光景學(xué)中的健康元素
——天然光環(huán)境的健康作用

邊 宇，劉 璐，馬 源

(1.華南理工大學(xué)建筑學(xué)院，亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640; 2.廣東工業(yè)大學(xué) 建筑與城規(guī)學(xué)院，廣州 510090)

引言

光景學(xué)是旨在創(chuàng)造良好光環(huán)境的理論體系[1]。有論文指出，從事光景學(xué)研究的目標(biāo)在于：在基本解決視覺作業(yè)，提供較為舒適光環(huán)境的基礎(chǔ)上，充分利用照明技術(shù)，開展光景學(xué)研究，滿足人民群眾對(duì)更美好生活的向往[2]。“健康”是“好”的一個(gè)重要方面，光環(huán)境所具有的健康作用是支撐光景學(xué)理論體系所倡導(dǎo)建立的良好光環(huán)境的核心元素。光景學(xué)發(fā)凡[1]中強(qiáng)調(diào)應(yīng)進(jìn)一步重視光環(huán)境對(duì)于人心理作用。光環(huán)境對(duì)于人體的生理、心理均有作用，其中對(duì)于心理的影響是光環(huán)境影響人體健康的顯著特性。有關(guān)環(huán)境中的健康元素，令大多數(shù)人印象深刻且認(rèn)知明確的是：溫度、濕度、氣流、氣壓、空氣質(zhì)量等。除此之外，不應(yīng)該忽視光環(huán)境與人體的生理、心理健康具有積極的作用。著重認(rèn)識(shí)光景學(xué)中的光健康元素對(duì)于園林設(shè)計(jì)規(guī)劃、人居環(huán)境營(yíng)建有著極其重要的意義；對(duì)于鄉(xiāng)村開敞空間的規(guī)劃也能夠起到積極的指導(dǎo)作用[3]。因此，光環(huán)境對(duì)于人體的健康作用是研究光景學(xué)的主要內(nèi)容。本文主要從天然光的健康作用方面開展相關(guān)闡述，所闡述的內(nèi)容均為經(jīng)過科研實(shí)驗(yàn)證實(shí)的結(jié)論。

人類是在天然光以及晝夜交替的節(jié)律下進(jìn)化繁衍的。為此，人體發(fā)展出了一系列生理、心理機(jī)能適應(yīng)天然光以及晝夜節(jié)律，這種“適應(yīng)”也維系著人們的健康[4]。長(zhǎng)期以來，天然光是人類主要的光源，近數(shù)十年電光源普及之后，人們將大多數(shù)作業(yè)轉(zhuǎn)入室內(nèi)，這種趨勢(shì)減少了人與天然光的接觸時(shí)間與強(qiáng)度，導(dǎo)致在某些方面出現(xiàn)了不健康的問題。時(shí)至今日，很多高水平學(xué)者從身心健康出發(fā)對(duì)人們所處的光環(huán)境進(jìn)行了諸多反思，這也催生了光景學(xué)的提出以及對(duì)于室內(nèi)采光、充分利用天然光，尤其是園林中的光景學(xué)問題的重視。

1 天然光的特點(diǎn)

太陽(yáng)輻射經(jīng)大氣層過濾后到達(dá)地面的波長(zhǎng)范圍集中于200～4 000 nm，其中可見的部分稱之為“光”，其波長(zhǎng)范圍位于380～780 nm之間，波長(zhǎng)介于100～380 nm的稱之為紫外線(UV)，波長(zhǎng)介于780～1 000 nm之間的稱之為紅外線(IR)。天然光光譜連續(xù)，各波長(zhǎng)分量分布較為平均，稱之為“全光譜”。日間，天然光在地面上形成的照度隨季節(jié)、一天中的時(shí)間、天氣狀況等因素而改變，即便是陰天天然光照度也通常不低于數(shù)千勒克斯(lx)，晴天時(shí)正午照度則可高于100 000 lx，而室內(nèi)燈光下的桌面照度通常為數(shù)百勒克斯。天然光遵循日夜交替的節(jié)律變化。光譜分布、輻射強(qiáng)度以及節(jié)律特性是天然光與人工光的差異，這也決定了天然光與其他光源發(fā)出的光線具有不同的健康作用。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人們普遍喜歡在靠近窗戶的座位上工作或?qū)W習(xí)[5]，原因在于：近窗區(qū)間通常具有良好的視野，天然光充足、照度高，可享受到連續(xù)的全光譜并感受富于變化的光線，且天然光有利于緩解壓力、提高工作效率[6]。室外，天然光光景對(duì)于人體的健康以及情緒均存在相互作用，園林內(nèi)的景觀與植物形成的光景更是對(duì)于人的情緒有著顯著作用[2]。我國(guó)優(yōu)秀的園林在這方面造詣?lì)H高，“秋色入林紅黯淡，日光穿竹翠玲瓏”是滄浪亭中的光景，翠玲瓏館也被認(rèn)為是修身養(yǎng)性的絕佳之處，拙政園遠(yuǎn)香堂也用相似的手法營(yíng)造光景，啟發(fā)了無數(shù)優(yōu)秀的園林建筑中的光景營(yíng)造。所謂“修身養(yǎng)性”的場(chǎng)所無不具有良好的天然光環(huán)境，這也反映了我國(guó)先賢早已認(rèn)識(shí)到了天然光環(huán)境對(duì)于生理、心理健康的積極作用。充分接觸天然光、欣賞光景逐漸成為了一種非藥物學(xué)的療法[7]。大約50年前，曬太陽(yáng)普遍作為肺結(jié)核療法的一部分?，F(xiàn)代的康養(yǎng)場(chǎng)所多設(shè)計(jì)有采光充足的房間或“浴場(chǎng)”即沐浴陽(yáng)光的場(chǎng)所。此外，天然光還有助于緩解疲勞、集中注意力、提高工作(學(xué)習(xí))效率、緩解視疲勞、視力保健，且具有殺菌抑菌、保持適宜濕度的作用[8]。

2 天然光的健康作用

人沐浴在天然光下對(duì)于自身的生理、心理健康需要科學(xué)的認(rèn)識(shí)。一系列生理機(jī)能都有賴于天然光的參與來保持最佳活力，天然光為連續(xù)的全光譜輻射，除可見光外，其中包含的紫外線成分也是人體健康所離不開的，天然光中的紅外成分所帶來的熱效應(yīng)也營(yíng)造出了有溫度的光環(huán)境。這些性能并非人工光源能夠完全模擬。日光對(duì)于身體內(nèi)維生素D的合成不可缺少，骨質(zhì)酥松、佝僂病、心臟病、多種器官硬化甚至癌癥都跟此有關(guān)，天然光和糖尿病防治也有關(guān)系，良好的采光與室外景觀也可令人心情愉悅。舉一個(gè)極端的例子，潛艇水兵每次下潛執(zhí)行任務(wù)，在艇內(nèi)大概第2～3天就開始就無法分清晝夜，生理節(jié)律被擾亂，數(shù)月后回到陸地其視力、身體素質(zhì)均會(huì)有不同程度的下降[9]。

2.1 光環(huán)境與疾病

研究證實(shí)天然光照與一系列的疾病相關(guān)。充分接觸天然光、欣賞光景有益于部分心理、生理的疾病，也存在部分疾病不宜過多接受天然光。

較暗的環(huán)境中容易令人感覺萎靡不振。季節(jié)性情緒紊亂(SAD)與接受日照時(shí)長(zhǎng)相關(guān)性顯著，日照充足的地區(qū)患SAD的人數(shù)明顯少于缺乏日照的地區(qū)，尤其是冬季缺少天然光是SAD發(fā)病的主因。睡眠質(zhì)量與日間日照強(qiáng)度有關(guān)，白天工作時(shí)接受更多的日光照射時(shí)夜晚熟睡時(shí)間更長(zhǎng)，日間充足的日照可降低夜間小便次數(shù)。針對(duì)上班族的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，充足采光窗外視野好的工位上的員工對(duì)于工作狀態(tài)更加滿意，也有利于緩解壓力。日照時(shí)長(zhǎng)與皮質(zhì)醇分泌水平相關(guān)性顯著，而皮質(zhì)醇作用于下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸功能的調(diào)節(jié)，對(duì)于人體激素調(diào)控至關(guān)重要，HPA軸也被認(rèn)為是包括體細(xì)胞與精神病障礙在內(nèi)的諸多應(yīng)激相關(guān)障礙的潛在的生理機(jī)制之一[10]。光線還具有抑制人體褪黑素分泌的作用，當(dāng)正常的晝夜節(jié)律被打亂則褪黑素的分泌也會(huì)紊亂，而褪黑素紊亂則與諸多疾病相關(guān)，包括：癌癥、失眠、萎靡、癡呆、高血壓以及糖尿病，有關(guān)褪黑素的作用在下文中詳述。此外，對(duì)于女性而言接觸天然光不足則容易罹患乳腺癌。

過量的天然光環(huán)境也會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生負(fù)面作用。不舒適的天然光環(huán)境、持續(xù)出現(xiàn)的眩光會(huì)導(dǎo)致頭痛。此外，有些疾病則是由天然光誘發(fā)，這些也應(yīng)給予注意。偏頭痛是一種嚴(yán)重的頭痛病，該疫病的誘因被認(rèn)為是由于視覺皮質(zhì)區(qū)受刺激，偏頭痛患者對(duì)光更為敏感，病患通常怕光，此時(shí)則建議在偏暗環(huán)境中休養(yǎng)。當(dāng)今社會(huì)中，自閉癥患者數(shù)量漸多，不斷變化的天然光環(huán)境、斑駁的光影對(duì)于自閉癥患者而言是一種刺激[11]。

2.2 天然光與視力健康

在人類長(zhǎng)期進(jìn)化過程中，人眼早已形成了許多適應(yīng)天然光的機(jī)制，再完美的人工光源也沒辦法代替天然光。采用天然光進(jìn)行照明，更有利于健康光環(huán)境的營(yíng)造。經(jīng)國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，在相同照度水平的情況下，人們?cè)谔烊还猸h(huán)境下的視覺功效比在人工照明條件下的高5%～20%；人眼出現(xiàn)近視等癥狀與眼睛疲勞有關(guān)，目前已經(jīng)證明人眼在天然光光譜下進(jìn)行視看較之于在人工照明光源下不易疲勞。進(jìn)一步，已有的研究已經(jīng)證實(shí)：愛好在戶外活動(dòng)、在露天環(huán)境待的時(shí)間較長(zhǎng)的兒童不易出現(xiàn)近視情況；較高光照度也有助于阻止近視的進(jìn)一步發(fā)展?；谝陨险J(rèn)識(shí)可以說明長(zhǎng)時(shí)間處在充足的天然光環(huán)境中有利于兒童群體降低近視的發(fā)病率。對(duì)于這個(gè)問題1930年代就有學(xué)者認(rèn)識(shí)到了天然光對(duì)于預(yù)防近視的作用，這一觀點(diǎn)直到1980年代已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)同。

因此，在園林設(shè)計(jì)時(shí)尤其要注重營(yíng)造良好的天然光環(huán)境以及光景觀。不僅僅是在室內(nèi)營(yíng)造充足、無眩光的天然光環(huán)境，對(duì)于室外的遮蔭，結(jié)合植物、布景營(yíng)造令人感覺舒適宜人的室外光環(huán)境、光景觀也應(yīng)給予重視。如此對(duì)于視力發(fā)育期的孩童的視力保健有積極作用，良好的采光也使得人心情狀態(tài)較佳。但園林內(nèi)天然光環(huán)境設(shè)計(jì)在我國(guó)一直未得到足夠的重視，大量的建筑即便在室外照度充足的情況下仍舊使用熒光燈照明。誠(chéng)然，不少建筑由于諸多限制是無法完全使用天然光照明的，但總體的原則應(yīng)該是盡可能地營(yíng)造充足、良好的天然光環(huán)境，對(duì)于照度無法達(dá)到的情形使用人工照明進(jìn)行補(bǔ)充。

2.3 紫外線的作用

天然光中含有一定數(shù)量的紫外線，紫外線對(duì)于人體最大益處在于其可促使維生素D的產(chǎn)生。日光照射是機(jī)體維生素D的主要來源，人體內(nèi)所需的維生素D大于90%均來源于經(jīng)日光照射皮膚后生成。合理的太陽(yáng)光紫外線照射是預(yù)防維生素D缺乏及佝僂病的有效手段。維生素D除了影響鈣磷代謝外，它還能影響免疫、神經(jīng)、生殖、內(nèi)分泌、上皮及毛發(fā)生長(zhǎng)等。也有研究表明，維生素D和高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、結(jié)腸癌、前列腺癌、乳腺及卵巢疾病、I型糖尿病等疾病的發(fā)生、發(fā)展有著一定的相關(guān)性。紫外線中UVB照射可以促進(jìn)皮膚中的7-脫氫膽固醇轉(zhuǎn)換為膽骨化醇，即內(nèi)源性維生素D3；植物中的麥角膽固醇不能被人體吸收，需經(jīng)紫外線照射轉(zhuǎn)變成麥角骨化醇，即維生素D2，才能被人體吸收。當(dāng)然過量的紫外線(主要是在室外環(huán)境中長(zhǎng)期活動(dòng))對(duì)人體有害，但對(duì)于室內(nèi)光環(huán)境而言，紫外線含量根據(jù)窗玻璃類型的不同及其他限制條件不同已經(jīng)有了大幅度的下降。

2.4 日夜節(jié)律的健康作用

人們發(fā)現(xiàn)光環(huán)境對(duì)人的生理和心理影響顯著。光主要通過神經(jīng)系統(tǒng)影響人的生理功能，例如生理節(jié)律、免疫力等。生理節(jié)律，也稱為生理時(shí)鐘，是人體一天之內(nèi)的各種生理參數(shù)的生理循環(huán)，體溫、激素水平、睡眠認(rèn)知表現(xiàn)等都遵循著這種規(guī)律性的波動(dòng)。保持必要的生理節(jié)律是維系生命健康的重要環(huán)節(jié)，這些生理機(jī)能在一天中不同時(shí)刻交替出現(xiàn)確保著生命體的健康、規(guī)律運(yùn)行，而光環(huán)境在一天中的變化在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

視網(wǎng)膜上第三種感光細(xì)胞——“神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(ipRGCs)”，雖然不參與形成視覺，但對(duì)于調(diào)節(jié)人體節(jié)律發(fā)揮著作用，可稱之為“非視覺效應(yīng)”。非視覺感光系統(tǒng)中一條重要的通道是將光信號(hào)傳遞到松果體，松果體根據(jù)光信號(hào)的不同來控制褪黑素的分泌，調(diào)節(jié)人體生理節(jié)律。正常情況下松果體分泌的褪黑素量呈晝夜周期性變化，其在血液中的濃度白天降低，晚上升高，但光照刺激會(huì)抑制褪黑素的分泌量。比如，清晨一定量的光線可以促使松果體停止分泌褪黑素，有利于喚醒人體。在夜晚，褪黑素持續(xù)分泌進(jìn)入血液循環(huán)令人們感覺困意，抑制內(nèi)分泌系統(tǒng)以釋放壓力，減弱其他可能影響睡眠的功能。但如果直接說日復(fù)一日的生理節(jié)律循環(huán)的開啟與關(guān)閉完全由天然光決定也顯得過于簡(jiǎn)單。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)即便沒有天然光的刺激，人體的生理節(jié)律循環(huán)依舊進(jìn)行，但會(huì)在24 h中大約變慢1.1 h左右。也就是說，天然光的作用是維系人體生理節(jié)律以使之與一天24 h的晝夜交替相互吻合。由此機(jī)理可知，光環(huán)境對(duì)于調(diào)節(jié)人體節(jié)律保持身體健康方面的作用。

如果入射視網(wǎng)膜上的天然光強(qiáng)度長(zhǎng)期過低，其不利影響也是深遠(yuǎn)的。譬如某些人群長(zhǎng)期在無采光的空間內(nèi)工作，松果體分泌褪黑素的節(jié)奏就會(huì)逐漸放緩，久而久之就會(huì)令正常的生理節(jié)奏紊亂出現(xiàn)生理機(jī)能失調(diào)。規(guī)律的生理節(jié)律對(duì)于人體的健康極為重要，直接與人體壽命相關(guān)，而天然光自身的變化規(guī)律很自然地迎合了人體節(jié)律，除了天然光因素外，長(zhǎng)期熬夜、起床困難等違反正常生理節(jié)律的習(xí)慣對(duì)于健康的危害都是長(zhǎng)期的。

3 考慮光健康的園林設(shè)計(jì)意見

在園林設(shè)計(jì)中充分利用天然光、營(yíng)造光景是具有健康意義的，當(dāng)前人們對(duì)于健康的重視程度提升，“健康園林”已經(jīng)超越了醫(yī)養(yǎng)空間的范疇，有必要在園林營(yíng)造時(shí)加以全面考慮。由此，健康園林的理論依據(jù)應(yīng)該得到更多人的認(rèn)識(shí)。香景、光景等領(lǐng)域中的健康元素應(yīng)當(dāng)應(yīng)用于園林設(shè)計(jì)實(shí)踐[12]。在進(jìn)行園林建筑的設(shè)計(jì)也應(yīng)充分考慮到天然光環(huán)境的動(dòng)態(tài)特征[13, 14]，至少?gòu)哪曛芷诘某叨妊芯抗猸h(huán)境與光景學(xué)，這對(duì)于分析受光線的每日變化以及季節(jié)變化影響的疾病(如：SAD等)更具有科學(xué)意義。對(duì)于植物、景物所營(yíng)造的較為復(fù)雜的天然光環(huán)境，在進(jìn)行分析時(shí)，可使用基于圖像的采光分析方法[15, 16]，此類方法對(duì)于光景學(xué)的量化研究、科學(xué)化分析提供了有利的工具。具體在園林設(shè)計(jì)時(shí)謹(jǐn)建議如下：

健康園林規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留出一定的室外開敞空間，用于沐浴天然光，做為康復(fù)空間的預(yù)留，但此類空間應(yīng)注意遮陽(yáng)，并借助周圍環(huán)境中的植物、景物元素營(yíng)造光景，如此可形成舒適的室外天然光環(huán)境，有助于人的生理、心理健康。

園林中應(yīng)提倡架設(shè)半開敞空間，如“亭”、“臺(tái)”、“榭”等半開敞空間因?yàn)闆]有密實(shí)的維護(hù)結(jié)構(gòu)通常適宜充分接觸天然光并欣賞光景，近年來提出的“日光亭”的概念就較為有利于人體休息、恢復(fù)，充分發(fā)揮天然光的健康效能，長(zhǎng)期處于這種環(huán)境也可有利于降低視疲勞，有助于視力保健。

園林建筑也應(yīng)當(dāng)注意充分利用天光，尤其注重窗外景色的營(yíng)造，窗外是營(yíng)造光景的絕佳場(chǎng)所，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與光文化相聯(lián)系，提升品位，注重光景對(duì)于欣賞者的心理暗示，是一個(gè)由自信進(jìn)而健康的途徑。令環(huán)境興趣盎然、品位高格。

園林夜景照明應(yīng)適度，注重亮度、色彩、品位的把控。尤其注意不能影響人體正常光感受節(jié)律，以免影響正常的褪黑色分泌節(jié)律，造成身體功能紊亂，長(zhǎng)期以來誘發(fā)疾病。