淺談建筑光環(huán)境的設(shè)計(jì)與分析

李建華 ，孫玉涵

（貴州航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

1 建筑光環(huán)境的基本概念與現(xiàn)實(shí)意義

光環(huán)境的基本概念指的是由光與顏色在室內(nèi)建立的同房間形狀有關(guān)的生理和心理環(huán)境。在人類進(jìn)行各種生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)的場所中，良好的光環(huán)境可以振奮人的精神，提高工作學(xué)習(xí)效率和產(chǎn)品的優(yōu)良率，避免視覺疲勞保證視力健康，并保障人身安全。同時(shí)，能夠降低能源的使用（人工照明或使用空調(diào)產(chǎn)生的能耗）等就是建筑光環(huán)境控制的現(xiàn)實(shí)意義。

建筑室內(nèi)外空間在自然光或人工照明的光線照射下是個(gè)一個(gè)五彩繽紛、奇妙動人的世界。源于光的照射,建筑形體才能展現(xiàn)出活潑生動的外觀輪廓、光影交替和虛實(shí)變化。也正是有了建筑光影交替和虛實(shí)變化，才能營造建筑空間氛圍，強(qiáng)化建筑空間的內(nèi)涵，凸顯跌宕起伏、虛實(shí)變換的強(qiáng)烈視覺沖擊。同時(shí)合理的利用自然光源，可以在降低費(fèi)用節(jié)約能耗的基礎(chǔ)上獲得良好的視覺效果。

2 建筑光環(huán)境的設(shè)計(jì)

人類對世界萬物的認(rèn)識與感知中有80%的信息是通過視覺得到的，人類在從事各項(xiàng)活動中都與光環(huán)境的存在不可分割。光環(huán)境是建筑環(huán)境中的一個(gè)重要組成部分，不僅對于建筑形體的表現(xiàn)和室內(nèi)外環(huán)境氣氛的形成具有舉足輕重的作用。計(jì)人員要盡量利用自然光，重視建筑采光設(shè)計(jì)，并通過一定的評價(jià)指標(biāo)，選取合適的設(shè)計(jì)技巧與方法，利用模擬技術(shù)分析光環(huán)境的影響因素之間的關(guān)系，并對光環(huán)境進(jìn)行主觀評價(jià)。

建筑光環(huán)境設(shè)計(jì), 主要從天然光源和人工照明兩方面進(jìn)行考慮，既自然采光設(shè)計(jì)和人工照明采光設(shè)計(jì)。

自然采光設(shè)計(jì)就是將太陽光引入室內(nèi)，利用光線的直射、反射和透射性質(zhì)來滿足人們正常工作及生活的需求，主要包括自然采光標(biāo)準(zhǔn)、采光口設(shè)計(jì)、現(xiàn)代窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。自然采光設(shè)計(jì)以室外全陰天（全云天）條件作為基本設(shè)計(jì)依據(jù)。在設(shè)計(jì)過程中要依據(jù)我國不同的光氣候分區(qū)，確定適合的采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、采光口（外窗）的形式與面積，利用現(xiàn)代窗系統(tǒng)技術(shù)等，在改善建筑空間光環(huán)境的同時(shí)節(jié)約能源。

在自然采光的建筑室內(nèi)空間里，室內(nèi)光環(huán)境是隨著外界天氣（光線）的變化而改變。同時(shí)，在室外天氣為全陰天的時(shí)候，建筑室內(nèi)光環(huán)境也會隨建筑外墻、屋頂上開的采光洞口方式與位置的不同而出現(xiàn)差異。

側(cè)窗采光是在建筑外墻上開設(shè)洞口的一種最常見采光形式，一般是在建筑一側(cè)或兩側(cè)墻體上開窗，不受建筑本身高度層數(shù)的影響。

建筑側(cè)窗的形狀、位置、大小等因素的不同，對建筑室內(nèi)光環(huán)境的影響是存在較大差異的。如某建筑房間中，側(cè)窗面積和尺寸大小相同時(shí)：橫向通側(cè)窗位置的較高的比橫向通側(cè)窗位置較低的采光照度均勻性好。側(cè)窗總面積相同，形狀位置不同時(shí)：橫向通側(cè)窗位置的較高的比三個(gè)縱向側(cè)窗的采光照度均勻性好。由此可見，建筑光環(huán)境的設(shè)計(jì)是一個(gè)各項(xiàng)因素互相制約，又互相促進(jìn)的關(guān)系，我們不能單一的考慮某一方面因素。

目前我國建筑光環(huán)境的設(shè)計(jì)中, 為了獲得較好的建筑節(jié)能效果，建筑設(shè)計(jì)師最常見的就是控制建筑的窗墻比。對于建筑而言，外窗的隔熱效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外墻的，窗墻比越小，建筑外窗面積越小，建筑外墻面積越大，能量傳遞或流失的就越少, 建筑節(jié)能效果就越好。但是，根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》中采光的規(guī)定，不同類型建筑物、不同使用功能的房間有不同的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，比如室內(nèi)自然光臨界照度：居住建筑的起居室50 lx，辦公建筑的設(shè)計(jì)室150 lx，學(xué)校建筑的教室100 lx。所以，我們一定要在滿足建筑不同功能房間照度需求的前提，調(diào)整采光口形式、位置、大小，或采用現(xiàn)代窗系統(tǒng)技術(shù)提高建筑節(jié)能率。

自然采光設(shè)計(jì)以室外全陰天（全云天）條件作為基本設(shè)計(jì)依據(jù)，只是理論狀態(tài)，自然光的強(qiáng)度是不斷變化的，自然光強(qiáng)度越高，光線攜帶的太陽輻射熱就越多，室內(nèi)空間的溫度就不斷上升。所以建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)中也必須考慮控制自然光的進(jìn)入量，特別是對朝向不利的東西向建筑，該朝向的建筑室內(nèi)雖能滿足采光需求， 但建筑室內(nèi)光環(huán)境的照度均勻性與南北向建筑相比就要差很多。

在建筑光環(huán)境設(shè)計(jì)中當(dāng)自然采光設(shè)計(jì)不能滿足建筑室內(nèi)光線照度的均勻、穩(wěn)定,達(dá)不到規(guī)定的采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值影響正常工作或者利用自然光受到時(shí)間和地點(diǎn)的限制時(shí)，就需要進(jìn)行人工照明設(shè)計(jì)，借助人工照明設(shè)施來彌補(bǔ)自然光的不足。

人工照明是使用人工光源取得亮度形式，利用燈具造型設(shè)計(jì)和分布設(shè)計(jì), 營造不同的人工光環(huán)境。人工照明設(shè)計(jì)中不僅要考慮燈具造型及分布，更要以功能需求為先決條件，因此人工照明設(shè)計(jì)可以分為：正常照明、應(yīng)急照明、警衛(wèi)、障礙、裝飾、城市環(huán)境藝術(shù)照明設(shè)計(jì)等。人工照明設(shè)計(jì)除了要解決空間環(huán)境的亮度需求，還要滿足各功能區(qū)的要求與人們的生理、心理要求創(chuàng)造出富有空間情趣氛圍的光環(huán)境。

人工照明設(shè)計(jì)中一定要遵循：依據(jù)照明的質(zhì)量要求，合理選擇光源和燈具，滿足安裝簡單、使用安全、節(jié)約能源，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，并預(yù)留照明條件的基本設(shè)計(jì)原則，同時(shí)還要與自然采光設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。

3 建筑光環(huán)境的模擬技術(shù)分析

隨著社會的不斷進(jìn)步與發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助制圖應(yīng)用技術(shù)取得了迅猛發(fā)展，產(chǎn)生了一些操作簡單、運(yùn)算處理能力強(qiáng)、準(zhǔn)確性好、效果直觀的建筑光環(huán)境模擬分析軟件。利用這些軟件可進(jìn)行照度、亮度和眩光等參數(shù)的計(jì)算，并可生成直觀的具有真實(shí)感的渲染圖形，還可以模擬任何地點(diǎn)、時(shí)間、天氣狀況下的天然采光環(huán)境進(jìn)行仿真模擬，分析對比方案的優(yōu)略等廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)階段國際上應(yīng)用較多的光環(huán)境模擬軟件包括SkyVision 、Radiance、Rayfront、Lightscape、Daylight Visualizer、Ecotect、Daysim 等。國內(nèi)由于公眾對采光權(quán)的重視，專業(yè)的建筑日照分析軟件發(fā)展非常迅速，并得到了廣泛應(yīng)用。 比如在Ecotect軟件中，建筑光環(huán)境模擬主要可以分為自然采光模擬分析和自然采光、人工照明相結(jié)合模擬分析兩種方式。它可對建筑物采光系統(tǒng)的光學(xué)性能進(jìn)行定量分析模擬；也可以對建筑物的采光口的采光性能進(jìn)行分析檢驗(yàn)；還可以對復(fù)雜建筑光環(huán)境進(jìn)行仿真模擬。

4 結(jié)語

建筑光環(huán)境是一個(gè)綜合和系統(tǒng)的工程，工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要充分運(yùn)用光語言并發(fā)揮光元素的表現(xiàn)力，從而獲得優(yōu)美宜人的建筑環(huán)境空間，充分彰顯光環(huán)境的魅力，并能營造出豐富和諧的工作、生活環(huán)境。