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工商管理學(xué)院建筑自然采光分析
導(dǎo)語：本文分析了湖南大學(xué)工商管理學(xué)院院樓內(nèi)對(duì)自然采光運(yùn)用的策略，對(duì)該建筑的光環(huán)境進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。
一、建筑光環(huán)境與自然光源
1.建筑光環(huán)境
建筑光環(huán)境是指由光、顏色與室內(nèi)外環(huán)境共同建立的與空間形狀共同作用而產(chǎn)生的生理環(huán)境與心理環(huán)境。建筑光環(huán)境與多門學(xué)科，例如心理學(xué)、建筑學(xué)、美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等息息相關(guān)，可見建筑光環(huán)境與人的行為有密切的聯(lián)系，因此，建筑設(shè)計(jì)僅僅把對(duì)光的要求停留在“照亮”是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。通常，建筑光環(huán)境的來源粗略地可分為自然光源與人工光源。本文重點(diǎn)分析湖大工管院對(duì)自然光的運(yùn)用并進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.自然光源的組成、意義與應(yīng)用原則
(1)自然光源及其在建筑設(shè)計(jì)中的意義
自然光源，常常指由太陽發(fā)出的光，首先，其最重要的特點(diǎn)在于其光譜具有連續(xù)性，這一特是人們心里舒適度獲得滿足的關(guān)鍵性因素之一，容易營造出舒適和諧的空間氛圍;其次，光線的晝夜節(jié)律、增減變化也能成為空間的有趣點(diǎn)綴，成為點(diǎn)睛之筆;最后，合理運(yùn)用自然光源不僅能使空間滿足使用要求，為建筑設(shè)計(jì)增添亮點(diǎn)，同時(shí)也起到節(jié)約能源的功用。
即便人工光源有如受建筑空間設(shè)計(jì)影響較小、控制方便、不與遮陽相互矛盾等諸多優(yōu)勢(shì)，但自然采光在建筑設(shè)計(jì)中的重要地位難以取代，并越來越受到設(shè)計(jì)界的重視，許多知名的建筑設(shè)計(jì)作品中常常由于對(duì)自然光源的巧用而達(dá)到精妙的效果，使得感性與理性能交融平衡，如安藤忠雄的光之教堂、勒•柯布西耶的朗香教堂、萬神廟等。
(2)自然光的組成
自然光的組成大致分為太陽直射光、天空漫射光與大地反射光。太陽直射光，即光源為太陽的平行光，影響光線方向的主要因素是季節(jié)與時(shí)間等。太陽直射光在表現(xiàn)建筑外部立面與建筑體量上有著重要的作用，同時(shí)也是營造室內(nèi)環(huán)境的重要因素，然而太陽直射光的光照強(qiáng)度通常較強(qiáng)，穩(wěn)定性也不足，產(chǎn)生眩光的可能性較大，所以在設(shè)計(jì)中對(duì)太陽直射光的利用需要謹(jǐn)慎。天空漫射光，即太陽直射光經(jīng)過天空中的微粒的散射等光學(xué)作用后形成的不具有矢量方向的光。一般地，天空漫射光比太陽直射光更為柔和，是建筑設(shè)計(jì)中自然采光的主要來源。在長(zhǎng)沙地區(qū)的地表反射光相較太陽直射光與天空漫射光太弱，因此考慮較少，在此不予討論。
(3)自然光的應(yīng)用原則
建筑設(shè)計(jì)中采用自然光的第一條原則即是因地制宜，考慮所設(shè)計(jì)建筑所處的光氣候區(qū)域，長(zhǎng)沙處光氣候IV區(qū)，采光時(shí)既要考慮冬季的采光，也要考慮到采光對(duì)夏天炎熱天氣下建筑熱工性能的影響。
基地周圍對(duì)光環(huán)境有較大影響的因素(如山體、樹林、大體量建筑等)等，據(jù)圖1，湖大工管院處于湖大主干道上，道旁樹林較密，不遠(yuǎn)處有植被蔥郁，300m左右高的岳麓山，這些因素對(duì)于建筑低層的采光形成了不利因素;同時(shí)基地偏北的中央有一株樹冠巨大的古樟樹，業(yè)主和設(shè)計(jì)師達(dá)成共識(shí)要保留此處古樟樹，這也使得建筑的平面布置頗費(fèi)周折。
其次要考慮的是建筑的功能與形式，建筑的功能、形式與人的活動(dòng)性能相契合，不同的行為所對(duì)應(yīng)的光環(huán)境自然不同，文教建筑對(duì)此的要求也較高，在設(shè)計(jì)中應(yīng)按工作學(xué)習(xí)、集會(huì)休閑、運(yùn)動(dòng)交通對(duì)光照的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，建筑師在設(shè)計(jì)時(shí)也要在采光的同時(shí)有足夠的預(yù)見性，平衡好與遮陽的關(guān)系，不能為了采光效果一味增大開窗面積，開窗面積的增大一方面可能滿足了冬季的采光，但另一方面也導(dǎo)致夏季室內(nèi)空調(diào)負(fù)擔(dān)的增加。
二、湖大工管院自然采光的應(yīng)用
1.湖大工管院概況
湖大工管院位于湖南大學(xué)核心教學(xué)區(qū)，北臨復(fù)臨舍，東臨前進(jìn)樓，西邊是湖南大學(xué)主干道，南北向的麓山南路，四周綠植蔥蘢，環(huán)境優(yōu)美，且場(chǎng)地偏北的中央有一株古樟樹，枝繁葉茂，甚是壯觀，從多種角度上考慮予以保留。
2.湖大工管院自然采光的應(yīng)用
(1)中庭設(shè)計(jì)與高側(cè)窗采光
湖大工管院在設(shè)計(jì)時(shí)，由于古樟樹的影響，建筑采用了橫向S型的平面布置，空間更多地呈現(xiàn)出線性的狀態(tài)，這對(duì)采光通風(fēng)形成了較為有利的條件，卻略顯平淡，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，依靠一個(gè)中庭銜接各級(jí)的單層空間，既加強(qiáng)了空間之間的聯(lián)系，也使空間內(nèi)更豐富。湖大工管院的中庭剖面形式上屬于垂直型中庭，其在交通流線上的組織為回廊的形式，即中庭四周皆布置廊道，那么，從四周采得自然光的可能性已經(jīng)不大，頂面采光成為為中庭采光的首選(如圖2所示)。
湖大工管院采用的引光策略為在頂部開高側(cè)窗引光，并在3樓位置設(shè)置空中廊道，廊道底部設(shè)人工光源作為輔助采光。中庭的設(shè)計(jì)不僅營造了舒適的空間氛圍，同時(shí)，能夠平衡不同季節(jié)對(duì)于建筑能耗的影響，對(duì)建筑熱環(huán)境的形成也有重要作用。
在冬季，長(zhǎng)沙天氣多以濕冷為主，中庭不僅可以將光線引入室內(nèi)，同時(shí)能加強(qiáng)中庭空間的溫室效應(yīng)，形成較好的建筑熱環(huán)境，圖3簡(jiǎn)繪了高側(cè)窗與中庭的設(shè)置對(duì)建筑熱環(huán)境的影響，它在一定程度上能夠降低建筑的能耗。夏季長(zhǎng)沙酷熱難耐，為了防止建筑室內(nèi)溫度過高，而使得制冷能耗過高，建筑中庭的采光應(yīng)盡量避免陽光直射，平衡好采光與遮陽的關(guān)系，并利用煙囪效應(yīng)在建筑內(nèi)部形成自然通風(fēng)，增強(qiáng)室內(nèi)空氣流動(dòng)，在形成良好光環(huán)境同時(shí)也形成良好的建筑熱環(huán)境。湖大工管院在設(shè)置高側(cè)窗采光時(shí)，兼顧了長(zhǎng)沙夏日炎熱的天氣特點(diǎn)，利用弧面的墻體引導(dǎo)光線漫射，充分照亮中庭空間，使得室內(nèi)光線分布更加穩(wěn)定。
在晴朗的天氣里，還能在墻面上形成光斑(如圖4)，增加了建筑環(huán)境中的趣味。陰天中，架設(shè)于3樓的廊道下設(shè)置的人工光源便能起到補(bǔ)充光照的作用。另一個(gè)有趣的細(xì)節(jié)是，光線引入的方向其實(shí)與中庭的方向暗中契合。筆者注意到，中庭中設(shè)置了一個(gè)講臺(tái)，講臺(tái)背后設(shè)置了小景觀水池，講臺(tái)的朝向與水池的設(shè)置暗示了中庭的方向，開窗引光的方向與中庭的方向一致，形成呼應(yīng)。
(2)大面積玻璃幕墻的應(yīng)用
湖大工管院的玻璃幕墻設(shè)置于圍繞古樟樹的三個(gè)方向的立面上。設(shè)計(jì)者將大樓的西立面打開，并將底層架空，這一設(shè)計(jì)不僅使鏈接線性空間的走道光線充足，而且能將古樟樹的景觀引入室內(nèi)，而室內(nèi)相對(duì)應(yīng)多為灰空間(如圖5所示)，這樣的應(yīng)用使得灰空間中充滿趣味而不至于單調(diào)。工管院玻璃幕墻大面積的應(yīng)用，因圍繞古樟樹而立，在平衡遮陽與采光上達(dá)到較好的平衡，不僅在光學(xué)的物理環(huán)境上起到重要作用，使得室內(nèi)的照度等物理指標(biāo)達(dá)到要求，而且也體現(xiàn)了建筑的虛實(shí)節(jié)奏，在外立面上暗示了建筑的在空間與功能上的對(duì)比，使得建筑的節(jié)奏鮮明確定，并讓室內(nèi)外空間視覺上相互滲透，在一定程度上增強(qiáng)了外立面的親和感。
(3)復(fù)合界面
由于工管院西側(cè)的麓山南路是校園主干道，也是城市的主要干線，每日的交通量并不小，而業(yè)主在委任時(shí)，要求大樓使用舒適，并能與高等學(xué)府精英專業(yè)的身份相契合。
所以由圖6所示的外立面可見，西側(cè)立面則是大面積實(shí)墻，基本不設(shè)開窗，此設(shè)計(jì)將其他喧囂煩惱阻隔，以相對(duì)封閉的態(tài)度對(duì)業(yè)主的設(shè)計(jì)要求做出了應(yīng)答;并在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)建筑形體與環(huán)境界面的復(fù)合化處理，在喧囂與封閉間形成了新的場(chǎng)所感。例如西立面并不是一面長(zhǎng)形的實(shí)墻，而是向內(nèi)凹陷，產(chǎn)生三個(gè)小竹庭，并設(shè)置矮墻、花壇與水池，將實(shí)墻給人的封閉感進(jìn)行削弱;北立面采用雙重界面，在建筑與道路之間形成一個(gè)過渡層次，逐步由外界的喧囂過渡到內(nèi)界的寧靜。
(4)垂直交通中自然采光的點(diǎn)綴
從平面圖可看出，湖大工管院在6處設(shè)置了垂直交通，各個(gè)垂直交通都設(shè)置了有趣的開窗，如圖7所示的電梯轎廂內(nèi)的玻璃開窗。例如建筑西北角樓道的開窗位置的選擇并沒有選擇在靠近主干道的一面，而是在工管院與復(fù)臨舍中間的道路上，筆者認(rèn)為此處開窗與景觀的聯(lián)系更大，此處可以遠(yuǎn)眺岳麓山的蔥蘢美景，亦可將綠葉紅楓的近景盡收眼底，可謂頗具匠心。電梯內(nèi)的開窗更是令人感到耳目一新，在與電梯開門平行的一面上，轎廂上開了一個(gè)洞口，將金屬置換成了玻璃。
這一設(shè)計(jì)可謂精妙，首先這一設(shè)計(jì)將室外的美景引入轎廂，使其成為一個(gè)活動(dòng)的觀景臺(tái)，轎廂在活動(dòng)的同時(shí)，人眼在視覺上能夠欣賞不同高度的美景;將轎廂的該面設(shè)置成玻璃大大減少了乘電梯者在轎廂這一狹小空間中的緊迫感，充滿人性關(guān)懷;同時(shí)在外立面上，電梯轎廂實(shí)的突兀感對(duì)玻璃幕墻整體通透的沖擊也得到緩和。可見，在垂直交通上，湖大工管院的開窗的確也頗具匠心，有很好的收效。
(5)對(duì)湖大建筑院采光問題的啟示
湖大建筑學(xué)院的自然采光并不是很理想，一個(gè)重要因素是由于建筑學(xué)院室內(nèi)外均采用深色水刷石作為飾面，使得空間整體色調(diào)較為暗沉，而工管院內(nèi)墻粉刷成白色，對(duì)光線的反射能力較強(qiáng);而且，湖大建筑院的平面基本形態(tài)為矩形，而工管院采用橫向S形，并以帶有采光高側(cè)窗中庭進(jìn)行連接，采光效果確實(shí)優(yōu)于湖大建筑院。
由湖大工管院獲得啟示，由此筆者對(duì)建筑院的采光問題提出幾點(diǎn)愚見。首先，減少邊庭外竹庭內(nèi)的植物密度，貫通建筑學(xué)院一、二層的邊庭是建筑學(xué)院公共空間內(nèi)采光較好的區(qū)域，而邊庭外的綠化卻遮擋了較多的陽光，從圖8可以看到，這對(duì)距邊庭較遠(yuǎn)的走道等位置產(chǎn)生了一定不良的因素。
其次，建筑學(xué)院的走道采光一直不夠好，由于走道兩邊都設(shè)置了廁所、辦公室、教室等，而這些空間的光線并不能很好滲透進(jìn)入走道，所以可以在走道中設(shè)置表面較為粗糙的凸鏡面或其他可將光線引入的裝置等，將走廊鏡頭玻璃幕墻引入的光進(jìn)一步導(dǎo)向交通空間內(nèi)。最后，由于建筑學(xué)院整體色調(diào)的關(guān)系，適當(dāng)補(bǔ)充人工光源應(yīng)當(dāng)提上日程。
三、淺析自然采光的發(fā)展
1.天然光氣候研究的深化
從圖中可以看到光氣候的大致分布情況，然而某一特定的光氣候區(qū)域中的不同地區(qū)由于各自的小光氣候的因素影響，仍然有較大的不同。筆者認(rèn)為，利用數(shù)據(jù)對(duì)小區(qū)域的光氣候進(jìn)行分析，將光氣候的研究進(jìn)行不斷深化，獲得各個(gè)地區(qū)精細(xì)的光氣候數(shù)據(jù)不是沒有可能的，并且隨著學(xué)科的相互借鑒利用的程度加深，數(shù)字建模能力不斷取得進(jìn)步，將來對(duì)建筑基地進(jìn)行精確的光氣候建模并無可能。
2.新型的采光方法在建筑實(shí)踐中不斷出現(xiàn)
近年來國內(nèi)外對(duì)建筑自然采光進(jìn)行研究的工作者對(duì)天然采光提出了很多方法與設(shè)想，其中較為有可能實(shí)現(xiàn)的有使用特殊反射介質(zhì)、棱鏡或透鏡、光纖或其他材料將光線引入建筑的方法，抑或是利用能量轉(zhuǎn)換，采用“曲線救國”達(dá)到采光的效果，例如光伏照明等。筆者認(rèn)為，更為綠色與精確的照明體系將在不斷的建筑實(shí)踐中進(jìn)入人們的生活之中。
3.采光的觀念與方法將呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)
一般地，采光的任務(wù)主要由窗承擔(dān)，當(dāng)下的建筑設(shè)計(jì)中，建筑師不僅利用常見的側(cè)窗與天窗進(jìn)行采光之外，更多的采光樣式也出現(xiàn)在建筑之中，例如天穹式采光窗、帶反射擋板的采光窗、薄膜采光窗、陽光凹井采光窗等;并且在以往建筑設(shè)計(jì)中，開窗均以陰天的天空條件作為考慮，對(duì)陽光的利用考慮甚少，筆者在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，利用晴天采光及計(jì)算方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，約可減少15%的開窗面積，具有重要的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)意義，以上的發(fā)現(xiàn)正在改變一些建筑的設(shè)計(jì)，更多關(guān)于建筑采光的發(fā)現(xiàn)與理論更也可能在將來的發(fā)展中對(duì)建筑的采光設(shè)計(jì)模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
四、結(jié)語
本文分析了湖南大學(xué)工商管理學(xué)院院樓內(nèi)對(duì)自然采光運(yùn)用的策略，對(duì)該建筑的光環(huán)境進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。湖南大學(xué)工商管理學(xué)院在引用自然光上采用了多種策略，如采用高側(cè)窗、設(shè)置中庭、采用玻璃幕墻等不同方式，對(duì)空間的劃分，景觀的引入，氛圍的營造都取得了較好的收效;并對(duì)建筑光學(xué)的幾個(gè)方面進(jìn)行了展望。希望建筑自然采光的發(fā)展能對(duì)將來的建筑設(shè)計(jì)貢獻(xiàn)更多的力量，在將來能看到在自然采光上有更優(yōu)異表現(xiàn)的建筑。
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