地下空間光環境研究熱點及趨勢分析

蔡賢云，張遠旭，翁 季

（1.重慶交通大學 建筑與城市規劃學院，重慶 400074；2.重慶大學 建筑城規學院，重慶 400045）

根據國家統計局發布的數據，截至2022年底，全國城鎮地區的常住人口總數達到92 071萬人，相較于2021年增加了646萬人；城市常住人口占全國總人口的65.22%，相較2021年，增加了0.5個百分點。由此，土地資源越來越緊張，開發地下空間也成為城市建設的發展趨勢。地下空間常常無法滿足人們對自然陽光、空間方向感、天氣變化等自然信息感知的心理需求。此外，地下空間缺少自然光對人體的健康也不利[1]。因此，提高地下空間環境質量的關鍵之一在于改善地下空間的光環境。地下空間光環境的設計不僅要滿足功能和裝飾要求，還要仿造戶外節律光環境，穩定對人體生理機能的影響，并考慮色彩心理學，穩定人們的心理情緒[2]?，F階段，地下空間光環境相關的研究有限，缺乏整體系統的研究。通過梳理國內外近20年（2004—2023年）的相關文獻，運用可視化文獻分析軟件Citespace進行計量分析，并構建關鍵詞聚類知識圖譜、突現關鍵詞信息，從而對該領域的研究熱點、發展前沿進行總結，這些將為后續地下空間光環境的深入研究提供參考和思路。

1 數據來源和研究方法

中文文獻來自中國知網（CNKI）數據庫，以地下光環境、地下空間光環境等為關鍵詞進行檢索，檢索時間定為2004年1月到2023年9月，剔除非學術類文獻后，最終得到文獻195篇。以underground lighting、underground daylight、underground light、underground illuminance 等 為關鍵詞在Web of Science（SCI）數據庫中檢索，時間設置為2004年1月到2023年9月，剔除與本研究無關的文獻后，得到文獻51篇。CiteSpace提供了3種不同的可視化方式：聚類視圖、時間線視圖和時區視圖，用于突出文獻數據的不同特征和知識演進的時間維度[3]。將數據庫中的中英文獻以Refworks導出，使用Citespace 6.2.R4 Basic導入數據，將2004年1月到2023年9月近20年的有關地下空間光環境的關鍵詞、發文量、作者數據生成知識網絡圖譜，進行可視化分析，以此探究近20年的研究熱點和未來研究趨勢。

2 發文數量和分布

地下空間光環境的年度發文趨勢如圖1所示。2004—2023年國內期刊有關地下空間光環境的文章總量是國外期刊的近4倍，且國內期刊近20年的年度發文量都高于國外。將年份作為預測變量，國內期刊發文量作為因變量做回歸分析，得出線性回歸模型：y=0.643x-1 284.643（p＜0.001），可見國內期刊發文量總體呈增加趨勢，表明此領域正在受國內學者的持續關注，未來一段時間內將成為一個備受關注的研究熱點。國外對地下空間光環境的研究起步較晚，2010年的兩篇文獻分別論述了莫斯科大都會地鐵站對于照明裝置的重建措施[4]和韓國地下空間視覺環境的研究[5]，研究關注照度方面的視覺問題，以及人類在地下環境中對自然照明的反應。將2004—2023年的時間段作為預測變量，國外期刊發文量作為因變量進行回歸分析，得出線性回歸模型：y=0.423x-849.781（p＜0.001），因此，國外期刊發文量總體呈上升趨勢，表明這個研究領域正在逐步受到國外學者的重視。

圖1 年度發文趨勢圖

可視化圖譜分別顯示了2004—2023年在地下空間光環境研究領域的作者共現網絡。通過CiteSpace軟件的參數設置，將數據可視化后，得出國內期刊“N(節點)=212，E（連線）=134，Density（網絡密度）=0.006”，國外期刊“N=143，E=294，Density=0.040 2”，其中節點和文字越大，發文量越多，而連線則代表了作者之間的合作關系[6]。由此說明在地下空間光環境領域內，國內期刊的可視化圖譜的節點數量較多，但節點之間的連線和網絡密度都相對較少，這反映了國內學者在這一領域的合作關系相對松散。國內在這一研究領域內合作緊密的主要集中在與楊春宇（5篇）、翁季（4篇）、張青文（3篇）的合作關系中，同時他們也是地下空間光環境的高產作者，發文量排國內期刊的前3，其余基本上都是3～5人的小范圍合作關系和一些個人研究。整體來看，國內有關地下空間光環境的研究比較分散，學者的研究相對獨立。國外的合作關系相對于國內來說比較密切，其中聯系最緊密的是Car Josip（5篇）、Soh Chee-Kiong（3篇）的合作聚團，研究成果相對集中，獨立的研究學者較少。

3 關鍵詞分析

3.1 關鍵詞共現分析

Citespace的可視化共現圖譜能夠突出某一研究領域內的研究熱點和核心主題，表1和表2分別為國內和國外期刊頻次排名前10的關鍵詞以及其中心性頻次和首次出現年份表格。國內期刊頻次排名前3的關鍵詞分別為地下空間（40）、地下車庫（16）和光環境（12），國外期刊為design（8）、performance（6）和impact（6）。關鍵詞的中心性可以用來評估關鍵詞在研究領域里的重要性和影響力[7]，中心性越大，關鍵詞就具有更高的影響力，這種分析有助于識別研究領域的核心主題、熱門研究方向和關鍵概念。研究人員可以利用這些信息更好地了解領域的發展趨勢，確定未來的研究方向，以及識別在學術界中具有重要影響力的關鍵詞。國內研究中心性大于0.1的關鍵詞有地下空間（0.43）、地下車庫（0.16）、人工照明（0.12），國外期刊中心性排名靠前的關鍵詞有performance（0.19）、design（0.18）、energy consumption（0.15）、impact（0.13）、comfort（0.12）、underground space（0.11）。綜上分析，近20年國內研究熱點為地下空間光環境設計、光環境優化以及節能和可持續性等核心內容，國外除了包含上述研究熱點外，又增加了視覺舒適度的內容。

表1 國內期刊關鍵詞中心性頻次表

表2 國外期刊關鍵詞中心性頻次表

3.2 關鍵詞聚類分析

CiteSpace的聚類分析圖譜能揭示該領域的研究熱點以及學科發展規律和新方向。CiteSpace提供了3種不同的算法，分別是LSI算法、LLR算法和Mi算法[8]。本文采用LLR（log likelihood ration）算法，在關鍵詞共線分析的基礎上進行聚類分析，得出關鍵詞聚類圖譜（圖2～圖3）和聚類分析表（表3～表4），聚類名稱從0開始編號，編號的數值越小，表明聚類中所含的關鍵字越多。聚類模塊值(Modularity)和聚類加權平均輪廓值（Weighted Mean Sihouette）是衡量關鍵詞的兩個重要指標[9]，用來判斷聚類圖譜效果的合理與否[9-10]。

表3 國內期刊關鍵詞聚類分析表

表4 國外期刊關鍵詞聚類分析表

圖2 國內期刊關鍵詞聚類圖譜

圖3 國外期刊關鍵詞聚類圖譜

本研究的聚類結果得到國外期刊的數據Q=0.653 3（＞0.3），S=0.803 2（＞0.7），國內期刊的數據Q=0.824 2（＞0.3），S=0.845 7（＞0.7）。由此表明，國內外期刊數據所形成的聚類圖譜結構合理，信度較高。國內期刊數據聚類后得出的聚類標簽主要包括：#0地下空間、#1人工照明、#2地下車庫、#3光環境、#4照明設計、#5地下商場、#6地鐵車站，經過分析，可以得出國內期刊主要圍繞不同的地下空間（#0、#2、#5、#6）從人工照明（#1）角度對光環境進行優化改善（#3、#4）；國外期刊主要包括#0 lighting perception（光感知）、#1 led、#2 dimming（調光）、#3 underground space（地下空間）、#4 light source（光源）、#5 side halls（邊廳）、#6 mental health（心理健康），這表明國外期刊主要圍繞人們在地下空間（#3、#5）的光感知（#0），從光源及其調節（#2、#4）方面考慮地下空間光對人們心理健康的影響（#1、#6）。

3.3 關鍵詞時區圖譜和突現分析

在關鍵詞聚類的基礎上繪制時間線圖譜，得出如圖4和圖5所示的國內外期刊可視化圖譜，直觀展示在該研究領域的知識演進，揭示了不同時間點下該領域研究前沿的變化[11]。關鍵詞突現分析能檢測關鍵詞頻率和增幅的突發性，同時以時間角度描述聚類之間的關系。

圖4 國內期刊關鍵詞時區圖譜

圖5 國外期刊關鍵詞時區圖譜

圖4顯示，在國內期刊中，“#0地下空間”的聚類時間跨度最長，說明研究的延續性較好，在2004年同時出現了“#0地下空間”和“#5地下商場”兩個聚類，而地下商場的聚類在2008年就結束了，研究熱度下降，研究延續性較差。在2005年同時出現了“#4照明設計”和“#6地鐵車站”兩個聚類，分別于2018和2017年結束，2007年出現了“#1人工照明”“#2地下車庫”和“#3光環境”3個聚類，并一直延續研究熱度。圖5顯示，在國外期刊中，“#4 light source(光源)”“#5 side halls（邊廳）”是最早出現的聚類，但其延續性最差，在2014年出現了“# 1 led”聚類，延續性較好，2015年出現了“#0 lighting perception（光感知）”和“#2 dimming（調光）”兩個聚類，“#0 lighting perception”的研究延續性強，將作為以后的研究熱點。由此可知，國內和國外在地下空間和照明設計領域存在一些不同的研究重點和趨勢。國內更加專注于地下空間和地下商場光環境設計的研究，而國外除了注重LED技術、光感知和調光等照明設計方面的研究，還有人們對光感受的研究。

4 討論

根據時區圖譜可將地下空間光環境領域分為3個階段，該分類反映了地下空間光環境研究的演化過程。

國內研究起步階段（2004—2009年）：集中在基本的地下空間優化，以提高實用性和環保性，還關注了人工照明在地下空間中的應用，如基本的照明設計和光源選擇。發展階段（2010—2016年）：深入進行光環境分析，包括數字模擬和供電系統等方面的研究。另外，還關注了更高級的照明設計和節能技術，如地下車庫和地鐵站等地下空間中的照明應用。穩固前進階段（2017—2023年）：關注人們在地下空間中的心理健康和地下空間對個體心理健康的影響，但研究深度有待進一步提升。國外研究起步階段（2011—2016年）：用信息熵（information entropy）方法等高級技術研究人們在地下空間中的光感知。關注LED技術應用，包括熒光燈、照明和模擬光照等。發展階段（2016—2021年）：進行調光技術研究，涵蓋調光技術的可測評估、熱環境和人體整體舒適性等多個方面的研究。此外，還關注地下空間對個體心理健康的影響，深入研究心理困擾和健康等問題。穩固前進階段（2019—2023年）：研究地下空間優化方面，涵蓋地下空間優化研究，以及環境感知、心理健康和節能技術等相關研究。

4.1 研究熱點

結合關鍵詞共現、關鍵詞聚類、時間圖譜和突現分析，目前國內期刊在地下空間光環境領域的研究主要集中在優化不同類型的地下空間，包括交通樞紐、醫療建筑和環保等多個方面，比如，《地下室內商業建筑空間光環境分析——以重慶三峽廣場地下商場為例》（陳科吉，翁季）[12]和《基于ECOTECT的大型地下空間光環境仿真分析》（王禮飛）[13]等，以提高其實用性和環保性為重點。此外，照明設計和節能技術在地下車庫和地鐵站等地下空間中的應用也是國內期刊的研究焦點。國外期刊關注地下空間的光感知、LED技術、調光技術以及地下空間對個體心理健康的影響，強調人的主觀體驗和情感狀態。其中，LED技術在照明領域的應用受到廣泛關注，包括熒光燈、照明和模擬光照等，LED燈不僅美觀，而且具有藝術氣息，能夠滿足人們的視覺需求[14]。調光技術的研究涵蓋了可測評估、熱環境和人體整體舒適性等多個方面[15-19]。以上表明了國外期刊注重人們在地下空間中的光感知和光環境的影響。

由國內外期刊的研究熱點可知，國內期刊主要關注地下空間的優化和人工照明，著重于提高地下空間的實用性和舒適性，致力于提供更好的地下空間體驗感。國外期刊注重光感知、LED技術、調光技術以及地下空間對個體心理健康的影響，表明國外研究者相對更加關注人的主觀體驗和心理健康。這反映了不同地區和文化下地下空間光環境研究側重點的差異。

4.2 研究趨勢

根據關鍵詞時區圖譜和突變圖譜分析可以得出，在未來一段時間內，國內研究將側重于地下空間光環境的優化策略，隨著可持續性和環保意識的增強，研究者更加關注智能照明系統的應用，如自適應照明和光感應控制，通過應用計算機技術、電磁調壓技術、電子感應技術和網絡通信技術等[20]，來提高地下空間的照明效率和用戶體驗。此類研究方向有望推動國內地下空間光環境研究走向更智能、更環保的發展方向。

國外的研究前沿主要聚焦在感知與心理健康、LED技術創新、節能與環境影響以及可持續城市規劃等領域。國外研究者將繼續深入研究地下空間光環境對個體感知和心理健康的影響，以提高地下空間的舒適性和可居住性。此外，他們還會致力于LED技術的創新，包括更高效的LED照明系統、光源質量和顏色控制，以提供更優質的照明解決方案。節能和環境方面的研究也將持續，特別是調光技術和可持續城市規劃，以應對城市土地稀缺和環境可持續性的挑戰。

5 結論

通過使用CiteSpace可視化分析工具，結合CNKI和WOS數據庫的樣本數據，對地下空間光環境的研究熱點和前沿進行了深入分析。國內期刊主要關注地下空間光環境的優化和照明技術，文獻數量總體來說呈增長趨勢，地下空間光環境領域的研究日益活躍。國外期刊注重人的主觀感受、LED技術、調光技術和心理健康等研究領域，文獻數量相對較少。國內將加強在智能照明技術和可持續性設計方面的研究投入，以提升地下空間質量，而國外將繼續深入感知、LED技術、節能和心理健康等領域研究，強調改善居住品質和可持續城市發展。未來研究將受到可持續性和環保意識的推動，有望帶來更多創新和進步。

國內外研究團隊在地下空間光環境研究方面，應加強合作，形成跨學科的研究團隊，并深入研究課題，推動國內外地下空間光環境研究在不同方向上取得更多進展。