摘要：“节能”一直是城市地铁公共空间照明最为重要的设计内容。本文主要概括地铁公共空间大多处于地下，人工照明几乎是唯一的选择，这样。必然需要使用大量的照明设备，随之而来的就是巨大的资源投入和能源消耗。所以，节能就成为地铁空间照明设计不能回避的问题。本文从感知的视觉角度上探讨了一些地铁空间照明的节能设计想法，然而由于技术水平的限制，传统照明技术和设计的方法已经很难有重大的突破，希望通过对照明节能问题上的一些研究和实践，找到一种新的节能设计的对策。
关键词：视觉感知；照明；节能设计
“节能” 一直是城市地铁公共空间照明最为重要的设计内容。由于地铁公共空间大多处于地下，人工照明几乎是唯一的选择。这样必然需要使用大量的照明设备，而大量照明设备的使用也带来了巨大的资源投入和能源消耗，所以，节能就成为地铁空间照明设计不能回避的问题。
目前，解决照明节能问题主要依靠选择高效的光源灯具和照明控制系统；确定合适的空间照度等这些技术手段上，不过由于新的照明技术发展需要一个过程，而现有的照明技术手段很难在节约能耗的问题上有大的突破，加之人们对生活品质的要求越来越高，光靠单纯技术手段，一味地强调节能而忽略人的视觉和心理感受，已经不能满足需求。
既然只靠技术手段有局限性，那么还有没有其他的方式来解决照明的节能问题呢？要回答这个问题，我们可能要从一个最基础的问题谈起，即视觉和照明之间的关系。
一、视觉感知与照明
光是为我们的视觉感知前提，当光辐射作用于人类视觉感官后，使视细胞兴奋，视觉信息经视神经传递到大脑，经处理后产生视觉（vision）。通过视觉，人可以感知外界物体的轮廓、明暗、 颜色、动静等各种信息。这四种视觉的能力形成了一套完整的视觉系统，我们把这个称为视觉感知。照明也称人工照明，《辞海》中指照明是人为利用各种光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。由于地铁空间大多处于地下，自然采光的难度较大，主要还是通过人工照明来满足人们视觉需求，所以人工照明就成为了人们视觉感知物象的前提和基础。
二、视觉感知与照明节能的关系
由于地铁空间大多依靠人工照明，于是就形成了一个矛盾。从人的角度来考虑，空间环境中的光线条件越亮，视觉感知效果就越好，但这意味着要使用更多的照明器材和设备，增加更多的能耗。而从节能的角度来说，空间环境所使用照明器材和设备越少，能耗越低，但也意味着空间的亮度需要降低，视觉感知的环境条件变差。这也就是照明节能设计最核心的问题，如何处理好人们的视觉感知和人工照明的节能关系。不过，视觉感知和照明节能两者的关系比较复杂，它们既存在着矛盾，又互为影响，既不能只为了强调人们的视觉感知需求而忽视了节能，也不能只为了节能而不顾及人们的视觉感受。所以在地铁空间照明节能设计中，关键是如何处理好这个矛盾关系。
三、视觉感知与照明节能设计
要解决好人们的视觉需求与照明节能两者之间的矛盾，找到最佳的解决措施，关键在于如何根据人们视觉感知的特点进行合理的设计，在满足人们视觉需求的前提下，尽可能地减少照明设备使用量，节约投资成本和维护成本。笔者通过以下几个方面来进行阐述。
（一）视觉感知与照度标准
照度标准是指为各类场所制定的人工照明的照度值[1].制定合理的照度标准是节能设计的基础，因为这直接关系到空间中照明器材的使用数量、灯具的布置密度、使用维护成本等许多环节。空间照度值选得过低，达不到满意的视觉效果，而照度值选得过高，又浪费大量电力能源。所以最佳的解决方式就是在两者间找到一个平衡点，即一个合理的照度范围。
目前，国内对于地铁空间的照度标准是依据GB 50034 -2004《建筑照明设计标准》、GB 50016-2006 《建筑设计防火规范》、GB/T16275-2008《城市轨道交通照明》以及06DX008 -1《电气照明节能设计》等国家标准的相关内容进行设计。在这些国家标准中对轨道交通空间还是制定了一些照度规范的（见下表1）。不过，在具体的设计中，我们会发现这些标准还有一定欠缺，比如，只是对一些空间中地面和工作面的水平照度标准进行了说明，包括空间墙面、柱面等垂直面的照度标准都没有涉及。然而在实际的地铁空间中，面对复杂的空间环境，只给一些空间照度的参考标准是远远不够的，这样导致许多时候，照明设计就变了一个简单的照度计算工作。所以应该把视觉感知与照度标准两者结合起来进行通盘考虑。通过具体的说明，让人们了解在不同的照度标准环境中，人们的视觉感知的效果是什么，以此确定最合理的照度值的范围，满足人们的视觉需求，该高的高，该低的相应减低，这样就可以在保证人们视觉感知的前提下，最大限度地进行节能设计了。
1. 实验
为了满足人们视觉的需求，确定一个比较合理的照度范围，笔者的团队进行了一组实验。在实验室空间内设定一个范围，模拟地铁空间，测试不同的照度水平下，光线对于人们视觉感知的影响。在测试区域现场按照国家视力测试标准在墙面布置视力表，测试人们视觉的感知情况，用带有调光器的灯具照亮视力表周围的空间。照度值级别为设为5、25、45、65、105、125、145、165、185、205（lx）10个标准，人站在离视力表5米处（医用测试标准），测试不同视力人群在不同的照度标准下的视觉能力，一共有30位实验者，按实验者视力的好坏程度分成5组，双眼视力达到1.5的实验者为黄色组，双眼达到1.2但不到1.5的实验者为绿色组，双眼视力达到0.8不到1.2的实验者为黑色组，双眼视力达到0.6不到0.8的实验者为蓝色组，双眼视力低于0.6的实验者为红色组（详见表2）。
最后的实验的结果如下：
（1）视力表照度值≥ 25LX,双眼视力超过 1.5 的实验者，视力达到正常。
（2）视力表照度值≥ 45LX,双眼视力超过 1.2 不到 1.5 的实验者，视力达到正常。
（3）视力表照度值≥ 85LX,双眼视力超过 0.8 不到 1.2 的实验者，视力达到正常。
（4）视力表照度值≥ 85LX,双眼视力超过 0.6 不到 0.8 的实验者，视力达到正常。
（5）视力表照度值≥ 85LX,双眼视力低于 0.6 的实验者，视力达到正常。
2. 照度标准参考依据
通过上面的实验，我们可以发现当环境照度水平超过85Lx后，实验者的视力基本都恢复到正常水平，也就是说，在空间环境中平均照度值只要超过85Lx,就可以满足人们正常的视觉感知需求。所以在地铁空间中，即便是在地下，空间照度只要达到或超过85LX就可以，因此85LX可以作为地铁公共空间最小照度标准的参考值。
结合地铁空间实际的情况，如地铁空间特点、功能需求、人流动量、各站点所处地理位置、空间照明效果、节能以及等多种因素，参考相应的国家照度标准，并横向比较了包括办公、图书馆、超市等空间采用国家照度标准（最大的照度值300LX），经过多次的对比和实验，证明这样的照度值可以满足人们长时间的工作和学习的需要，所以我们认为地铁空间的最大照度在300LX左右是一个比较合理的标准。
确定最小照度值和最大照度值后，我们可以把地铁空间照度值控制在300LX至85LX之间的范围内。在根据实际地铁站点的规划，按照具体空间的要求来确定照度的标准，这样就可以把空间照度值控制在最合理的范围。
3. 实践
笔者的设计团队曾经参与了南京地铁2号线整体的照明设计工作，为了让空间照度的标准达到一个最合理的范围，从地铁的每个站点到不同站点的空间区域，再到空间的水平面照度和垂直面照度都进行了设计。具体如下：
（1）所有的站点分为三个级别，一类站点、二类站点和三类站点。一类站点主要像新街口站等这样的大型换乘站，二类主要像大行宫站等有一定区域文化或经济影响力的站点。最后就是普通地铁站点，按照这样的规划，把空间的照度标准也进行分级。
（2）考虑到地铁运营的时段 （ 高峰时段和低峰时段），采用分时段控制。
（3）根据实验结果和相关的国家照度标准，并且加入空间柱子、墙等空间垂直面的照度，来划分各个功能空间来确定照度的参考标准（见下表 3），这样可以最大限度地合理设定照度标准，避免浪费节约能耗。
（二）视觉感知与空间亮度
空间照明设计中，还有一个重要的设计内容就是亮度。路易斯·康曾经说过“设计空间就是设计光亮”,空间必须有足够的亮度才能提供一个舒适的视觉环境。不过目前国内照明设计主要以照度作为重要的标准，并有较详细的规定，但对于亮度却很少涉及，所以在具体的照明设计中，亮度往往被人们忽视。
亮度是指发光体（反光体）表面发光（反光）强弱的物理量[2],是光与物体相互作用的综合指标。亮度可分为物理亮度和主观亮度，物理亮度是指光源或被照物体表面辐射光强的多少，而主观亮度是指人们对物体的视觉感受的亮度。在地铁空间照明设计中，当空间照度的范围确定后，物理亮度很难有比较大的提高，但主观亮度却可能受到空间的颜色、材质的反光和吸光系数、人们视觉功效的差异等因素影响，产生明显的差异。所以，在无法提高空间物理亮度的情况下，提高主观亮度来改善视觉感知的环境，增加空间的明亮程度，就成为了一个重要的方式。这样既不用增加各种照明设备来提高空间的照度，也可以减少运营成本和能源的消耗。目前提高主观亮度主要从以下几个方面：
1.选择适合的色彩
我们的视觉感知色彩主要是通过光色和物体色两方面。光色是指可见光中不同波长单色辐射在视觉上反应出不同的颜色，通常用色温来表示。而物体色是物体对光源辐射有选择地反射或透射对人眼所产生的感觉。
①颜色来源于光，不同的光色也会给人们不同的视觉感受。暖色的光线会给人一种温暖惬意的感觉，但视觉的主观亮度会显得较低，所以多用在KTV、餐饮、酒吧等要有一定私密性的空间。而冷色的光线比较容易刺激我们的视觉神经，多用在办公、交通等空间，视觉的主观亮度会显得较高。在地铁空间中，选用色温比较高的光源会大大提高视觉的主观亮度，一般情况下，基础照明建议选用色温最好不低于6500k的光源，有些特殊的如店铺、艺术品展示等功能空间可以选择色温较低的光源，但最好也不低于4000K.
②从物体色的角度来讲，物体色的深浅会直接影响光线的反射和吸收，在同样的照度环境下，深色的物体往往会比浅色的物体有更高的吸光系数，光的吸收越高，空间就显得越暗，反之，光的吸收少了，反射就会增加，视觉就会感受到更多的光线，主观亮度也会随之增加。所以在地铁空间中，主色系应尽量选择较浅的颜色，如白色、浅灰色、浅米色等，这样会给我们的视觉更明亮的感觉。
2.材料的选择
从视觉感知的角度考虑，在相同照度环境下，材料表面光反射越强，我们视觉能感受到的光线就越多，主观亮度就高，就像灯具通过使用反光罩[3]来增加光源的反射，提高灯具的发光效率。所以在空间中，采用反光系数较高的材质是一种常用提高发光效率的方法。一般材料的反光系数主要由材料本身色彩的深浅和表面的光滑度决定。材料的色彩前面已经说明，而光滑度主要是材质表面凸凹程度特性的一个指标。材质表面光滑度等级越高，材质表面的反光系数越高，反光性能也越好。当然根据地铁空间功能特点，材料选择还必须考虑坚固、耐用、防火、防潮、耐腐蚀等因素。
（三）视觉感知与灯光布置
前面从视觉感知的角度探讨地铁照明中照度、亮度与照明节能的关系，具体到照明设计，还是需要有实际的灯光布置设计来完成相关内容。通常地铁这样的交通空间，灯光布置还是以功能照明为主，结合空间的特点，大部分灯光布置都采用平均排布的方式。因此，会使用大量的照明设备，例如，南京地铁一号线16个站点，所使用的灯具在3万套左右，算下来一个站点要使用约1800套灯具。所以如果想要减少能源的消耗，最直接的办法就是减少照明设备的使用数量。不过，照明设备的使用必须考虑人们的视觉感受，不能随便减少，需要有科学的依据。
我们知道空间是由顶面、墙面、地面等这些界面围合而成。通过光线照射到这些界面后，反射到我们的视觉产生影像，让我们感知了空间。目前，就地铁空间而言，大多空间是方正的盒子式形态，灯光布置的方法就是尽可能地把空间全部照亮，顶面、墙面、柱子和地面都要照亮，来满足人们的视觉需求。这样处处都要考虑，处处都要照亮，再想要减少照明设备的使用数量确实非常困难。所以，想要减少照明设备的使用数量，就应该考虑是不是可以在某些空间界面上减少灯光的照明强度，来节省照明设备的使用。
1.实验
为了解答上面的问题，笔者做了一个实验。在一个类似地铁的方盒子空间中，使用相同数量、相同种类的光源灯具，同样选用下照光的形式，只是改变光照的位置，一个是对空间进行均匀照明，取名A空间（见图1），一个是只照亮空间的墙面，取名B空间（见图2）。经过比较，发现两者之间在人们视觉的感受上还是有比较大的差异，为了保证实验相对客观，笔者找来一些志愿者，对两个空间进行视觉比较，结果发现几乎所有的人都认为，B空间要比A空间视觉感受上更亮。那么为什么使用相同数量、相同种类的光源灯具，同样选用下照光的形式，在同样的空间会有这样的差异呢？
经过分析，笔者发现在这样方盒子式形态的空间中，视觉主要能看到垂直和水平两类空间界面，垂直的空间界面主要有三个墙面，还包括柱子、门和垂直广告牌等，水平的空间界面主要有顶面和地面。人们置身其中，如果按照视觉看到的面积大小定，垂直界面占比约为55%至60%,水平面占比约为40%至45%.所以当把垂直面（墙面）照度提高后，视觉的受光面积会相应增大，我们也自然会感觉空间更加明亮。
通过上面的实验，笔者发现，只要改变传统平均灯光布置的方式，采用有“抓”有“放”方式的进行设计，抓住空间的墙面、柱子、垂直广告牌等这些垂直面，提高它们的光照水平，同时放松地面和顶面这样的水平面的光照水平，再通过合理的灯光布置，是有可能在照明的节能设计上有所突破的。
2.实践
笔者的设计团队有幸参与了南京地铁一号线南延线、二号线和二号线东延线照明项目顾问设计工作，涉及共约26个站点。根据上面的研究成果，我们提出了“强调垂直面，弱化水平面”的设计思路，并且贯彻到整个照明项目设计里，在充分考虑到人们的视觉需求的基础上，最后项目总共使用了2万多套灯具，相比南京地铁一号线，平均每个站点减少近三分之一的灯具，大大提高了照明设备的使用效能。这说明按照这样的设计思路进行灯光的布置是可以有效减少照明设备的使用数量，达到节能的目的。
为了验证笔者的说法，下面以南京地铁二号线一个叫苜蓿园站点为例（见图3），苜蓿园站点的站厅层和站台层有一部分是共享空间，层高比较高（7M以上），宽度宽，长度长，顶面的中央还有一副巨型的壁画，照明设计之初，采用传统的灯光布置方式，在顶面布置了大量大瓦数的投光灯来进行照明，结果顶面的壁画基本无法观赏，照明能耗较高，同时灯具的维修和保养也十分困难，设计陷入了僵局。后来采用了“强调垂直面，弱化水平面”的设计思路后，果断取消了顶面中央的灯光布置（见图3），同时加强了墙面、柱子、屏蔽门、指示牌的光照强度（见图4），从人们的视觉角度出发，让该亮的亮，不该亮的暗下去，收到了比较理想的效果，即便没有在顶面布置大量的灯具，也达到了人们正常的视觉感知的需要。
四、结语
本文从视觉感知的角度上探讨了一些地铁空间照明的节能设计想法，希望在现有的技术条件下，通过合理的设计思路找到一种新的照明节能对策，可以对从事相关领域研究和工作的人有所启发和帮助。
参考文献
[1]冯豫韬；王婧菁；光环境在地铁车厢环境中的应用研究[J]设计。2012年02期
[2]李恭慰主编。建筑照明设计手册。北京：中国建筑工业出版社，2004.3
[3]北京照明学会照明设计主编。照明设计手册。北京：中国电力业出版社，2006.12