工商管理学院建筑自然采光分析

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一、建筑光环境与自然光源

1.建筑光环境

建筑光环境是指由光、颜色与室内外环境共同建立的与空间形状共同作用而产生的生理环境与心理环境。建筑光环境与多门学科，例如心理学、建筑学、美学、经济学、环境科学等息息相关，可见建筑光环境与人的行为有密切的联系，因此，建筑设计仅仅把对光的要求停留在“照亮”是远远不够的。通常，建筑光环境的来源粗略地可分为自然光源与人工光源。本文重点分析湖大工管院对自然光的运用并进行评价。

2.自然光源的组成、意义与应用原则

（1）自然光源及其在建筑设计中的意义

自然光源，常常指由太阳发出的光，首先，其最重要的特点在于其光谱具有连续性，这一特是人们心里舒适度获得满足的关键性因素之一，容易营造出舒适和谐的空间氛围；其次，光线的昼夜节律、增减变化也能成为空间的有趣点缀，成为点睛之笔；最后，合理运用自然光源不仅能使空间满足使用要求，为建筑设计增添亮点，同时也起到节约能源的功用。即便人工光源有如受建筑空间设计影响较小、控制方便、不与遮阳相互矛盾等诸多优势，但自然采光在建筑设计中的重要地位难以取代，并越来越受到设计界的重视，许多知名的建筑设计作品中常常由于对自然光源的巧用而达到精妙的效果，使得感性与理性能交融平衡，如安藤忠雄的光之教堂、勒•柯布西耶的朗香教堂、万神庙等。

（2）自然光的组成

自然光的组成大致分为太阳直射光、天空漫射光与大地反射光。太阳直射光，即光源为太阳的平行光，影响光线方向的主要因素是季节与时间等。太阳直射光在表现建筑外部立面与建筑体量上有着重要的作用，同时也是营造室内环境的重要因素，然而太阳直射光的光照强度通常较强，稳定性也不足，产生眩光的可能性较大，所以在设计中对太阳直射光的利用需要谨慎。天空漫射光，即太阳直射光经过天空中的微粒的散射等光学作用后形成的不具有矢量方向的光。一般地，天空漫射光比太阳直射光更为柔和，是建筑设计中自然采光的主要来源。在长沙地区的地表反射光相较太阳直射光与天空漫射光太弱，因此考虑较少，在此不予讨论。

（3）自然光的应用原则

建筑设计中采用自然光的第一条原则即是因地制宜，考虑所设计建筑所处的光气候区域，长沙处光气候IV区，采光时既要考虑冬季的采光，也要考虑到采光对夏天炎热天气下建筑热工性能的影响。基地周围对光环境有较大影响的因素（如山体、树林、大体量建筑等）等，据图1，湖大工管院处于湖大主干道上，道旁树林较密，不远处有植被葱郁，300m左右高的岳麓山，这些因素对于建筑低层的采光形成了不利因素；同时基地偏北的中央有一株树冠巨大的古樟树，业主和设计师达成共识要保留此处古樟树，这也使得建筑的平面布置颇费周折。其次要考虑的是建筑的功能与形式，建筑的功能、形式与人的活动性能相契合，不同的行为所对应的光环境自然不同，文教建筑对此的要求也较高，在设计中应按工作学习、集会休闲、运动交通对光照的要求进行设计。同时，建筑师在设计时也要在采光的同时有足够的预见性，平衡好与遮阳的关系，不能为了采光效果一味增大开窗面积，开窗面积的增大一方面可能满足了冬季的采光，但另一方面也导致夏季室内空调负担的增加。

二、湖大工管院自然采光的应用

1.湖大工管院概况

湖大工管院位于湖南大学核心教学区，北临复临舍，东临前进楼，西边是湖南大学主干道，南北向的麓山南路，四周绿植葱茏，环境优美，且场地偏北的中央有一株古樟树，枝繁叶茂，甚是壮观，从多种角度上考虑予以保留。

2.湖大工管院自然采光的应用

（1）中庭设计与高侧窗采光

湖大工管院在设计时，由于古樟树的影响，建筑采用了横向S型的平面布置，空间更多地呈现出线性的状态，这对采光通风形成了较为有利的条件，却略显平淡，所以在设计时，依靠一个中庭衔接各级的单层空间，既加强了空间之间的联系，也使空间内更丰富。湖大工管院的中庭剖面形式上属于垂直型中庭，其在交通流线上的组织为回廊的形式，即中庭四周皆布置廊道，那么，从四周采得自然光的可能性已经不大，顶面采光成为为中庭采光的首选（如图2所示）。湖大工管院采用的引光策略为在顶部开高侧窗引光，并在3楼位置设置空中廊道，廊道底部设人工光源作为辅助采光。中庭的设计不仅营造了舒适的空间氛围，同时，能够平衡不同季节对于建筑能耗的影响，对建筑热环境的形成也有重要作用。在冬季，长沙天气多以湿冷为主，中庭不仅可以将光线引入室内，同时能加强中庭空间的温室效应，形成较好的建筑热环境，图3简绘了高侧窗与中庭的设置对建筑热环境的影响，它在一定程度上能够降低建筑的能耗。夏季长沙酷热难耐，为了防止建筑室内温度过高，而使得制冷能耗过高，建筑中庭的采光应尽量避免阳光直射，平衡好采光与遮阳的关系，并利用烟囱效应在建筑内部形成自然通风，增强室内空气流动，在形成良好光环境同时也形成良好的建筑热环境。湖大工管院在设置高侧窗采光时，兼顾了长沙夏日炎热的天气特点，利用弧面的墙体引导光线漫射，充分照亮中庭空间，使得室内光线分布更加稳定。在晴朗的天气里，还能在墙面上形成光斑（如图4），增加了建筑环境中的趣味。阴天中，架设于3楼的廊道下设置的人工光源便能起到补充光照的作用。另一个有趣的细节是，光线引入的方向其实与中庭的方向暗中契合。笔者注意到，中庭中设置了一个讲台，讲台背后设置了小景观水池，讲台的朝向与水池的设置暗示了中庭的方向，开窗引光的方向与中庭的方向一致，形成呼应。

（2）大面积玻璃幕墙的应用

湖大工管院的玻璃幕墙设置于围绕古樟树的三个方向的立面上。设计者将大楼的西立面打开，并将底层架空，这一设计不仅使链接线性空间的走道光线充足，而且能将古樟树的景观引入室内，而室内相对应多为灰空间（如图5所示），这样的应用使得灰空间中充满趣味而不至于单调。工管院玻璃幕墙大面积的应用，因围绕古樟树而立，在平衡遮阳与采光上达到较好的平衡，不仅在光学的物理环境上起到重要作用，使得室内的照度等物理指标达到要求，而且也体现了建筑的虚实节奏，在外立面上暗示了建筑的在空间与功能上的对比，使得建筑的节奏鲜明确定，并让室内外空间视觉上相互渗透，在一定程度上增强了外立面的亲和感。

（3）复合界面

由于工管院西侧的麓山南路是校园主干道，也是城市的主要干线，每日的交通量并不小，而业主在委任时，要求大楼使用舒适，并能与高等学府精英专业的身份相契合。所以由图6所示的外立面可见，西侧立面则是大面积实墙，基本不设开窗，此设计将其他喧嚣烦恼阻隔，以相对封闭的态度对业主的设计要求做出了应答；并在此基础上，通过对建筑形体与环境界面的复合化处理，在喧嚣与封闭间形成了新的场所感。例如西立面并不是一面长形的实墙，而是向内凹陷，产生三个小竹庭，并设置矮墙、花坛与水池，将实墙给人的封闭感进行削弱；北立面采用双重界面，在建筑与道路之间形成一个过渡层次，逐步由外界的喧嚣过渡到内界的宁静。

（4）垂直交通中自然采光的点缀

从平面图可看出，湖大工管院在6处设置了垂直交通，各个垂直交通都设置了有趣的开窗，如图7所示的电梯轿厢内的玻璃开窗。例如建筑西北角楼道的开窗位置的选择并没有选择在靠近主干道的一面，而是在工管院与复临舍中间的道路上，笔者认为此处开窗与景观的联系更大，此处可以远眺岳麓山的葱茏美景，亦可将绿叶红枫的近景尽收眼底，可谓颇具匠心。电梯内的开窗更是令人感到耳目一新，在与电梯开门平行的一面上，轿厢上开了一个洞口，将金属置换成了玻璃。这一设计可谓精妙，首先这一设计将室外的美景引入轿厢，使其成为一个活动的观景台，轿厢在活动的同时，人眼在视觉上能够欣赏不同高度的美景；将轿厢的该面设置成玻璃大大减少了乘电梯者在轿厢这一狭小空间中的紧迫感，充满人性关怀；同时在外立面上，电梯轿厢实的突兀感对玻璃幕墙整体通透的冲击也得到缓和。可见，在垂直交通上，湖大工管院的开窗的确也颇具匠心，有很好的收效。

（5）对湖大建筑院采光问题的启示

湖大建筑学院的自然采光并不是很理想，一个重要因素是由于建筑学院室内外均采用深色水刷石作为饰面，使得空间整体色调较为暗沉，而工管院内墙粉刷成白色，对光线的反射能力较强；而且，湖大建筑院的平面基本形态为矩形，而工管院采用横向S形，并以带有采光高侧窗中庭进行连接，采光效果确实优于湖大建筑院。由湖大工管院获得启示，由此笔者对建筑院的采光问题提出几点愚见。首先，减少边庭外竹庭内的植物密度，贯通建筑学院一、二层的边庭是建筑学院公共空间内采光较好的区域，而边庭外的绿化却遮挡了较多的阳光，从图8可以看到，这对距边庭较远的走道等位置产生了一定不良的因素。其次，建筑学院的走道采光一直不够好，由于走道两边都设置了厕所、办公室、教室等，而这些空间的光线并不能很好渗透进入走道，所以可以在走道中设置表面较为粗糙的凸镜面或其他可将光线引入的装置等，将走廊镜头玻璃幕墙引入的光进一步导向交通空间内。最后，由于建筑学院整体色调的关系，适当补充人工光源应当提上日程。

三、浅析自然采光的发展

1.天然光气候研究的深化

从图中可以看到光气候的大致分布情况，然而某一特定的光气候区域中的不同地区由于各自的小光气候的因素影响，仍然有较大的不同。笔者认为，利用数据对小区域的光气候进行分析，将光气候的研究进行不断深化，获得各个地区精细的光气候数据不是没有可能的，并且随着学科的相互借鉴利用的程度加深，数字建模能力不断取得进步，将来对建筑基地进行精确的光气候建模并无可能。

2.新型的采光方法在建筑实践中不断出现

近年来国内外对建筑自然采光进行研究的工作者对天然采光提出了很多方法与设想，其中较为有可能实现的有使用特殊反射介质、棱镜或透镜、光纤或其他材料将光线引入建筑的方法，抑或是利用能量转换，采用“曲线救国”达到采光的效果，例如光伏照明等。笔者认为，更为绿色与精确的照明体系将在不断的建筑实践中进入人们的生活之中。

3.采光的观念与方法将呈现多样化的发展趋势

一般地，采光的任务主要由窗承担，当下的建筑设计中，建筑师不仅利用常见的侧窗与天窗进行采光之外，更多的采光样式也出现在建筑之中，例如天穹式采光窗、带反射挡板的采光窗、薄膜采光窗、阳光凹井采光窗等；并且在以往建筑设计中，开窗均以阴天的天空条件作为考虑，对阳光的利用考虑甚少，笔者在调研中发现，利用晴天采光及计算方式进行设计，约可减少15%的开窗面积，具有重要的节能与经济意义，以上的发现正在改变一些建筑的设计，更多关于建筑采光的发现与理论更也可能在将来的发展中对建筑的采光设计模式产生深远的影响。

四、结语

本文分析了湖南大学工商管理学院院楼内对自然采光运用的策略，对该建筑的光环境进行分析与评价。湖南大学工商管理学院在引用自然光上采用了多种策略，如采用高侧窗、设置中庭、采用玻璃幕墙等不同方式，对空间的划分，景观的引入，氛围的营造都取得了较好的收效；并对建筑光学的几个方面进行了展望。希望建筑自然采光的发展能对将来的建筑设计贡献更多的力量，在将来能看到在自然采光上有更优异表现的建筑。

作者:张思源 单位:湖南大学建筑学院

参考文献:

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