城市軌道交通車站照明環(huán)境調(diào)研與分析

王立雄，王楚堯，于 娟，陳天藝

(天津大學建筑學院，天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點實驗室，天津 300072)

引言

軌道交通串聯(lián)起城市的不同區(qū)域，以其高效便捷的優(yōu)勢成為人們出行的首選。地下車站環(huán)境封閉，完全依賴人工照明，提升照明環(huán)境質(zhì)量意義重大。目前車站照明環(huán)境的調(diào)研包括以下方面：對照度、色溫、光譜功率分布[1]、光源顏色、眩光[2]等物理參數(shù)的測量與評價；對乘客感受的關(guān)注，包括滿意度、舒適度[1]、安全感[3]、生物節(jié)律、暗適應(yīng)[4]；對地鐵照明系統(tǒng)生命周期能源消耗的研究[3,5]。這些調(diào)研從不同方面探討了車站照明的現(xiàn)狀，但在對車站場所的劃分上還不夠細致；對調(diào)研數(shù)據(jù)的評價是通過數(shù)值比較來討論參數(shù)達標與否的；調(diào)研結(jié)果分析方面，缺少對照明數(shù)據(jù)進行不同維度的比對。針對以上不足，本研究開展車站照明環(huán)境調(diào)研，進行現(xiàn)場測量、結(jié)果總結(jié)、規(guī)律解析、建議提出，為車站照明環(huán)境設(shè)計及優(yōu)化提供基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)場調(diào)研

1.1 調(diào)研車站信息

我國軌道交通車站的建設(shè)水平受城市規(guī)模和時代發(fā)展影響[6]，考慮到城市與建設(shè)年代的差異，作者選取了6個城市41座車站進行調(diào)研(表1)。

表1 調(diào)研車站信息

調(diào)研車站涵蓋華東、華北、華南地區(qū)中心城市的中間站、樞紐站、換乘站。車站的城市區(qū)位包括從市中心至市郊的不同位置，周邊業(yè)態(tài)多元，以景點商業(yè)(35%)、商業(yè)辦公(29%)、交通樞紐(24%)為主，景點商業(yè)區(qū)的車站和商業(yè)辦公區(qū)的車站通常與商業(yè)建筑內(nèi)部直接相連。

車站的界面材質(zhì)種類豐富：地面材質(zhì)包括淺色大理石、花崗巖和水磨石；墻面材質(zhì)包括石材、巖板、鋼化玻璃、搪瓷金屬板、彩涂金屬板、瓷磚；頂棚為礦棉板和不同形式的金屬材料，包括金屬面板及扣板、方通、格柵、掛板、掛片，其形式和顏色可以配合燈具造型設(shè)置，并進行鏤空處理。

車站類型上，換乘站的數(shù)量超過一半(56%)，其次為中間站(28%)、樞紐站(16%)。調(diào)研的站臺中，島式站臺(76%)占主要部分，其次是側(cè)式站臺(12%)和混合式站臺(12%)，混合式站臺包括島側(cè)式和一島兩側(cè)式站臺，建設(shè)條件受限時能靈活分配客流。

1.2 調(diào)研內(nèi)容

進行車站照明設(shè)計，首先要明確各場所的功能需求；了解照明數(shù)量和質(zhì)量的要求；根據(jù)需求和要求，設(shè)置與之協(xié)調(diào)的室內(nèi)構(gòu)件及材質(zhì)；進行光源及燈具的選擇與布置。參考上述設(shè)計環(huán)節(jié)，結(jié)合車站自身特點，最終確定調(diào)研內(nèi)容包括車站信息、光源及燈具信息、照明環(huán)境質(zhì)量參數(shù)3個方面，調(diào)研內(nèi)容及方法如表2所示。

依據(jù)規(guī)范對公共區(qū)域的劃分，調(diào)研場所分為3類：

1)乘客集散的站廳(照度標準值為200 lx)；

2)乘客通行停留的通道、樓梯、站臺(照度標準值為150 lx)，其中，站臺進一步細分為站臺中間區(qū)域和站臺兩側(cè)候車區(qū)域；

表2 調(diào)研內(nèi)容及方法

3)公共區(qū)域設(shè)置的自動售票機、檢票處、服務(wù)臺等附屬設(shè)施，統(tǒng)稱為設(shè)施服務(wù)區(qū)域(照度標準值為300 lx)。

2 調(diào)研結(jié)果

2.1 光源及燈具信息

2.1.1 光源選型

目前車站的光源以熒光燈(50%)、LED光源(36%)為主，同一車站的燈具種類與規(guī)格較少，與軌道交通照明系統(tǒng)標準化、模塊化的趨勢順應(yīng)[7]。車站的點光源以筒燈和格柵燈盤為主；線光源以熒光燈管和LED線形燈具為主(LED線形燈具長度與截面最大尺寸之比大于8[8])；還有少量LED平面燈具和熒光燈陣列形式的面光源。其中線光源應(yīng)用最廣泛，風格多變，并可與吊頂形狀呼應(yīng)。光源應(yīng)用情況及優(yōu)缺點詳見表3。

2.1.2 燈具設(shè)置

不同類別的光源適用于不同場所，各類場所也對所選用光源進行了獨特的設(shè)置，如樓梯側(cè)墻面多設(shè)置補充光源；通道頂面邊緣多設(shè)置線光源勾勒出頂部輪廓。各場所內(nèi)也會進一步設(shè)置特定的燈具及構(gòu)件組合，劃分出不同的分區(qū)。采用分區(qū)一般照明的站廳，分區(qū)包括中心區(qū)域、四周通行區(qū)域、樓梯扶梯所在的垂直交通區(qū)域、自動售票機等設(shè)施服務(wù)區(qū)域。采用分區(qū)一般照明的站臺，分區(qū)包括沿軌道線路貫通的兩側(cè)等候區(qū)域和由豎向交通分隔開的中間區(qū)域。不同場所及場所內(nèi)各個分區(qū)具體設(shè)計手法見表4。

表3 常見光源形狀及應(yīng)用

表4 不同場所分區(qū)一般照明設(shè)計手法

2.1.3 燈具安裝與布置

車站中燈具的安裝方式分為嵌入式和懸吊式。采用懸吊式安裝，可以簡化頂部裝修，便于后期維護，但燈具的發(fā)光表面和暗背景有明暗對比，常在燈具之間設(shè)置掛板減少明暗對比產(chǎn)生的眩光。同時，局部設(shè)置吊頂，安裝嵌入式燈具，以取得虛實結(jié)合的效果。

車站中燈具布置方式包括行列式、陣列式，以及與柱子單元匹配的組團式布置，常見的布置形式如圖1所示。燈具的安裝方向上，分為燈具長軸平行于人行方向和垂直于人行方向2種。其中燈具長軸與人行方向平行的排列，使乘客行進時視野內(nèi)的發(fā)光表面面積較小，有利于眩光防控。香港路政署也建議地鐵燈具長軸平行于人行方向以減少眩光，并規(guī)定相鄰燈具之間的間距不得超過5 m，以避免燈具失效時出現(xiàn)黑點[9]。

圖1 燈具布置形式

2.2 照明環(huán)境質(zhì)量

2.2.1 照度

2.2.1.1 照度達標率

依據(jù)《城市軌道交通照明》(GB/T 16275—2008)對照明數(shù)量的規(guī)定，統(tǒng)計車站各場所的照度達標情況：1)站廳，達到規(guī)范規(guī)定的照度標準值200 lx的站廳占總比48.98%；

2)站廳設(shè)施區(qū)，達到規(guī)范規(guī)定的照度標準值300 lx的站廳設(shè)施區(qū)占總比15.79%；

3)站臺、樓梯、通道，規(guī)范規(guī)定照度標準值150 lx，達到要求的站臺中間區(qū)域、站臺兩側(cè)候車區(qū)域分別占總比67.65%、95.00%，樓梯、通道空間的達標率分別為44.44%、59.38%。

2.2.1.2 平均照度值分布

車站內(nèi)各場所的平均照度分布箱形圖如圖2所示，分析箱形圖的箱體部分(上下四分位數(shù)范圍)：

1)站廳區(qū)域，照度值范圍為113～265 lx；

2)站廳設(shè)施區(qū)，照度值范圍為101～225 lx；

3)站臺兩側(cè)等候區(qū)域，照度值范圍為183～316 lx；

4)站臺中間區(qū)域，照度值范圍為135～280 lx；

5)樓梯區(qū)域，照度值范圍為102～189 lx；

6)通道區(qū)域，照度值范圍為104～270 lx。

綜上，站臺兩側(cè)等候區(qū)域的照度水平與照度達標率均為最高；站廳設(shè)施區(qū)域平均照度達標率最低，即使采取了分區(qū)一般照明或者加設(shè)了局部照明，84.21%的站廳設(shè)施區(qū)域仍達不到標準值要求的300 lx。

站臺中間區(qū)域的照度值達標率略高于站廳區(qū)域，照度標準值和層高的差異造成了兩個區(qū)域達標率的不同，層高更低的站臺能容易滿足200 lx的照度標準值。

圖2 車站各場所水平工作面照度值

2.2.2 照度均勻度

2.2.2.1 照度均勻度達標率

依據(jù)《城市軌道交通照明》(GB/T 16275—2008)的規(guī)定，城市軌道交通公共場所、休息室、辦公室等一般照明的照度均勻度不應(yīng)小于0.7，作業(yè)面鄰近區(qū)域的照度均勻度不應(yīng)小于0.5。

各區(qū)域均勻度達標率：站廳區(qū)域為59.18%、站廳設(shè)施區(qū)域為89.47%、站臺兩側(cè)等候區(qū)域為75.00%、站臺中間區(qū)域為73.53%、樓梯區(qū)域為38.89%、通道區(qū)域為31.25%。

2.2.2.2 照度均勻度數(shù)值分布

車站內(nèi)各場所的照度均勻度分布箱形圖如圖3，分析箱形圖的箱體部分(上下四分位數(shù)范圍)：

1)站廳區(qū)域的照度均勻度在0.60～0.84；

2)站廳設(shè)施區(qū)域的照度均勻度在0.82～0.91；

3)站臺兩側(cè)等候區(qū)域的照度均勻度在0.71～0.88；

4)站臺中間區(qū)域的照度均勻度在0.70～0.88；

5)樓梯區(qū)域的照度均勻度在0.50～0.78；

6)通道區(qū)域的照度均勻度在0.52～0.72。

樓梯和通道的均勻度達標率較低，燈具損壞或者燈光黯淡的情況較多。樓梯層高變換特殊，多數(shù)樓梯僅依靠上層光源照明，缺少補充光源。通道存在燈具間距過大、燈具排列方式與頂棚形狀不匹配的問題。靠墻的燈具至墻的距離減少到燈具間距的0.2～0.3倍才能使空間邊緣的照度不致太低[10]。一些換乘站的通道被用來連接不同時間建成的站臺，施工條件受到的限制較多，導致通道轉(zhuǎn)彎過多、層高過低、構(gòu)件遮擋光線，影響照度均勻度。

圖3 車站各場所照度均勻度

2.2.3 色溫及顯色指數(shù)

統(tǒng)計各場所色溫數(shù)據(jù)，大于5 300 K高色溫的站廳占60.29%、站臺占66.10%、通道及樓梯占51.47%。車站內(nèi)各場所的色溫相比規(guī)范要求偏高，建議在乘客停留位置選用3 300 K左右的低色溫光源，使其感到溫暖親切；在乘客通行空間選用3 300～5 300 K的中色溫光源，達到柔和自然的效果；在站臺邊緣等危險位置選用大于5 300 K的高色溫光源提高乘客警覺性。

顯色指數(shù)方面，站廳、站臺、通道、樓梯的顯色指數(shù)達標率分別為74.19%、78.26%、85.71%、75%，車站各場所的光源顯色性優(yōu)良。

3 調(diào)研結(jié)果分析

3.1 分區(qū)照明與照度

3.1.1 站臺分區(qū)一般照明

站臺兩側(cè)候車區(qū)域的照度通常比中間區(qū)域高，圖4為5座城市不同線路的站臺兩側(cè)候車區(qū)域與中間區(qū)域的照度比值。以比值為1為分界線，70%的數(shù)據(jù)在分界線以上，且個別站臺照度比在5以上。

適當提高兩側(cè)候車區(qū)域照度，利于乘客識別線路信息，候車時保持警醒，但目前照度比過大，能耗高。深圳地區(qū)的部分車站，在分區(qū)照明的基礎(chǔ)上，采用可連續(xù)調(diào)光燈具來實現(xiàn)照度的動態(tài)調(diào)節(jié)。如深圳9號線深大南、南油、粵海門等車站，軌道沿線的兩側(cè)候車區(qū)域的燈光，隨著車輛的抵達或離開亮起或者變暗。燈光亮起時的照度達600～800 lx，變暗時照度僅維持在150 lx左右。

在站臺照明設(shè)計中，應(yīng)當避免一味提高兩側(cè)候車區(qū)域照度值的單一處理方式，可以借鑒深圳地區(qū)所采用的動態(tài)調(diào)節(jié)照度方式，改善乘客候車體驗的同時，也能避免能源消耗。

圖4 兩側(cè)候車區(qū)域與中間區(qū)域照度比值

3.1.2 站廳分區(qū)一般照明

通過對照明光源運用的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)站廳內(nèi)4個分區(qū)的光源選擇及燈具處理方式存在差異，對其進行數(shù)據(jù)分析以了解各分區(qū)的照度值受影響情況。

在站廳的4個照明分區(qū)中，垂直交通區(qū)域的照度值波動較大，因此僅對分區(qū)一般照明的站廳內(nèi)其余3個區(qū)域進行分析。四周通行區(qū)域、設(shè)施服務(wù)區(qū)域以及中心區(qū)域的照度數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗結(jié)果見表5，站廳內(nèi)2個區(qū)域的平均照度分布數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布(顯著性<0.05)，對非正態(tài)分布數(shù)據(jù)非參數(shù)檢驗，漸進顯著性小于0.05(表6)，平均照度與區(qū)域類別顯著相關(guān)。即在分區(qū)一般照明的站廳中，存在一致的分區(qū)明暗變化規(guī)律，乘客在通行過程中，隨著所在場所的轉(zhuǎn)換，可以感受到照度的起伏。

表5 正態(tài)檢驗結(jié)果

表6 非參數(shù)檢驗結(jié)果

通過對比箱形圖的箱體部分(中位數(shù)及上下四分位數(shù)范圍)進一步對比不同分區(qū)的照度高低，如圖5所示，平均照度水平從高到低依次為四周通行區(qū)域、站廳中心區(qū)域、設(shè)施服務(wù)區(qū)。

圖5 站廳各分區(qū)照度值

1)站廳內(nèi)四周通行區(qū)域的照度水平最高，但部分通行區(qū)域側(cè)墻安裝了廣告照明，給該區(qū)域的照度均勻度帶來了一定影響；

2)站廳中心區(qū)域承擔著分散與匯聚乘客的作用，乘客在此處分辨方位，前往下一個地點，因此應(yīng)控制站廳中心區(qū)域與四周通行區(qū)域的照度差距不至過大；

3)設(shè)施服務(wù)區(qū)域是車站中照度標準值最高(300 lx)的區(qū)域，可在該區(qū)域增設(shè)局部照明。

3.2 LED光源優(yōu)勢分析

3.2.1 光效優(yōu)勢

《城市軌道交通照明》(GB/T 16275—2008)規(guī)定，高度較低場所宜采用三基色細管徑直管形熒光燈，也可采用緊湊型熒光燈、小功率的金屬鹵化物燈[11]。對比采用不同光源的各個場所的照度值，如圖6所示，LED光源在樓梯、通道、站廳、站臺的表現(xiàn)均優(yōu)于其他類型光源，在站臺等候區(qū)域的優(yōu)勢最明顯，其照度值分布中位數(shù)比其他光源高出100 lx以上。

圖6 不同光源在各場所的照度

3.2.2 節(jié)能優(yōu)勢

除了光效方面的優(yōu)勢，LED光源在節(jié)能方面也有明顯優(yōu)勢，相比《城市軌道交通照明》(GB/T 16275—2008)規(guī)定的照明功率密度值，《地鐵場所照明用LED燈具技術(shù)規(guī)范》(LB/T 010—2011)提出了更高要求，表7為兩項規(guī)范對不同場所照明功率密度值要求的對比[12]。

為進一步了解LED光源的節(jié)能優(yōu)勢，以廣州客村站為原型進行LED照明模擬，分別在站廳(層高4 m)和站臺(層高3.3 m)設(shè)置LED筒燈和LED線形燈具，模擬光源均為LED朗伯體，參照《LED室內(nèi)照明應(yīng)用技術(shù)要求》(GB/T 31831—2015)，將筒燈和線形燈具的發(fā)光效率分別設(shè)置為75 lm/W和80 lm/W，模擬方案及結(jié)果如表8所示，在滿足照度標準值的基礎(chǔ)上，采用LED光源的方案的照明功率密度均在2.0～3.5 W/m2之間，能耗方面優(yōu)勢明顯。同時，通過比較照度與功率密度比值的大小衡量不同方案的能源利用效率，場所層高、燈具類型都對能源的利用效率有影響。

表7 規(guī)范對照明功率密度值要求的對比

表8 模擬方案設(shè)置及模擬結(jié)果統(tǒng)計

此外，LED光源在穩(wěn)定、控制和耐用性方面也優(yōu)于傳統(tǒng)燈具，國內(nèi)已有車站開始進行節(jié)能型LED光源的更換[13]。充分發(fā)揮LED光源的優(yōu)勢，可以更好地營造車站照明環(huán)境。

3.3 站臺形式與照度

側(cè)式站臺和島式站臺的水平照度及照度均勻度分布如圖7和圖8所示，兩種形式站臺的照度均勻度差異較小，但側(cè)式站臺平均照度值分布中位數(shù)為230.6 lx，略低于島式站臺的263.3 lx。相較于島式站臺，側(cè)式站臺的寬度、面積、垂直交通布置都比較靈活，照明設(shè)計的標準化和模塊化程度較低，需要結(jié)合實際情況，進行更加細致的設(shè)計才能達到較高的照明環(huán)境水平。

圖7 兩種形式站臺的平均照度分布

圖8 兩種形式站臺的照度均勻度分布

4 結(jié)論

軌道交通車站空間環(huán)境封閉，是影響乘客感受的負面因素，營造良好的照明環(huán)境對于彌補這一負面影響具有重要作用。本調(diào)研分場所考察了車站照明設(shè)置情況與照明質(zhì)量表現(xiàn)，得出如下結(jié)論：

1)分區(qū)一般照明的區(qū)域劃分。依據(jù)規(guī)范對車站內(nèi)的場所的劃分，站廳、站臺、通道、樓梯需分別設(shè)置合適的光源，采用恰當?shù)恼彰髟O(shè)計手法。同時在規(guī)范的場所劃分基礎(chǔ)上，將站廳(標準值為200 lx)、站臺(標準值為150 lx)進行照明分區(qū)，站廳可細分為：中心區(qū)域、四周通行區(qū)域、垂直交通區(qū)域、設(shè)施服務(wù)區(qū)域，站臺可細分為：站臺中間區(qū)域、兩側(cè)等候區(qū)域，并根據(jù)分區(qū)需求進行照明設(shè)計。

2)照明質(zhì)量提升。調(diào)研車站中，站廳設(shè)施區(qū)域的照度值達標率最低，需設(shè)置局部照明提高照度；樓梯和通道處的平均照度和均勻度達標率均較低，需要合理調(diào)整燈具間距和布置形式進行改善；車站各場所的光源顯色指數(shù)良好，但存在色溫過高的問題，可將乘客停留位置光源降低為低色溫營造溫暖的照明環(huán)境，將乘客通行區(qū)域光源降低為中色溫達到自然柔和的效果。

3)照明分區(qū)的照度設(shè)置。調(diào)研車站站臺內(nèi)兩側(cè)候車區(qū)域的照度值相比于中間區(qū)域偏大，有利于乘客識別信息并排隊候車，但過大的照度對比帶來能耗問題，建議采用動態(tài)調(diào)節(jié)照度的方式，給乘客帶來良好體驗的同時節(jié)約能源；分區(qū)一般照明的站廳中，需控制中心區(qū)域與四周通行區(qū)域的照度差距，滿足乘客集散的功能需求；同時限制四周通行區(qū)域廣告照明的亮度，保證均勻的照度。

4)優(yōu)勢光源選擇。LED光源在樓梯、通道、站廳、站臺的光效表現(xiàn)均優(yōu)于其他類型光源，在站臺等候區(qū)域的優(yōu)勢最明顯；LED光源照明方案模擬也驗證了其在節(jié)能方面的明顯優(yōu)勢，車站LED照明光源的推廣應(yīng)用有助于國家碳達峰、碳中和重要目標的實現(xiàn)。

5)照明設(shè)計不利場所的彌補。側(cè)式站臺在組織乘客換乘方面發(fā)揮著重要作用，但調(diào)研中側(cè)式站臺的照度水平低于島式站臺，側(cè)式站臺的照明設(shè)計應(yīng)當與其靈活多樣的平面相匹配。

本文總結(jié)了軌道交通車站各照明空間的現(xiàn)狀，分析了分區(qū)照明的常用手法與照度水平高低，解析了照明質(zhì)量影響要素及規(guī)律，提出了不同層面的改善建議。調(diào)研充分考慮了不同場所的空間特征與使用需求，未來可以進一步做有針對性的研究，從而更好地為軌道交通車站照明設(shè)計提供參考。

致謝：感謝國家“十三五”重點研發(fā)計劃項目“公共建筑光環(huán)境提升關(guān)鍵技術(shù)研究及示范”(2018YFC0705100)支持，感謝本調(diào)研的支持者和填寫調(diào)查問卷的乘客。