楊冀翼

摘 要：隨著光譜能量分布對(duì)人體健康影響的發(fā)現(xiàn)，建筑內(nèi)自然采光變得更為重要。導(dǎo)光管技術(shù)的出現(xiàn)和成熟為天然采光與當(dāng)代建筑更緊密的結(jié)合指引一個(gè)可行的方向。本文以導(dǎo)光管在辦公建筑中的運(yùn)用提出探討，分析其必要性及設(shè)計(jì)策略，強(qiáng)調(diào)藝術(shù)、技術(shù)與功能的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：自然采光；導(dǎo)光管；辦公建筑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.088

0 引言

地面建筑的愈發(fā)擁擠和地下空間的開發(fā)讓人們對(duì)人工光源產(chǎn)生了極大的依賴。近年來，非視覺光生物效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)，光譜能量分布會(huì)影響人體生物節(jié)律[1]。迄今為止，人工光源光譜能量分布仍不能完全模擬自然光源，如熒光燈光譜能量分布較窄，LED中藍(lán)光光譜較多。長(zhǎng)期處于人工光源光環(huán)境下，可能對(duì)使用者健康造成威脅[2]。

導(dǎo)光管作為當(dāng)代新型建筑構(gòu)件，從工藝上、運(yùn)用上已取得長(zhǎng)足的發(fā)展[3]。導(dǎo)光管與包括LED在內(nèi)的混光照明系統(tǒng)不僅降低了建筑室內(nèi)照明能耗，更減少了人工光源光譜對(duì)使用者健康的危害。本文以辦公建筑為例，分析建筑各主要部分使用者采光需求，回顧該類型建筑自然采光案例，提出基于使用者光生物效應(yīng)的導(dǎo)光管在辦公建筑中的設(shè)計(jì)思路。

1 辦公建筑自然采光需求

辦公類建筑是供機(jī)關(guān)、團(tuán)體和企事業(yè)單位辦理行政事務(wù)和從事業(yè)務(wù)活動(dòng)的建筑物的總稱。一般由辦公用房、公共用房、服務(wù)用房組成。辦公用房通常具有較強(qiáng)的使用時(shí)間連續(xù)性；公共用房，如會(huì)議用房使用具有間斷性；服務(wù)用房使用率較低。一般情況下，辦公用房部分對(duì)自然采光需求最大，公共部分次之，服務(wù)用房最小。

隨著城市的愈發(fā)密集，辦公建筑呈現(xiàn)出空間集成性高，單層面積大的特點(diǎn)。出于減少建筑空調(diào)能耗需求，辦公建筑的體形系數(shù)往往較小。特別是在一些單層面積巨大，且核心筒等服務(wù)用房位于外側(cè)的建筑內(nèi)，靠近外墻、擁有足夠自然光資源的空間成為稀缺資源。通過室內(nèi)空間布局調(diào)整無法滿足所有的自然采光需求，大部分工作人員終日處于人工光源為主的光環(huán)境中，不僅降低辦公效率，還影響其健康。同時(shí)，由于當(dāng)代企業(yè)創(chuàng)新性、團(tuán)隊(duì)合作性訴求的加強(qiáng)，辦公建筑還出現(xiàn)了由靜態(tài)逐漸轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)，由人體辦公的便利性逐漸轉(zhuǎn)向公共交流的引導(dǎo)性發(fā)展的態(tài)勢(shì)。辦公場(chǎng)所不再局限于辦公室，而向走廊、咖啡廳乃至門廳、電梯廳拓展，使建筑各部分對(duì)自然采光有了更高的需求。

2 辦公建筑自然采光案例分析

辦公建筑自然光的運(yùn)用，在于藝術(shù)性與功能性的結(jié)合。美國(guó)建筑師賴特在強(qiáng)生公司制蠟大樓設(shè)計(jì)[4]中，根據(jù)基地環(huán)境和建筑功能要求，采用天窗采光。大廳每根柱呈蘑菇狀，頂端展開圓盤間運(yùn)用玻璃細(xì)管連接，使得大廳在白天能大量獲取自然光。該模式在解決自然光運(yùn)用的同時(shí)，也帶來屋頂?shù)臋z修和采光光強(qiáng)控制問題。英國(guó)建筑師福斯特在香港匯豐銀行大廈[5]中，運(yùn)用位于建筑外立面的金屬反光板系統(tǒng)將陽光導(dǎo)入中庭。反光板由鋼骨架懸掛在空中，并會(huì)隨著太陽的軌跡變換角度。該案例將藝術(shù)、科技與自然采光充分結(jié)合，但采光構(gòu)件特殊，造價(jià)高昂，難以大面積推廣。多米尼克·佩羅的梨花女子大學(xué)學(xué)生中心[6]幾乎是一棟覆土建筑，設(shè)計(jì)師在運(yùn)用大面積玻璃幕墻、玻璃隔斷外，還將一個(gè)電梯井與采光井結(jié)合，使用反光金屬飾面，讓自然光經(jīng)過幾次反射進(jìn)入花園下的室內(nèi)。該手法將自然采光與建筑體本身結(jié)合更為緊密，維護(hù)費(fèi)用更低，但仍未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化、構(gòu)件化。

3 導(dǎo)光管的特性及發(fā)展現(xiàn)狀

早在1880年，導(dǎo)光管便已出現(xiàn)[7]，經(jīng)過一百余年的發(fā)展，其工藝技術(shù)已近成熟。作為日光偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的一種，導(dǎo)光管通常通過安裝在屋頂?shù)墓饩€收集器，來改變光線方向并傳播到室內(nèi)空間。該技術(shù)具有工業(yè)化程度高，檢修更換便利，輸送距離較長(zhǎng)，輸送路線適應(yīng)性強(qiáng)，光通量較大、可控，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

系統(tǒng)一般分為采光區(qū)、傳輸區(qū)及輸出區(qū)。其中采光區(qū)可通過采光罩透鏡彎折技術(shù)或鍍膜技術(shù)，高效采集室外自然光，過濾掉對(duì)室內(nèi)環(huán)境不利的光譜。采光罩有效采光面積是一般采光天窗的兩倍以上，受日光照射角度影響較小。傳輸區(qū)采用特殊符合材料，反射性強(qiáng)，通常一次反射率能達(dá)到98%。管道彎折角度變化范圍為0～90°，最大傳輸距離可在20m之內(nèi)。輸出方式分為末端輸出和管壁輸出兩種，根據(jù)內(nèi)部功能的需要，采取低眩光，高舒適度的輸出方式。漫射器外形種類豐富，可制成不同形式，適應(yīng)各種造型的需要。

相對(duì)傳統(tǒng)建筑內(nèi)部自然采光模式而言，導(dǎo)光管具有可批量生產(chǎn)推廣，可更換及重復(fù)利用，成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)。目前，導(dǎo)光管在我國(guó)的運(yùn)用主要為大型場(chǎng)館，地下車庫，工業(yè)建筑等，如北京科技大學(xué)體育館、上海世博會(huì)電網(wǎng)館等，在其他建筑類型中并未廣泛運(yùn)用。隨著人們對(duì)自然采光重要性認(rèn)識(shí)的不斷提高，其在包括辦公建筑在內(nèi)的各類建筑中的使用將得到提升。

4 導(dǎo)光管在辦公建筑中的設(shè)計(jì)策略

在辦公建筑中，導(dǎo)光管的運(yùn)用應(yīng)注意功能性和美學(xué)的結(jié)合，在宏觀、中觀、微觀三個(gè)尺度下進(jìn)行設(shè)計(jì)。

宏觀尺度是指從基地周邊范圍進(jìn)行分析。首先明確基地所處的光氣候分區(qū)。對(duì)日照時(shí)數(shù)充裕的I類II類分區(qū)來說，通常導(dǎo)光管的運(yùn)用必要性不大，對(duì)于日照時(shí)數(shù)較少的V類光氣候分區(qū)，則可能有迫切的需求。其次，須考慮基地周邊障礙物遮擋情況等，從而確定導(dǎo)光管運(yùn)用的可行性。同時(shí)，還須考慮導(dǎo)光管運(yùn)用是否會(huì)對(duì)周邊區(qū)域造成不利影響。

中觀尺度是指光管系統(tǒng)與建筑體量布局協(xié)同考慮。在設(shè)計(jì)初始階段，根據(jù)建筑空間進(jìn)深，內(nèi)部功能分布等確定采光區(qū)朝向、面積。由于在某些辦公建筑中，僅設(shè)置屋頂采光區(qū)無法滿足要求，還需布置立面采光區(qū)，使得設(shè)計(jì)時(shí)還需特別考慮采光構(gòu)件在立面上的位置及造型設(shè)計(jì)。應(yīng)整體思考采光區(qū)在立面上的影響，預(yù)留其所需空間，并使其成為建筑造型元素之一，豐富建筑細(xì)部。

微觀尺度下，須考慮導(dǎo)光管系統(tǒng)在建筑內(nèi)部的傳輸與輸出方式。導(dǎo)光管傳輸通道須與空調(diào)、電氣等通道協(xié)同整合，盡量降低對(duì)室內(nèi)使用空間的占用。減少傳輸距離及轉(zhuǎn)彎，提高傳輸光效。輸出端應(yīng)根據(jù)不同的功能場(chǎng)所及行為方式，采用與人工光源協(xié)調(diào)的可調(diào)模式，增強(qiáng)室內(nèi)辦公空間的光舒適性，多功能性。

5 結(jié)語

導(dǎo)光管是工業(yè)化、信息化背景下產(chǎn)生的綠色生態(tài)的建筑構(gòu)件。其運(yùn)用意義不僅在于能降低建筑照明能耗，更在于導(dǎo)入自然光譜對(duì)人體健康的積極影響。隨著人們對(duì)光譜與健康關(guān)系認(rèn)識(shí)的不斷加深，導(dǎo)光管在辦公建筑中的使用也必將更加廣泛，為建筑師及室內(nèi)設(shè)計(jì)師創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。

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