基于CiteSpace的室内照明设计舒适性研究综述

康知涵 凌云飞

摘  要：为得到室内照明设计中舒适性领域的结构性的概述，了解其研究现状和趋势。文章选取1998至2022年间与照明舒适性相关的文献，运用CiteSpace软件绘制知识图谱，通过可视化的方式呈现照明舒适性领域的研究现状和热点趋势。该领域研究数量增长迅速，涉及的国家和机构数量较多，但相互间的合作受到地理位置的限制。视觉舒适性一直是该领域的研究热点，非视觉的生理舒适性和心理舒适性研究逐渐在该领域兴起。

关键词：照明设计；照明舒适性；CiteSpace；可视化；知识图谱

照明设计和人类的生活息息相关。目前，很多照明设计的研究都是从理性数据出发，而忽视了人作为用户和环境之间的联系。光线本身带给人的视觉感受是由亮度、照度、显色性、色温等多种因素同时决定的，同时空间划分的不同、环境材质的差别，又会带来不一样的体验。将照明舒适性理论应用在设计中，是在保证基本功能的前提下，从照明角度考虑用户的生理和心理感受，从而创造一个更加舒适的室内环境，本质上是将“人性化”的设计理念进行落实。

在该领域的研究中，克鲁伊索夫（Kruithof）很早就提出了克鲁伊索夫曲线，即通过结合照度和色温（CCT）来定义舒适的照明条件，该曲线图在短时间内得到了广泛的认可，但是它的有效性长期以来一直存在较大争议，福提奥斯（Fotios）的研究论证了CCT的变化对舒适度的评价影响很小[1]。针对CCT的研究可以说是照明舒适性研究的起点，但随着研究的深入，逐渐成为一个单一的指标。卡鲁奇·萨尔瓦托（Carlucci Salvatore）的综述文章分析了影响视觉舒适度的所有因素[2]，这篇里程碑式的文章是目前视觉舒适性研究的代表，同时也表示对于照明舒适性的定义来说，不应该只局限于视觉感受层面。尽管对于照明舒适性的研究在世界范围内都有一定的成果，但只有少部分研究将多种类型的舒适性综合考量，而且全面的可视化文献计量分析仍然比较罕见。本文借助文献可视化软件对照明舒适性研究的文献进行分析，用清晰的图表展示了该领域的研究现状和变迁，有助于认知关键词、国家、机构、文献共被引等因素在研究主题中的潜在影响和对未来研究轨迹的预测。

一、研究方法和数据来源

知识图谱是通过将应用数学、统计学、信息科学等多学科理论与信息化技术相结合，检索、分析、绘制和表现科学知识及其相互联系的“科学知识图谱”[3]。本文选用的CiteSpace是由美国德雷塞尔大学陈超美教授在JAVA环境下编辑研发的一款文献可视化分析软件，该软件通过对导入的文献信息进行数据分析。提取样本文献中发文作者、发文年份、关键词等内容，对其进行定量分析[4]，有助于清晰直观地展示照明舒适性研究的现状和趋势。

为获得照明舒适性性性领域较为全面的研究成果，本文选用Web of Science数据库中的核心合集作为数据来源，选择检索关键词为照明舒适（lighting comfort），检索类别锁定在建筑、能源、工程、材料和光学领域，总计检索出3222篇文献。由于检索结果中有大量无关的数据，因此对检索结果进行手动筛选，剔除与研究方向关联性较小的文章，最终得到有效文献720篇，导出其txt格式的文件放入软件中进行分析，设置时区切片为1年。

二、照明舒适性研究可视化分析

（一）照明舒适性知识图谱的构建

每篇文献在Web of Science数据库中都有若干关键词，关键词是反映文献核心内容的名词或短语，为了探究照明舒适性涉及的研究领域，将CiteSpace软件的参数选择为关键词（keyword）进行可视化分析，进行聚类操作后得到关键词图谱（如图1）。节点的大小代表关键词在文献中出现的次数，节点越大代表次数越多，节点之间的连线代表两个关键词同时出现在一篇文献中。

由于数据集中关键词节点较多，图谱中将最显著的关键词显示其名称，通过聚类的操作，知识图谱中节点被大致分成了几个类团，视觉舒适（visual comfort）、建筑（building）、满意度（satisfaction）、不适眩光（discomfort glare）等节点在各自聚类中有较强的代表性，能够较为清晰地体现出照明舒适性研究的几个大方向。同时这些最显著的节点间连线较多，表示研究中经常需要考虑不同的因素。和最显著的节点相连接的次重点节点例如情绪（mood）、日光（daylight）、照度（illuminance）、人工照明（artificial lighting）等既可以單独作为研究方向，也可以作为辅助指标来完善研究，这些次重点节点又和更小一级的节点相连，构建出了照明舒适性研究的知识图谱的同时也直观展示了该领域研究的广度和深度。

（二）发文量分析

对Web of Science核心数据库中有关照明舒适性领域的文献数量进行统计（如图2），可以看出整体文献的数量从1998年起呈现出增长的趋势。在整体的变化过程中，可以将2011年作为分界点：2011年前文献量变化幅度较小，这与照明设计领域乃至照明舒适性细分领域的研究处于起步阶段有关；从2010年至今，文献数量呈现不稳定增长的趋势，这与LED光源从新兴产品开始普及化息息相关，2009年，欧盟就通过了在2009～2012年间逐渐淘汰白炽灯的法规，之后在欧美诸多国家的技术支持下，LED光源的应用和发展给照明设计领域带来了革命性的冲击。对2011年至今的变化趋势进行细分，可以发现2014年是变化趋势一个重要节点，虽然当年度发文量相较邻近的两年都不算多，但是2013年发文数量较多，且在2014年后文献数量呈现急剧增长的趋势，说明研究成果在2013年至2020年间研究成果有了较多的突破。而2021年发文数量有所减少也只是因为2020年研究数量达到峰值，可以预见的是，在照明硬件技术和对用户体验重视度提升这两方面的推动下，对于照明舒适性度的研究将继续保持总体稳定增长的态势。

（三）国家（地区）合作网络分析

将CiteSpace软件的参数选择为国家（country）进行可视化分析，得到的知识图谱如图3所示。节点的大小代表国家或地区的研究成果数量，节点越大代表文献量越多，节点之间的连线代表其合作情况，连线的粗细代表合作的紧密程度，紫色外圈代表的是该节点的中介中心性（Betweeness Centrality）强度，中介中心性是显示一个节点在网络中所处位置潜力的指标[5]，紫色外圈越厚，代表该节点在网络中越重要，一般认为中介中心性大于0.1的节点为关键节点。

从发文量来看，在生成的图谱中可以较为清晰地看出：数量最多的国家或地区是中国（PRC），其次是意大利（ITALY）、美国（USA）、荷兰（NETHERLAND）、韩国（KOREA）、土耳其（TURKEY）、英格兰（ENGLAND）等。发文量前15位的国家（地区）中，欧洲占据了7个名额，这与欧盟照明设计起步较早相关。与此同时，中国作为发文量最大的国家，虽然照明设计起步时间不如欧洲，但如图4所示，港台地区在2010年开始，率先对LED灯从技术层面展开了研究，并且随着技术的普及和大陆地区研究机构、场地、条件的多元化影响，在2013-2021年保持平均每年10篇的文献量，并在2022年达到22篇的峰值，说明以LED灯作为主要照明手段的今天，中国在照明舒适性领域的研究具有较大的广度。合理预测中国在照明舒适性领域的研究将会继续深入，且年均发文量将会稳步提升。

从发文关键性来看，除了中国、美国和毗邻欧洲的阿尔及利亚以外，中介中心性较高的国家或地区都集中在欧洲区域，意大利（centrality=0.31）和英格兰（centrality=0.21）是图谱中中介中心性数值最高的两个节点，相比较而言，从表1可知，荷兰虽然也有较大的发文量和在所有节点中相对较高的中介中心性（centrality=0.07），但在网络中的重要性上不如前两者。造成这一现象的原因可能是由于荷兰的研究方向相对集中，研究内容针对办公室空间中用户的照明舒适性度体验，从当地的社会习惯、个体差异、建筑结构和功能等多角度进行了综合阐述。同时，这些因素具有较大的地域性，在该地区适用性较强。需要注意的是，两个或多个存在合作关系的节点会将其合作的文献同时计入，因此当出现几个国家共同合作的情况就会使该研究关联到多个节点，从而增加中介中心性。最典型的例子是一项对欧洲现代办公建筑内舒适度体验的研究[6]，该研究对8个欧洲国家（芬兰、法国、希腊、匈牙利、意大利、荷兰、葡萄牙和西班牙）167座现代办公楼的7441名员工进行了问卷调查，来分析室内环境质量和舒适度体验的关系，发文作者涉及上述除西班牙以外的其他七个国家。图3中，类似的情况在合作十分密切的欧美地区十分普遍，因此会出现诸如葡萄牙、法国、阿尔及利亚等发文量较低但中介中心性较高的情况。

将CiteSpace软件的参数选择为机构（institution）进行可视化分析，初步显示结果呈散点排布，筛选出发文量4篇及以上的节点名称。将经过筛选后的节点在可视化结果中进行优化调整并按洲际划分，得到机构合作图谱如图5所示，节点间的连线代表两个机构之间存在着合作关系，连线的粗细代表两个机构的合作紧密程度。欧洲的机构形成了相互合作较为密切的类团，首先是以埃因霍温理工大学（Eindhoven University of Technology）和代尔夫特理工大学（Delft University of Technology）为核心形成了欧洲最大的合作类团，而荷兰飞利浦公司作为世界上最大的照明电器品牌之一，旗下的研究所（Philips Reaserch）和这两所荷兰学校顺理成章会形成十分密切的合作关系，例如根据用户的所在地和喜好进行智能照度控制的系统[7]。这种合作研究不仅存在于客观技术层面，同时也涉及到主观感受层面，例如通过照明手段为老年人创造更加轻松的氛围的研究[8]。其次是瑞士地区的洛桑联邦理工学院（Swiss federal Institute of Technology in Lausanne）和巴塞尔大学（University of Basel）为核心形成的合作类团以及意大利地区的巴勒莫大学（University of Palermo）、比萨大学（University of Pisa）和佩鲁贾大学（University of Perugia）为核心形成的合作类团。从前文所述中可以看出，欧洲地区普遍合作较多，这与欧洲版图大小和地理位置相近有关，当从研究机构角度进行分析，这一现象更加明显，在同一国家或地区的机构之间合作会更加密切。

类似的现象在亚洲也同樣出现，清华大学（Tsinghua University）、复旦大学（Fudan University）、国立新加坡大学（National University of Singapore）、马来西亚士兰道工业培训学院（Selandar Industrial Training Institute）、伊朗德黑兰大学（University of Tehran）都只和本国的机构有合作关系。而中国作为发文量最大的国家，在机构合作方面相较其他亚洲国家也更加多元化，例如浙江大学（Zhejiang University）、哈尔滨工程大学、利兹大学（University of Leeds）合作研究了照度和色温对观看画展的影响[9]。而在亚洲区的东南大学（Southeast University）和欧洲区埃因霍温理工大学及相关机构有着更加密切的合作关系。这两个机构分别位于上海和荷兰，地理位置相距甚远，然而飞利浦（中国）投资有限公司和飞利浦亚洲研究中心的地址都在上海，因此跨国企业的存在将地理位置变成了自身研究的优势，该合作类团的研究集中在对视觉舒适度的研究，包括灯具间的距离、计算机显示屏幕和背景偏好等因素。不仅是欧洲区域，东南大学还与多伦多大学（University of Toronto）在对新加坡教室内[10]照明质量进行了评估研究，研究人员和场地涉及到上海、新加坡和多伦多三地，造成该现象的原因可能是这两项研究的实验对象是由新加坡建筑建设局赞助，且新加坡和上海两个城市对外交流较多，在建筑乃至照明设计领域能够受到更多的关注。

综上所述，各机构对于照明舒适性的研究合作性较少，无论是洲际范围还是国家范围，机构间的合作普遍受到地理位置的制约，绝大部分机构的研究是独立完成的，这和照明舒适性领域的研究需要实验场地的支撑息息相关。这一现状并不利于照明舒适性研究的发展，但仍有企业和研究机构通过自身的条件跨越地理位置的隔阂，长期来看这样的现象能够帮助实现技术共享并使该领域研究更加深入。

（四）研究热点及趋势

引文分析是评估科学、技术和社会科学期刊上发表的研究质量的参数之一，如果两篇文献同时被另一篇文献引用，那么这两篇文章就会形成一个共被引关系。不同的节点互相形成一个网络化的关系可以更直观地捕捉到当前学科研究的热点。将CiteSpace软件的参数选择为参考文献（refernce）进行可视化分析并对结果进行聚类，聚类模块值Q（Modularity Q）和平均轮廓值S（Weighted Mean Silhouette）可以判断知识图谱数据的可行性。当Q值在（0，1）区间内越大，表示聚类划分的结构越清晰，当Q>0.3时，说明聚类结构显著；S>0.7时，说明聚类令人信服[11]。本次数据聚类结果的Q值=0.8193，S值=0.9064，说明本次数据的聚类划分显著且结果合理有效，符合科学聚类的标准。聚类图谱的可视化结果按大小排序（如图6），节点中带有红色环表示软件检测到引用突现性增加，即某个时间段呈现明显增长的节点，同一个聚类中的文献连接更为紧密，而内部数量较大的聚类也更具有代表性，单篇文献被引频次如表2所示。

被引用最多的文章通常更具有学术参考价值。由于对照明舒适性的感知，最直观的途径依旧是视觉感知，目前对于照明舒适性的研究最深入的依旧是视觉舒适性领域，为了更加全面地解读照明舒适性研究的重点，本文还会从被引文献突现性的角度分析，这为跟踪研究趋势提供了一个有效的手段。将数据集内的文献结合表中代表性的文献，可以得出照明舒适性研究集中在以下几个方面。

1.视觉舒适性

#0作为内部数量最多的聚类，在表2中出现的次数也最多，四篇文献的研究重点为照明控制系统，本文研究的照明舒适性主题在该聚类中更多作为设计评价的一个指标而存在，关联不密切，但该聚类的存在也为照明舒适性研究的应用提供了一个较为明确的方向。在数据集内的高被引文獻中，聚类#1和#5均有较高的出现率，在聚类#1中两篇文献从照明设计指标[12]和主观反应[13]两个角度研究了办公室中用户的视觉舒适性。聚类#5中包含引言提到的卡鲁奇·萨尔瓦托（Carlucci Salvatore）对于视觉舒适度的综述文章[2]是本文数据集中被引量最高的文献，该文章涉及了视觉舒适度的所有因素：光量、光的均匀性、眩光和渲染颜色下光的质量，详细分解了影响每个因素的指标并给出了评估视觉舒适度时各因素综合考虑的优化建议，用以更好地服务建筑设计。

2.非视觉生理舒适性

调整参数后生成文献突现词分布图，如图7所示，表中绝大部分文献的研究依旧是围绕视觉舒适度或将其作为重要的照明舒适性评价指标，且2、4、5、9、17、18五篇属于前文提到的高被引文献。值得注意的是，博伊斯（Boyce）的著作[14]谈到了大量生理舒适性的内容，书中重点对用户本身进行了研究，在光照的影响下，人不仅会有非视觉因素的生理反应，例如昼夜节律、活动节律等，同时可能产生季节性情感障碍的心理疾病；博里西特（Borisuit A）则发现视觉和非视觉功能的几种关联，表明视觉舒适度与人类其他昼夜节律和唤醒功能有着潜在关系[15]。

3.心理舒适性

在心理舒适性的定性研究中，普拉布·瓦尔多诺（Prabu Wardono）的研究发现单色、昏暗的灯光和朴素的装饰在不同装修风格的餐厅中效果截然不同，当室内设置持续发光的家具有助于给人情绪正向的影响且眼睛水平线以下的光线有助于改善人的情绪[16]。在心理舒适性的定量研究中，韩修基（Seulki Han）博士对不同深浅颜色下人们的感应时间和情绪反应，研究表明，红、蓝色灯光带来的负面情绪要高于黄、白色灯光[17]。柿叶直志（Naoshi Kakitsuba）在心理舒适度的研究中对受试者进行了心电图和脑电图的测量，发现使用LED灯的舒适照明条件和性别并无明显差异[18]。这些研究的开展表明目前针对照明心理舒适性的领域中，研究的对象已经从客观的照明环境和光源转向了更为复杂的人本身，同时生理数据的测量也比物理数据更具有说服力。

三、结语

本文以1998-2022年Web of Science数据库中的核心合集中的720篇文献作为数据来源，运用CiteSpace软件作为工具制作出不同类型的知识图谱，对照明舒适性领域的研究进行了可视化分析。

总体特征方面，照明舒适性的研究数量从2011年开始急剧增加，在世界范围内呈现总体增长的趋势；国家间的合作研究有着明显的地域特征，在洲际范围内相邻的国家合作关系较为密切，国内外虽然在照明设计领域和国外存在差距，但在照明舒适性的研究领域中，并无明显差距；机构间的合作虽然也受到地理位置的客观影响，但类似飞利浦这样的跨国企业或者国际性的设计项目等能够将更多的研究机构联系起来，建立更加多元化的合作关系。研究热点及趋势方面，当前对照明舒适性的研究方向较为分散，但学科间的构成的关系网络已经形成了视觉舒适性、非视觉生理舒适性和心理舒适性三个大的研究方向，以视觉舒适舒适性的各项相关研究作为基础，将亮度、照度、眩光、显色性等不同参数作为评价指标定量判断用户的满意度，同时随着研究深入，重点逐渐转移到不同场景下的用户本身，探究用户对于不同照明条件的生理心理反应，以此优化各功能场景的照明设计。

通过不同角度的图谱分析可知，照明舒适性的研究在20年间有了飞速的发展，首先是研究方向从定性转向了定量，其次是研究角度从单一指标转向了多指标复合性研究，最后是对生理舒适性的研究为该领域提供了全新的角度，并一定程度上代表了该领域在未来的研究趋势。

本文从文献计量学的角度出发，从不同方面分析照明舒适性的研究现状、热点和趋势，在涉及到光学、生理学、心理学等相关专业时，依旧以照明舒适性作为出发点，可能会导致文献选取不够深入的情况，因此在后续研究中，有必要对于細分方向的探索，扩大检索的范围以便于找到更加严谨细致的文献，以此更好地把握照明舒适性研究领域的最新进展。

参考文献：

[1]Fotios，S.，Atli，D.，Cheal，C.， Houser，K.W.，Logadottir，A..Lamps spectrum and spatial brightness at photopic levels： a basis for developing a metric[J].Light. Res.Technol，2015（47）：595-612.

[2]CARLUCCI S，CAUSONE F，DE ROSA F.A review of indices for assessing visual comfort with a view to their use in optimization processes to support building integrated design[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2015（47）：1016-1033.

[3]Zhang D，Xu J，Zhang Y，et al. Study on sustainable urbanization literature based on Web of Science，scopus，and China national knowledge infrastructure：A scientometric analysis in CiteSpace[J]. Journal of Cleaner Production，2020（10）：121537.

[4]陈悦，陈超美，刘则渊．CiteSpace知识图谱的方法论功能[J]．科学学研究，2015：（2）：242－253．

[5]刘军.整体网分析（第二版）——UCINET软件实用指南[M].上海：格致出版社/上海人民出版社，2014：129.

[6]SAKELLARIS I，SARAGA D， MANDIN C.Perceived Indoor Environment and OccupantsComfort in European “Modern” Office Buildings：The OFFICAIR Study[J].INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL RESEARCH AND PUBLIC HEALTH，2016（5）：444.

[7]WANG X，LINNARTZ J.Intelligent illuminance control in a dimmable LED lighting system[J].LIGHTING RESEARCH & TECHNOLOGY，2017（5）：603-617.

[8]KUIJSTERS A，REDI J，DE RUYTER B.Affective ambiences created with lighting for older people[J]. LIGHTING RESEARCH & TECHNOLOGY，2015（7）（7）：859-875.

[9]ZHAI Q，LUO M，LIU X.The impact of illuminance and colour temperature on viewing fine art paintings under LED lighting[J].LIGHTING RESEARCH & TECHNOLOGY，2015（7）：795-809.

[10]KONG Z，JAKUBIEC J.Instantaneous lighting quality within higher educational classrooms in Singapore[J].FRONTIERS OF ARCHITECTURAL RESEARCH，2021（4）：787-802.

[11]CHEN C，IBEKWE-SANJUAN F，HOU J.The Structure and Dynamics of Cocitation Clusters： A Multiple-Perspective Cocitation Analysis[J].JOURNAL OF THE AMERICAN SOCIETY FOR INFORMATION SCIENCE AND TECHNOLOGY，2010（7）：1386-1409.

[12]VAN DEN WYMELENBERG K，INANICI M.A Critical Investigation of Common Lighting Design Metrics for Predicting Human Visual Comfort in Offices with Daylight[J].LEUKOS，2014（3）：145-164.

[13]BIAN Y，LUO T.Investigation of visual comfort metrics from subjective responses in China： A study in offices with daylight[J].BUILDING AND ENVIRONMENT，2017（123）：661-671.

[14]BOYCE P.Human Factors in Lighting：3rd Edition[M].：Taylor and Francis，2014：666.

[15]BORISUIT A，LINHART F，SCARTEZZINI J.Effects of realistic office daylighting and electric lighting conditions on visual comfort，alertness and mood[J].LIGHTING RESEARCH & TECHNOLOGY，2015（2）：192-209.

[16]Prabu Wardono，Haruo Hibino，Shinichi Koyama.Effects of Interior Colors， Lighting and Decors on Perceived Sociability， Emotion and Behavior Related to Social Dining Procedia - Social and Behavioral[J].Sciences，2012（38）：362-372.

[17]Seulki Han，Daehee Lee.The effects of treatment room lighting color on time perception and emotion[J].Phys.Ther.Sci，2017（29）：1247–1249.

[18]Naoshi Kakitsuba.Comfortable indoor lighting conditions for LEDlights evaluated from psychological and physiological responses[J].Applied Ergonomics，2020（82）：102941.

作者简介：

康知涵，中国计量大学艺术与传播学院硕士研究生。

凌云飞，中国计量大学艺术与传播学院副教授。