步行空间适老化照明研究进展

张立诚，严永红

(1.重庆大学建筑城规学院，重庆 400045；2.山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆 400045)

引言

随着经济社会的发展，夜间活动成为城市居民拓展生活、丰富生活的重要组成，夜间步行空间是夜间生活的重要空间载体[1]。我国老龄人口众多，根据国家卫健委测算，预计“十四五”时期中国将进入中度老龄化阶段[2]。而户外步行空间的人工光环境与老年人夜间出行安全及满意度息息相关[3]，发展适老化的夜间步行空间照明是我国国情的现实需求。

老年人由于视觉系统老化会出现知觉敏感性减退、角膜内皮细胞增厚等趋势，使得老年人对于光环境需求与青年人存在一定的区别[4]。现有研究主要集中于居住空间光环境等领域[5]。相比之下老年人步行空间照明的相关研究较为零散，尚缺乏系统性的梳理，本文汇总了国内外研究者对此领域的研究成果，在前人的基础上从视觉感知、心理影响、行为模式三个角度展开评述，总结了现有步行空间适老化照明研究进展，为推进相关领域的实际应用提供了理论依据。

1 检索方法及结果

本节以Web of Science核心数据库、Gogle Scholar为主要文献来源，CNKI数据库及Jstage作为补充，主题词由“lighting(照明)”和“eldly(老年)”或“old(老年)”和“walk(步行)”或“pedestrian(行人)”或“physical activity(活动)”组成。检索工作在2023年4月进行。最终，总计检索文章532篇，排除文献的原则是：1)综述类论文；2)未进行实验的论文；3)未将照明做为研究核心或重要组成部分的论文；4)以患有眼疾或其他疾病作为被试的研究。通过限定相关研究方向和人工补充筛选，最终综述文献22篇(图1)。

图1 检索方法及结果Fig.1 Retrieval methods and results

2016年，Rahm等[6]针对户外照明对行人影响领域进行了综述。2023年，吕承哲等[7]同样对此领域进行了文献综述，两篇综述将此领域研究划分为三个方向：视觉感知、心理感受与行为模式，较好地梳理了现有成果。本文参考前人划分方式，从视觉感知、心理影响、行为模式三个角度对老年人步行空间照明这一细分领域的研究成果进行回顾。此外，为明确老年人与青年人的光环境偏好差异，本文适当总结了青年人在步行空间人工光环境研究结论作为对比参考。

2 对视觉感知的影响

Davoudian[8]和 Fotios等[9]的研究发现，行人在户外的注意力可以分为：道路及障碍物、行人、其他环境要素(标识、背景等)三部分，分别约占33%、15%、52%。人们通过视网膜接收到的视觉信息是人类形成主观感受并产生行为动机的基础[10]。探究夜间光环境与三者识别性的联系是老年人步行空间照明的首要内容。

2.1 面部识别

1982年，van Bommel等[11]的研究认为人受到威胁能及时采取措施的最小距离是4.0 m，这一距离被后世沿用作为常用的面部识别检测距离，面部识别受水平照度与垂直照度(及亮度)水平影响，针对青年人的既有研究认为在面部识别方面，5 lx水平照度、0.8 lx半柱面照度[12](或1 cd/m2亮度[13])是较为合理的光环境标准。

关注老年人面部识别的研究成果较少。2018年，Rahm等[6]与马尔默市政府合作，研究了三种灯具对不同年龄被试的影响，研究发现眩光会影响老年人对人脸的识别距离，而对青年人相对影响较小。研究认为，0.55 cd/m2的面部亮度识别性较好，但该结果是用纸质照片作为面部识别对象实验得到，故参考价值有限。

2.2 障碍物确认

夜间步行的障碍物分为地面不规则小物体(例如地面凹凸)及较大的障碍物(例如堡坎)两类。对于前者，研究者多采用高度可调的装置模拟地面凹凸的方式，研究被试在不同光环境下的障碍检测能力，基于青年人的研究[14]将5.7 lx作为适宜水平照度值(被试识别1.2 m外25 mm高的障碍物准确率为95%)。对于后者，影响障碍物识别的因素较多，除了光环境外还包括障碍物尺寸、反射率等。有研究证明识别距离随照度变化不显著[15]，还有研究通过观察被试在凌乱房间中的移动速度等来展开研究，在4.1节详细论述。

2009年，Fotios等[16]用凸起的铺路板模拟道路表面的崎岖，研究灯的类型、照度和年龄对路面障碍检测高度的影响。研究发现0.2 lx下年轻被试(<45)相比老年被试(>60)需要的障碍物辨识高度更低，而当照度达到20 lx时，区别不再明显；具有高S/P (Scotopic /Photopic ratio)的光源在低照度条件下(0.2 lx)更利于行人检测障碍物，在2 lx及以上照度下影响不显著。研究的照度划分为0.2 lx、2 lx、20 lx三档，跨度较大。

2015年，Uttley等[17]研究了照度和光谱对不同年龄段行人的障碍物检测的影响。结果表明，提高S/P(1.2～2.0)在2 lx照度以下能显著提高各年龄段的识别能力；提高照度能提高各年龄段辨识能力，当照度超过6.3 lx时提升不再显著；年轻与年老的被试仅在0.2 lx照度时呈现显著差异，当照度超过0.2 lx时差异不再显著。研究照度划分更细，且结论与2009年Fotios等[16]的结论符合。2018年，Rahm等[6]的研究也基本与前人成果一致。

基于以上研究成果，可以得到：照度为0.2 lx及以下时，青年人与老年人障碍物辨识能力差异显著，提高灯具S/P(1.2～2.0)能显著提升各年龄段辨识能力；照度提升也能显著提升各年龄段辨识能力，当照度>6.3 lx后，辨识能力提升不再显著(表1)。

表1 照明对视觉感知的影响Table 1 Effect of illumination on visual perception

3 对心理感受的影响

视觉信息经过处理后会转化为诸如安全感、满意度、焦虑感等主观心理感受，既有研究通常采用李克特量表的方式量化被试对于某环境的主观评价，进而研究适宜的客观人工光环境指标，例如照度、色温、显色指数、光分布等。既有研究发现，水平照度在0～10 lx时，安全感随照度明显增加；照度在10～50 lx时，安全感随照度增加呈递减趋势；照度大于50 lx时，安全感随照度变化不明显[18]。此外，色温和显色指数也对心理感受有影响，研究发现显色指数、色温与场地明亮感呈正相关，而色温与场地舒适度呈负相关[19]。目前关于老年人心理感受的研究分为两个部分。

在平地领域：Jachinski[20]在1982年、Boyce[21]在1985年分别对疏散路线照明满意度进行了主观评估，发现平均地面照度分别为3 lx和7 lx时，便可以分别满足青年人和老年人的需求。2008年，Akizuki等[22]探讨了各年龄段照度/移动速度与满意度的联系，研究以能见度、便利性、焦虑感三者作为满意度指标。结果证明，平均1.5 lx左右可以使得不满率下降至10%，10 lx时基本能满足各年龄段要求，这也与Jachinsk[20]和Boyce[21]的研究结论基本吻合。2021年，刘雨欣等[23]对重庆主城区老旧社区户外光环境及居民满意度进行了调研，在数据分析后提出夜间住区光环境平均水平照度应为4.5～5 lx，平均垂直照度应为5.5 lx，台阶处应在此基础上适当增加。该结论补充了垂直照度结论，水平照度较前人研究成果略低，可能由于被试对住区环境相对熟悉的原因。

在梯道领域：2020年，刘玮[24]以山城户外梯道为例，通过主观评价研究了适宜的楼梯照度，建议依据楼梯级数不同将踏面照度下限控制在7.5 lx～10 lx，色温控制在4 000 K。2021年，叶珍光[25]从视觉安全感知的角度进一步提出以1.35 lx作为楼梯最小照度区域的照度限值，进一步细化了台阶照度要求(表2)。

表2 照明对心理感受的影响Table 2 Influence of lighting on psychological feeling

4 对行为模式的影响

4.1 照明对移动速度的影响

CIE 227—2017[3]中回顾了1982年Jaschinski[20]、1985年Boyce等[21]的研究成果，形成了在凌乱办公室中，青年人和老年人移动的平均速度和地面平均照度之间的关系拟合图(图2)，由图可知，随着照度下降，被试移动速度显著降低，老年人在等照度下平均比青年人慢0.4 m/s。2005年，Alexander等[26]通过步道测试(P-TMT)探索了不同年龄被试在低和正常照明条件下按要求进行“准确行走”的步行时间，发现当照度降低时，老年人所需时间相比青年人明显增多，结论与前人研究一致，但文章没有报告详细的走廊照度数据。

图2 标准试验系统结果曲线Fig.2 Curve：system result of standard experiment

Akizuki等[22]于2008年，在凌乱的走廊对照度与不同年龄移动速度的关系进行了更深入的研究。研究表明，当地面照度小于5 lx时，青年人与老年人移动速度有明显区别，而高于5 lx时则速度接近，高于15 lx后移动速度基本一致，这一研究与1982年Jaschinski[20]的结果不一致，主要原因在于Jaschinski的研究场地是布满桌椅的办公室，而Akizuki等的场地为散落小障碍的走廊。此外，研究还证明，这一区别主要由于老年人的视敏度下降造成。CIE 227—2017[3]引用了此研究，并结合视敏度估算公式得到了不同地面材料上的年轻和老年受试者的移动速度表，该表显示了不同地面反射率/照度与年轻/老年人的移动速度关系(表3)。

表3 不同地面材料上的年轻和老年受试者的移动速度案例研究Table 3 Case studies of movement speeds for young and older subjects on different ground materials

4.2 照明对步行姿态的影响

在平地步行领域：2005年，Thies等[27]研究了不规则表面和照明对不同年龄段被试步行姿态的影响，多因素方差分析发现，照度变化(927～47 lx)对各年龄段步态参数均无显著影响，而表面平整度对各年龄段步态影响显著，老年被试受影响更大。2006年，Moe-Nilssen等[28]研究了老年人在暗适应过程中的步态调节，试验发现，当地面照度由750 lx降至0.75 lx时，被试会有降低移动速度、提高踏频等反应，在60～90 s后回复正常值。2014年，Alexander等[29]的研究得到了类似的结论。

2014年，Choi等[30]研究了青年人与老年人在不同照度下的步态模式差异，发现在高照度(300 lx)和低照度(10 lx)下青年人步态呈现明显变化，而老年人则保持一致。这可能是由于老年人机体运动能力下降所导致的，但文章没有报告更低照度下的行为变化。

在跨越障碍领域：2013年，Cho等[31]研究了正常(200 lx)和低光照明下(1 lx)老年人跨越障碍物姿态区别，发现低光照条件下后腿的脚趾间隙会明显减小。

在楼梯照明领域：2005年，Hamel等[32]的实验发现楼梯踏步照度不足会增加跌倒风险，在低照度水平下(3 lx)，青年人的足部间隙相对于步缘会增加，而老年人则不会增加，这使得老年人更易因此受伤。且青年人和老年人在光照不足条件下(1 lx)都会放缓脚步，这是一种补偿[33]。2020年，Thomas等[34]研究了不同功率紧凑型荧光灯和LED灯对老年人下楼梯的影响，发现楼梯踏面10 lx的照度会导致老年人摔倒风险增加，建议踏面照度为100 lx(表4)。

表4 照明对步行姿态的影响Table 4 Effects of lighting on walking posture

4.3 照明对其他行为反应的影响

2016年，Cheng等[35]设置了一段13 m的走廊，通往不同照度、不同高度的台阶，以此对比高/低照度下不同年龄被试的行为特征，包括首次注视台阶的距离、凝视次数、凝视时长等。研究发现，老年受试者的试验时间和检测距离均受光照水平的影响，而年轻受试者的注视次数和注视持续时间受步高的影响，与年轻受试者相比，老年受试者的检测距离更短，注视次数更多，固定持续时间更长。这意味着，如果提供更好的照明或简化的视觉环境，老年人的脆弱性可能会降低。

2011年，Figueiro等[36]设计了一种具有激光线勾勒路径功能的插入式夜灯，实验证明，在低水平环境照明中，这种增加行走平面感知线索的照明可以降低老年人的跌倒风险。2021年，Luo等[37]也设计了具有指引效果的LED灯条，对比了常规照明方式，发现基于目的地的视觉线索照明设计也能有效加快老年人步行速度，使步行姿态更加自信，该研究证明了目的地的视觉信息也能有效改善老年人夜间行动能力。

5 总结

本研究对老年人步行空间照明的研究成果进行了回顾，通过综述分析发现，适宜老年人的光环境与青年人存在一定的区别。在视觉感知领域，老年人面部识别率与识别距离略低于青年人，更详细的照度与识别距离关系等数据尚不明确；年龄带来的障碍物辨识能力差异在小于0.2 lx水平照度下显著，此区间提高S/P或提高照度能显著提高辨识能力，当照度大于6.3 lx后，提高照度不再能提高辨识率。在心理感受领域，老年人在平地步行的最小照度为7～10 lx，较熟悉的场地可以降至5 lx，垂直照度宜大于等于5.5 lx；老年人在梯道步行时，踏面平均照度下限为7.5～10 lx，最小区域照度应大于等于1.35 lx。在行为模式领域，相同照度下，老年人在有较大障碍物的凌乱办公室中平均移动速度比年轻人慢0.4 m/s，在凌乱走廊中，当照度高于15 lx后老年人与年轻人的移动速度基本一致；对于步行姿态的研究认为照度降低会使得老年人受伤风险增加等。

随着时代的发展，我国将进入中度老龄化阶段，夜间户外活动逐渐成为人们生活的重要组成，形式也愈发丰富多样。既有研究多从实验室展开，面向的活动场景不够丰富。在视觉感知领域针对老年人面部识别的研究尚缺乏明确的光环境与辨识距离研究成果；在心理感受领域，当前研究主要以步行、疏散等行动作为研究对象，缺乏对当下老年人夜间活动愈发多样这一现实问题的回应；在行为模式领域，研究主要集中于不同光环境下的老年人步态，对比该领域针对中青年人的研究成果，尚缺乏对光环境与个人空间的研究。此外，考虑到步行空间尤其是室外步行空间的复杂性及老年人自身运动能力与视觉的退化，步行空间适老化照明研究可能还有必要探索不同地面材质、高差变化、环境组成要素等因素共同影响下的光环境设计方式，进而指导城市夜间光环境建设。