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3.2 综合评价指标 I

根据前文计算，将多项指标结果整合为照明环境的综合评价指标。不同照明环境下的综合评价指标 I 值如下表 2 所示。
人工照明/勒克斯 17:30-18:00 18:00-18:30 18:3
  桌面照度/勒克斯 综合评价指标 I   桌面照度/勒克斯 综合评价指标 I   桌面照度
0 500 0.79 400 0.74 300
100 600 0.78 500 0.76 400
200 700 0.69 600 0.67 500
300 800 0.57 700 0.57 600
400 900 0.49 800 0.48 700
500 1000 0.35 900 0.38 800
Artificial illumination/lx 17:30-18:00 18:00-18:30 18:3 Desktop illumination/Ix Comprehensive evaluation index I Desktop illumination/Ix Comprehensive evaluation index I Des| illun 0 500 0.79 400 0.74 300 100 600 0.78 500 0.76 400 200 700 0.69 600 0.67 500 300 800 0.57 700 0.57 600 400 900 0.49 800 0.48 700 500 1000 0.35 900 0.38 800| Artificial illumination/lx | 17:30-18:00 | | 18:00-18:30 | | 18:3 | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | | Desktop illumination/Ix | Comprehensive evaluation index I | Desktop illumination/Ix | Comprehensive evaluation index I | Des\| illun | | 0 | 500 | 0.79 | 400 | 0.74 | 300 | | 100 | 600 | 0.78 | 500 | 0.76 | 400 | | 200 | 700 | 0.69 | 600 | 0.67 | 500 | | 300 | 800 | 0.57 | 700 | 0.57 | 600 | | 400 | 900 | 0.49 | 800 | 0.48 | 700 | | 500 | 1000 | 0.35 | 900 | 0.38 | 800 |
  表2
照明环境综合评价指标 I 值
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17:30 至 18:00 时段，不同照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：Olx > 100lx > 200lx > 300lx > 400lx > 500lx。不同桌面照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：500Ix > 600Ix > 700Ix > 800Ix > 900Ix > 1000Ix。
18:00至18:30时段，不同照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：100勒克斯＞0勒克斯＞200勒克斯＞300勒克斯＞400勒克斯＞500勒克斯。不同桌面照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：500勒克斯＞400勒克斯＞600勒克斯＞700勒克斯＞800勒克斯＞900勒克斯。
18:30至19:00时段，不同照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：200勒克斯＞100勒克斯＞300勒克斯＞400勒克斯＞500勒克斯＞0勒克斯。不同桌面照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：500勒克斯＞400勒克斯＞600勒克斯＞700勒克斯＞800勒克斯＞300勒克斯。
19:00至19:30时段，不同照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：300勒克斯＞200勒克斯＞400勒克斯＞500勒克斯＞100勒克斯＞0勒克斯。不同桌面照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：500勒克斯＞400勒克斯＞600勒克斯＞700勒克斯＞300勒克斯＞200勒克斯。
19:30至20:00时段，不同照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：400勒克斯＞300勒克斯＞500勒克斯＞200勒克斯＞100勒克斯＞0勒克斯。不同桌面照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：500勒克斯＞400勒克斯＞600勒克斯＞300勒克斯＞200勒克斯＞100勒克斯。
20:00至20:30时段，不同照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：400勒克斯＞500勒克斯＞300勒克斯＞200勒克斯＞100勒克斯＞0勒克斯。不同桌面照度参数的平均综合评价指数从高到低排序为：400勒克斯＞500勒克斯＞300勒克斯＞200勒克斯＞100勒克斯＞0勒克斯。
17:30至20:30时段，最佳人工照度随时间推移逐渐提升。前期最佳桌面照度为500勒克斯，呈现稳定状态。20:30至20:30期间，最佳桌面照度将为400勒克斯。17:30至18:00期间，综合评分指数随人工照度指标增加而逐渐降低。当综合评分指数最高时，人工照明为0勒克斯且桌面照度为500勒克斯。18:00至18:30期间，随着人工照度增加，综合评分指数先升后降。当综合评分指数最高时，人工照明为100勒克斯，桌面照度为500勒克斯。18:30至19:00期间，随着人工照度增加，综合评分指数先升后降。当综合评分指数最高时，人工照明为200勒克斯，桌面照度为500勒克斯。19:00至19:30期间，随着人工照度增加，综合评分指数呈现先升后降趋势。 当综合评分指数达到最高时，人工照明强度为300勒克斯，桌面照度为500勒克斯。在19:30-20:00时段，随着人工照明的增强，综合评分指数呈现先上升后下降的趋势。此时人工照明为400勒克斯、桌面照度500勒克斯时综合评分最高。20:00-20:30时段，人工照明增强同样使综合评分指数先升后降，当人工照明400勒克斯配合桌面照度400勒克斯时达到峰值。值得注意的是，17:30-18:00时段在0勒克斯（自然光）环境下的综合评价指数最高，且显著优于其他时段任何光照环境下的评分（见图6）。

3.3 照明方案设计

回归分析分为线性回归与非线性回归，本文选用非线性回归方法。通过评估不同人工光环境下各时段的综合评价值变化，发现不同时段的最优人工光环境，建立不同时段综合评价值 I 与人工照度间的数学模型。进一步建立
不同时段与最优人工光环境及最佳桌面照度的数学模型，分析最优人工照度与桌面照度随时间的变化规律。图 7 所示为不同时段综合评价值 I 与照度的拟合示意图。
图 6 不同时段不同人工照度下的综合评价值 I
图 7 不同时段照度与综合评价指标 I 的拟合线（a 代表 17:30-18:00 时段， b b bb 代表 18:00-18:30 时段， c c cc 代表 18:30-19:00 时段， d d dd 代表 19:30-19:30 时段，e 代表 19:30-20:00 时段， f f ff 代表 20:00-20:30 时段）
通过软件拟合，得到 6 个时段综合评价指标 I 与照度的函数关系如下：
17:30-18:00时段的公式为 y = 0.81225 − 3.92319 E − 4 x − 1.05142 E − 6 x 2 y = 0.81225 − 3.92319 E − 4 x − 1.05142 E − 6 x 2 y=0.81225-3.92319 E-4x-1.05142 E-6x^(2)y=0.81225-3.92319 E-4 x-1.05142 E-6 x^{2} 、 R 2 = 0.99149 R 2 = 0.99149 R^(2)=0.99149R^{2}=0.99149
18:00-18:30时段的公式为 y = 0.76305 − 2.13476 E − 4 x − 1.12001 E − 6 x 2 y = 0.76305 − 2.13476 E − 4 x − 1.12001 E − 6 x 2 y=0.76305-2.13476 E-4x-1.12001 E-6x^(2)y=0.76305-2.13476 E-4 x-1.12001 E-6 x^{2} R 2 = 0.97467 R 2 = 0.97467 R^(2)=0.97467\mathrm{R}^{2}=0.97467
18:30-19:00时段的计算公式为 y = 0.54675 + 0.00127 x − 2.73974 E − 6 x 2 , R 2 = 0.85545 y = 0.54675 + 0.00127 x − 2.73974 E − 6 x 2 , R 2 = 0.85545 y=0.54675+0.00127 x-2.73974 E-6x^(2),R^(2)=0.85545y=0.54675+0.00127 x-2.73974 E-6 x^{2}, R^{2}=0.85545 。
19:00-19:30时段的计算公式为 y = 0.36916 + 0.00167 x − 2.78836 E − 6 x 2 , R 2 = 0.93624 y = 0.36916 + 0.00167 x − 2.78836 E − 6 x 2 , R 2 = 0.93624 y=0.36916+0.00167 x-2.78836 E-6x^(2),R^(2)=0.93624y=0.36916+0.00167 x-2.78836 E-6 x^{2}, R^{2}=0.93624 。
19:30-20:00时段的计算公式为 y = 0.33463 + 0.00149 x − 1.70004 E − 6 x 2 , R 2 = 0.97489 y = 0.33463 + 0.00149 x − 1.70004 E − 6 x 2 , R 2 = 0.97489 y=0.33463+0.00149 x-1.70004 E-6x^(2),R^(2)=0.97489y=0.33463+0.00149 x-1.70004 E-6 x^{2}, R^{2}=0.97489 。
20:00-20:30时段的计算公式为 y = 0.06394 + 0.00203 x − 1.44467 E − 6 x 2 , R 2 = 0.97558 y = 0.06394 + 0.00203 x − 1.44467 E − 6 x 2 , R 2 = 0.97558 y=0.06394+0.00203 x-1.44467 E-6x^(2),R^(2)=0.97558y=0.06394+0.00203 x-1.44467 E-6 x^{2}, R^{2}=0.97558 。
从下图可以看出，最佳人工照明在 17:30 至 19 : 30 19 : 30 19:3019: 30 时段呈上升趋势，而 19:30 至 20:30 期间最佳照度保持 400lx 的稳定状态。17:30-20:30 时段最佳照度与时间的拟合曲线如图 8(a)所示，其拟合公式为：
y = − 33.33333 + 2.91005 x + 158.73016 x 2 − 37.03704 x 3 R 2 = 0.99702 y = − 33.33333 + 2.91005 x + 158.73016 x 2 − 37.03704 x 3 R 2 = 0.99702 {:[y=-33.33333+2.91005 x+158.73016x^(2)-37.03704x^(3)],[R^(2)=0.99702]:}\begin{gathered} y=-33.33333+2.91005 x+158.73016 x^{2}-37.03704 x^{3} \\ R^{2}=0.99702 \end{gathered}

(a)
(b)
图 8 照度-时间拟合曲线图（a 代表人工照明动态设计方案，b 代表桌面照度动态设计方案）。
如下图所示，最佳桌面照度在 17:30-20:00 期间呈现稳定状态，而 20:00-20:30 时段的最佳桌面照度为 400lx。17:30-20:30 期间最佳桌面照度与时间的拟合曲线如图 8(b)所示，其拟合公式为：
y = 566.66667 − 197.08995 x + 158.73016 x 2 − 37.03704 x 3 y = 566.66667 − 197.08995 x + 158.73016 x 2 − 37.03704 x 3 y=566.66667-197.08995 x+158.73016x^(2)-37.03704x^(3)y=566.66667-197.08995 x+158.73016 x^{2}-37.03704 x^{3}
R 2 = 0.95238 R 2 = 0.95238 R^(2)=0.95238R^{2}=0.95238

  4 讨论

4.1 照明方案效果的对比分析

本文通过在图书馆阅览室 17:30-20:30 时段开展现场照明实验，发现该时段最佳人工照明照度应呈现前期增强、中期平稳、后期递减的动态变化特征。研究结果与孙玉清[14]在实验室模拟的太阳周期动态照明更有利于提升学生健康水平的结论相符。Hansen Ellen Kathrine[22]研究发现动态光周期对视觉舒适度、环境氛围感知及工作专注度均产生积极影响。而如茹涛涛等[23]研究中发现，相较于静态照明模式，日间动态照明模式更有利于办公人员健康状态维持与夜间睡眠质量提升。通过本文动态照明设计方案的研究与实施，不仅能提升学生健康水平，还可实现节能效果，有助于改善未来图书馆阅览室的照明环境。

4.2 动态照度模型的确定

关阳[24]根据教室全天8:30-17:30的课时安排开展照明实验，主要分析不同时段对光照环境需求是否存在差异。张荣鹏[25]发现动态照明对夜间产生的效果会显著降低睡眠质量和睡眠时长。因此夜间应尽量避免使用动态照明，但图书馆使用时间涵盖白昼与夜晚，通过上述研究可知，在白天不同时段与夜间时段应区别对待照明方案——夜间避免动态照明，而在白昼向黑夜过渡期间，自然光环境变化较大，此阶段究竟保持静态人工照明还是采用动态人工照明更符合学生需求，尚待探索。为此，本文设计了光照环境实验
用以探究从自然光环境过渡到人工光环境期间，最佳人工照明方案是否存在差异。

4.3 指标权重分析

以往关于自然光与人工光光环境评价的研究发现，不同指标在评价体系中具有不同的影响权重。李欣欣[26]提出了室内购物空间自然光环境性能的影响因素，并确定了关键影响因素的有效照度范围与配光等级。张静怡[8]研究发现，在阅览室光环境中，笔记本电脑与纸质媒介的 VDT 背景亮度、手机与纸质媒介耦合阅读状态下，桌面反射系数的重要性明显高于其他指标。F. Leccese[27]采用层次分析法对教室照明质量进行评价，根据不同标准对照明质量的影响程度分配权重。自然光环境与人工光环境的研究侧重点存在显著差异。 17:30-20:30时段自然光环境照度逐渐降低，该时段评价指标权重是否存在差异，若存在差异其变化规律如何。本文研究过程中自然光环境水平照度变化较大，因此将研究时段划分为6个时期来确定不同时期指标权重，进而确定研究侧重点。

4.4 局限性与未来挑战

本文仅针对普通阅读行为开展实验研究，未考虑学生的特殊需求。未来可考虑开展个性化照明设计研究。

  5 结论

本研究通过分析主观评价、绩效测量及生理指标检测数据，确定不同自然光环境下补充照明强度对混合阅读视觉不适感、视觉效能、情绪评价、情绪唤起等指标的影响，并分析不同自然光环境下单一指标的最优补充照明强度。同时运用熵权法确定不同评价指标权重，建立光照环境综合评价指标 I，对比分析不同时段最优照度值，确定 17:30-20:30 时段的动态照明设计方案，为 17:30-20:30 时段混合阅读的光环境设计提供思路。具体结论如下：
基于不同评价指标的最佳补充光照强度在不同时段存在差异，且补充光照强度的变化趋势随时间而变化。日落后的时段内，光环境质量、脑力工作指数变化率、视觉清晰度和主观警觉性多呈现稳定状态，此时最佳补充照度分别为500勒克斯和400勒克斯。其他时段的最佳补充照度随时间递增，但变化趋势各异。
日落前的时段内，视觉清晰度评分、LF/HF 变化率、主观警觉性和视觉不适感多呈现稳定状态，此时最佳补充照度分别为 100 勒克斯和 0 勒克斯。其他时段的最佳补充照度随时间呈上升趋势，但变化规律各不相同。在整个观测周期内，积极与消极情绪以及 RMSSD 变化率的最佳补充光照强度均呈现递增趋势。
不同时段各指标权重存在差异，照明设计时应优先考虑权重较高的指标。17:30-18:00、18:00-18:30及18:30-19:00时段应优先考虑视觉不适度，19:00-19:30时段侧重警觉性指标，19:30-20:00与20:00-20:30时段则需重点保障视觉清晰度。
照度值与综合评价指标 I 的变化规律随时间呈现差异性，各时段最优照度值亦不相同。17:30-20:30 时段的最优照度值随时间推移呈上升趋势。

  伦理声明

本人承诺本文所有流程将严格遵循相关法律及机构准则，符合伦理要求，始终尊重实验参与者的知情同意权与隐私权，所有实验均按照世界医学协会《赫尔辛基宣言》的伦理准则开展。
实验过程中，我已向受试者完整说明实验流程及所需数据，并获得其知情同意。

作者贡献声明

孟凡普：撰写初稿。王守义：文稿审阅与修改。冯华：文稿审阅与修改。

利益冲突声明

作者声明，对于本论文所报告的研究工作，不存在任何可能影响研究结果的已知经济利益冲突或个人关系。

  参考文献

  1. Kort, D.