張明宇 王立雄 蘇曉明 宋佳音

(天津大學(xué)天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

1 前言

城市環(huán)境不斷更新和發(fā)展，城市中留存的中國(guó)傳統(tǒng)古建筑成為了城市環(huán)境中重要的亮點(diǎn)，例如北京的天安門、城德勝門箭樓、東便門角樓 (圖1)，天津的天后宮、廣東會(huì)館等。城市核心區(qū)中各種形式的燈光夜景的建設(shè)在再創(chuàng)造了日間景觀的同時(shí)，也引出了如何在這一區(qū)域亮度條件下展示古建筑的魅力，如何評(píng)價(jià)古建筑的照明效果這一問(wèn)題。

圖1 北京東便門角樓夜景照明 (自攝)

2 城市核心區(qū)環(huán)境亮度特征

從國(guó)內(nèi)相關(guān)研究人員對(duì)天津、成都、重慶等城市重要建筑照明的亮度測(cè)試結(jié)果來(lái)看:目前處于城市核心區(qū)中的重要建筑夜景照明環(huán)境亮度整體跨度較大，大部分建筑的亮度水平從十幾個(gè)cd/m2到幾十個(gè)cd/m2，甚至到上百個(gè)cd/m2。可想而知，在由這些主要建筑構(gòu)成的城市夜間環(huán)境中，由于建筑立面照明對(duì)周邊環(huán)境造成的漫射光環(huán)境，加之道路、場(chǎng)地等照明，使得城市核心區(qū)的傳統(tǒng)古建筑周邊環(huán)境整體處于一個(gè)較亮的狀態(tài)。

3 古建筑亮度適宜性實(shí)驗(yàn)研究

古建筑載體是中國(guó)傳統(tǒng)審美形式的集中體現(xiàn)，照明要綜合考慮載體造型構(gòu)成、體量等特點(diǎn)和人們對(duì)古建筑的基本認(rèn)知，在此基礎(chǔ)上去研究載體的凸顯。

具體將結(jié)合人眼視覺(jué)舒適感受、城市核心區(qū)亮度特點(diǎn)、古建筑的建筑美學(xué)特征等因素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬條件下的古建筑夜景與周邊亮度環(huán)境來(lái)考量人眼對(duì)該條件下的視覺(jué)舒適感受，以得出對(duì)古建筑亮度舒適性影響的關(guān)鍵因素。

3.1 古建筑立面層次劃分

對(duì)于古建筑的整體立面層次劃分上，建筑學(xué)家梁思成曾對(duì)中國(guó)古典建筑的立面構(gòu)圖作了這樣一個(gè)總結(jié):“中國(guó)的建筑，在立體的布局上，顯明地分為三個(gè)主要部分: (一)臺(tái)基， (二)墻柱構(gòu)架，(三)屋頂。任何地方，建于任何年代，屬于何種作用，規(guī)模無(wú)論細(xì)小或雄偉，莫不全具此三部?！@三部分不同的材料，功用及結(jié)構(gòu)，聯(lián)絡(luò)在同一建筑物中，數(shù)千年來(lái)，天衣無(wú)縫的在布局上，始終保持著其間相對(duì)的重要性，未曾因一部分特殊發(fā)展而影響到其他部分，使失去其適當(dāng)?shù)臋?quán)衡位置，而減損其機(jī)能意義?！?/p>

因此在古建筑夜景照明的亮度研究方面，上述三個(gè)主要構(gòu)成部位的亮度及各部分亮度之間的配合，如何達(dá)到視覺(jué)的均衡和滿足美學(xué)欣賞效果，就成為我們研究的重點(diǎn)。具體采用典型古建筑，通過(guò)在同一背景亮度的條件下，改變古建筑的立面構(gòu)圖中的臺(tái)基、立面 (墻柱構(gòu)架)、屋頂三部分的照明亮度比例關(guān)系，并通過(guò)其不同亮度比例的組合，形成不同場(chǎng)景效果。

3.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景選擇與標(biāo)定

場(chǎng)景選擇主要為選擇建筑形體、環(huán)境背景亮度及建筑各部位亮度匹配三部分。

本次實(shí)驗(yàn)為減小建筑自身形式復(fù)雜的影響因素，將古建筑形體選擇為相對(duì)簡(jiǎn)單的典型古建筑形體，具體為單層歇山頂、黃色琉璃瓦屋面，立面柱廊，漢白玉臺(tái)階，并輔以典型分屋頂、立面、臺(tái)基三層處理的照明效果。如圖2所示。

圖2 亮度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)用建筑圖片

為方便計(jì)算并能夠獲得較多的亮度梯度，選取背景亮度值為5cd/m2。選取典型城市環(huán)境背景，并進(jìn)行圖片合成處理，在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)投影儀投出的環(huán)境背景進(jìn)行測(cè)試，使該部分平均亮度值達(dá)到5cd/m2;同時(shí)考慮古建筑前景為開放廣場(chǎng)形式，其亮度指標(biāo)參照廣場(chǎng)及道路照明指標(biāo)確定為1.4～1.5cd/m2左右。

對(duì)于古建筑照明的亮度取值，參照表1所示比例關(guān)系進(jìn)行，并適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整來(lái)選取亮度比例。將參照表1進(jìn)行取值，以設(shè)定不同場(chǎng)景。

表1 北美照明工程協(xié)會(huì)照明手冊(cè) (第8版)推薦的室外照明效果的亮度比

按照表1所示，在城市環(huán)境中為了建筑的凸現(xiàn)，我們需要將建筑自身亮度水平至少提高到背景亮度的2倍以上至10倍以下的水平。但在實(shí)際案例研究中發(fā)現(xiàn)，古建筑的照明亮度在幾個(gè)cd/m2的水平是比較常見的，所以研究中加入了平均亮度水平為5cd/m2(與背景亮度之比為1∶1)的情況。按照CIE推薦的城市核心區(qū) (E4)建筑平均亮度水平為25cd/m2，并結(jié)合古建筑照明保護(hù)的相關(guān)研究結(jié)論，我們確定將實(shí)驗(yàn)中建筑亮度等級(jí)中將表1中推薦的“最為強(qiáng)調(diào)時(shí)為1∶10”的比例去除掉，將“強(qiáng)調(diào)的，1∶5”比例改為“1∶4”。最終形成與背景亮度之間“1∶1、1∶2、1∶3、1∶4”四個(gè)亮度比例關(guān)系，即對(duì)應(yīng)5cd/m2、10cd/m2、15cd/m2、20cd/m2四種亮度水平。按照上述取值，對(duì)建筑進(jìn)行臺(tái)基、立面、屋頂?shù)娜糠謩澐郑瑢?duì)應(yīng)匹配不同的亮度水平，共得到64個(gè)場(chǎng)景。在實(shí)驗(yàn)室下通過(guò)投影儀投射出不同場(chǎng)景，并采用TOPCON BM-7色度亮度計(jì)分別一一標(biāo)定，使其滿足不同場(chǎng)景中各部位的亮度比例要求。評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)以此作為場(chǎng)景設(shè)置依據(jù)。部分場(chǎng)景見圖3所示。

圖3 部分亮度場(chǎng)景模擬效果

3.3 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

本次評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)主要采用語(yǔ)義差別量表。問(wèn)卷調(diào)查表中對(duì)照明亮度的評(píng)價(jià)選用的語(yǔ)義差別量表，其中使用了七個(gè)等級(jí)。在這七個(gè)等級(jí)的最中間格0表示的是中性的，代表既不感到滿意，也不感到不滿意。從零到正向，表示滿意程度的增加，從零到負(fù)向表示不滿意的程度增加。

－3 －2 －1 0 +1 +2 +3

3.4 評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)在天津大學(xué)建筑學(xué)院建筑物理實(shí)驗(yàn)室中開展。實(shí)驗(yàn)觀察者選擇為在校學(xué)生，共39人參加，年紀(jì)為20～30歲之間。其中男生20人;女生19人，比例接近于1∶1。評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示。

圖4 主觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

由于實(shí)驗(yàn)?zāi)恳晽l件持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，為保證實(shí)驗(yàn)條件的一致，即保持觀察環(huán)境的穩(wěn)定性方面，將實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排在晚七點(diǎn)以后進(jìn)行，以不受外界光環(huán)境變化干擾。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，將室內(nèi)環(huán)境照明關(guān)閉，并使觀察者垂直觀察屏幕，保持4～8m左右的合理觀察距離 (該距離的選定是依據(jù)實(shí)際古建筑與現(xiàn)場(chǎng)觀察距離的比例來(lái)確定的。如現(xiàn)存古建筑多為10～20m高左右，現(xiàn)場(chǎng)觀察距離為40～80m，實(shí)驗(yàn)室條件下為保持基本視角一致，由觀察的屏幕高度為1.0m左右得出實(shí)驗(yàn)室條件下觀察距離等比例縮小為4～8m)。實(shí)驗(yàn)前，將投影儀預(yù)熱至正常工作的亮度輸出狀態(tài)，以保證實(shí)驗(yàn)用場(chǎng)景圖片亮度的變化梯度不受改變。

4 實(shí)驗(yàn)可靠性分析與數(shù)據(jù)處理

4.1 信度分析

為檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果的可信程度，按照統(tǒng)計(jì)軟件的方法，通常應(yīng)用克倫巴赫 α系數(shù) (Cronbach's Coefficient Alpha)來(lái)分析評(píng)價(jià)量表的內(nèi)在信度，該系數(shù)能測(cè)定評(píng)價(jià)問(wèn)卷是否具有可靠的穩(wěn)定性和一致性。Cronbach's α系數(shù)值介于0與1之間。通常α系數(shù)值達(dá)到0.8以上的評(píng)價(jià)問(wèn)卷內(nèi)部一致性為最好，0.7～0.8之間為較好，α系數(shù)達(dá)到0.6以上則為可接受的信度。

根據(jù)對(duì)古建筑亮度感受的測(cè)試問(wèn)卷結(jié)果，用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行信度分析，得到39人對(duì)64個(gè)場(chǎng)景所進(jìn)行的4個(gè)評(píng)價(jià)量表的信度α，詳見表2。

表2 亮度感受評(píng)價(jià)量表的信度分析

由表2α值可見，本實(shí)驗(yàn)所用的亮度感受評(píng)價(jià)量表對(duì)64個(gè)場(chǎng)景的信度克倫巴赫α系數(shù)除了1個(gè)在0.7～0.8之間外，其他均在0.8以上，因此本研究所用的亮度感受評(píng)價(jià)量表可靠性較好。

4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

本部分實(shí)驗(yàn)完成后，將數(shù)據(jù)輸入統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，將不同觀察者對(duì)同一場(chǎng)景下的評(píng)分取算術(shù)平均值作為該場(chǎng)景下的主觀評(píng)價(jià)得分。從“古建筑亮度與環(huán)境亮度協(xié)調(diào)性”方面來(lái)進(jìn)行分析，其目的是為獲得主觀評(píng)價(jià)滿意程度與古建筑三部分亮度水平之間的關(guān)系。

5 實(shí)驗(yàn)初步結(jié)論

從古建筑亮度與環(huán)境亮度的總體協(xié)調(diào)性來(lái)看，64個(gè)場(chǎng)景的各自得分分布如圖5所示?？梢钥闯?，在64個(gè)場(chǎng)景中，在屋頂部位亮度等級(jí)為5cd/m2、10cd/m2、15cd/m2這三個(gè)等級(jí)下有得分為正值的場(chǎng)景分布，在屋頂亮度等級(jí)為20cd/m2的情況下，所有場(chǎng)景的得分均為負(fù)值。

在此基礎(chǔ)上，將古建筑屋頂亮度數(shù)據(jù)、立面亮度數(shù)據(jù)、臺(tái)基亮度數(shù)據(jù)及古建筑亮度與環(huán)境亮度協(xié)調(diào)性的得分平均值運(yùn)用SPSS分析統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，找出因變量 (古建筑亮度與環(huán)境亮度協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)得分平均值，即與環(huán)境亮度協(xié)調(diào)滿意度)與三個(gè)自變量 (屋頂亮度數(shù)據(jù)XW、立面亮度數(shù)據(jù)XL、臺(tái)基亮度數(shù)據(jù)XT)之間的線性函數(shù)關(guān)系。通過(guò)軟件進(jìn)行多元線形回歸分析，可建立多元線性回歸方程為:

式中 Y——古建筑亮度與環(huán)境亮度協(xié)調(diào)滿意度;

XL——立面亮度數(shù)據(jù);

XT——臺(tái)基亮度數(shù)據(jù)。

回歸方程中的常數(shù)項(xiàng)為1.405，偏回歸系數(shù)b2為－0.109，b3為 －0.050。經(jīng) T檢驗(yàn)，b2和 b3的概率ρ值分別為0.000和0.002，按給定的顯著性水平0.10的情形下，均具有顯著意義。

從上式可以看出，影響得分水平Y(jié)的因素主要是立面亮度數(shù)據(jù)XL和臺(tái)基亮度數(shù)據(jù)XT。而對(duì)于屋頂亮度數(shù)據(jù)Xw，影響評(píng)價(jià)得分的顯著性不強(qiáng)。

6 小結(jié)

本文以一簡(jiǎn)單古建筑體型的夜景亮度作為評(píng)價(jià)對(duì)象，通過(guò)在城市核心區(qū)亮度背景下的研究，確立了人眼視覺(jué)對(duì)古建筑的整體亮度與背景之間的合適亮度比例，確定了主要影響評(píng)價(jià)得分的照明部位，并建立了“古建筑亮度與周邊環(huán)境亮度協(xié)調(diào)滿意度”與古建筑的“屋頂”、“立面”、“臺(tái)基”三部分的亮度水平指標(biāo)之間的函數(shù)關(guān)系。但限于時(shí)間和精力，本文尚未展開對(duì)古建筑形體更為復(fù)雜甚至建筑群體類的照明研究，有待于今后進(jìn)一步展開研究。

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