城市夜景照明的色度学设计

 

　　城市夜景照明作为提升城市夜间品位、促进夜间经济文化发展的重要手段，成为各地政府关心的话题。北京、上海、杭州等很多城市都制订了相应的城市夜景整体或区域规划，并不断地投入、建设，很多城市的夜间景观都发生了翻天覆地的变化。相应地，如何结合色度学原理，组合光的不同颜色、色温和显色指数，营造和谐、符合定位的城市夜景氛围，也成为夜景照明设计的重要课题。

　　1 色度学原理

　　1. 1 颜色的内涵

　　人眼感知的颜色是环境照明条件和物体反射特性综合作用的结果。在人类漫长的历史文化演进过程中，各种颜色被赋予了特定的内涵。一般地，红色表示热情奔放，蓝色表示冷静安宁，绿色表示平和自然，$表示古典高贵，白色表示洁净典雅。

　　颜色的情感内涵具有生理学上的基础。研究表明，不同光色对人的血压、心率、良导络和褪黑素等有一定的影响，从而造成人的不同心理变化。

　　对于夜景照明来说，使用不同的颜色及其颜色组合，能够表达建( 构) 筑物的特质， 增加建( 构) 筑物的戏剧性和历史性，在满足视觉感官和精神上的需要的同时，对人群产生不同的心理暗示、情绪引导和行为趋向，造成人群心理上的崇敬感、沧桑感、冷漠感或亲切感，情绪上的愉悦感、平静感或压抑感，从而造成行为上的逃避或者被吸引。

　　1. 2 颜色三要素与混色原理

　　明度( lightness )、色调( hue ) 和彩度( chroma) 是颜色的三要素。明度可以理解为光刺激对人眼形成的明暗感觉，光源发光或者物体反射的亮度越高，则明度越高; 色调即颜色彼此区分的特性，包括红、黄、蓝、绿等，分别对应不同波长的单色光，即以主波长区分色调; 彩度即颜色的鲜艳程度( 饱和度) ，各种单色光的彩度最高。

　　

 

　　图1 CIE1931 色度图

　　图1 为CIE 标准色度图，其中，翼型曲线上的点为单色光，并标注有波长，曲线上的点对应的颜色饱和度最高。E 点( x = y = z ) 为等能白点(Equal Energy White Point)。翼型区域内颜色均可由单色光和白光混色得到，白光的比例越大，颜色的彩度越低。例如，M 点的颜色可由P 点和E 点按一定比例混合得到，但M 点颜色的彩度不如P 点，P点对应的波长是颜色M 的主波长。同样地，白光也可由P 点和Q 点颜色按一定的比例混合得到，目前世面上主流的白光LED就是用蓝色LED 芯片激发$荧光粉混光获得。

　　1. 3 色温

　　色温( color temperature) 概念基于黑体辐射理论。假定一纯黑物体，能够吸收任何波长的入射辐射，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来。不同温度的黑体，辐射出的光谱是不同的。不同温度的黑体的发光的色坐标可以在色度图上形成一条曲线( blackbodylocus) ，如图2 所示。当辐射源在温度T 时呈现的颜色与黑体在某一温度Tc时颜色相同，那么我们将黑体的温度Tc称为该辐射源的颜色温度，简称色温。事实上，除白炽灯以外的大多数现有的光源，光谱与黑体相差甚远，当光源颜色与黑体在某一温度下的颜色最接近时，我们把该黑体的温度用来表示光源的色温，并称之为相关色温( correlated colortemperature，CCK， 以下按惯例， 简称色温)。因此，相关色温并不是一个点，相等色温的点连接起来，可以形成一系列等( 色) 温线( lines ofcONSTant correlated color temperature，如图2)。

　　彩光以色调( 或波长) 表示， 白光以色温表示。

　　

 

　　图2 CIE1931 坐标系中的黑体轨迹与等色温线

　　近年来，色温对人眼视觉效能影响的研究越来越多。一般认为，高色温的光源，短波成分比例较高，在较暗环境下对光效有一定的加成。

　　1. 4 显色指数

　　显色指数反映了光源对物体颜色呈现的程度。

　　显色指数越高，光源对物体颜色的反映越真实。一般来说，光源光谱成分越复杂( 特别是连续光谱) ，显色指数越高。经过几百年的进化，人类对太阳光、火光等热辐射源的适应程度最高，所以白炽灯等热辐射光源的显色指数会很高，而单色光对物体颜色的呈现会很差。表1 为常用光源的显色指数。

　　表1 各种常用光源的常规显色指数

　　

 

　　2 夜景照明色度学设计

　　每一建( 构) 筑物都有其特定的用途，这种用途赋予建筑与众不同的内涵。在夜景照明设计过程中，照明设计师必须了解色度学原理，遵循色度学设计原则，充分考虑建( 构) 筑物的定位，选择合适的颜色和颜色搭配，利用合适的色温和显色指数的光源，将光色的内涵与建( 构) 筑物的内涵统一起来， 完美呈现建筑的特质， 达到真正美化建( 构) 筑物的作用。

　　2. 1 颜色选择

　　一个普遍的原则是，在夜景照明设计中，应把握基色与靓点、个体与整体的关系，慎用彩光。一般来讲，一个区域内的夜景照明，是为该区域内夜间景观环境提供能表现该区域特色的基调。过多的彩光，会使区域内颜色杂乱，令人目不暇接，甚至引起感官的错觉。没有基色，没有整体感，就体现不出特色。但是，完全没有彩光，会让人产生视觉疲劳，没有新鲜感。对于特定的区域，在少量的建( 构) 筑物适当采用彩光照明，可以让人产生耳目一新的感觉。

　　对于不同用途的建( 构) 筑物，应选择不同的光色。中国传统建筑， 因其形态独特， 层次明显，且多用$的油彩，应选择$或暖白等光色，营造古典高贵的气质。对于现代化建筑，应以白光为主，突出档次，凸显典雅和大气。对于娱乐场所所在的建筑，可以适当采用红光或蓝光组合，营造宽松休闲的氛围。光色的运用还应充分考虑文化禁忌。比如，建筑物顶部，一般不考虑使用绿光。

　　另外，从节能上考虑，所选光色与建( 构) 筑物颜色应尽量相近，提高反射亮度，减少照明功耗;从保护古建的角度考虑，古建照明设计应尽量少用蓝光或短波辐射比例大的光源，避免短波长加速建筑材质老化; 从人的舒适角度考虑，面向住宅的光束尽量不要使用蓝色或短波辐射比例大的光源，避免对人眼的损伤。

　　2. 2 颜色搭配

　　根据颜色的三要素和混色原理，对于需要提供颜色鲜艳的彩光的场合，应尽量避免白光混入彩光中，因为白色会冲淡彩光，使得彩光饱和度降低，达不到要求的效果。同样， 黄光( 或暖色光， 下同) 和蓝光的搭配使用应慎重，尤其避免黄光和蓝光的交叉布灯。同一建筑体上的黄光和蓝光进入眼球，会在视网膜上进行混光，但是又无法得到纯净的白光，只能形成灰暗、肮脏的视觉效果。如果非要同时设计蓝光和黄光，蓝光和黄光在建筑物上分布的截止线应清晰，尽量避免混光，如杭州的雷迪森大酒店照明设计，黄光和蓝光泾渭分明，在近人尺度只看见黄光，在较远尺度下，建筑底部被其它建筑物遮挡，只看见蓝光，避免了混光后的负面效果。

　　2. 3 色温选择

　　对于单一建( 构) 筑物， 色温种类应在2 ～ 3种，以两种为宜。选择色温超过三种，就会产生凌乱的感觉。一般地，对于高大建筑，底部近人尺度以暖色为主，营造温暖氛围，吸引行人进入，中部以上尺度色温可提高，从远处看，建筑物亮度增加，更加现代化，更显气派。

　　对于小区、公园等场所内的庭院灯，一般环境比较昏暗，根据中间视觉理论，宜采用较高色温的白光光源替代高压钠灯光源，增加视亮度。

　　夜景照明工程实施后，灯具之间色温不一致的情况并不鲜见。从光源来看，应注重品质的把关，同一种光源色温不一致的现象应尽量避免。陶瓷金卤灯的颜色一致性优于一般的石英金卤灯，在客观因素允许的情况下，可优先采用陶瓷金卤灯。特定的色温值对应的是一条等色温曲线， 对于白光LED，可考虑以中心色度坐标加上合适的色容差框定色温范围， 避免同批次同一色温LED 的色差现象。

　　2. 4 显色指数选择

　　夜景照明可以是对日景的提升，也可以是对日景的颠覆。对于造型优美、特点突出的建( 构)筑物整体或局部，应选择显色指数高的光源，加强对建筑机理、形态的表现，对白天景观效果进行提升。对于工业景观、历史建筑等破旧的建( 构) 筑物，无需表现其局部细节和真实性，则可使用显色指数较低的光源，例如钠灯、单色LED 等，塑造一种与白天完全不同的效果。

　　3 结论

　　城市夜景照明设计方法多样，灵活度大。从色度学的角度来看，颜色选择应符合建筑定位和节能舒适原则; 颜色匹配应遵循色度学混色原理，使颜色搭配和谐; 色温选择应考虑观察尺度和亮度加成;显色指数选择应从夜景和日景的关系出发，通过不同显色指数的光源照明，提升或颠覆日景，达到夜景照明设计效果。