地下空间光环境研究热点及趋势分析

蔡贤云，张远旭，翁 季

（1.重庆交通大学 建筑与城市规划学院，重庆 400074；2.重庆大学 建筑城规学院，重庆 400045）

根据国家统计局发布的数据，截至2022年底，全国城镇地区的常住人口总数达到92 071万人，相较于2021年增加了646万人；城市常住人口占全国总人口的65.22%，相较2021年，增加了0.5个百分点。由此，土地资源越来越紧张，开发地下空间也成为城市建设的发展趋势。地下空间常常无法满足人们对自然阳光、空间方向感、天气变化等自然信息感知的心理需求。此外，地下空间缺少自然光对人体的健康也不利[1]。因此，提高地下空间环境质量的关键之一在于改善地下空间的光环境。地下空间光环境的设计不仅要满足功能和装饰要求，还要仿造户外节律光环境，稳定对人体生理机能的影响，并考虑色彩心理学，稳定人们的心理情绪[2]。现阶段，地下空间光环境相关的研究有限，缺乏整体系统的研究。通过梳理国内外近20年（2004—2023年）的相关文献，运用可视化文献分析软件Citespace进行计量分析，并构建关键词聚类知识图谱、突现关键词信息，从而对该领域的研究热点、发展前沿进行总结，这些将为后续地下空间光环境的深入研究提供参考和思路。

1 数据来源和研究方法

中文文献来自中国知网（CNKI）数据库，以地下光环境、地下空间光环境等为关键词进行检索，检索时间定为2004年1月到2023年9月，剔除非学术类文献后，最终得到文献195篇。以underground lighting、underground daylight、underground light、underground illuminance 等 为关键词在Web of Science（SCI）数据库中检索，时间设置为2004年1月到2023年9月，剔除与本研究无关的文献后，得到文献51篇。CiteSpace提供了3种不同的可视化方式：聚类视图、时间线视图和时区视图，用于突出文献数据的不同特征和知识演进的时间维度[3]。将数据库中的中英文献以Refworks导出，使用Citespace 6.2.R4 Basic导入数据，将2004年1月到2023年9月近20年的有关地下空间光环境的关键词、发文量、作者数据生成知识网络图谱，进行可视化分析，以此探究近20年的研究热点和未来研究趋势。

2 发文数量和分布

地下空间光环境的年度发文趋势如图1所示。2004—2023年国内期刊有关地下空间光环境的文章总量是国外期刊的近4倍，且国内期刊近20年的年度发文量都高于国外。将年份作为预测变量，国内期刊发文量作为因变量做回归分析，得出线性回归模型：y=0.643x-1 284.643（p＜0.001），可见国内期刊发文量总体呈增加趋势，表明此领域正在受国内学者的持续关注，未来一段时间内将成为一个备受关注的研究热点。国外对地下空间光环境的研究起步较晚，2010年的两篇文献分别论述了莫斯科大都会地铁站对于照明装置的重建措施[4]和韩国地下空间视觉环境的研究[5]，研究关注照度方面的视觉问题，以及人类在地下环境中对自然照明的反应。将2004—2023年的时间段作为预测变量，国外期刊发文量作为因变量进行回归分析，得出线性回归模型：y=0.423x-849.781（p＜0.001），因此，国外期刊发文量总体呈上升趋势，表明这个研究领域正在逐步受到国外学者的重视。

图1 年度发文趋势图

可视化图谱分别显示了2004—2023年在地下空间光环境研究领域的作者共现网络。通过CiteSpace软件的参数设置，将数据可视化后，得出国内期刊“N(节点)=212，E（连线）=134，Density（网络密度）=0.006”，国外期刊“N=143，E=294，Density=0.040 2”，其中节点和文字越大，发文量越多，而连线则代表了作者之间的合作关系[6]。由此说明在地下空间光环境领域内，国内期刊的可视化图谱的节点数量较多，但节点之间的连线和网络密度都相对较少，这反映了国内学者在这一领域的合作关系相对松散。国内在这一研究领域内合作紧密的主要集中在与杨春宇（5篇）、翁季（4篇）、张青文（3篇）的合作关系中，同时他们也是地下空间光环境的高产作者，发文量排国内期刊的前3，其余基本上都是3～5人的小范围合作关系和一些个人研究。整体来看，国内有关地下空间光环境的研究比较分散，学者的研究相对独立。国外的合作关系相对于国内来说比较密切，其中联系最紧密的是Car Josip（5篇）、Soh Chee-Kiong（3篇）的合作聚团，研究成果相对集中，独立的研究学者较少。

3 关键词分析

3.1 关键词共现分析

Citespace的可视化共现图谱能够突出某一研究领域内的研究热点和核心主题，表1和表2分别为国内和国外期刊频次排名前10的关键词以及其中心性频次和首次出现年份表格。国内期刊频次排名前3的关键词分别为地下空间（40）、地下车库（16）和光环境（12），国外期刊为design（8）、performance（6）和impact（6）。关键词的中心性可以用来评估关键词在研究领域里的重要性和影响力[7]，中心性越大，关键词就具有更高的影响力，这种分析有助于识别研究领域的核心主题、热门研究方向和关键概念。研究人员可以利用这些信息更好地了解领域的发展趋势，确定未来的研究方向，以及识别在学术界中具有重要影响力的关键词。国内研究中心性大于0.1的关键词有地下空间（0.43）、地下车库（0.16）、人工照明（0.12），国外期刊中心性排名靠前的关键词有performance（0.19）、design（0.18）、energy consumption（0.15）、impact（0.13）、comfort（0.12）、underground space（0.11）。综上分析，近20年国内研究热点为地下空间光环境设计、光环境优化以及节能和可持续性等核心内容，国外除了包含上述研究热点外，又增加了视觉舒适度的内容。

表1 国内期刊关键词中心性频次表

表2 国外期刊关键词中心性频次表

3.2 关键词聚类分析

CiteSpace的聚类分析图谱能揭示该领域的研究热点以及学科发展规律和新方向。CiteSpace提供了3种不同的算法，分别是LSI算法、LLR算法和Mi算法[8]。本文采用LLR（log likelihood ration）算法，在关键词共线分析的基础上进行聚类分析，得出关键词聚类图谱（图2～图3）和聚类分析表（表3～表4），聚类名称从0开始编号，编号的数值越小，表明聚类中所含的关键字越多。聚类模块值(Modularity)和聚类加权平均轮廓值（Weighted Mean Sihouette）是衡量关键词的两个重要指标[9]，用来判断聚类图谱效果的合理与否[9-10]。

表3 国内期刊关键词聚类分析表

表4 国外期刊关键词聚类分析表

图2 国内期刊关键词聚类图谱

图3 国外期刊关键词聚类图谱

本研究的聚类结果得到国外期刊的数据Q=0.653 3（＞0.3），S=0.803 2（＞0.7），国内期刊的数据Q=0.824 2（＞0.3），S=0.845 7（＞0.7）。由此表明，国内外期刊数据所形成的聚类图谱结构合理，信度较高。国内期刊数据聚类后得出的聚类标签主要包括：#0地下空间、#1人工照明、#2地下车库、#3光环境、#4照明设计、#5地下商场、#6地铁车站，经过分析，可以得出国内期刊主要围绕不同的地下空间（#0、#2、#5、#6）从人工照明（#1）角度对光环境进行优化改善（#3、#4）；国外期刊主要包括#0 lighting perception（光感知）、#1 led、#2 dimming（调光）、#3 underground space（地下空间）、#4 light source（光源）、#5 side halls（边厅）、#6 mental health（心理健康），这表明国外期刊主要围绕人们在地下空间（#3、#5）的光感知（#0），从光源及其调节（#2、#4）方面考虑地下空间光对人们心理健康的影响（#1、#6）。

3.3 关键词时区图谱和突现分析

在关键词聚类的基础上绘制时间线图谱，得出如图4和图5所示的国内外期刊可视化图谱，直观展示在该研究领域的知识演进，揭示了不同时间点下该领域研究前沿的变化[11]。关键词突现分析能检测关键词频率和增幅的突发性，同时以时间角度描述聚类之间的关系。

图4 国内期刊关键词时区图谱

图5 国外期刊关键词时区图谱

图4显示，在国内期刊中，“#0地下空间”的聚类时间跨度最长，说明研究的延续性较好，在2004年同时出现了“#0地下空间”和“#5地下商场”两个聚类，而地下商场的聚类在2008年就结束了，研究热度下降，研究延续性较差。在2005年同时出现了“#4照明设计”和“#6地铁车站”两个聚类，分别于2018和2017年结束，2007年出现了“#1人工照明”“#2地下车库”和“#3光环境”3个聚类，并一直延续研究热度。图5显示，在国外期刊中，“#4 light source(光源)”“#5 side halls（边厅）”是最早出现的聚类，但其延续性最差，在2014年出现了“# 1 led”聚类，延续性较好，2015年出现了“#0 lighting perception（光感知）”和“#2 dimming（调光）”两个聚类，“#0 lighting perception”的研究延续性强，将作为以后的研究热点。由此可知，国内和国外在地下空间和照明设计领域存在一些不同的研究重点和趋势。国内更加专注于地下空间和地下商场光环境设计的研究，而国外除了注重LED技术、光感知和调光等照明设计方面的研究，还有人们对光感受的研究。

4 讨论

根据时区图谱可将地下空间光环境领域分为3个阶段，该分类反映了地下空间光环境研究的演化过程。

国内研究起步阶段（2004—2009年）：集中在基本的地下空间优化，以提高实用性和环保性，还关注了人工照明在地下空间中的应用，如基本的照明设计和光源选择。发展阶段（2010—2016年）：深入进行光环境分析，包括数字模拟和供电系统等方面的研究。另外，还关注了更高级的照明设计和节能技术，如地下车库和地铁站等地下空间中的照明应用。稳固前进阶段（2017—2023年）：关注人们在地下空间中的心理健康和地下空间对个体心理健康的影响，但研究深度有待进一步提升。国外研究起步阶段（2011—2016年）：用信息熵（information entropy）方法等高级技术研究人们在地下空间中的光感知。关注LED技术应用，包括荧光灯、照明和模拟光照等。发展阶段（2016—2021年）：进行调光技术研究，涵盖调光技术的可测评估、热环境和人体整体舒适性等多个方面的研究。此外，还关注地下空间对个体心理健康的影响，深入研究心理困扰和健康等问题。稳固前进阶段（2019—2023年）：研究地下空间优化方面，涵盖地下空间优化研究，以及环境感知、心理健康和节能技术等相关研究。

4.1 研究热点

结合关键词共现、关键词聚类、时间图谱和突现分析，目前国内期刊在地下空间光环境领域的研究主要集中在优化不同类型的地下空间，包括交通枢纽、医疗建筑和环保等多个方面，比如，《地下室内商业建筑空间光环境分析——以重庆三峡广场地下商场为例》（陈科吉，翁季）[12]和《基于ECOTECT的大型地下空间光环境仿真分析》（王礼飞）[13]等，以提高其实用性和环保性为重点。此外，照明设计和节能技术在地下车库和地铁站等地下空间中的应用也是国内期刊的研究焦点。国外期刊关注地下空间的光感知、LED技术、调光技术以及地下空间对个体心理健康的影响，强调人的主观体验和情感状态。其中，LED技术在照明领域的应用受到广泛关注，包括荧光灯、照明和模拟光照等，LED灯不仅美观，而且具有艺术气息，能够满足人们的视觉需求[14]。调光技术的研究涵盖了可测评估、热环境和人体整体舒适性等多个方面[15-19]。以上表明了国外期刊注重人们在地下空间中的光感知和光环境的影响。

由国内外期刊的研究热点可知，国内期刊主要关注地下空间的优化和人工照明，着重于提高地下空间的实用性和舒适性，致力于提供更好的地下空间体验感。国外期刊注重光感知、LED技术、调光技术以及地下空间对个体心理健康的影响，表明国外研究者相对更加关注人的主观体验和心理健康。这反映了不同地区和文化下地下空间光环境研究侧重点的差异。

4.2 研究趋势

根据关键词时区图谱和突变图谱分析可以得出，在未来一段时间内，国内研究将侧重于地下空间光环境的优化策略，随着可持续性和环保意识的增强，研究者更加关注智能照明系统的应用，如自适应照明和光感应控制，通过应用计算机技术、电磁调压技术、电子感应技术和网络通信技术等[20]，来提高地下空间的照明效率和用户体验。此类研究方向有望推动国内地下空间光环境研究走向更智能、更环保的发展方向。

国外的研究前沿主要聚焦在感知与心理健康、LED技术创新、节能与环境影响以及可持续城市规划等领域。国外研究者将继续深入研究地下空间光环境对个体感知和心理健康的影响，以提高地下空间的舒适性和可居住性。此外，他们还会致力于LED技术的创新，包括更高效的LED照明系统、光源质量和颜色控制，以提供更优质的照明解决方案。节能和环境方面的研究也将持续，特别是调光技术和可持续城市规划，以应对城市土地稀缺和环境可持续性的挑战。

5 结论

通过使用CiteSpace可视化分析工具，结合CNKI和WOS数据库的样本数据，对地下空间光环境的研究热点和前沿进行了深入分析。国内期刊主要关注地下空间光环境的优化和照明技术，文献数量总体来说呈增长趋势，地下空间光环境领域的研究日益活跃。国外期刊注重人的主观感受、LED技术、调光技术和心理健康等研究领域，文献数量相对较少。国内将加强在智能照明技术和可持续性设计方面的研究投入，以提升地下空间质量，而国外将继续深入感知、LED技术、节能和心理健康等领域研究，强调改善居住品质和可持续城市发展。未来研究将受到可持续性和环保意识的推动，有望带来更多创新和进步。

国内外研究团队在地下空间光环境研究方面，应加强合作，形成跨学科的研究团队，并深入研究课题，推动国内外地下空间光环境研究在不同方向上取得更多进展。