的有效性。张璐等针对城市地铁光环境评价问题，利用层次分析法和问卷调查确定层级评价权重，通过模糊数学方法建立地铁光环境二级模糊综合评价模型，并结合实例验证该综合评价方法的可行性，结果显示，该方法可操作性强、适用性好。肖辉乾、张耀根、陈仲林及王建华等也应用该方法评价光环境质量[17-22]。马申等对光源不同色温、照度水平及照明方式下人体疲劳度及对光舒适度评价研究中，利用主观光舒适问卷调查、客观阅读勾销实验、闪光临界频率值等综合评价指标，采用因子分析法进行分析，综合评价光环境并给出得分排名。其中指出，因子分析法可最大限度地综合反映原始变量真实信息，通过降维提取数据信息并对数据进行简化[23]。此外，还有灰色系统评价法、DEA(数据包络分析法)、ANN(人工神经网络)法等，评价方法趋向复杂化、数学化、多学科化。可见，将客观评价及主观评价指标结合，建立相关综合评价方法与模型，是全面评价光环境的重点途径。

此外，室内光环境变化给人体主观感受同时也会产生生理反应。通过测定其紧密相关的人体生理参数如心率、血压、闪光融合频率、视觉诱发电位等，可客观解明人主观感受，是评价光环境影响人体生理、心理健康的重要参考。进一步地，将其控制在人体舒适的范围内，可增加环境满意度、使人员心情愉快、提高工作效率等。如照度、背景色彩对心率影响较大[24]；照度升高，会使人体收缩压稳步上升，较差光环境带来焦虑感也会让血压升高[25]；闪光融合频率表征人表征人体疲劳。其值越高，代表人可以观察到更高频率的闪烁光电，人体疲劳感小。照度过高，加剧紧绷感，其值变小，表示人较疲劳；视觉诱发电位则是表征视觉疲劳。

测算光环境主客观指标，结合人体客观生理反应指标变化，通过多种综合评价方法，可更全面研究光环境对人体影响。

3 室内光环境对人体影响

人们生活中，人眼对外界光环境有很强的敏感度，可明显感知的光环境参数包括：眩光、光的方向性、照度、亮度、色温等，这些在视觉效果变化方面主要表现在短时间的辨认、视觉疲劳度、心理满意度等三方面。视觉疲劳度是光环境损害人体健康的最直接感受。

当今社会近视人数众多，邹爱琪等从眼球屈光发育异常带来近视人数明显增加的现状出发，借鉴以往研究中人眼适应光环境时会对光波长、强度、频率等属性产生和谐与否的依赖性研究，综述了光环境影响眼球屈光发育的过程因素及作用机理，认为充足的户外高强度自然光照射及接近自然光全光谱的光环境、减少使用高频闪光电子产品等是缓解眼球屈光发育状态发展的有效措施。这从本质上说明了光环境对人视觉系统发育的重要性[26]。在光环境对视觉健康舒适度的影响方面，陈少藩从人眼功能、视网膜细胞、脑力认知负荷三个角度入手，为后期科学研制光环境对视觉健康舒适度评价标准机制提供重要依据。其中，介绍了视觉健康舒适度(VICO指数)的量化分级方法(表1)，根据客观视觉指标参数、主观健康舒适度间构建了人工神经网络模型，也可为具体情况下的光环境对人主客观影响量度方法提供参考[27]。

表1 视觉健康舒适度(VICO指数)量化分级

光是人类赖以生存的必须条件，人类在进化过程中形成了许多适应光环境的机制，生理和心理都会受到光环境的显著影响。光对人的生理作用主要通过神经系统影响生理功能，例如生物节律、免疫力等。光也能直接影响人的心理，不同的光源、照度、色温对人的心理影响不同。

王伟等从生理(褪黑素分泌、视觉、中枢神经系统、生物节律)、心理(影响途径、情绪等)角度对光环境对人体健康影响做出了总结，而且综述了特殊环境(航天航海)的幽闭空间光环境现状，并对其环境设计给出了一定建议，而且认为情绪与生理关系较密切，受光照影响较大[28]。Shimomura等研究色温对人脑力工作时唤醒水平影响发现，光源色温较高使人大脑兴奋性和活性提高[29]。石路等也发现高色温可提高人注意力水平，改善唤醒和警觉水平，提高大脑信息处理能力，带来有利于脑力负荷要求较高的任务场景，但可能会引起疲劳，长时间会影响睡眠[30]。Cajochen等研究表明，警觉性的反应与光照对于褪黑素的抑制程度呈正相关[31]。

I.T.Kim等设计CQAT工具计算、评价室内光环境色彩质量，考虑色温、光谱功率、光通量、室内装饰环境及人对光环境感知等，综合分析光环境对人生理和心理的影响[32]。张颜梅等结合认知心理学和生理学知识，分析室内照度对人员工作效率影响机制。设计50 lx、100 lx、300 lx、500 lx、800 lx的五个照度实验工况，根据工作效率评价方法和模型，设计认知能力测试项目，采集被试者生理指标，结合主观评价，从而分析不同照度对人工作效率影响。杨公侠等认为色温与照度相关性较小，提出针对不舒适眩光的四种评价方法，得出主观评价与UGR相关性最高的结论[24]。陈少藩概括了人对不同光环境产生反应：出现主观感觉、生理变化、工作效率变化，该过程包含主观感知、生理反应和信息认知加工三个方面，因此评判光环境对人体影响可从上述三方面入手。

光是人类观察和认知世界所必不可少的。光不仅提供了视觉信息，同时也参与调和人体很多生化反应，最重要的是对人体生物节律的调节，包括昼夜节律、激素分泌和警觉程度等，即所谓人体非视觉生物效应[33]。在非视觉作用方面，汝涛涛等对于环境光照对个体生理心理功能的非视觉作用结果研究现状做出了全面的研究归纳，分别从光学参数、光照模式、时间因素、个体差异及任务特征等方面对环境光照的认知工效分类概括，并展望了未来环境光视觉作用的重点研究方向和研究内容[34]。

4 室内光污染及其防治措施

光污染，从广义上来讲，不利于人体生理和心理健康的光环境即是光污染[35]，是照明产生过量光辐射如可见光、红外线、紫外线等，容易对人、物、环境造成干扰或负面影响的总称。室内眩光是光污染的主要表现形式，眩光感觉主要与光源面积、亮度、光线与视线的夹角(即仰角)、距离及周围背景的亮度等因素有关。国际照明委员会(CIE)定义眩光指数CGI，以评价室内眩光所带来的光污染指数(表2)。纪振提出了针对室内眩光光污染具体防治措施，在光污染防治标准制定、室内光源选择及布置、室内装饰材料选用等方面，具有较高的可行性[36]。

表2 眩光指数与不舒适眩光感受的关系

针对室外光污染方面，征汶依据《GB/T 38439-2019 室外照明干扰光测量规范》，主要介绍了自主研发的光污染检测系统的测量原理、测量方法，为有效控制和消除光污染提供了一定的技术设备支撑[37]。陈思礼对光污染的成因、危害产生的机制和防治光污染的原则进行探讨，涉及的室内光污染主要包括：城市大面积玻璃幕墙光线强烈反射到室内；室内装饰装修材料的使用不当，如墙壁颜色太亮、地板或家具漆面光泽度过高产生镜面反光造成视觉不适；室内灯、电视、电脑用光过强，如灯具忽视合理采光需要，五颜六色，易干扰大脑中枢神经系统，手机、电脑显示器产生的光线直接射入人眼，具有短波蓝光、长时间注视会对视网膜造成永久损伤；图书、纸张、色彩以及印刷质量带来的眩光等[38]。汝涛涛等对环境光照心理认知功效的潜在作用机制归纳中，提到了褪黑素抑制假说、脑区激活假说以及生理唤醒假说，是认识和解释环境光照与生理心理功能的内在关系的重要理论基础，或可从机理机制方面环境反应光污染与人体生理心理状态关系密切，如室内夜间亮光或即使照度较低的短波长蓝光均能显著抑制褪黑素的分泌消除人体睡意，提升机体警觉性。

室内装饰材料的合理选用是防治室内光污染的主要途径，可有效避免眩光。因此，在保证室内合适照度的前提下，尽量避免使用亮光地板、釉面砖墙、磨光大理石地面等装饰材料，这些反射系数较大的装饰材料回导致强烈反射光，宜选用具有漫反射装饰材料，提升空间质感同时不会将强光反射到空间中，从而减轻室内眩光污染，并以木色、米黄色、灰色调的墙体代替鲜艳的墙体或者白墙，使室内空间看起来整洁的同时不会因为颜色过于刺眼而损伤人的视力[39]。通常室内装修普遍选取地板或瓷砖作为地面装饰材料。地板相对于瓷砖具有健康环保、彰显档次、保温隔热、冬暖夏凉、调节温湿、隔音降噪、脚感舒适等优势。如果选用瓷砖作为铺装材料，建议选用表面有凹凸及半凹凸效果的微光干粒瓷砖，这种瓷砖产品拥有良好防污性能、耐磨和防滑性，并且具有柔和的微光效果[40]，如果选用地板作为装饰材料，建议选用漆面光泽度较低的微光漆面地板，当日光或强烈的灯光照射在地面上时，不会产生强烈的镜面反射。

为了研究地板表面光泽度与人眼舒适度的影响，笔者采用不同表面涂装工艺，制作出了(3个材种，5种光泽度)不同表面光泽度地板，依据标准《GB/T 9754-2007 色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°、85°镜面光泽的测定》(按入射光束的轴线对受试表面的法线成60° ± 0.1°)测定地板表面光泽度，得到具有表面光泽度小于5°、5°～10°、10°～15°、15°～20°、20°～25°的多块样品，在标准光源的光照环境下进行观察对比。如图2所示，相同底色地板样品，高于光泽度10°条件下，均有明显反射光斑，如果室内大面积铺装就易产生刺眼眩光，造成光污染，因此研究开发低光泽度地板，营造健康舒适光环境，是木质地板领域发展的必然趋势。

图2 相同光照条件不同光泽度地板产品效果

5 结束语

室内光环境关系着人基本的生理和心理健康需要。近年来，相对室内装修方面产生的其他有害物质污染，由室内不良光环境、特别是室内装修所带来的光污染受到的关注较少。现阶段，光照评价方法屡见不鲜，但在室内家居光环境改善方面的具体应用仍没有受到足够重视，且光环境对人体影响的研究还需完善。

对于室内家居光环境改善，有必要在以下方面展开研究：(1)室内家居光环境评价方法，规定光环境标准的客观与主观检测指标，结合模糊数学、灰色理论、层次分析法等评价方法，形成统一评价体系，可对不同光环境进行对比分析，必要时可开发移动端检测、分析软件，方便快捷应用至具体室内家居场景；(2)光环境对人体影响方面，从生理、心理、工作效率、认知等构建其完善的作用机制；(3)着重设计室内家居光环境以避免产生光污染，重视研究装饰材料光泽、颜色对光环境作用效果及其与室内自然光、人工照明环境的影响关系，营造室内家居绿色舒适光环境效果；研究开发低光或微光漆面涂饰的地面装饰材料(地板、瓷砖等)降低室内光污染，以适应市场需求，营造更为健康舒适的人居环境，为提高生活品质做出积极贡献。