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城市化进程中的建筑与城市物理环境 ——第十疆全国建筑物理学术会议论史集 模拟天然光的地下空间照明设计初探 张滨赵建平 (中国建筑科学研究院，北京100044) 摘要：为构建舒适、健康的地下空『日J光环境，本文重点分析了光环境在视觉系统、知觉系统及生物周期 方面对人类的影响，指出了天然光在这三方面相对于人工光具有的优势，并以此为基础探讨了为有效模拟 地面天然光环境，地F空间照明系统在色温、照度、视觉环境等方面应具备的特点。 关键词：地下宅间；光环境：视觉功效：身心健康；行为功效 l前言 相对于地面建筑而言，地下空间被完全或大部分封闭在地下，传统的采光方式在地下空间的应 用受到了很大的限制，在缺乏天然光的情况下，地下空间的生理和心理环境都不同于地面建筑。首 先人们不能通过日光变化、气候变迁以及人们对周围环境的观察和经验来把握时空；其次天然光随 着时间、地点的变化对人类内分泌系统、生命节律系统的影响也受到严重的干扰。要构建适宜的地 下空间光环境，．就要建立在从人的生理和心理健康两方面对天然光和人工光的差异进行充分论证的 基础上，做到在地下空间中有效的模拟再现地面天然光环境。 2光环境对人体健康及行为活动的影响 阳光是万物生长之源泉，太阳光是全光谱辐射，可在人的肌体内产生维生素等多种营养物质， 而且人类在长期的工作生活中熟悉了天然光每日及季节性的变化规律，许多生命现象都和明暗交替 与循环有着一致的步调，形成大概以24小时为循环周期的概日周期，如图1显示了与人体每天作息 规律密切相关的激素及人体机能以24小时为周期的变化规律。由于人类对外界的感知80％都来源于 视觉系统，所以对于人类而言，昼夜变化最明显的现象即为光的明暗变化。光的时间变化、亮度水 平和光谱都可以影响着人类的生命节律，同时光环境质量还对人类的知觉、视觉系统产生影响，进 而影响到人类的社会活动和工作效率，如图2所示。 婺蹬要投整醪 图1人体某些生命现象的概日周期示意图 基金资助：国家“十一五”科技支撑计划资助(2006BAJ27803—7) 作者简介：张滨(198l一)，女，博士。Emil：zb2240@163．com 552 城市化进程中的建筑与城市物理环境 ——第十届全国建筑物理学术会议论文集 2．1对人类视觉功效的影响 照明对于人类视觉功效的影响是显而 易见的，人眼对于任何视觉对象的识别都 受到图2中所列的5种因素影响，即视觉 对象的尺寸大小、亮度、亮度对比、颜色 对比以及观察者本身视网膜成像质量。一 般来讲视觉对象的尺寸越大、亮度越高、 亮度和颜色对比度越强，人们的识别速度 和作业效率就会越高，但是现有的研究成 果表明照度和亮度对比度和工作效率之间 并非成线性递增的关系(图3)，当照度或 对比度达到一定值以后工作效率的增长比 较缓慢甚至会造成工作效率降低。所以工 作场所的照度设计应该从照度、作业效率、 安全性、经济性等多方面综合考虑。 在室内工作场所中光环境质量的好坏 可以用照度、显色性和光的分布三个要素 来衡量，据建研院的天然光和人工光的视 功能对比试验表明，在照度2～10001x范 围内，视觉的临界对比度相差为5％～20％， 也就是说在天然光下工作，人的视觉功效 图2光环境对人类行为活动影响因素分析图 比人工光高5％～20％，在显色性方面天然 光在可见光范围内具有连续的光谱分布， 而且随着时间、天气、季节、地理位置的不同有所差别，这是任何人工光源所不具备的特性。所以 在进行精细的彩色作业时，天然光的优势大于其他人工光源。除此之外，还有研究结果表明，人工 光产生的频闪效应也可以影响人们的作业效率，频闪效应可以使人眼对物体的分辨能力下降，尤其 当物体处于转动或晃动状态时，会使人产生错觉，影响生产和工作。 在天然光可以提供足够的照度水平、没有眩光和光幕反射、没有强烈的光影变化影响人们的工 作时，天然光通常都是人们