轨道交通站点空间照明的照度舒适性评价研究

路慧萍，赵忠超

(济南大学美术学院，山东 济南 250000)

引言

轨道交通由于其运量大、速度快、安全舒适等优点，已经成为我国城市居民的主要出行方式之一。然而轨道交通站点空间(以下简称轨交空间)大多处于地下，空间封闭，结构复杂，且自然光线极少，很容易使乘客出现迷失方向、产生不适感等问题[1，2]。光环境是轨交空间内环境设计的重要方面，照度作为光环境评价的重要指标[3]，是影响轨交空间环境质量的重要因素。我国城市轨道交通站点的站厅层空间(地下)标准照度为200 lx，站台层空间(地下)为150 lx[4]。目前对于轨交空间照度值的研究，有学者提出了乘客满意度较高的照度值范围[5]，还有学者提出采用非均质照明或分区照明，即在不同站点空间或同一站点内不同位置保持合适范围的照度变化[6，7]。对于轨交空间光环境舒适性的研究，主要集中在人的视知觉感受、心理安全与天然采光上[8-10]，从照度角度研究轨交空间光环境舒适性的理论还比较少，而照度作为衡量光环境质量的一个重要指标，不仅可以直观地反映出照明水平的优劣，而且能直接影响人们视觉感受的舒适性。DIALux evo是德国DIAL公司开发的专业照明设计软件，可精确计算出空间照度，并生成完整的书面报表及3D模拟图，已有学者验证其计算值和环境值具有很高的一致性[11]。目前广泛应用于多种室内外场景照明的辅助设计上[12-14]，且有较多学者将其用于轨交空间光环境的模拟优化与实证研究中[15，16]。因此，本文以轨交站点地下站为研究载体，首先根据已有研究确定站台层整体空间、站台层扶梯口局部、站台候车区以及站厅立面照明的照度值，然后运用3ds Max 2021搭建轨交空间站厅及站台层的实验场景模型、使用DIALux evo 8.2建立实验场景照明方案，之后对其进行舒适性评价研究，最后根据评价结果得出舒适性最佳的地下轨交空间照明的照度值，以期为我国轨交空间照明质量的提升提供建议与参考。

1 研究方案

1.1 轨交空间照明的照度要求

轨交空间作为人们乘坐列车以及列车停靠的重要场所，其巨大的人流量、长时间的使用需求，使得人们对其照明环境提出了较高的要求。根据我国《城市轨道交通照明设计标准》(GB/T 16275—2008)中相关的照明标准[4]，地下轨交空间的照度标准值见表1。然而随着地下交通的不断发展以及人们生活水平的提高，轨道交通作为人们出行的必要交通方式之一，其照度不能仅停留在标准值阶段，需要根据人们的视觉感受研究出更加人性化的照度方案或照度变化范围，使轨交空间光环境向更加舒适、宜人的方向发展。

表1 城市轨道交通照明设计标准

1.2 轨交空间照明实验方案

1.2.1 实验场景

轨交空间面积较大、人流量大，是一个连续的空间序列，具有多种功能空间，对人流量影响较大的空间主要有通道、楼梯、扶梯、斜坡、闸机、站台等[7]。因此在场景选择上，本文以地下轨交空间标准站为模拟对象，选取站台层整体空间、站台扶梯口、站台候车区以及站厅立面四个空间作为实验场景建立3D模型。另外，轨交空间大多处地下，对材料的耐久性、防潮性、防火性及绿色环保等性能有较高要求，我国地下轨交空间的装饰材料主要采用花岗岩(地面)、搪瓷钢板(墙柱面)和铝材(顶面)等建材[17]。如图1、图2所示，实验场景地面采用浅灰色大理石，反射度为50%；墙面及柱面均采用搪瓷金属板，反射度为88%；顶面主要使用格栅吊顶，站台候车区顶面采用铝方通吊顶，吊顶反射度均为74%；站台层空间高度3.2 m，站厅层空间高度为4.4 m。

图1 站台层空间实验场景模型示意Fig.1 Schematic model of the experimental scenario at the platform level space

图2 站厅层实验场景模型示意Fig.2 Schematic model of the experimental scene in the station concourse level space

1.2.2 方案类型

我国城市轨道交通照明标准规定站台、站厅的照明色温应在3 300 ～ 5 300 K之间[4]，当色温为4 000 K时，更有利于缓解人们的疲劳感[18]。因此，本研究将色温设为4 000 K，灯具采用同一方式平均分布，运用灯光模拟软件DIALux evo 8.2版本对3D模型进行灯光方案模拟，并以地面为参考平面进行照度测试，得出各场景方案如下。

1.2.2.1 站台层整体照明的照度比较方案

站台层空间(图3)以50 lx为一阶梯提高照度，方案1照度为150 lx，方案2为200 lx，方案3为250 lx，方案4为300 lx，方案5为350 lx，方案6为400 lx，方案7为450 lx，方案8为500 lx，方案9为550 lx。

图3 站台层整体照明的照度比较方案Fig.3 Illumination comparison scheme for overall lighting on the platform level

1.2.2.2 站台扶梯口局部照明的照度比较方案

在站台层整体照度为150 lx的前提下，站台扶梯口(图4)以50 lx为一阶梯提高照度。方案1照度为150 lx，方案2为200 lx，方案3为250 lx，方案4为300 lx，方案5为350 lx，方案6为400 lx，方案7为450 lx，方案8为500 lx，方案9为550 lx。

图4 站台扶梯口局部照明的照度比较方案Fig.4 Illumination comparison scheme for local lighting at the station escalator entrance

1.2.2.3 站台候车区照明的照度比较方案

在站台层整体照度为150 lx的前提下，站台候车区(图5)以50 lx为一阶梯提高照度，方案1照度为150 lx，方案2为200 lx，方案3为250 lx，方案4为300 lx，方案5为350 lx，方案6为400 lx，方案7为450 lx，方案8为500 lx，方案9为550 lx。

图5 站台候车区照明的照度比较方案Fig.5 Illuminance comparison scheme for station waiting area lighting

1.2.2.4 站厅立面照明的照度比较方案

根据已有研究，站厅侧立面照度为100 lx时人感受正常，200 lx时感受明亮[5]，且垂直面照度与水平面照度比为0.5～0.8之间较为舒适[19，20]。因此，在站厅层地面照度为200 lx的前提下，站厅立面(图6)以20 lx为一阶梯提高照度，方案1立面照度为100 lx，方案2为120 lx，方案3为140 lx，方案4为160 lx，方案5为180 lx，方案6为200 lx。

图6 站厅立面照明的照度比较方案Fig.6 Illuminance comparison scheme for station hall facade lighting

1.3 实验过程与问卷设计

本文主要采用问卷调查法进行评价实验，采用问卷星发布线上问卷，问卷主要分成两个部分：第一部分为基础信息调查，主要包括测试者的性别、年龄、职业、学历以及所在地区；第二部分为照度值舒适性选择，将每个场景的照明方案排列在同一版式中，并在题目中放置方案大图，人们根据自身喜好选择感觉最舒适的照明方案。

2 调研结果分析

2.1 问卷结果分析

本次实验共收集问卷271份，实验对象基本特征统计结果见表2。

表2 实验对象基本特征统计

2.1.1 站台层整体照明的照度舒适性分析

如图7所示，在站台层整体照明的照度舒适性评价中，选择方案9(550 lx)人数最多，有68人，占总人数的25.09%；其次为方案1(150 lx)，选择人数有39人；再次是方案2(200 lx)，有35人；之后依次为方案7(450 lx)、方案6(400 lx)、方案3(250 lx)、方案4(300 lx)、方案8(500 lx)、方案5(350 lx)。

图7 最舒适的站台层整体照明的照度比较方案选择人数及百分比Fig.7 Number and percentage of illuminance comparison program choices for the most comfortable overall lighting of the platform level

2.1.2 站台扶梯口局部照明的照度舒适性分析

如图8所示，在站台扶梯口局部照明的照度舒适性评价中，选择方案8(500 lx)人数最多，占总人数的21.61%；其次为方案1(150 lx)，选择人数有36人；之后依次为方案2(200 lx)、方案9(550 lx)、方案4(300 lx)；方案3(250 lx)、方案5(350 lx)、方案6(400 lx)、方案7(450 lx)选择人数相同，均为24人。

图8 最舒适的站台扶梯口局部照明的照度比较方案选择人数及百分比Fig.8 Number and percentage of illuminance comparison program choices for localized lighting at the most comfortable platform escalator opening

2.1.3 站台候车区照明的照度舒适性分析

如图9所示，在站台候车区照明的照度舒适性评价中，选择方案9(550 lx)的人数最多，有51人；其次为方案5(350 lx)；之后依次为方案2(200 lx)、方案4(300 lx)、方案1(150 lx)方案8(500 lx)、方案6(400 lx)、方案7(450 lx)、方案3(250 lx)。

图9 最舒适的站台候车区照明的照度比较方案选择人数及百分比Fig.9 Number and percentage of illuminance comparison program choices for the most comfortable platform waiting area lighting

2.1.4 站厅立面照明的照度舒适性分析

如图10所示，在站厅立面照明的照度舒适性评价中，选择方案6(200 lx)有90人，是选择人数最多的方案；其次为方案5(180 lx)；除方案2(120 lx)、方案3(140 lx)选择人数有所下降外，其余方案随着照度值的升高选择人数呈上升趋势。

图10 最舒适的站厅立面照明的照度比较方案选择人数及百分比Fig.10 Number and percentage of illuminance comparison program choices for the most comfortable station hall facade lighting

2.2 个人因素与舒适性评价的相关性分析

通过对调研结果的数据分析，探讨测试者的性别、年龄、学历、职业、地区等个人因素是否会影响人们对轨交空间照明的照度舒适性评价。运用数据分析软件IBM SPSS Statistics 26.0版本中的卡方检验进行相关性分析，当卡方检验结果的显著性差异即P>0.05时，说明两者之间不存在显著性差异，两者无相关性；当P<0.05时，则说明两者之间存在显著差异，两者具有相关性，且越接近0.05，相关性越弱。

2.2.1 性别因素

根据表3，性别因素与站台层整体照明、站台扶梯口局部照明以及站台候车区照明的照度舒适性评价的P值均远小于0.05，说明性别因素与站台层空间照明的照度舒适性评价差异性显著，两者相关性较强。在站台层整体照明的照度舒适性评价中，男性人群中认为方案1(150 lx)最舒适的人数最多，而女性人群中认为方案9(550 lx)最舒适的人数最多；在站台扶梯口局部照明的照度舒适性评价中，男性人群中认为方案1(150 lx)最舒适的人数最多，而女性人群中认为方案8(500 lx)最舒适的人数最多；在站台候车区照明的照度舒适性评价中，男性人群中认为方案5(350 lx)最舒适的人数最多，而女性人群中认为方案9(550 lx)最舒适的人数最多。而在性别因素与站厅立面照明的照度舒适性评价的检验中，P值为0.039，说明两者有一定的显著性差异，但相关性较弱，在其舒适性评价中，男性和女性人群中都是认为方案6(200 lx)最舒适的人数最多。

表3 性别因素与轨交空间照明的照度舒适性评价的卡方检验

2.2.2 年龄因素

根据表4，年龄因素与四个实验场景的照度舒适性评价的P值均远小于0.05，说明年龄因素与轨交空间照明的照度舒适性评价差异性显著，两者相关性较强。

表4 年龄因素与轨交空间照明的照度舒适性评价的卡方检验

在站台层整体照明的照度舒适性评价中，20岁以下的人群中认为方案1(150 lx)最舒适的人数最多；21～30岁的人群中认为方案2(200 lx)最舒适的人数最多；31～40岁的人群中认为方案1(150 lx)最舒适的人数最多；41～50岁的人群中认为方案8(500 lx)和方案9(550 lx)最舒适的人数最多；51～60的人群中认为方案9(550 lx)最舒适的人数最多；60岁以上的三人分别选择了方案1(150 lx)、方案8(500 lx)与方案9(550 lx)。

在站台扶梯口局部照明的照度舒适性评价中，20岁以下的人群中认为方案1(150 lx)最舒适的人数最多；21～30岁的人群中认为方案2(200 lx)最舒适的人数最多；31～40岁的人群中认为方案3(250 lx)最舒适的人数最多；41～50岁的人群中认为方案7(450 lx)最舒适的人数最多；51～60的人群中认为方案8(500 lx)最舒适的人数最多；60岁以上人数的三人中，有两人认为方案8(500 lx)是最舒适的照明方案。

在站台候车区照明的照度舒适性评价中，20岁以下的人群中认为方案8(500 lx)最舒适的人数最多；21～30岁和31～40岁的人群中都是认为方案2(200 lx)最舒适的人数最多；41～50岁的人群中认为方案6(400 lx)最舒适的人数最多；51～60岁的人群中认为方案9(550 lx)最舒适的人数最多；60岁以上人数的三人中，有两人认为方案8(500 lx)是最舒适的照明方案。

在站厅立面照明的照度舒适性评价中，方案6(200 lx)是所有年龄段中选择人数最多的方案。然而，在20岁以下的人群中有54.55%的人认为160 lx以下(方案1—方案4)是最舒适的方案；而在51～60岁的人群中认为160 lx以下(方案1—方案4)最舒适的人数仅有10.72%。

2.2.3 学历、职业与地区因素

根据表5，学历因素与轨交空间照明的照度舒适性评价有一定相关性，但可能受年龄因素影响。其中初中及以下学历的59人中，有44人为41岁及以上人群；且专科学历中有66%的人在40岁以下；而本科学历的83人中，年龄在30岁以下的有57人。

在职业因素与轨交空间照明的照度舒适性评价的卡方检验中，与站台层整体照明和站厅立面照明的照度舒适性评价均无相关性；与站台候车区照明的照度舒适性评价有一定的相关性；只有与站台扶梯口局部照明的照度舒适性评价具有较强的相关性。因此，可以认为职业因素与轨交空间照明的照度舒适性评价相关性较弱。

地区因素与站台扶梯口局部照明和站台候车区照明的照度舒适性评价的P值均大于0.05，与其舒适性评价无相关性；与站台层整体照明和站厅立面照明的照度舒适性评价有较强相关性，但在西南地区的23名测试者均为男性，且有19人在30岁以下，其舒适性评价可能受性别和年龄因素影响。

3 讨论

3.1 性别与照明

研究结果表明，在地下轨交空间中，相对于男性测试者，女性更倾向于选择照度较高的照明方案。如图11所示，在站台整体照明的照度舒适性调研中，有63.84%的男性测试者选择了350 lx以下(方案1—方案5)的照度方案，48.46%的选择200 lx左右(方案1、方案2、方案3)的照度方案；而女性测试者有69.84%选择了350 lx以上(方案5—方案9)的照度方案，56.71%的选择500 lx左右(方案7、方案8、方案9)的照度方案。

在站台扶梯口局部照明的照度舒适性调研中，有67.69%的男性测试者选择了350 lx以下(方案1—方案5)的照度方案，47.69%的选择200 lx左右(方案1、方案2、方案3)的照度方案；而女性测试者有71.64%选择了350 lx以上(方案5—方案9)的照度方案，51.78%的选择500 lx左右(方案7、方案8、方案9)的照度方案。

在站台候车区照明的照度舒适性调研中，有69.64%的男性测试者选择了350 lx以下(方案1—方案5)的照度方案；而女性测试者有73.77%选择了350 lx以上(方案5—方案9)的照度方案。

由于生理构造不同，男性与女性在空间认知能力上具有少许差异[21]。就空间认知方面，大部分女性个体可能稍微弱于男性(也不排除特殊情况)[22]。女性对空间信息不敏感，定向认路能力较弱[23]。心理学研究也表明，女性中“空间焦虑感”高的个体所占的比例高于男性[24]。根据研究结果对部分女性测试者进行线下访谈，女性测试者对自己选择的最舒适的照明方案进行评价，出现较多的回答有“空间明亮，感觉比较干净”“看起来更加安全”“方向性更加明确”等。因此，在地下轨交站点公共空间中，适当提高照明的照度值或加强空间亮度对比，可以更好满足女性的安全感与情感需求。

3.2 适老化照明

根据以上研究，随着人们年龄的增长，照度值更高的照明方案舒适性评价更高，如图12所示，在站台层整体照明的照度舒适性调研中，51～60岁人群中有60.71%的人认为照度水平最高的方案9(550 lx)是最舒适的照明方案；在站台扶梯口局部照明的照度舒适性调研中，51～60岁人群中有53.57%的人认为方案8(500 lx)是最舒适的照明方案；在站台候车区照明的照度舒适性调研中，51～60岁人群中有51.79%的人认为方案9(550 lx)是最舒适的照明方案；在站厅立面照明的照度舒适性调研中，51～60岁人群中有53.57%的人认为立面照度最高的方案6(200 lx)是最舒适的照明方案。

图12 51～60岁人群最舒适的照度比较方案选择人数统计Fig.12 Statistics on the number of people choosing the most comfortable illumination comparison scheme for people aged 51～60

随着我国人口老龄化程度不断加深，预计在21世纪中叶，我国60岁以上人口将有近5亿，人口老龄化问题越发严峻[25]。老年人由于生理功能退化，适应光的变化能力减弱，瞳孔呈进行性缩小，在暗处光线弱的情况下很难看清物体。同时，视网膜各部位的视敏度不同，在明亮处，视网膜中央位置的视敏度最高；在暗处时，视网膜中央位置几乎看不到东西，视网膜周围可以看见东西但视敏度很低[25]。老年人因视觉衰退而带来的出行阻碍应该通过照明设计来加以改善，我国老年人每日出行时间多在6：00—7：00、9：00—11：00和14：00—17：00[26]。可以在这些时段通过适当提高地下轨交站点空间内的照度值来增加老年人交通出行的安全感与舒适性，更好地满足老年人的出行需求。

3.3 绿色照明

地下轨道交通站点空间内的照明主要依靠人工照明，且列车运营时间较长，照明能耗在地下轨交空间能耗中占有较大比重，对轨交空间内照度水平进行适当的规划与设计，是实现照明节能的有效手段。采用非均质和分区的照明方式，可以达到凸显空间、增强对比的目的。一方面通过提高重点局部的照度值，将整体照明与局部照明的照度比值控制在1∶3～1∶6之间[27]，能够很好地突出空间的重点部位也不会使人不适。另一方面，对于站台候车等重要区域的照度值应比整体空间的照度值更高，但过大的照度对比会带来能耗问题，将整体基础照明与重点区域照明的照度比控制在1∶3左右[7]，既能够突出重要区域便于乘客识别信息，也能够节约资源[28]。

根据以上数据，相对于高照度的方案，人们对低照度的照明方案舒适性较低，而过高的照度会造成极大的资源浪费，当站台层整体照明的照度为150 lx时，即可满足人们正常的视觉感知需求[29]。从女性和中老年人视觉舒适性的角度出发，应该在局部节点增加重点照明，也能达到突出重点，吸引人们注意的作用，比如在站台层整体照明的照度为150 lx的前提下，将站台层局部照明的照度提高至500 lx。此外，在站台候车区照明的照度舒适度调研中，认为方案5(350 lx)和方案9(550 lx)最舒适的人数相近，而方案5的能耗远低于方案9，且在不同性别与年龄段都占有一定的比例，如图13所示，认为方案5(350 lx)最舒适的男性人数与女性人数相等，青年人与中老年人数也基本持平。因此，在站台层整体照明的照度为150 lx的前提下，候车区照明的照度为350 lx时，能够基本满足各类人群的照明舒适性需求，并能极大地减少照明能耗。

图13 不同性别与年龄段认为方案5(350 lx)最舒适的人数比例Fig.13 Proportion of people of different genders and ages who find Option 5 (350 lx)most comfortable

3.4 局限与不足

本文从照度指标讨论了地下轨交空间内多个场景的照明舒适性问题，对地下轨交空间的照明设计有一定参考价值。然而由于学校暂无专业实验室，无法进行真实场景模拟评价，本文所采用的线上图片展示评价，由于每个人的接收设备不同，观看方案时的亮度和显示差异属于不可控因素，相对于模拟真实场景，可能会产生一定的误差。

4 结论

本文通过已有研究，搭建出四种地下轨交空间实验场景，并对每个场景构建出多种比较方案，随后在人群中展开问卷调查与访谈。通过对四种实验空间照度舒适度的主观评价与客观分析，得出以下结论：

(1)通过提高立面照度可以提升空间明亮感从而增加其舒适性，在站厅立面照明的照度舒适性评价中，随着立面照度值的提高，选择人数整体呈现上升趋势，当立面照度为200 lx时人们的感受为明亮，视觉感受也更加舒适。

(2)性别和年龄因素与地下轨交空间照明的照度舒适性评价具有相当显著的相关性。男性和青年人(40岁以下)认为站台层空间照明的照度在200 lx左右的照明方案比较舒适，而女性和中老年人(50岁以上)则倾向于选择照度在500 lx左右的照明方案。然而由于本次实验对象的视觉终端不同，结论所得的照度值仅供参考，但可以得出男性和青年人(40岁以下)认为偏暗的照明方案比较舒适，而女性和中老年人(50岁以上)则认为偏亮的照明方案更加舒适。学历、职业、地区因素与地下轨交空间照明的照度舒适性评价的相关性较弱，还可能受其他因素影响，需要更进一步的研究与论证。

(3)从绿色照明的角度出发，将站台层整体照明与局部照明的照度比值控制在1∶3～1∶4，与候车区照明的照度比值在1∶2～1∶3之间，即若站台层整体照度为150 lx，将局部照明的照度提高至450～600 lx，候车区照明的照度提高至300～450 lx，既能满足人们的视觉舒适性，也能减少轨交空间中的照明能耗。