劉 琦 高程翔 謝云濤 劉兆宇

隨著城市土地價(jià)值的不斷提升和城市化進(jìn)程的不斷加快，國內(nèi)城市建設(shè)多以高層高密度的方式不斷擴(kuò)張，使得建筑之間的日照矛盾越來越突出。目前的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)如GB 50180—2018《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)各類生活居住建筑和場(chǎng)地的日照標(biāo)準(zhǔn)做出了規(guī)定[1]，并且通過計(jì)算機(jī)模擬等操作性較強(qiáng)的技術(shù)手段得到落實(shí)。由于我國地域廣闊，不同城市所處地理位置和氣候特征不同，國家住建部又進(jìn)一步頒布了《建筑日照計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB /T50947—2014）來進(jìn)行規(guī)范?！督ㄖ照沼?jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)日照基準(zhǔn)年、日照標(biāo)準(zhǔn)日、日照時(shí)數(shù)做了詳細(xì)的規(guī)定，且在實(shí)際操作中爭議很少，但日照基準(zhǔn)點(diǎn)即時(shí)間計(jì)算起點(diǎn)規(guī)定較為籠統(tǒng)。建筑日照計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)不同，計(jì)算結(jié)果的差異非常大。因此需要對(duì)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)相關(guān)問題進(jìn)行深入探討，明晰影響因素，解決日照設(shè)計(jì)中影響結(jié)果的這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 基準(zhǔn)點(diǎn)位置選擇

目前，關(guān)于建筑日照基準(zhǔn)點(diǎn)位置的選擇，國家標(biāo)準(zhǔn)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50180—2018）中指出為日照時(shí)間的計(jì)算起點(diǎn)為底層窗臺(tái)面，是指距室內(nèi)地坪0.9m高的外墻位置。根據(jù)《建筑日照計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，分別對(duì)落地窗、凸窗以及轉(zhuǎn)角窗的計(jì)算起點(diǎn)提出了具體要求[2]（圖1～2）。

圖1 落地窗和凸窗的計(jì)算起點(diǎn)

圖2 直角轉(zhuǎn)角窗和弧形轉(zhuǎn)角窗的計(jì)算起點(diǎn)

窗臺(tái)的高度根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，可能不一樣，但考慮到不加設(shè)防護(hù)設(shè)施，多數(shù)居住建筑臨空外窗的窗臺(tái)距樓地面凈高不低于0.9m，公共建筑臨空外窗的窗臺(tái)距樓地面凈高不低于0.8m。窗臺(tái)面的高度不同，日照時(shí)間差別較大。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一要求為距室內(nèi)地坪0.9m高的外墻位置，可使計(jì)算高度相同，避免因低窗臺(tái)、落地窗等情況引起的結(jié)果差異。

然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，窗戶的形式更為多樣，標(biāo)準(zhǔn)所描述的計(jì)算起點(diǎn)并不完全適應(yīng)所有的日照計(jì)算情況。下面以圖3中A#為目標(biāo)建筑進(jìn)行模擬，模擬時(shí)取最大窗寬1.8m最優(yōu)，并分別探討凸窗、轉(zhuǎn)角窗以及陽臺(tái)日照基準(zhǔn)點(diǎn)的位置選擇。

圖3 模擬布局總圖

1.1 凸窗基準(zhǔn)點(diǎn)的位置選擇

針對(duì)凸窗日照基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇，《建筑日照計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定如圖4所示，但實(shí)際實(shí)施中有諸多問題。凸窗我們可以分成兩側(cè)有垂直擋板、兩側(cè)無垂直擋板及單側(cè)有垂直擋板三種類型（圖5）。

圖4 常規(guī)凸窗的日照基準(zhǔn)點(diǎn)的位置

圖5 凸窗日照基準(zhǔn)點(diǎn)AB

如圖6所示，利用日照?qǐng)A錐面對(duì)建筑一層窗臺(tái)左右端點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量范圍僅考慮自我遮擋，忽略南側(cè)建筑的遮擋，然后取左右端測(cè)量結(jié)果的交集即達(dá)到滿窗日照的區(qū)域進(jìn)行觀察。通過觀察日照?qǐng)A錐面的結(jié)果可以看出，側(cè)墻遮擋對(duì)凸窗的日照影響十分明顯。

圖6 凸窗不同遮擋情況的日照?qǐng)A錐面

下面，將基準(zhǔn)點(diǎn)放在標(biāo)準(zhǔn)要求AB點(diǎn)及外窗A′B′處，如圖7所示，在相同的日照條件下，進(jìn)行模擬計(jì)算，得出日照分析結(jié)果并取首層的日照時(shí)數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

圖7 凸窗優(yōu)化后日照基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′

表1 凸窗日照基準(zhǔn)點(diǎn)模擬分析日照時(shí)數(shù)對(duì)比表

通過對(duì)比分析可以看出，由于基準(zhǔn)點(diǎn)位置不同，計(jì)算得出的結(jié)果也不同，單側(cè)墻遮擋影響了一半的日照時(shí)間，雙側(cè)墻幾乎完全遮擋。因此，應(yīng)當(dāng)將有側(cè)墻遮擋的凸窗基準(zhǔn)點(diǎn)置于外窗處，這樣計(jì)算結(jié)果符合客觀情況。

1.2 轉(zhuǎn)角窗基準(zhǔn)點(diǎn)的位置選擇

轉(zhuǎn)角窗主要分為直角轉(zhuǎn)角窗與弧形轉(zhuǎn)角窗，其設(shè)計(jì)的初衷是為了提高房間的采光及視野效果，其本身在日照計(jì)算時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)位置的問題也引來了一定爭議。

如圖8，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，轉(zhuǎn)角窗的日照基準(zhǔn)點(diǎn)是以窗洞口所在的虛擬的窗臺(tái)面位置為計(jì)算起點(diǎn)。這樣的計(jì)算基準(zhǔn)面已經(jīng)處于建筑內(nèi)部，而且隨著轉(zhuǎn)角窗增大，基準(zhǔn)點(diǎn)的位置逐漸靠近室內(nèi)，這樣得出的結(jié)果既不合理也不符合事實(shí)（圖9）。

圖8 轉(zhuǎn)角窗日照計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)AB

圖9 轉(zhuǎn)角窗日照計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′

同時(shí)，利用日照?qǐng)A錐面也可以清楚地看出，當(dāng)轉(zhuǎn)角窗采用基準(zhǔn)點(diǎn)AB進(jìn)行日照計(jì)算時(shí)（圖10），靠近建筑內(nèi)部的基準(zhǔn)點(diǎn)在進(jìn)行日照分析時(shí)會(huì)受到自身的遮擋影響，當(dāng)采用基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′時(shí)就會(huì)消除這樣的問題（圖11）。

圖10 轉(zhuǎn)角窗基準(zhǔn)點(diǎn)AB的日照?qǐng)A錐面

圖11 轉(zhuǎn)角窗基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′的日照?qǐng)A錐面

為進(jìn)一步探究轉(zhuǎn)角窗基準(zhǔn)點(diǎn)位置選擇的問題，根據(jù)已建模型進(jìn)行模擬分析，分析時(shí)分別設(shè)計(jì)4個(gè)分組，轉(zhuǎn)角窗L長度依次為1.0m、1.5m、1.8m以及2.0m。再分別以兩種不同的基準(zhǔn)點(diǎn)位置進(jìn)行分析，并以窗臺(tái)角點(diǎn)的取值方式計(jì)算日照時(shí)數(shù)，最后對(duì)比模擬結(jié)果表2可以看出取基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′位置的日照情況更加合理。

表2 轉(zhuǎn)角窗日照基準(zhǔn)點(diǎn)模擬分析日照時(shí)數(shù)對(duì)比表

由于轉(zhuǎn)角窗可以看作南向窗戶與東、西向窗戶組合而成，因此在模擬分析時(shí)可以優(yōu)先考慮南向窗戶的日照情況，選擇基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′位置也更為合理。

1.3 陽臺(tái)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置選擇

日常生活中常見的陽臺(tái)主要為：凸陽臺(tái)、凹陽臺(tái)以及半凸半凹陽臺(tái)，針對(duì)陽臺(tái)日照基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇，標(biāo)準(zhǔn)比較模糊，僅提出“凹陽臺(tái)或半凹半凸陽臺(tái)，由于兩側(cè)（ 或一側(cè)） 墻體的遮擋（圖12～13），如果以窗臺(tái)作為計(jì)算點(diǎn)，則窗臺(tái)上的日照時(shí)間很難滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，這將對(duì)住宅設(shè)計(jì)帶來很大的限制”[3]，由圖14可以看到。

圖12 陽臺(tái)頂板剖面分析圖

圖13 陽臺(tái)日照計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)AB

與此同時(shí)，在進(jìn)行日照計(jì)算建模過程中，陽臺(tái)頂板可能也會(huì)帶來遮擋影響，筆者利用日照?qǐng)A錐面對(duì)不同進(jìn)深的陽臺(tái)頂板進(jìn)行分析。通過陽臺(tái)剖面圖可以看出，太陽與窗臺(tái)之間形成夾角θ，而該夾角θ影響著陽臺(tái)頂板進(jìn)深D的尺寸大小，當(dāng)θ為45°時(shí)，D最大值為2.0m。由于實(shí)際設(shè)計(jì)過程中陽臺(tái)進(jìn)深達(dá)到2.0m及以上的情況很少，且夾角θ通常情況下小于45°，例如北京地區(qū)為29°49′，濟(jì)南地區(qū)為33°05′[3]，因此陽臺(tái)頂板建模與否對(duì)陽臺(tái)的日照并無實(shí)際影響。

除陽臺(tái)頂板外，陽臺(tái)側(cè)板也會(huì)帶來遮擋影響，以基準(zhǔn)點(diǎn)AB對(duì)凹陽臺(tái)、半凹半凸陽臺(tái)進(jìn)行計(jì)算既不符合客觀事實(shí)，日照也會(huì)受到自遮擋的影響（圖14）。為探究基準(zhǔn)點(diǎn)位置選擇，筆者根據(jù)已建模型依次對(duì)凸陽臺(tái)、凹陽臺(tái)以及半凹半凸陽臺(tái)進(jìn)行模擬分析，且窗戶的滿窗日照時(shí)間均按照窗戶底部兩側(cè)同時(shí)照到為準(zhǔn)。

圖14 陽臺(tái)基準(zhǔn)點(diǎn)AB日照?qǐng)A錐面分析圖

與此同時(shí)，通過對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)AB與基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′的模擬得出表3，對(duì)比模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：選擇基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′的日照情況要優(yōu)于基準(zhǔn)點(diǎn)AB的日照情況。因此，當(dāng)陽臺(tái)為凸陽臺(tái)時(shí)，其自身沒有側(cè)板的遮擋影響，因此仍可按基準(zhǔn)點(diǎn)AB進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)陽臺(tái)為凹陽臺(tái)或半凹半凸陽臺(tái)時(shí)，可將基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定為與外墻同一水平線的位置，見圖15基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′。

圖15 凹陽臺(tái)與半凹半凸陽臺(tái)日照計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)A′B′

表3 陽臺(tái)日照基準(zhǔn)點(diǎn)模擬分析日照時(shí)數(shù)對(duì)比表

2 基準(zhǔn)點(diǎn)取值方法

2.1 常見基準(zhǔn)點(diǎn)取值方式

目前在日照分析過程中，常見基準(zhǔn)點(diǎn)的取值方式主要為：窗臺(tái)中點(diǎn)、窗臺(tái)角點(diǎn)以及窗臺(tái)多點(diǎn)。其中，當(dāng)太陽光線直射到窗臺(tái)中點(diǎn)時(shí)即為滿窗日照，這樣的取值方式為窗臺(tái)中點(diǎn)取值；當(dāng)太陽光同時(shí)照到窗臺(tái)兩個(gè)底角點(diǎn)為有效照射，即窗臺(tái)左右端同時(shí)照到為滿窗日照，這樣的方式為窗臺(tái)角點(diǎn)取值[4]；當(dāng)太陽光同時(shí)照到窗臺(tái)上多個(gè)點(diǎn)才為有效照射，那么這樣的方式就是窗臺(tái)多點(diǎn)取值（圖16）。

圖16 三種不同基準(zhǔn)點(diǎn)取值方法

三種方式在一定程度上各有利弊，且取值條件的嚴(yán)格程度也各不相同。下面利用上文相同的模型數(shù)據(jù)，通過模擬計(jì)算，分析不同取值方法的特點(diǎn)。

2.2 不同基準(zhǔn)點(diǎn)取值方式對(duì)其日照的影響

基準(zhǔn)點(diǎn)的取值方式在一定程度上來說就是窗戶日照分析過程中如何界定滿窗日照，取窗臺(tái)角點(diǎn)與窗臺(tái)中點(diǎn)的方法是簡化為窗戶下沿水平線上左右兩個(gè)端點(diǎn)和中心點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)去進(jìn)行計(jì)算的[5]。因此，為了解不同取值方式帶來的分析結(jié)果，采用相同的模型數(shù)據(jù)，利用模擬實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果如表4所示。

表4 不同日照分析取值方式模擬結(jié)果對(duì)比表

根據(jù)模擬數(shù)據(jù)可以看出：①當(dāng)選擇窗臺(tái)中點(diǎn)作為滿窗日照時(shí)間時(shí)取值相對(duì)寬松，日照時(shí)間最長，但計(jì)算結(jié)果并不嚴(yán)謹(jǐn)。②以窗臺(tái)角點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)的取值方式是利用窗臺(tái)左端日照時(shí)間和窗臺(tái)右端日照時(shí)間的交集，使其滿窗日照時(shí)間減少。③當(dāng)選擇窗臺(tái)多點(diǎn)的取值方式在一定程度上最為嚴(yán)格，但可以達(dá)到多點(diǎn)取值的時(shí)刻并不多，往往會(huì)與窗臺(tái)角點(diǎn)的取值方式相同，即窗臺(tái)左右端同時(shí)照到的時(shí)刻也是窗臺(tái)多點(diǎn)同時(shí)照到的時(shí)刻，從而使得兩種取值方式得出的日照時(shí)間相同。但在特殊情況下窗臺(tái)多點(diǎn)的取值方式更加合理，例如當(dāng)陽光僅照到窗臺(tái)角點(diǎn)而未照到窗臺(tái)的其他區(qū)域也可以算作滿窗日照，在實(shí)際生活當(dāng)中這種方式并不能達(dá)到滿窗的要求，而窗臺(tái)多點(diǎn)取值就避免了這一現(xiàn)象的發(fā)生。

因此，我們?cè)谶M(jìn)行日照分析時(shí)，應(yīng)預(yù)先了解項(xiàng)目當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門對(duì)取值方式的規(guī)定，選取科學(xué)、合理的方式進(jìn)行日照分析計(jì)算，從而提高土地利用率，避免出現(xiàn)因取值方式問題造成的日照糾紛。

結(jié)語

在建筑日照計(jì)算過程中，以不同基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算結(jié)果完全不同，從而使得基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇至關(guān)重要。因此，在選擇日照計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)具體問題具體分析，將理論與實(shí)際相結(jié)合，針對(duì)不同的窗戶或陽臺(tái)采取不同的方式，筆者也利用模擬分析提出了優(yōu)化建議，從而使得日照分析工作更加科學(xué)合理。同時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)的取值方法也同樣重要，甚至相同的窗戶因取值方式不同，日照計(jì)算的結(jié)果也會(huì)不同，這就需要我們進(jìn)行日照設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的取值方式，保證日照結(jié)果的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。

資料來源：

圖1～2：《建筑日照計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50947-2014）；

文中其余圖表均為作者自繪。