文／張嵩楠 南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院 碩士研究生

陳 宇 南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院 教 授（通訊作者）

引言

江南的私家園林建筑技藝精湛，輕巧玲瓏，開敞通透，易受外界光照的影響。不同的高寬尺度造就不同的建筑空間，對陽光的接收程度也不同。目前建筑高寬比的研究對象多為外部空間[1,2]，古典園林建筑的研究方向多為體量、造型等方面[3,4]，文章選擇探究古典園林建筑高寬比和內(nèi)部空間日照時長的關系，并提出日照時長的調(diào)整措施，為該地區(qū)的園林建筑高寬尺度設計提供參考。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

南京位于江蘇省西南部，屬亞熱帶季風氣候，四季分明，夏季炎熱，冬季寒冷[5]。瞻園是南京現(xiàn)存歷史最悠久、保存最為完好的明代古典園林建筑群，素有“金陵第一園”之美譽[6]。經(jīng)過了三期的整修與擴建，瞻園形成了原址、東部、北部和太平天國歷史博物館嵌合的布局形式（圖1）[7]。

古典園林建筑按功能性質(zhì)可分為觀賞型、實用型和輔助型三類[4]。其中，觀賞型建筑主要指亭、軒、榭、舫等開敞型小型園林建筑，建筑內(nèi)部空間與外部園林空間聯(lián)系密切。文章選擇研究對象為瞻園小型觀賞型古典園林建筑（以下簡稱園林建筑），即觀魚亭、歲寒亭、扇亭、半亭、延輝亭、翼然亭、水邊亭、庭院亭、薇亭、臨風軒、春波亭、抱石軒、姊生亭、畫舫共14 個園林建筑（圖1）。

圖1 瞻園14 個園林建筑點位圖（圖片來源：作者自繪）

1.2 研究方法

建立只有頂平面和底平面的正四棱柱簡化模型，導入Ecotect 軟件，接著導入南京地區(qū)的標準氣象數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)來自清華大學的《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)庫》）以累積的方式計算日照時間，最終得到簡化模型的平均日照時長和累計日照時間圖[8]。

2 高寬比特征及分析

2.1 高寬比定義

文章以建筑屋檐最低處下沿至建筑地坪的高度為檐高（H），以建筑平面較寬面的長度為面闊（L），以檐高與面闊的比值為該建筑的高寬比（H/L）。若建筑平面非矩形，以平行于觀景面的建筑平面最長直線距離記為該建筑的面闊。

2.2 研究對象的高寬比特征

經(jīng)調(diào)研可知，瞻園14 個園林建筑的平均檐高為2.6m，數(shù)值大多集中在2.3 ～2.9m 之間，其中扇亭、半亭、薇亭和臨風軒的檐高最低，約為2.3m，畫舫檐高最高，約為3.9m；平均面闊為4.3m，數(shù)值大多集中在2.6 ～5.0m 之間，其中姊生亭面闊最窄，約為2.6m，抱石軒面闊最寬，約為8m；平均高寬比數(shù)值約為0.7，數(shù)值較為分散，其中抱石軒高寬比數(shù)值最小，約為0.3，畫舫的高寬比數(shù)值最大，約為1.0（表1）。

表1 瞻園14 個園林建筑的高寬比特征表（表格來源：作者自繪）

3 軟件模擬結果及分析

3.1 模擬結果

選取處于0.3 ～1.0 之間的、以0.1 為單位遞增的8 個不同的高寬比數(shù)值序列來構建模型。參考《城市居住區(qū)規(guī)劃設計標準GB 50180-2018》中對位于Ⅳ氣候區(qū)的南京地區(qū)住宅建筑的日照標準，并結合前人研究和氣象科學知識[9-11]，文章以大寒日（1 月21 日）和夏至日（6 月21 日）分別為夏冬兩季的日照標準日，以8:00 至16:00 為有效日照時間帶，模擬得到8 個模型的冬夏兩季的平均日照時長（表2）和累計日照時間圖（圖2、圖3）。

表2 軟件模擬模型日照時長表（表格來源：作者自繪）

3.2 結果分析

隨著高寬比數(shù)值的不斷增大，大寒日平均日照時長也逐步增長，即兩者呈正相關關系，從模型1（高寬比數(shù)值為0.3）的5.65h 增加到模型5（高寬比數(shù)值為0.7）的8h，并保持8h 滿日照到模型8（高寬比數(shù)值為1.0）。夏至日平均日照時長也隨高寬比數(shù)值的增大而增長，即兩者呈正相關關系，從模型1（高寬比數(shù)值為0.3）的平均日照時長為2.33h 增加到模型8（高寬比數(shù)值為1.0）的4.77h。

累計日照時間圖中，大寒日模型底平面南側(cè)區(qū)域的日照時長始終為8h 滿日照，并且隨著模型高寬比數(shù)值的不斷增大，由南到北，滿日照區(qū)域逐步擴大，直至鋪滿底平面（圖2）。夏至日模型底平面南側(cè)區(qū)域平均日照時間最長，約6 ～8h；東西兩側(cè)平均日照時長約為3 ～4h；北側(cè)和中間區(qū)域的日照時長較短，約0 ～4h。隨著模型高寬比數(shù)值的不斷增大，東、西兩側(cè)日照區(qū)域不斷向內(nèi)延伸，直至模型底平面中部和北部到達4h 日照時長（圖3）。

圖2 大寒日各模型累計日照時間圖（圖片來源：作者自繪）

圖3 夏至日各模型累計日照時間圖（圖片來源：作者自繪）

根據(jù)模擬結果，可以得出以下結論：當園林建筑高寬比不變時，冬季日照時長大于夏季日照時長；在一定范圍內(nèi)，園林建筑的日照時長與建筑高寬比數(shù)值呈正相關關系；園林建筑南側(cè)受到較長時間的陽光照射，其次是西側(cè)和東側(cè)，北側(cè)陽光照射時間較短。

3.3 等級劃分

參考相關領域?qū)W者的建議和建筑使用者的主觀感知，以軟件模擬的平均日照時長的數(shù)值為劃分標準，將高寬比不同的模型劃分為三個等級：“短日照”“半日照”和“滿日照”等級（表3）：

表3 “短日照”“半日照”“滿日照”等級劃分表（表格來源：作者自繪）

（1）“短日照”等級是指在8:00 至16:00 之間的8h 內(nèi)，軟件模擬大寒日平均日照時長小于7h，且夏至日平均日照時長小于3h，即冬夏兩季平均日照時長小于5h 的模型。在此等級中有模型1和2，即園林建筑高寬比數(shù)值處于0.3～0.4之間。根據(jù)累計日照時間圖，可以看出此等級中大寒日時，模型底平面南側(cè)區(qū)域日照時間充足，達到8h，北側(cè)區(qū)域日照較少僅有2 ～4h；夏至日整體日照時長較少，模型中間區(qū)域沒有陽光直射，符合游人夏季納涼的需求。

（2）“半日照”等級是指大寒日平均日照時長在7～8h之間，且夏至日平均日照時長在3～4h之間，即冬夏兩季平均日照時長在5 ～6h 之間的模型。在此等級中有模型3、4 和5，即園林建筑高寬比數(shù)值處于0.5 ～0.7 之間。根據(jù)累計日照時間圖，可以看出此等級中大寒日時模型底平面大部分區(qū)域日照時間充足達到8h，僅北側(cè)較小區(qū)域日照時長為4 ～6h；夏至日中部偏北區(qū)域日照時長為1 ～2h，南部和西部有4 ～6h 的日照。

（3）“滿日照”等級是指大寒日平均日照時長為8h，且夏至日平均日照時長大于等于4h，即冬夏兩季平均日照時長大于或等于6h 的模型。在此等級中有模型6、7 和8，即建筑高寬比數(shù)值處于0.8 ～1.0 之間。根據(jù)累計日照時間圖，可以看出此等級中大寒日時模型底平面全部區(qū)域的日照時間達到8h；夏至日整體日照時長較多，其中中部偏北區(qū)域日照較少但也有3 ～4h 日照，東、西側(cè)區(qū)域太陽斜射有4 ～5h 的日照時長，南側(cè)區(qū)域日照時長達到6 ～8h。

總體來講，對于軟件設定的模擬南京地區(qū)場地而言，“半日照”等級（高寬比數(shù)值處于0.5～0.7之間）的模型空間更能滿足游人在園林建筑空間中對陽光的需求和使用；而“短日照”等級（高寬比數(shù)值處于0.3 ～0.4 之間）的模型空間冬季日照時長較短；“滿日照”等級（高寬比數(shù)值處于0.8～1.0之間）的夏季日照時間過長。

4 實證分析

4.1 劃分調(diào)研對象等級

根據(jù)模型的等級劃分標準，將瞻園內(nèi)14 個園林建筑進行分類（表3）：

（1）處于“短日照”等級的園林建筑數(shù)量最少，共2 個，為臨風軒和抱石軒。臨風軒東西面連廊有墻體，南側(cè)有屏風相隔，北側(cè)觀景，整體空間較為蔭蔽，夏日陰涼，但冬季寒冷（圖4a）。抱石軒是一座東、西、南三面通透的敞軒，位于假山上，抬高的地勢能俯瞰園中碧水奇石、亭臺廊榭，也便于接受更多的陽光（圖4b）。軒前垂柳夏季枝葉茂密遮擋陽光，冬季落葉不遮擋陽光。

圖4 瞻園14 個園林建筑平面及周邊環(huán)境平面圖（圖片來源：作者自繪）

（2）處于“半日照”等級的有5 個，為觀魚亭、扇亭、薇亭、翼然亭和延輝亭。觀魚亭觀景面朝西，南側(cè)連廊，東側(cè)連軒，南、北、西三面通透（圖4c）。夏季太陽入射角度較高，與亭相連的廊和軒擋住東、南兩側(cè)炙熱的陽光，亭內(nèi)涼爽舒適；冬季太陽入射角度較低時，陽光從西、南兩側(cè)的屋檐下方射入亭內(nèi)，為游人提供溫暖。扇亭觀景面朝東，是一座獨立的扇面亭，雖然位于西假山山頂，但南、北、西三側(cè)密林環(huán)繞，亭子常年處于高大常綠喬木的樹蔭下，四季涼爽，東側(cè)弧形觀景面外視線較為開闊，以便接受上午的陽光（圖4d）。薇亭南北朝向，南側(cè)栽植高大常綠喬木遮擋陽光，東西兩側(cè)的陽光被院墻和廊檐遮擋，但作為組景和通行為主要功能的門亭，日照問題無須苛責（圖4e）。同樣是觀景面朝南的翼然亭和延輝亭則受到陽光的較強照射。翼然亭地勢的抬高和南側(cè)開敞的草坪空間，都使亭子接收了更多的陽光照射，好在其周圍布置了喬灌木和置石，在一定程度上起到遮陽的效果（圖7f）。延輝亭東北側(cè)緊挨院墻，但其整體上較為通透，在陽光入射方向上沒有植物和假山置石遮擋（圖4g）。

（3）處于“滿日照”等級的園林建筑數(shù)量最多，共7個，為歲寒亭、半亭、水邊亭、庭院亭、春波亭、姊生亭和畫舫。歲寒亭觀景面朝東，而半亭觀景面朝西，兩亭皆處于高大常綠喬木樹冠組成的“屋頂”下，但其觀景面都留有通透的視野接受斜射的陽光（圖4h、i）。水邊亭和庭院亭的觀景面朝東，畫舫主要朝北，東、西兩側(cè)為輔，三亭主要是依靠相鄰的建筑和墻體遮擋南側(cè)的直射的陽光，但選擇接受東、西某側(cè)的陽光（圖4g、k、l）。畫舫內(nèi)樣式復雜的掛落和枋不僅裝飾了舫內(nèi)景致，也遮擋了檐下部分陽光，相當于降低了檐高。而對于主觀景面朝南的春波亭和姊生亭，四面通透的單體式造型可從各個角度接收陽光的照射，雖然在東、西、北三側(cè)皆有植物或假山等園林要素遮擋，但夏日南側(cè)直射的陽光依舊給亭子的使用帶來了不便（圖4m、n）。

4.2 調(diào)整園林建筑日照時長的措施

由于建筑材料的限制和建筑美學的要求，園林建筑的高寬比會出現(xiàn)較大或較小的極值，這時就可以通過改變建筑形態(tài)和周邊環(huán)境因素等方法，在一定范圍內(nèi)調(diào)整內(nèi)部空間的日照時長。

增加園林建筑日照時長的措施如下：（1）對于建筑形態(tài)而言，可設天窗，屋頂山墻面開窗，檐角起翹，減少枋、掛落、雀替等構件的使用，選擇較細的柱子，少設墻體，增設門窗，觀景面優(yōu)先設置為南方，其次是西方和東方；（2）對于周邊環(huán)境而言，可抬高地勢，選擇單體式布局，遠離其他建筑，遠離假山置石，減少植物栽植，優(yōu)先選用落葉喬木和灌木、地被等低矮植物。

減少園林建筑日照時長的措施如下：（1）對于建筑形態(tài)而言，可增設墻體，少開門窗，增加枋、掛落、雀替等構件的使用，觀景面優(yōu)先選擇北方，其次是東方和西方；（2）對于周邊環(huán)境而言，可選擇降低建筑所處地勢，與其他建筑相接，靠近假山置石，多栽植植物等，優(yōu)先選用高大常綠喬木。

結語

文章調(diào)研分析了瞻園園林建筑的高寬比、形態(tài)、功能和周邊環(huán)境的特征，運用軟件模擬技術研究瞻園園林建筑的日照情況。文章為瞻園園林建筑研究提供了數(shù)據(jù)和資料支持，為研究古典園林建筑提供新的研究方向和理論依據(jù)，也為該地區(qū)的園林建筑高寬尺度設計提供參考。