視覺舒適度道路低位照明是指燈具安裝高度低于駕駛員視線高度的一種照明方式。早期，低位照明主要用于輔助照明和景觀照明，隨著燈具光源功效的提升與配光技術(shù)的改進，低位照明逐漸步人城市道路功能照明的行列。2006年，英國一款名為ORUS路燈的誕生，證實了經(jīng)過嚴格配光設(shè)計的低位照明燈具在道路功能照明中應(yīng)用的可能性。
        隨后，學(xué)者針對低位照明方式下道路可見度、舒適度等參數(shù)進行了一系列的實驗?zāi)M與測試，推動燈具光學(xué)性能不斷提升，同時也推進了低位照明在實踐中的應(yīng)用。
       1987年，南京市中央門立交橋采用了低位照明設(shè)計，這是中國低位照明燈具運用于道路功能照明中的一次有效嘗試。當前，立交橋、高架橋等城市立體交通都采用了低位照明作為道路功能照明方式。
       1、道路低位照明的特點
       目前，室外功能性照明燈具的安裝方式大都為桿裝，在城市道路照明中，多采用安裝高度為l0m以上的常規(guī)路燈及高桿燈等傳統(tǒng)照明方式。然而，針對城市立交橋和快速路等復(fù)雜交通環(huán)境的交通體、有特殊景觀照明需求的道路橋梁工程和環(huán)境狀況導(dǎo)致的燈桿安裝困難等情況，常規(guī)的立桿照明方式已不能滿足道路功能照明的設(shè)計要求。與傳統(tǒng)立桿照明方式相比，道路低位照明有自身的優(yōu)勢和局限。
       選取高桿燈、常規(guī)路燈與低位照明燈3種道路功能照明常用燈具，從前期投資、投入使用到后期維護階段對同等照明需求下的景觀性、眩光及能耗指標作比較分析，具體數(shù)據(jù)如表l所示。不同于傳統(tǒng)立桿照明燈具布置方式，低位照明燈多與橋梁護欄或防撞墻相結(jié)合，布置于駕駛員視線高度下方以集中照亮路面，這種布燈形式改變了傳統(tǒng)照明燈桿林立的現(xiàn)象，在節(jié)約能源的同時也為后期的維護使用提供了便利。
       此外，低位燈與橋體相結(jié)合的布置方式，使燈具在橋面形成連序的線性排列，為駕駛員提供視覺導(dǎo)向的同時減少了對周邊建筑及下穿道路的光線干擾，保護了橋梁整體景觀的完整與協(xié)調(diào)性。值得注意的是，由于低位照明安裝高度較低，為滿足道路功能照明所規(guī)定的亮度與均勻度等清晰度要求，一些照明工程在縮短燈具安裝間距的同時也對燈具光學(xué)系統(tǒng)提出了更加嚴格的設(shè)計要求，使低位照明燈具前期成本大幅度提升，為該技術(shù)的推廣與發(fā)展帶來了較大阻力。        表1高桿燈、常規(guī)路燈和低位照明燈的應(yīng)用比較
       當前，低位照明燈多應(yīng)用于兩車道的城市立交橋及高架橋等行人通行量較少的立體交通照明中，尚未將其拓展到3車道以上的立體交通功能性照明或環(huán)境照明要求較高的城市道路照明中。隨著建筑夜景照明的不斷發(fā)展，城市整體光環(huán)境亮度不斷提高，這在一定程度上為低位照明提供適當?shù)闹苓叚h(huán)境亮度，使其在人車混行的城市支路及商業(yè)步行街的應(yīng)用成為可能。此外，考慮到3車道以上的城市道路中線處多以綠化帶進行隔離，若結(jié)合隔離帶將多車道劃分為2車道，在此基礎(chǔ)上安裝低位照明燈以滿足中間車道的照明需求，也是未來低位照明可嘗試的方向之一。
       2、道路低位照明評價指標探討
       由于低位照明安裝高度較低、間距較窄的工程布置特性，相比于常規(guī)道路照明方式，更容易引起駕駛員生理和心理上的緊張、疲勞等不舒適感，降低其路面視覺體驗。為此，對于低位照明質(zhì)量評價參數(shù)的探討將在亮度、亮度均勻度、視標對比度等物理參數(shù)的基礎(chǔ)上，增加色溫、顯色性等舒適度主觀評價指標，為生理上協(xié)調(diào)、心理上舒適、藝術(shù)上美觀的道路低位照明設(shè)計提供參考。
       2.1  亮度和亮度均勻度
       亮度是夜間駕駛員基本視看能力實現(xiàn)的基礎(chǔ)，是道路照明視覺作業(yè)環(huán)境下最重要的影響參數(shù)之一。亮度值的大小與光源照度及路面材料的反射特性有關(guān)。根據(jù)《城市道路照明設(shè)計標準》( CJJ 45-2015)中城市快速路的亮度標準要求，立交橋路面平均亮度應(yīng)維持在1.5—2.Ocd/m2，亮度均勻度不低于0.4。當前，由于缺乏明確、有針對性的低位照明應(yīng)用研究與指導(dǎo)規(guī)范，低位照明應(yīng)用效果不佳，難以滿足道路照明中的亮度、均勻度等清晰度要求。
       考慮到低位照明距離路面及駕駛員視平面較近的燈具布置特點，低位照明在滿足常規(guī)燈桿照明亮度要求時也需防止光源亮度過高所產(chǎn)生的眩光影響，這在一定程度上對燈具的配光設(shè)計提出了較高要求，光源功率的選擇應(yīng)結(jié)合燈具布置間距綜合考慮。與此同時，對于立交橋、高架橋等以車行交通為主體的城市交通體而言，車輛前照燈的路面補充照明作用也應(yīng)在低位照明工程應(yīng)用中引起重視。
       亮度均勻度是衡量路面亮度分布差異的重要指標，路面障礙物的識別及照明視覺舒適度的衡量都與該參數(shù)相關(guān)。合理的路面亮度均勻度是保證駕駛員集中注意力、對路面狀況進行差異化識別的基礎(chǔ)，過大的亮度差會導(dǎo)致視覺靈敏度下降，降低駕駛員對暗區(qū)障礙物的反應(yīng)速度。研究表明，立交橋路面亮度均勻度在0.4—0.5時，駕駛員視覺工效表現(xiàn)相對較好，當上升到0.6時，可見度略微下降，因此，低位照明亮度均勻度選值應(yīng)控制在0.4—0.6之間。
       與此同時，由于低位照明燈具安裝高度較低、光束分布較為集中的特點，相鄰燈具之間極易形成視覺暗區(qū)，這就要求設(shè)計時必須選擇合適的燈具間距并加強燈具側(cè)向配光，滿足縱向均勻度要求。
       2.2視標對比度
       視標對比度也叫亮度對比度，是指目標障礙物與路面背景之間的亮度對比關(guān)系，該參數(shù)的大小影響駕駛員識別路面障礙物的難易程度。研究表明，在中間視覺狀態(tài)下，駕駛員對路面障礙物的反應(yīng)時間隨視標對比度的增強而呈現(xiàn)指數(shù)縮減的變化趨勢，當視標對比度增大到一定程度時，反應(yīng)時間將不再變化，且過高的視標對比度容易對人眼造成眩光干擾。在立交橋、高架橋等行人通行量較少的道路照明中，駕駛員主要的視覺任務(wù)在于關(guān)注周邊車輛狀況以便及時做出反應(yīng)，因此，營造合理的車輛與路面亮度對比關(guān)系以加快駕駛員識別速度是低位照明設(shè)計關(guān)注的重點?？紤]到汽車車燈對周邊車輛狀況的照明補充作用，低位照明燈應(yīng)加強對道路路面區(qū)域的照明，在提升路面亮度均勻度的同時加強燈具配光設(shè)計，以減少背景亮度差及光線散射帶來的視覺干擾，為路面交通狀況的快速識別奠定基礎(chǔ)。
       2.3反應(yīng)時間
       駕駛過程中的反應(yīng)時間是指駕駛員從視野區(qū)域中發(fā)現(xiàn)路面障礙物到做出相應(yīng)舉措所消耗的時間，這一過程包括識別階段和反應(yīng)階段，反應(yīng)時間的長短與道路交通事故的發(fā)生幾率息息相關(guān)。與常規(guī)立桿照明方式相比，低高度的燈具安裝方式減少光線傳播過程中產(chǎn)生的照明遮蔽效應(yīng)，可加快駕駛員對道路標線、障礙物等路面狀況的識別速度，在雨天、濃霧等視野干擾較大的情況下，這種優(yōu)勢更加顯著。
       此外，立交橋復(fù)雜多變的交通構(gòu)造特點，也對道路光環(huán)境提出了更高的要求。為使駕駛員快速識別前方道路結(jié)構(gòu)，及時做出反應(yīng)，照明設(shè)計中需加強對路面誘導(dǎo)性的關(guān)注。與橋體相結(jié)合、短間距的近線性燈具排列方式使低位照明具有路面導(dǎo)向優(yōu)勢，這在一定程度上減少了駕駛員對道路交通環(huán)境的識別時間，為路面交通的安全運行提供了保障。
       2.4失能眩光與頻閃
       在低位照明中，眩光與頻閃效應(yīng)是影響駕駛員視覺作業(yè)能力的兩種常見現(xiàn)象。其中，失能眩光是描述光源的散射光線在人眼內(nèi)形成光幕，從而降低目標物體亮度對比度的物理參數(shù)，基于失能眩光度量的閾值增量指標則為評價立交橋道路交通安全最重要的指標之一。研究表明，在3車道以下的立交橋、高架橋等道路低位照明中，閾值增量值隨燈具安裝間距的縮小及安裝高度的增加呈上升趨勢，結(jié)合立交橋低位照明應(yīng)用現(xiàn)狀，單、雙車道的閾值增量值分別控制在30及15以內(nèi)較為適宜。
       頻閃效應(yīng)是指與行駛速度不對應(yīng)的低位燈安裝間距引起光源在人眼中形成忽明忽暗的“閃爍”現(xiàn)象。閃爍頻率廠主要由燈具安裝間距s（單位為m）及駕駛速度v（單位為m/s）決定，其數(shù)量關(guān)系為：f=v/s。研究表明，2.5—15Hz頻段內(nèi)的光源閃爍讓人感覺最不舒適。在低位照明設(shè)計中，應(yīng)結(jié)合車行時速與閃爍頻率計算出合理的燈具安裝間距，減弱駕駛過程中頻閃現(xiàn)象對駕駛員視看能力的影響。
       在現(xiàn)階段的立交橋低位照明設(shè)計中，燈具安裝高度多為0.9—1.2m，相鄰燈具間隔在l0m以內(nèi)，一些工程布置間距低至1—4m。這種布置方式減少了駕駛員視平面與光源之間的距離，若燈具外表面缺少對上射光線的特殊處理，將會帶來比傳統(tǒng)照明更為嚴重的失能眩光。此外，燈具間隔的縮短也增大了頻閃效應(yīng)的發(fā)生幾率，考慮到常規(guī)立交橋車輛限速60km/h，燈具安裝間距布置在6.8m以上較為合適。對于匝道和橋體中的上坡路段而言，上坡段前方燈具所在路面相比正常路面抬高了幾十厘米，使燈具出光口剛好與駕駛員視平面處在同一高度，不可避免地造成路面眩光。因此，對于低位照明而言，嚴格限制燈具平行于路軸方向上的光通量尤為重要。
       2.5不舒適眩光
       不同于失能眩光指標的可度量性，作為道路照明設(shè)施的主觀評價參數(shù)，不舒適眩光旨在衡量光環(huán)境給道路使用者帶來的刺眼、疲勞等心理上的不舒適感，為后續(xù)光環(huán)境視覺舒適性的改進提供參考建議。由于低位照明安裝高度較低，若其燈具沒有經(jīng)過特殊的配光處理，光線將集中照亮燈具下方區(qū)域，從而在路面上形成明暗差異較大的“光斑”，在駕駛員直視前方路面時產(chǎn)生強烈的眩光。此外，光源色溫及背景亮度的改變也將對駕駛員造成影響。研究表明，在光源亮度一定的情況下，被試者的主觀視覺舒適性隨光源色溫的降低及背景亮度的升高呈現(xiàn)上升趨勢。因此，在低位照明設(shè)計中，應(yīng)盡量選用中低色溫光源，同時加強燈具配光設(shè)計，提升路面照明整體均勻度，營造舒適、安全的照明環(huán)境。
       2.6色溫
       色溫是用于表示光線中光譜組成成分的參數(shù)。研究表明，不同色溫下的照明環(huán)境對人體生理、心理狀態(tài)及腦力活動的影響也不盡相同。例如，中、高色溫光源能使大腦保持活躍與清醒狀態(tài)，起到降低視覺疲勞的作用，而低色溫環(huán)境則促進人體內(nèi)褪黑色素的分泌，使人保持放松狀態(tài)。由描述色溫一照度關(guān)系的Kruithof曲線可知，對光源色溫的視覺偏好與照度這一參數(shù)相關(guān)（見圖1），在高照度條件下，人們將更偏愛于高色溫光源。結(jié)合低位照明的應(yīng)用特點，照明效率的提升及燈具安裝間距的縮短使低位照明燈在較低照度水平下就能滿足道路照明的可見度要求，此時，2500K以下的低色溫光源讓人感覺最為舒適與放松。然而，過低的光源色溫易降低駕駛員大腦活躍度，進而降低反應(yīng)時間。因此，低位照明光源色溫的選擇應(yīng)結(jié)合照度水平及路面交通狀況綜合考慮，為尋求駕駛員視覺功效與視覺舒適度的平衡，低位照明光源色溫范圍在3500—4500K內(nèi)較為適宜。        2.7顯色性
       在夜間人工照明環(huán)境中，不同光線背景下的物體顏色表現(xiàn)效果并不相同，用于描述光源對日光狀態(tài)下物體客觀顏色表現(xiàn)能力的參數(shù)稱為顯色性。研究表明，同等亮度背景下，良好的光源顯色性使路面空間感覺更為明亮與溫馨，還有緩解駕駛員視覺疲勞的作用。在立交橋道路照明中，視覺目標顏色呈現(xiàn)效果直接影響駕駛員對路面狀況的辨認速度和反應(yīng)時間。早期，高壓鈉燈因其良好的光效優(yōu)勢，在立交橋照明中得以大量運用。隨著道路中間視覺狀態(tài)研究的不斷深入，人們開始對鈉燈照明狀態(tài)下較差的視覺呈現(xiàn)效果及目標識別速度提出質(zhì)疑。近年來，LED光源因其高光效、低能耗及良好的顯色性等特點，逐漸取代高壓鈉燈在立交橋照明領(lǐng)域的優(yōu)勢地位。低位照明設(shè)計中LED光源的應(yīng)用，為滿足路面亮度需求的燈具配光設(shè)計提供了條件，使其在立交橋功能照明中的應(yīng)用不斷拓展。
       2.8誘導(dǎo)性
       良好的路面導(dǎo)向性是低位照明的應(yīng)用優(yōu)勢。不同于常規(guī)立桿式照明的布燈方式，低位照明設(shè)計中燈具與橋體護欄或防撞墻相結(jié)合，且以規(guī)律、短間距的方式排列。當車輛以一定速度行駛時，兩側(cè)燈具將在視線中形成連續(xù)、類似線性的燈帶，為夜間路面的邊緣輪廓及運動方向提供誘導(dǎo)作用的同時，也減少了對橋面及周邊建筑環(huán)境的干擾，帶來了良好的景觀視覺效應(yīng)。
       2.9藝術(shù)性
       當前，城市道路在滿足基本交通運輸功能的基礎(chǔ)上，對其自身景觀藝術(shù)效果越來越重視，某些特殊的城市交通節(jié)點也承擔(dān)著獨特的美學(xué)價值，在夜間照明中被賦予相應(yīng)的藝術(shù)品味。相比于傳統(tǒng)照明燈桿林立的布置方式，低位照明將燈具安裝于立交橋護欄或防撞墻內(nèi)，將功能性照明與橋體的藝術(shù)性表達相結(jié)合，為其景觀照明的發(fā)展預(yù)留了更多的可能性。選擇合適的照明色溫以尋求與周邊建筑景觀的融合也是低位照明設(shè)計常用的藝術(shù)表現(xiàn)形式。
       3結(jié)論
       作為一種新興的道路照明方式，低位照明在眩光控制、能源利用及后期維護等方面的優(yōu)勢使其在道路照明領(lǐng)域得以大量應(yīng)用。目前，低位照明缺乏明確、完善的照明品質(zhì)評價體系，加之對光環(huán)境舒適度效果的關(guān)注不足，導(dǎo)致道路低位照明效果參差不齊、視覺舒適度評價無從下手等問題。
       文章結(jié)合視覺科學(xué)相關(guān)理論，從使用者角度探討低位照明光環(huán)境的設(shè)計需求，提出低位照明品質(zhì)評價指標，并為道路照明品質(zhì)的研究提供新的思路與方法。