石 棟，顧海燕

(鹽城工學(xué)院 土木學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

建筑的物理環(huán)境變化包括地理?xiàng)l件、氣候、時(shí)間等因素以及建筑所處環(huán)境中的地質(zhì)條件、水文條件、材料特性等隨時(shí)間和空間的變化[1]。相關(guān)變化會(huì)對(duì)建筑內(nèi)部人體的視聽觀感、居住舒適度、儀器儀表的工作性能表現(xiàn)產(chǎn)生直觀影響[2-4]。建筑物理分析是對(duì)建筑中的日照、溫度、環(huán)境流場(chǎng)、聲學(xué)和碳排放等單一或者多個(gè)物理量對(duì)建筑的影響進(jìn)行的探究和分析工作[5-8]。傳統(tǒng)的研究過程中，多采用物理實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行，但是由于物理實(shí)驗(yàn)需要耗費(fèi)的成本較高，在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到一定程度后，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑環(huán)境進(jìn)行物理計(jì)算分析成為一種省時(shí)省力的有效手段[7，8]。

在高等學(xué)校教育過程中《建筑設(shè)計(jì)》是建筑專業(yè)的核心課程。在建筑設(shè)計(jì)過程中，聲、光、熱等物理環(huán)境對(duì)建筑的影響是設(shè)計(jì)的第一考慮要素，設(shè)計(jì)中需要對(duì)建筑的物理環(huán)境的變化進(jìn)行合理的分析計(jì)算，找出其變化規(guī)律，并進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，使建筑和環(huán)境達(dá)到完美的統(tǒng)一[9-13]。物理分析技術(shù)為設(shè)計(jì)中的物理變化提供必要的支持。在教學(xué)過程中，讓學(xué)生掌握相關(guān)分析方法，可以加深學(xué)生對(duì)物理環(huán)境的理解，通過對(duì)建筑物理環(huán)境分析可以加深學(xué)生對(duì)建筑設(shè)計(jì)的理解，讓學(xué)生更全面地考慮建筑設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，培養(yǎng)卓越工程師品質(zhì)[14，15]。

1 建筑中物理分析的主要內(nèi)容

建筑設(shè)計(jì)過程中所考慮的光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、聲環(huán)境、水環(huán)境、溫度和熱輻射等都屬于建筑物理的范疇，其變化過程中包含了一系列物理量的變化，在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)過程中將上述物理因素變化對(duì)建筑及人居環(huán)境影響的研究過程稱為建筑物理分析。通常，建筑物理分析的內(nèi)容包含：

(1)熱分析，即對(duì)不同氣候條件下室內(nèi)外熱環(huán)境、建筑材料的熱工性能和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫效率，日照、通風(fēng)條件下的溫度變換開展研究；

(2)光分析，即對(duì)日照及采光，光照舒適度、室內(nèi)外照明措施展開的研究；

(3)聲環(huán)境分析，包括室內(nèi)外聲音的傳播模式和人體舒適度要求，建筑及材料吸聲和反射，噪音和振動(dòng)控制，室內(nèi)混響及音質(zhì)的分析。

2 物理分析在建筑設(shè)計(jì)的必要性

2.1 建筑物理分析是建筑設(shè)計(jì)必要前提

通過物理分析，設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)建筑的使用要求，配合既有建筑場(chǎng)地條件進(jìn)行合理的建筑造型、建筑設(shè)備和建筑環(huán)境因素的設(shè)計(jì)，做到有的放矢。在建筑功能要求滿足的情況下合理利用物理技術(shù)措施滿足建筑環(huán)境要求。

2.2 建筑物理分析是建筑符合人體舒適的可靠技術(shù)保障

已有研究在對(duì)頤和園典型彩畫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后,提取彩畫色坐標(biāo)及亮度參數(shù)后得出亮度隨時(shí)間的衰變曲線，顯示光照是造成彩畫色彩衰變的主要因素，并影響參觀者的心情[16]。說明建筑物理環(huán)境可以影響建筑物體的使用性能并影響人體感官。優(yōu)秀的建筑方案可以滿足體驗(yàn)者在聽覺、視覺、觸覺和平衡感覺等感官上的舒適性的需求，并使建筑物達(dá)到和人體舒適性要求相匹配的最佳狀態(tài)。因此，建筑物理分析可以讓建筑及室內(nèi)環(huán)境和人體舒適性要求更加匹配，設(shè)計(jì)者必須要對(duì)擬設(shè)計(jì)建筑進(jìn)行建筑物理分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)建筑進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。

3 結(jié)合建筑物理分析的《建筑設(shè)計(jì)》課程教學(xué)措施

《建筑設(shè)計(jì)》建筑學(xué)專業(yè)的核心課程，包含多種功能不同的建筑的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)實(shí)踐，注重空間布局、功能分區(qū)、流線分析等內(nèi)容。在設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合建筑舒適性的要求對(duì)建筑物理進(jìn)行專項(xiàng)分析，可以更好地優(yōu)化建筑功能，提升人在設(shè)計(jì)空間中身體和精神上的舒適性，課程的教學(xué)成果更能契合對(duì)學(xué)生專業(yè)能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。

為了更好地做到設(shè)計(jì)和建筑物理分析的完美契合，培養(yǎng)學(xué)生良好的工程品質(zhì)，教師在備課過程中應(yīng)做好相關(guān)準(zhǔn)備：(1)給定的教學(xué)任務(wù)書中有明確的擬設(shè)計(jì)建筑物的場(chǎng)地信息，使學(xué)生通過相關(guān)信息查找當(dāng)?shù)氐牡刂?、水文和環(huán)境信息，為方案設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備；(2)教學(xué)設(shè)計(jì)任務(wù)書中應(yīng)明確建筑的功能和相關(guān)建筑節(jié)能要求，通過相關(guān)要求可以使學(xué)生在技術(shù)方案準(zhǔn)備階段做好準(zhǔn)備，做到技術(shù)方案設(shè)計(jì)有的放矢。

在授課過程中，教師還應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)過程中實(shí)時(shí)將環(huán)境舒適的概念貫穿于教學(xué)始終。從溫度、濕度、光照等因素出發(fā)提出相應(yīng)要求，使學(xué)生將這些物理因素融入設(shè)計(jì)中，從建筑方案、建筑構(gòu)造、建筑技術(shù)層面進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。從建筑能耗角度出發(fā)，利用合理的節(jié)能措施，保障建筑內(nèi)部的物理環(huán)境和建筑功能適應(yīng)。利用多環(huán)節(jié)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)中融合環(huán)境物理需求的理念。

4 結(jié)合建筑物理分析的建筑設(shè)計(jì)課程思政建設(shè)

《建筑設(shè)計(jì)》是建筑學(xué)及相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)技能課，通過相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生卓越工程師的品質(zhì)和職業(yè)素養(yǎng)。建筑物理分析是建筑設(shè)計(jì)中必須考慮的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是決定建筑品質(zhì)的關(guān)鍵因素。設(shè)計(jì)的過程中還能夠培養(yǎng)學(xué)生耐心細(xì)致的工作作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)的全局把控能力，這些也都是培養(yǎng)學(xué)生卓越工程師品質(zhì)的重要建設(shè)目標(biāo)[17]。

縱觀中建史，我國古代凝聚勞動(dòng)人民智慧結(jié)晶的諸多工程中，都包含著建筑物理的元素，例如：云南曹溪寺的匠人利用光沿直線傳播的原理巧妙設(shè)計(jì)窗戶的位置，使得秋分時(shí)節(jié)月光由圓窗射入并照在佛像的腹部,月光像一面圓形的鏡子，嵌在大佛的胸前形成“曹溪映月寶鏡懸”的奇妙景觀[18]。在沒有系統(tǒng)的天文、物理、光學(xué)等知識(shí)的古代，能夠創(chuàng)造出這樣的奇觀，足以看出我國古代匠人高超的本領(lǐng)和別出心裁的建筑設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也反映了我國古代建筑所特有的精巧設(shè)計(jì)。要做到如上設(shè)計(jì)，必須要對(duì)建筑的物理環(huán)境充分了解，并在此基礎(chǔ)上對(duì)物理環(huán)境中的關(guān)系進(jìn)行分析，方可進(jìn)行設(shè)計(jì)，可得到意想不到的效果。

5 教學(xué)案例——建筑中的聲學(xué)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代劇院利用多種現(xiàn)代化的音響設(shè)備和墻壁造型為觀眾帶來良好的視聽享受，我國古代就已經(jīng)有“響徹云霄”“遏云”“金聲玉振”“魚龍出聽”等措施實(shí)現(xiàn)民眾的視聽需求[19，20]。為了提升課堂效果，在教學(xué)中進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：(1)精心備課，充分準(zhǔn)備教學(xué)內(nèi)容；(2)運(yùn)用課程思政的方法對(duì)課程進(jìn)行優(yōu)化，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和工程師的責(zé)任感；(3)講解透徹，從聲學(xué)原理和運(yùn)用技巧層面講解聲學(xué)和人體舒適之間的聯(lián)系。具體流程見圖1。

圖1 教學(xué)案例設(shè)計(jì)

經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)，融入聲光電等先進(jìn)技術(shù)，建筑可以發(fā)揮出獨(dú)特的魅力。例如北京天壇的回聲壁，通過合理的幾何線性布置建筑表面的材質(zhì)處理，達(dá)到了特有的音響效果。這種音響效果一旦應(yīng)用到某些特殊的建筑場(chǎng)景將會(huì)帶來特殊的效果?；谏鲜霰尘斑M(jìn)行如下教學(xué)案例設(shè)計(jì)。

6 結(jié) 語

《建筑設(shè)計(jì)》課程教學(xué)是一門綜合全專業(yè)教學(xué)的課程，是建筑課程體系教學(xué)成果綜合運(yùn)用的體現(xiàn)，也是后期學(xué)生從事本專業(yè)工作的必要準(zhǔn)備。通過建筑物理分析，建筑師可以更好地了解建筑的多種物理性能參數(shù)的變化，為使用者提供更加舒適的體驗(yàn)。

本文立足課程教學(xué)角度，提倡在《建筑設(shè)計(jì)》課程中設(shè)置建筑物理分析的教學(xué)內(nèi)容，并分析了建筑物理對(duì)建筑的有利影響，并對(duì)建筑設(shè)計(jì)中涵蓋物理分析的課程思政元素進(jìn)行解釋。在課程思政思想指引下，對(duì)劇場(chǎng)聲環(huán)境分析教學(xué)進(jìn)行了專門教學(xué)設(shè)計(jì)，也驗(yàn)證了相關(guān)課程教學(xué)的可行性，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面培養(yǎng)。