1、1,城市光环境,2,光环境基础,3,1中国 盘古盘古开天辟地 夸父夸父追日 2北欧 巴尔德尔（Baldur）：光明之神。 3.希腊 阿波罗：（罗马也称阿波罗）Apollo，在诗与艺术中表现为光明、青春和音乐之神，又是太阳神，与阿尔忒弥斯是孪生姐弟。 4.埃及 光明：太阳神拉 5基督 光明：上帝 6.印度 苏利耶：太阳神。 7.祆教（波斯神话） 光明：光明（就是火）,一、人类对光的认识-早期与宗教的关系,4,1、与中国宗教的关系 盘古开天劈地 他的左眼变成了太阳，右眼变成了月亮；头发和胡须变成了夜空的星星； 夸父追日 据说“夸父”本是一个巨人族的名称，住在遥远北方一座名叫“成都载天”的大山上。夸
2、父族的人想，要是能把太阳追回来，让它永久高悬在成都载天的上空，不断地给大地光和热，那该多好啊！于是他们从本族中推选出一名英雄，去追赶太阳，他的名字就叫“夸父”。,5,视觉的问题或许是最早的光学的问题，古希腊人认为，视觉的形成是由于从眼睛里发出的光线触及了物体。欧几里得 （ 前330-前275） 古希腊数学家，他的光学是保存下来的最早的几何光学著作。为15世纪的直线透视画法提供了理论基础。 托勒密 （ 约90-168） 古希腊天文学家，其著作描述过大气折射，并提出折射角和入射角成比例。 阿尔 哈森 （9651038） 阿拉伯学者，使用了球面镜和抛物面反射镜，注意到了透镜的放大效应和大气折射，著有
3、光学全书,一、人类对光的认识-科学的认识,6,格罗斯泰斯特 （ 11681253） 中世纪数学家、牛津主教。他认为光的性质在自然这些中占有重要的地位，并在研究中特别强调数学和几何的运用。他认为颜色紧紧与亮度有关，推测彩虹是由于光通过水汽的云层时发生反射和折射而形成的。,他认为颜色是亮度胡变化,从白色到红色、黄色、蓝色、紫色最后到黑色，亮度依次变小。,罗吉尔 培根 （ 约1214约1292） 英国思想家，实验室科学的先驱，曾设想过眼睛、望远镜、显微镜等发明。他认为彩虹是阳光在一个个单个小水滴之间进行反射所形成的。,7,开普勒 （1571-1630） 德国天文学家，发现行星沿椭圆轨道运动，提出行星
4、运动三定律。1604年开普勒在其著作对威蒂略的补充天文光学说明中认为从一个点光源发出的光的强度与距离的平方成反比。 笛卡尔 （15961650） 法国哲学家、物理学家、数学家、生理学家。解析几何的创始人。屈光学是笛卡尔方法论的三个附录之一。在屈光学中提出了关于光的本性的两种假说。一种认为，光是类似于微粒的一种物质，另一种假说认为光是一种以“以太”为媒介的压力。笛卡尔的这两种假说为后来的“微粒说”与“波动说”的大争论埋下了伏笔。,8,牛顿 （ 16431727） 艾萨克牛顿（Isaac Newton）是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家.,1672年，牛顿发表了论文关于光和颜色的理
5、论，虽然白光是通过三棱镜后形成彩色光谱的现象前人早已发现，但是牛顿首先将这一现象解释为白光是由光谱中各种色光混合而成的，他认为光的复合和分解就像不同颜色的微粒混合在一起又被分开一样。,1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。他给光子作了十分明确的表示，特别指出光与物质相互作用时，光也是以光子为最小单位进行的。,9,二、人类对光的应用 1、早期的应用,火,2、电的发明与电灯的发明,1879年10月22日，爱迪生点燃了第一盏真正有广泛实用价值的电灯。从这时候开始人类对光的应用开始出现大的分化，自然光与人工光应用。,10,1、光的度量,辐射通量：光源在单位时间内发射或接收的辐射能量。符号: e
6、,单位：瓦特（W） 光通量：光源的光输出量。符号：v,单位：流明（lm） 发光效率：单位辐射通量所产生的光通量。单位：流明每瓦（lm/W） 立体角：以O为原点做一射线，该射线围绕原点在空间运动，且最终仍回到初始位置，射线扫过形成一个锥面，该锥面所包围的空间称为立体角。符号：d ，单位：球面度（sr） 发光强度：光源在指定方向上单位立体角内发出的光通量。简称光强。符号I，单位：坎德拉（cd）. 照度：被照明单位面积上接收的光输出量。符号E，单位：勒克斯（lx）或流明每平方米。（lm/m2） 亮度：表征发光表面或被照面反射光的发光强弱的物理量。符号：L，单位：坎德拉每平方米,三、人类对光的特性的认
7、识,11,(1)视觉阈限 能引起光觉的最低限度的光亮，就称为视觉识别的阈限，一般用亮度来度量，又称为亮度阈限。,自然光的照度与视觉的关系,（2）对比灵敏度与识别速度,识别速度与目标尺寸、亮度对比、环境亮度有关,12,当视觉环境内亮度有比较大幅度变化时，视觉对视觉环境内亮度变化的顺应性就称适应。,（4）恒常现象与视觉疲劳,一个物体在照明的性质与强度发生变化的情况下，人对该物体还保持原有的识别状态，这种现象叫恒常现象。,长时间在恶劣的照明环境下进行视觉工作，易引起疲劳。500LX-1000LX的照度范围适合于绝大多数连续工作的室内作业场所。,（5）眩光,由于视野中的亮度分布或者亮度范围的不适应，或
8、存在极端的对比，以至引起人眼的不舒适感觉或者降低观察细部的能力，这种视觉现象称为眩光。,眩光的改善办法：间接照明,（3）明适应与暗适应,13,（6）可见波长：可见光的波长范围380780 nm； （7）颜色感：不同波长的单色光引起人不同的颜色感； （8）亮度感的光谱效应：人对555nm的黄绿光最敏感； （9）视觉锐度（分辨率）； （10）视觉惰性、对比效应、双眼效应、视错觉等。,14,人工发光光源分类,热辐射光源气体放电光源电致发光光源,15,3、光与色彩,色调：只含有唯一波长的光是单色光，其颜色称之为光谱色。光的波长不同，则它的颜色也不同。 显色性：指显色指数。当显色指数在90100范围时，
9、显示物体的颜色可达到正确可靠的程度。符号：Ra。 色表：观察光源本身时所得到的颜色印象。 彩度：是颜色色调的表现程度。 色温：光源与黑色的颜色相同时，该黑色的温度就称为光源的色温。黑体在800900K温度是的颜色是红色。3000K时为黄白色。,16,色适应,色适应是指眼睛适应周围颜色的能力。由于这种色适应现象，使处于不同光谱组成和不同色表光源下的物体颜色看起来没什么差别。,17,光环境中的色彩设计,色彩是影响光环境设计视觉舒适感的一个重要因素。人对色彩的嗜好随年龄、性别、气候、社会风气甚至种族差异而不同。,暖色表面的物体在暖色光照射下看起来更愉悦些,冷色表面的物体更适合用冷光照射,对一定范围的
10、物体颜色来说，最适合的光源是介于冷和暖之间的光。即安全光源。,18,背景的最佳颜色不是白色就是饱和度非常低的淡色。这样的颜色被称为安全的背景色。中等明度和中等饱和度的墙面颜色则是所以背景色中最差的。,19,照度均匀度和舒适的亮度比,照度均匀度以工作面上的最低照明与平均照度之比表示，不得低于0.7.CIE（国际照明委员会）建议的数值是0.8.,客厅中合适的亮度分布设计使人对室内空间产生形象感。,20,良好的显色性,从建筑空间的功能，或从真实显示装修色彩的光环境设计效果来说，光源的良好的显色性具有重要的作用。,21,第二节 城市光环境,22,全球的夜间照明亮度分别,23,24,光辐射引起人的视觉，
11、人们才能看到五彩缤纷的世界，光环境对人类是至关重要的。光环境的内涵很广，它指的是由光（照度水平和分布等）与颜色（色调、亮度、色饱和度）在室内外环境中建立的同空间形状有关的生理和心理环境。,光环境的定义,25,人们对光环境的需求与他从事的活动有密切关系。 在进行工业生产、工作和学习的场所，优良的光环境能振奋人的精神、提高工作效率和生产产品的质量，保障人身安全与视力健康。 而在休息、娱乐和公共活动的场合，光环境的首要作用则在于创造舒适优雅、生动活泼，或庄重严肃的特定环境气氛。不适宜的光环境会严重影响人们的身心健康。,光环境的定义,2018/10/14 孙凤明,26,建筑光环境 自然采光、人工照明,
12、27,28,2018/10/14 孙凤明,建筑与城市物理环境之光环境,29,30,加强城市夜景照明总体规划夜景照明总体规划是指对于一个城市、一个地区、或是一条街道的夜景照明的功能和艺术表现的总体把握。根据规划对象的地位和性质，恰如其分地选择夜景照明重点景区和景点，形成完整的照明体系，从宏观上规定和协调整个区域的照明水平和照明艺术风格。,31,城市夜景照明,夜景照明的设计原则：主体选择、突出重点、显示主题、创造特色、慎用彩光、提高品位、实用安全、节电节能。城市夜景照明的作用：安全保障、定位和导向、繁荣城市、美化城市。交通照明：道路、桥梁、车站、航空港、码头等的照明； 公众活动照明：广场、休闲场地
13、、文体活动场地等的照明； 夜间景观照明：城市标志物、历史文化遗址、重要建筑、商业中心、风景园林等的照明。,32,交通照明：,1.交通安全2.人身财产3.舒适性,33,公众活动照明：,1.主题2.形状3.层次,34,绿化照明：,35,西安大雁塔广场：,36,城市夜间照明,37,38,2018/10/14 孙凤明,建筑与城市物理环境之光环境,39,2018/10/14 孙凤明,建筑与城市物理环境之光环境,40,41,2018/10/14 孙凤明,建筑与城市物理环境之光环境,42,43,第三节 城市光污染,44,城市光污染,玻璃幕墙造成的反射眩光 不适当的城市照明对居民的干扰 不适当的道路照明对司机
14、的干扰,45,目前关于光污染还没有统一的定义，较常用的是： 光辐射过量而对生活、生产环境以及人体健康产生的不良影响。 它主要来源于人类生存环境中日光、灯光以及各种反射、折射光源造成的各种过量和不协调的光辐射。,光污染的定义,46,局部性光污染随距离的增加而迅速减弱。不残余性在环境中光源消失，污染即消失。相对性,光污染的特点,二、光污染的特点,47,三、光污染的分类,白亮污染人工白昼污染彩光污染（P238）,光污染的分类,48,白亮污染,现代城市中，宾馆、饭店、歌舞厅、写字楼等建筑物常使用玻璃、釉面砖、铝合金、磨光大理石等来装饰外墙，在太阳光的强烈照射下，这些装饰材料的反射光线明晃白亮、眩眼夺目
15、。反射强度比一般的绿地、森林和深色装饰材料大10倍左右，大大超过了人体所能承受的范围，使人宛如生活在镜子世界中，分不清东南西北。,夜幕降临后，商场、酒店上的广告灯、霓虹灯闪烁夺目，令人眼花缭乱。有些强光束甚至直冲云霄，使得夜晚如同白天一样，即所谓的人工白昼。,人工白昼污染,49,50,舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染。,彩光污染,1、对人的危害2、对生态环境的危害3、对交通安全的危害4、对天文观测的危害5、对能源利用的危害,光污染的危害,51,四、光污染的危害,52,对人的心理的危害：人在缤纷多彩的环境中待一段时间，就会感觉到心理和情绪受影响，使得人情绪
16、低落，导致工作效率低下，造成心理压力。 对人的身体的危害：首先是眼睛，长时间在光污染环境下工作和生活的人，白内障的发病率高达45 %。光污染还会使人失眠，食欲下降，情绪低落等神经衰弱症状。 对人的生活的危害：光污染会给人们的日常生活带来不便。在炎炎夏日，玻璃幕墙等会将强烈阳光反射到附近居民家中，不仅产生耀眼的光线，还会使室内温度升高，影响居民正常生活。,1、对人的危害,53,2、对生态环境的危害,大面积的玻璃幕墙在夏天把阳光反射回局部空间，导致城市局部环境温度上升，而照明设备排放的热量也会使城市的温度升高，导致“城市热岛效应”加剧，进一步恶化城市小气候。城市的夜景照明特别是“不夜城”的夜景照明
17、会产生大量的二氧化碳、二氧化硫等废弃物，对城市的大气环境造成严重的污染。很多动植物的生长同光照有直接的关系，城市中过量的人工光照破坏了它们的生物周期、生活习惯和新陈代谢。,54,3、对交通安全的危害,白天，矗立的一幢幢玻璃幕墙如镜子般会在瞬间遮住司机的视野，在阳光照射下会产生刺眼的反光，严重地危害司机的视觉功能，以致引发交通事故。夜间，城市照明产生的干扰光，特别是眩光对司机的视觉造成不良影响，从而产生道路交通安全隐患。,55,4、对天文观测的危害,由于光污染，天空亮度大增，日益严重的光污染模糊星空视野，剥夺了人们观赏星空的乐趣。城市上空夜间的亮度每年以30% 的速度递增, 以致许多地区无法进行
18、天文观测。,56,5、对能源利用的危害,光污染会造成对二次能源电能以及一次能源煤的过度消耗。一方面，城市大量的照明设备耗电多，加剧了城市用电紧张度，而我国的照明电中，2/3为火力发电，其中又有3/4是使用燃煤，因此煤炭资源耗费巨大。另一方面，很多城市建筑都热衷于大面积地使用玻璃材料，建成后一年四季用空调调节室温，也间接地增加了能耗。,57,随着城市化进程中照明工程建设项目的急剧增多,光污染成为继大气污染、水污染、噪声污染、固体废弃物污染之后的又一种环境污染。 长期以来，由于认识偏差和意识不足，规划决策和监管缺失，法律法规滞后，技术薄弱，教育滞后等原因，我国许多城市在如何合理利用灯光照明和防控城
19、市光污染方面存在着诸多误区和薄弱环节，有关光污染的研究还停留在光污染概念探讨与危害认识方面，尚没有全面地梳理光污染对城市生态系统的多方面危害，更没有深入探讨和构建城市光污染防控与减缓的综合对策体系。,光污染研究现状,58,社会需要对光环境日益关注 许多工程项目申报立项文件中，都有对水环境、声环境、大气污染、固体废物处理等做出有关的评价、预测及拟采取的保障技术措施，但在论及光环境方面的内容甚少。 在各类建筑设计规范中，只在建筑室内采光和照明方面做了简单的规定。 光污染源的增加及影响的加剧与人们对光环境日益重视和敏感之间的矛盾日益突出，光污染已成为新的热点问题。,光污染的研究现状,59,五、光污染
20、的防治措施,光污染的控制,光污染很难像其他环境污染那样通过分解、转化和稀释等方式消除或减轻，因此，其防治应以预防为主,1. 建立健全法律法规和相关标准,2. 加强城市规划与管理，以减少光污染的来源,3. 加强夜景照明生态设计,60,多起有关光污染事件说明了我国现行法律法规中关于光污染部分非常不足。 要控制光污染就要在法律法规中有直接具体的规定。首先在环境保护法中明确何为光污染，制定有关光污染的防治措施和建设监督管理体制，实行分区域管理，确定各类区域光污染的质量标准和排放标准；将环境影响评价制度、“三同时制度”等环境保护制度在光污染领域得到贯彻。,1、建立健全法律法规和相关标准,61,（1）加强
21、城市玻璃幕墙的建设管理 （2）不断优化和开发建筑幕墙新材料 （3）加强城市绿化 （4）科学合理的城市色彩规划,2、加强城市规划与管理,62,控制安装地区，为防止玻璃幕墙的有害光反射，在城市人群密集的地段、交通主干道两侧、居民区内应尽量少采用玻璃幕墙。 限制安装位置，在十字路口、T 字路口不宜采用玻璃幕墙，避免反射光直接进入驾驶员正视线方向。 协调安装颜色，玻璃幕墙的颜色要与周围环境相协调。 建设相关环境，加强城市绿化,可有效地防止玻璃幕墙引起的有害反射。,（1）加强城市玻璃幕墙的建设管理,63,玻璃幕墙造成光污染的主要原因是反射率太高，因此可以通过降低玻璃的反射率以减弱光污染。 通过对玻璃幕墙
22、材料和构造的研究、开发和使用,或者对现有玻璃加以处理，就能够改变直射光的定向光反射。 例如，采用低辐射膜玻璃，即在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物积成的膜系产品，对可见光有高达80%的透射比，而反射比则很低。这样既保证了建筑物良好的采光，又避免了以往大面积玻璃幕墙等光反射所造成的光污染。,（2）不断优化和开发建筑幕墙新材料,64,不同的受光体对光的吸收和反射能力不同，绿色植物可以将反射光转变为漫反射，从而达到防治光污染的目的。 因此，加强城市绿地景观规划设计，扩大绿地面积，实施绿化工程（比如在路边或是玻璃幕墙周围种植高大树冠的树木，将平面绿化改为立体绿化等），能够遮挡反射光照射，有效防止玻璃幕
23、墙引起的有害反射，改善和调节采光环境，可以减少城市区域光污染。,（3）加强城市绿化,65,合理的城市色彩规划也可以起到减轻光污染的作用。 在装饰高楼大厦的外墙面、室内环境时，用米黄、浅蓝代替刺眼的颜色会给人们带来视觉上的舒适感,从而减轻光污染对人眼的伤害。 尽量采用“生态颜色”。 在欧洲, 特别是德国, 室内装修墙壁粉刷时， 人们逐渐喜欢用一些浅色, 主要是米黄、浅蓝等，代替刺眼的白色。在浅红色的墙壁面前，人的情绪相对比较镇定。,（4）科学合理的城市色彩规划,66,夜景照明要充分考虑生态环境因素，在保证城市照明在保障人身财产安全和减少交通事故等方面功能的前提下，对照明灯具配光、安装位置、透光角
24、度应进行优化设计。 提倡环保照明和绿色照明， 既为人们的工作和生产提供足够的人工光亮，同时为动植物及生态环境留下足够的黑暗空间，使照明与自然夜空相和谐； 既要照明充分，又不能照亮过度，注意节约能源，重视照明效果。,3、加强夜景生态照明设计,67,合理选择光源、灯具和布灯方案， 尽量使用光束发散角小的灯具， 并采取加遮光罩或隔片措施；区分生活区和商业区, 适当关闭夜间广场、广告牌等的照明，减少过度照明，降低光污染和能量损失；街灯安装尽量避免在住户窗前，应隔有一定的距离，防止路灯灯光射入居民室内、干扰人们休息。 城市夜景照明应严格按照明标准，进行科学合理的工程规划和设计，合理选择光源、灯具和布景方案，既要让城市亮起来、美起来也要满足能源和环境的要求，建设实施“绿色照明工程” 。 加强室内照明的监控。尽量采用光效高、寿命长的截光型灯具， 避免能源浪费。,3、加强夜景生态照明设计,
