軌道交通站點空間照明的照度舒適性評價研究

路慧萍，趙忠超

(濟南大學美術學院，山東 濟南 250000)

引言

軌道交通由于其運量大、速度快、安全舒適等優點，已經成為我國城市居民的主要出行方式之一。然而軌道交通站點空間(以下簡稱軌交空間)大多處于地下，空間封閉，結構復雜，且自然光線極少，很容易使乘客出現迷失方向、產生不適感等問題[1，2]。光環境是軌交空間內環境設計的重要方面，照度作為光環境評價的重要指標[3]，是影響軌交空間環境質量的重要因素。我國城市軌道交通站點的站廳層空間(地下)標準照度為200 lx，站臺層空間(地下)為150 lx[4]。目前對于軌交空間照度值的研究，有學者提出了乘客滿意度較高的照度值范圍[5]，還有學者提出采用非均質照明或分區照明，即在不同站點空間或同一站點內不同位置保持合適范圍的照度變化[6，7]。對于軌交空間光環境舒適性的研究，主要集中在人的視知覺感受、心理安全與天然采光上[8-10]，從照度角度研究軌交空間光環境舒適性的理論還比較少，而照度作為衡量光環境質量的一個重要指標，不僅可以直觀地反映出照明水平的優劣，而且能直接影響人們視覺感受的舒適性。DIALux evo是德國DIAL公司開發的專業照明設計軟件，可精確計算出空間照度，并生成完整的書面報表及3D模擬圖，已有學者驗證其計算值和環境值具有很高的一致性[11]。目前廣泛應用于多種室內外場景照明的輔助設計上[12-14]，且有較多學者將其用于軌交空間光環境的模擬優化與實證研究中[15，16]。因此，本文以軌交站點地下站為研究載體，首先根據已有研究確定站臺層整體空間、站臺層扶梯口局部、站臺候車區以及站廳立面照明的照度值，然后運用3ds Max 2021搭建軌交空間站廳及站臺層的實驗場景模型、使用DIALux evo 8.2建立實驗場景照明方案，之后對其進行舒適性評價研究，最后根據評價結果得出舒適性最佳的地下軌交空間照明的照度值，以期為我國軌交空間照明質量的提升提供建議與參考。

1 研究方案

1.1 軌交空間照明的照度要求

軌交空間作為人們乘坐列車以及列車?？康闹匾獔鏊?，其巨大的人流量、長時間的使用需求，使得人們對其照明環境提出了較高的要求。根據我國《城市軌道交通照明設計標準》(GB/T 16275—2008)中相關的照明標準[4]，地下軌交空間的照度標準值見表1。然而隨著地下交通的不斷發展以及人們生活水平的提高，軌道交通作為人們出行的必要交通方式之一，其照度不能僅停留在標準值階段，需要根據人們的視覺感受研究出更加人性化的照度方案或照度變化范圍，使軌交空間光環境向更加舒適、宜人的方向發展。

表1 城市軌道交通照明設計標準

1.2 軌交空間照明實驗方案

1.2.1 實驗場景

軌交空間面積較大、人流量大，是一個連續的空間序列，具有多種功能空間，對人流量影響較大的空間主要有通道、樓梯、扶梯、斜坡、閘機、站臺等[7]。因此在場景選擇上，本文以地下軌交空間標準站為模擬對象，選取站臺層整體空間、站臺扶梯口、站臺候車區以及站廳立面四個空間作為實驗場景建立3D模型。另外，軌交空間大多處地下，對材料的耐久性、防潮性、防火性及綠色環保等性能有較高要求，我國地下軌交空間的裝飾材料主要采用花崗巖(地面)、搪瓷鋼板(墻柱面)和鋁材(頂面)等建材[17]。如圖1、圖2所示，實驗場景地面采用淺灰色大理石，反射度為50%；墻面及柱面均采用搪瓷金屬板，反射度為88%；頂面主要使用格柵吊頂，站臺候車區頂面采用鋁方通吊頂，吊頂反射度均為74%；站臺層空間高度3.2 m，站廳層空間高度為4.4 m。

圖1 站臺層空間實驗場景模型示意Fig.1 Schematic model of the experimental scenario at the platform level space

圖2 站廳層實驗場景模型示意Fig.2 Schematic model of the experimental scene in the station concourse level space

1.2.2 方案類型

我國城市軌道交通照明標準規定站臺、站廳的照明色溫應在3 300 ～ 5 300 K之間[4]，當色溫為4 000 K時，更有利于緩解人們的疲勞感[18]。因此，本研究將色溫設為4 000 K，燈具采用同一方式平均分布，運用燈光模擬軟件DIALux evo 8.2版本對3D模型進行燈光方案模擬，并以地面為參考平面進行照度測試，得出各場景方案如下。

1.2.2.1 站臺層整體照明的照度比較方案

站臺層空間(圖3)以50 lx為一階梯提高照度，方案1照度為150 lx，方案2為200 lx，方案3為250 lx，方案4為300 lx，方案5為350 lx，方案6為400 lx，方案7為450 lx，方案8為500 lx，方案9為550 lx。

圖3 站臺層整體照明的照度比較方案Fig.3 Illumination comparison scheme for overall lighting on the platform level

1.2.2.2 站臺扶梯口局部照明的照度比較方案

在站臺層整體照度為150 lx的前提下，站臺扶梯口(圖4)以50 lx為一階梯提高照度。方案1照度為150 lx，方案2為200 lx，方案3為250 lx，方案4為300 lx，方案5為350 lx，方案6為400 lx，方案7為450 lx，方案8為500 lx，方案9為550 lx。

圖4 站臺扶梯口局部照明的照度比較方案Fig.4 Illumination comparison scheme for local lighting at the station escalator entrance

1.2.2.3 站臺候車區照明的照度比較方案

在站臺層整體照度為150 lx的前提下，站臺候車區(圖5)以50 lx為一階梯提高照度，方案1照度為150 lx，方案2為200 lx，方案3為250 lx，方案4為300 lx，方案5為350 lx，方案6為400 lx，方案7為450 lx，方案8為500 lx，方案9為550 lx。

圖5 站臺候車區照明的照度比較方案Fig.5 Illuminance comparison scheme for station waiting area lighting

1.2.2.4 站廳立面照明的照度比較方案

根據已有研究，站廳側立面照度為100 lx時人感受正常，200 lx時感受明亮[5]，且垂直面照度與水平面照度比為0.5～0.8之間較為舒適[19，20]。因此，在站廳層地面照度為200 lx的前提下，站廳立面(圖6)以20 lx為一階梯提高照度，方案1立面照度為100 lx，方案2為120 lx，方案3為140 lx，方案4為160 lx，方案5為180 lx，方案6為200 lx。

圖6 站廳立面照明的照度比較方案Fig.6 Illuminance comparison scheme for station hall facade lighting

1.3 實驗過程與問卷設計

本文主要采用問卷調查法進行評價實驗，采用問卷星發布線上問卷，問卷主要分成兩個部分：第一部分為基礎信息調查，主要包括測試者的性別、年齡、職業、學歷以及所在地區；第二部分為照度值舒適性選擇，將每個場景的照明方案排列在同一版式中，并在題目中放置方案大圖，人們根據自身喜好選擇感覺最舒適的照明方案。

2 調研結果分析

2.1 問卷結果分析

本次實驗共收集問卷271份，實驗對象基本特征統計結果見表2。

表2 實驗對象基本特征統計

2.1.1 站臺層整體照明的照度舒適性分析

如圖7所示，在站臺層整體照明的照度舒適性評價中，選擇方案9(550 lx)人數最多，有68人，占總人數的25.09%；其次為方案1(150 lx)，選擇人數有39人；再次是方案2(200 lx)，有35人；之后依次為方案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)。

圖7 最舒適的站臺層整體照明的照度比較方案選擇人數及百分比Fig.7 Number and percentage of illuminance comparison program choices for the most comfortable overall lighting of the platform level

2.1.2 站臺扶梯口局部照明的照度舒適性分析

如圖8所示，在站臺扶梯口局部照明的照度舒適性評價中，選擇方案8(500 lx)人數最多，占總人數的21.61%；其次為方案1(150 lx)，選擇人數有36人；之后依次為方案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)選擇人數相同，均為24人。

圖8 最舒適的站臺扶梯口局部照明的照度比較方案選擇人數及百分比Fig.8 Number and percentage of illuminance comparison program choices for localized lighting at the most comfortable platform escalator opening

2.1.3 站臺候車區照明的照度舒適性分析

如圖9所示，在站臺候車區照明的照度舒適性評價中，選擇方案9(550 lx)的人數最多，有51人；其次為方案5(350 lx)；之后依次為方案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)。

圖9 最舒適的站臺候車區照明的照度比較方案選擇人數及百分比Fig.9 Number and percentage of illuminance comparison program choices for the most comfortable platform waiting area lighting

2.1.4 站廳立面照明的照度舒適性分析

如圖10所示，在站廳立面照明的照度舒適性評價中，選擇方案6(200 lx)有90人，是選擇人數最多的方案；其次為方案5(180 lx)；除方案2(120 lx)、方案3(140 lx)選擇人數有所下降外，其余方案隨著照度值的升高選擇人數呈上升趨勢。

圖10 最舒適的站廳立面照明的照度比較方案選擇人數及百分比Fig.10 Number and percentage of illuminance comparison program choices for the most comfortable station hall facade lighting

2.2 個人因素與舒適性評價的相關性分析

通過對調研結果的數據分析，探討測試者的性別、年齡、學歷、職業、地區等個人因素是否會影響人們對軌交空間照明的照度舒適性評價。運用數據分析軟件IBM SPSS Statistics 26.0版本中的卡方檢驗進行相關性分析，當卡方檢驗結果的顯著性差異即P>0.05時，說明兩者之間不存在顯著性差異，兩者無相關性；當P<0.05時，則說明兩者之間存在顯著差異，兩者具有相關性，且越接近0.05，相關性越弱。

2.2.1 性別因素

根據表3，性別因素與站臺層整體照明、站臺扶梯口局部照明以及站臺候車區照明的照度舒適性評價的P值均遠小于0.05，說明性別因素與站臺層空間照明的照度舒適性評價差異性顯著，兩者相關性較強。在站臺層整體照明的照度舒適性評價中，男性人群中認為方案1(150 lx)最舒適的人數最多，而女性人群中認為方案9(550 lx)最舒適的人數最多；在站臺扶梯口局部照明的照度舒適性評價中，男性人群中認為方案1(150 lx)最舒適的人數最多，而女性人群中認為方案8(500 lx)最舒適的人數最多；在站臺候車區照明的照度舒適性評價中，男性人群中認為方案5(350 lx)最舒適的人數最多，而女性人群中認為方案9(550 lx)最舒適的人數最多。而在性別因素與站廳立面照明的照度舒適性評價的檢驗中，P值為0.039，說明兩者有一定的顯著性差異，但相關性較弱，在其舒適性評價中，男性和女性人群中都是認為方案6(200 lx)最舒適的人數最多。

表3 性別因素與軌交空間照明的照度舒適性評價的卡方檢驗

2.2.2 年齡因素

根據表4，年齡因素與四個實驗場景的照度舒適性評價的P值均遠小于0.05，說明年齡因素與軌交空間照明的照度舒適性評價差異性顯著，兩者相關性較強。

表4 年齡因素與軌交空間照明的照度舒適性評價的卡方檢驗

在站臺層整體照明的照度舒適性評價中，20歲以下的人群中認為方案1(150 lx)最舒適的人數最多；21～30歲的人群中認為方案2(200 lx)最舒適的人數最多；31～40歲的人群中認為方案1(150 lx)最舒適的人數最多；41～50歲的人群中認為方案8(500 lx)和方案9(550 lx)最舒適的人數最多；51～60的人群中認為方案9(550 lx)最舒適的人數最多；60歲以上的三人分別選擇了方案1(150 lx)、方案8(500 lx)與方案9(550 lx)。

在站臺扶梯口局部照明的照度舒適性評價中，20歲以下的人群中認為方案1(150 lx)最舒適的人數最多；21～30歲的人群中認為方案2(200 lx)最舒適的人數最多；31～40歲的人群中認為方案3(250 lx)最舒適的人數最多；41～50歲的人群中認為方案7(450 lx)最舒適的人數最多；51～60的人群中認為方案8(500 lx)最舒適的人數最多；60歲以上人數的三人中，有兩人認為方案8(500 lx)是最舒適的照明方案。

在站臺候車區照明的照度舒適性評價中，20歲以下的人群中認為方案8(500 lx)最舒適的人數最多；21～30歲和31～40歲的人群中都是認為方案2(200 lx)最舒適的人數最多；41～50歲的人群中認為方案6(400 lx)最舒適的人數最多；51～60歲的人群中認為方案9(550 lx)最舒適的人數最多；60歲以上人數的三人中，有兩人認為方案8(500 lx)是最舒適的照明方案。

在站廳立面照明的照度舒適性評價中，方案6(200 lx)是所有年齡段中選擇人數最多的方案。然而，在20歲以下的人群中有54.55%的人認為160 lx以下(方案1—方案4)是最舒適的方案；而在51～60歲的人群中認為160 lx以下(方案1—方案4)最舒適的人數僅有10.72%。

2.2.3 學歷、職業與地區因素

根據表5，學歷因素與軌交空間照明的照度舒適性評價有一定相關性，但可能受年齡因素影響。其中初中及以下學歷的59人中，有44人為41歲及以上人群；且?？茖W歷中有66%的人在40歲以下；而本科學歷的83人中，年齡在30歲以下的有57人。

在職業因素與軌交空間照明的照度舒適性評價的卡方檢驗中，與站臺層整體照明和站廳立面照明的照度舒適性評價均無相關性；與站臺候車區照明的照度舒適性評價有一定的相關性；只有與站臺扶梯口局部照明的照度舒適性評價具有較強的相關性。因此，可以認為職業因素與軌交空間照明的照度舒適性評價相關性較弱。

地區因素與站臺扶梯口局部照明和站臺候車區照明的照度舒適性評價的P值均大于0.05，與其舒適性評價無相關性；與站臺層整體照明和站廳立面照明的照度舒適性評價有較強相關性，但在西南地區的23名測試者均為男性，且有19人在30歲以下，其舒適性評價可能受性別和年齡因素影響。

3 討論

3.1 性別與照明

研究結果表明，在地下軌交空間中，相對于男性測試者，女性更傾向于選擇照度較高的照明方案。如圖11所示，在站臺整體照明的照度舒適性調研中，有63.84%的男性測試者選擇了350 lx以下(方案1—方案5)的照度方案，48.46%的選擇200 lx左右(方案1、方案2、方案3)的照度方案；而女性測試者有69.84%選擇了350 lx以上(方案5—方案9)的照度方案，56.71%的選擇500 lx左右(方案7、方案8、方案9)的照度方案。

在站臺扶梯口局部照明的照度舒適性調研中，有67.69%的男性測試者選擇了350 lx以下(方案1—方案5)的照度方案，47.69%的選擇200 lx左右(方案1、方案2、方案3)的照度方案；而女性測試者有71.64%選擇了350 lx以上(方案5—方案9)的照度方案，51.78%的選擇500 lx左右(方案7、方案8、方案9)的照度方案。

在站臺候車區照明的照度舒適性調研中，有69.64%的男性測試者選擇了350 lx以下(方案1—方案5)的照度方案；而女性測試者有73.77%選擇了350 lx以上(方案5—方案9)的照度方案。

由于生理構造不同，男性與女性在空間認知能力上具有少許差異[21]。就空間認知方面，大部分女性個體可能稍微弱于男性(也不排除特殊情況)[22]。女性對空間信息不敏感，定向認路能力較弱[23]。心理學研究也表明，女性中“空間焦慮感”高的個體所占的比例高于男性[24]。根據研究結果對部分女性測試者進行線下訪談，女性測試者對自己選擇的最舒適的照明方案進行評價，出現較多的回答有“空間明亮，感覺比較干凈”“看起來更加安全”“方向性更加明確”等。因此，在地下軌交站點公共空間中，適當提高照明的照度值或加強空間亮度對比，可以更好滿足女性的安全感與情感需求。

3.2 適老化照明

根據以上研究，隨著人們年齡的增長，照度值更高的照明方案舒適性評價更高，如圖12所示，在站臺層整體照明的照度舒適性調研中，51～60歲人群中有60.71%的人認為照度水平最高的方案9(550 lx)是最舒適的照明方案；在站臺扶梯口局部照明的照度舒適性調研中，51～60歲人群中有53.57%的人認為方案8(500 lx)是最舒適的照明方案；在站臺候車區照明的照度舒適性調研中，51～60歲人群中有51.79%的人認為方案9(550 lx)是最舒適的照明方案；在站廳立面照明的照度舒適性調研中，51～60歲人群中有53.57%的人認為立面照度最高的方案6(200 lx)是最舒適的照明方案。

圖12 51～60歲人群最舒適的照度比較方案選擇人數統計Fig.12 Statistics on the number of people choosing the most comfortable illumination comparison scheme for people aged 51～60

隨著我國人口老齡化程度不斷加深，預計在21世紀中葉，我國60歲以上人口將有近5億，人口老齡化問題越發嚴峻[25]。老年人由于生理功能退化，適應光的變化能力減弱，瞳孔呈進行性縮小，在暗處光線弱的情況下很難看清物體。同時，視網膜各部位的視敏度不同，在明亮處，視網膜中央位置的視敏度最高；在暗處時，視網膜中央位置幾乎看不到東西，視網膜周圍可以看見東西但視敏度很低[25]。老年人因視覺衰退而帶來的出行阻礙應該通過照明設計來加以改善，我國老年人每日出行時間多在6：00—7：00、9：00—11：00和14：00—17：00[26]?？梢栽谶@些時段通過適當提高地下軌交站點空間內的照度值來增加老年人交通出行的安全感與舒適性，更好地滿足老年人的出行需求。

3.3 綠色照明

地下軌道交通站點空間內的照明主要依靠人工照明，且列車運營時間較長，照明能耗在地下軌交空間能耗中占有較大比重，對軌交空間內照度水平進行適當的規劃與設計，是實現照明節能的有效手段。采用非均質和分區的照明方式，可以達到凸顯空間、增強對比的目的。一方面通過提高重點局部的照度值，將整體照明與局部照明的照度比值控制在1∶3～1∶6之間[27]，能夠很好地突出空間的重點部位也不會使人不適。另一方面，對于站臺候車等重要區域的照度值應比整體空間的照度值更高，但過大的照度對比會帶來能耗問題，將整體基礎照明與重點區域照明的照度比控制在1∶3左右[7]，既能夠突出重要區域便于乘客識別信息，也能夠節約資源[28]。

根據以上數據，相對于高照度的方案，人們對低照度的照明方案舒適性較低，而過高的照度會造成極大的資源浪費，當站臺層整體照明的照度為150 lx時，即可滿足人們正常的視覺感知需求[29]。從女性和中老年人視覺舒適性的角度出發，應該在局部節點增加重點照明，也能達到突出重點，吸引人們注意的作用，比如在站臺層整體照明的照度為150 lx的前提下，將站臺層局部照明的照度提高至500 lx。此外，在站臺候車區照明的照度舒適度調研中，認為方案5(350 lx)和方案9(550 lx)最舒適的人數相近，而方案5的能耗遠低于方案9，且在不同性別與年齡段都占有一定的比例，如圖13所示，認為方案5(350 lx)最舒適的男性人數與女性人數相等，青年人與中老年人數也基本持平。因此，在站臺層整體照明的照度為150 lx的前提下，候車區照明的照度為350 lx時，能夠基本滿足各類人群的照明舒適性需求，并能極大地減少照明能耗。

圖13 不同性別與年齡段認為方案5(350 lx)最舒適的人數比例Fig.13 Proportion of people of different genders and ages who find Option 5 (350 lx)most comfortable

3.4 局限與不足

本文從照度指標討論了地下軌交空間內多個場景的照明舒適性問題，對地下軌交空間的照明設計有一定參考價值。然而由于學校暫無專業實驗室，無法進行真實場景模擬評價，本文所采用的線上圖片展示評價，由于每個人的接收設備不同，觀看方案時的亮度和顯示差異屬于不可控因素，相對于模擬真實場景，可能會產生一定的誤差。

4 結論

本文通過已有研究，搭建出四種地下軌交空間實驗場景，并對每個場景構建出多種比較方案，隨后在人群中展開問卷調查與訪談。通過對四種實驗空間照度舒適度的主觀評價與客觀分析，得出以下結論：

(1)通過提高立面照度可以提升空間明亮感從而增加其舒適性，在站廳立面照明的照度舒適性評價中，隨著立面照度值的提高，選擇人數整體呈現上升趨勢，當立面照度為200 lx時人們的感受為明亮，視覺感受也更加舒適。

(2)性別和年齡因素與地下軌交空間照明的照度舒適性評價具有相當顯著的相關性。男性和青年人(40歲以下)認為站臺層空間照明的照度在200 lx左右的照明方案比較舒適，而女性和中老年人(50歲以上)則傾向于選擇照度在500 lx左右的照明方案。然而由于本次實驗對象的視覺終端不同，結論所得的照度值僅供參考，但可以得出男性和青年人(40歲以下)認為偏暗的照明方案比較舒適，而女性和中老年人(50歲以上)則認為偏亮的照明方案更加舒適。學歷、職業、地區因素與地下軌交空間照明的照度舒適性評價的相關性較弱，還可能受其他因素影響，需要更進一步的研究與論證。

(3)從綠色照明的角度出發，將站臺層整體照明與局部照明的照度比值控制在1∶3～1∶4，與候車區照明的照度比值在1∶2～1∶3之間，即若站臺層整體照度為150 lx，將局部照明的照度提高至450～600 lx，候車區照明的照度提高至300～450 lx，既能滿足人們的視覺舒適性，也能減少軌交空間中的照明能耗。