地下商業(yè)建筑的自然采光

亓琳　劉宇光　晁軍

摘要 自然采光不但可以激發(fā)地下商業(yè)建筑的活力，提高商業(yè)環(huán)境品質(zhì)，同時也是地下建筑可持續(xù)設(shè)計的一個重要方面。通過典型案例對比研究，結(jié)合現(xiàn)場實測對比結(jié)果，提出了地下商業(yè)建筑自然采光的設(shè)計策略和技術(shù)措施，同時以量化分析為先導，總結(jié)地下商業(yè)建筑自然采光的主要特點與優(yōu)勢，提出優(yōu)化設(shè)計方法，推動地下商業(yè)建筑的綠色發(fā)展。

關(guān)鍵詞 自然采光 地下商業(yè)建筑 可持續(xù)設(shè)計 模擬

1 地下空間與自然采光

自然采光是地下商業(yè)空間中最常用的采光方式，地下空間位于地面以下，甚至是地下多層空間，使用人工采光很難滿足人們對于空間舒適性的需求，因此自然光線對地下商業(yè)空間環(huán)境的營造來說非常重要。通常，地下商業(yè)空間可通過頂棚開窗和下沉廣場兩種措施來引入自然光線。

2 北京地區(qū)地下商業(yè)建筑的自然采光

2.1 下沉式自然采光在地下商業(yè)建筑中的應(yīng)用

下沉式空間自然采光設(shè)計是通過地下空間自身部分形體的凹入進行采光的方式，常常存在于城市中心區(qū)的大型地下商業(yè)街，使其出現(xiàn)空間形態(tài)的變化，有利于形成多層次的復合空間，同時通過下沉部分的立面?zhèn)却盀榈叵律虡I(yè)提供大量的自然光線，但受部分地下商業(yè)街的層高限制，引入的天然光影響范圍有限，具體方式包括下沉廣場與下沉庭院。

（1）下沉廣場采光比較適合結(jié)合地下商場入口設(shè)置，其開敞的空間形態(tài)不僅可以采光，還能形成地上與地下的緩沖地段，削弱人們進入地下空間的不良心理感受。北京Village SOHO地下商業(yè)即采用這種方式，通過樓梯和電梯將地下一層與地面層相連，并在地下一層四周設(shè)置大的展示窗，在廣場中間設(shè)置景觀、小品和水體，不僅可以使光線到達地下一層，同時也吸引人群在下沉廣場中活動（圖1）。

（2）下沉庭院是在商業(yè)建筑中凹入地下的一個室外空間，其在滿足自然采光需求之外，所創(chuàng)造出的空間具有較強的圍合感與較好的景觀性。建外SOHO地下商業(yè)就使用這種采光方式，庭院周邊的商業(yè)取得了自然采光和良好景觀（圖2）。

2.2 天窗式自然采光在地下商業(yè)建筑中的應(yīng)用

天窗式自然采光的使用大部分在埋深較淺、地面部分為廣場或綠地的地下商業(yè)街。此方式采光效率高，使用也較靈活。為了打破線形商業(yè)空間的枯燥沉悶，大部分地下商業(yè)街采用設(shè)置中庭節(jié)點的方式進行處理，但其對地下空間熱工環(huán)境影響較大，容易引起內(nèi)部空間過冷或過熱，通常有3種方式來實現(xiàn)。

（1）地下商業(yè)頂棚設(shè)置采光天窗。

中關(guān)村廣場地下商業(yè)空間多處結(jié)合采光天窗設(shè)計，形成明亮的核心空間，并結(jié)合地面綠地和廣場布置，不遮擋視線（圖3）。

（2）地面建筑頂棚設(shè)置天窗用于地下商業(yè)采光。

北京東方新天地地下商業(yè)空間中，通過設(shè)計若干上空空間與地面層相連，并設(shè)置天窗將光線引入地下一層，且可以增加商業(yè)面積（圖4）。

（3）通過突出地面的玻璃采光頂進行地下商業(yè)采光。

金源珠寶古玩城地下商業(yè)中，陽光可以通過入口處的玻璃采光頂直接照射到地下二層，同時也起到了標志性作用（圖5）。

3 北京CBD核心區(qū)地下商業(yè)區(qū)的自然采光設(shè)計

3.1 總體概況

北京CBD核心區(qū)位于光華路、建國路、針織路、東三環(huán)路4條道路圍合起來的城市空間，西南側(cè)是國貿(mào)橋。規(guī)劃總用地面積11.771 ha，地下總建筑面積52萬m²。地下空間主要是支撐地面空間的基礎(chǔ)設(shè)施等，將計劃建設(shè)地下5層的空間。研究主要針對CBD核心區(qū)中央廣場地下商業(yè)區(qū)地下一層和地下二層的商業(yè)采光進行分析。

由于中央廣場下的商業(yè)面積為52萬m²，這么大的地下商業(yè)面積如果只使用人工光源，每年耗電量較大，所以設(shè)計引用了一部分自然采光系統(tǒng)（圖6～9）。

3.2 自然采光設(shè)計

北京CBD核心區(qū)中央廣場地下一層和地下二層的商業(yè)街為南北縱向布局，為了充分利用自然采光，西面設(shè)置下沉廣場，東面布置天窗，使地下商業(yè)獲得了光照和活力（圖10）。

3.2.1 下沉廣場

下沉廣場自北向南共分為四進院落，其中南、北、西三面為直線，東面為靠近中心綠地的水波形曲線。南北向總長385m，東西向?qū)挾茸顚捥?0m，最窄處18m（圖11，12）。

下沉廣場兩側(cè)布置半開敞式的商業(yè)空間，作為本項目室內(nèi)外空間的聯(lián)系紐帶，通過設(shè)置出入口可以方便室內(nèi)外的空間穿插，并使地下一層獲得自然采光、通風、景觀環(huán)境和人員疏散的條件，使地下商業(yè)區(qū)更具活力。

同時下沉廣場周邊的墻體采用通透的玻璃幕墻體系，對水平空間進行區(qū)分和劃定，可以從側(cè)面引入更多的自然光線，使下沉廣場周邊一定范圍內(nèi)的地下公共空間、商業(yè)區(qū)域、設(shè)備管理用房等都能得到較好的自然采光。

3.2.2 采光天窗

中心綠地西面地下商業(yè)建筑中主要通道寬度為14m，層高7m。頂部結(jié)合地面中央廣場的環(huán)境設(shè)計，在主要通道的上方設(shè)置與通道方向一致的天窗，并結(jié)合中庭進行采光設(shè)計（圖13）。

在CBD地下商業(yè)空間中，內(nèi)部購物通道是一條貫穿始終的直線型通道，長200多米，容易給人造成枯燥的空間購物感，通過結(jié)合地面景觀設(shè)計的頂部采光天窗，除滿足空間的采光需求，在室內(nèi)還形成了一定的空間導向作用。核心區(qū)地面中央廣場的景觀位于地下一層商業(yè)空間上方，因此天窗主要結(jié)合景觀和地下商業(yè)空間的布局進行設(shè)計。在布局上將條狀天窗、面狀天窗等多種形式組合。除滿足地面景觀的需求外，還根據(jù)地下一層商業(yè)空間中內(nèi)部人行通道的流線進行設(shè)計，使得自然光能夠通過地下一層到達地下二層的商業(yè)部分，創(chuàng)造一定的自然采光效果。

3.2.3 軟件模擬優(yōu)化設(shè)計

采用英國Square One公司開發(fā)的生態(tài)建筑設(shè)計軟件Ecotect進行建模，從而對CBD核心區(qū)中央廣場地面西側(cè)下沉庭院與東側(cè)采光天窗對地下主要功能空間自然采光的改善效果進行模擬分析，定量指標為考量采用合理措施后地下主要功能空間10%面積達到采光標準的要求。

3.2.3.1 邊界條件

結(jié)合本項目各層功能區(qū)域設(shè)定，以及下沉庭院和采光天窗本身的設(shè)定影響，搭建模型，分析選取地下一層（B1）與地下二層（B2）的中心部分。通過采光模擬分析其在室外最不利情況下，為滿足室內(nèi)采光要求，研究玻璃的光學性能下限取值，并對建筑布局提出優(yōu)化方案（圖14～17）。

模擬計算中的相關(guān)設(shè)置：1）天空背景照度設(shè)置為CIE全陰天模式；2）室外臨界照度設(shè)定為5000lux（北京）；3）B1、B2設(shè)置玻璃窗的圍護結(jié)構(gòu)部位其窗墻比為0.7；4）天窗、外窗玻璃可視透過率均為0.75；5）采光分析網(wǎng)格設(shè)定B1層為1.0m×1.5m，B2層為0.6m×1.0m；6）分析B1、B2層在自然采光下人員工作面（距該層地面0.8m高度處）室內(nèi)照度情況。

3.2.3.2 模擬結(jié)果與分析

B1與B2主要功能區(qū)域的自然采光模擬結(jié)果如圖18，19所示。

建筑采光標準中沒有對商業(yè)建筑室內(nèi)照度（自然采光系數(shù)）提出要求，在分析計算時參考辦公室的標準，取采光系數(shù)2%作為低限要求。對達標面積統(tǒng)計計算結(jié)果如表1所示。

根據(jù)模擬計算分析結(jié)果，在地面天窗、下沉庭院外窗、室內(nèi)隔斷內(nèi)窗可見光透過率均取0.7的情況下，主要功能區(qū)域23.2%的面積采光系數(shù)均≥2%，滿足10%面積比例采光系數(shù)達標的建議值，目前的采光天窗與下沉庭院設(shè)置對地下主要功能空間的自然采光效果改善作用顯著。

以全陰天5000lux為準，采光系數(shù)≥2%的功能區(qū)域總面積為10025m²，室內(nèi)照明功率密度為7×10^-3kW/m²。天然采光按照8：00～17：00（9h）計算，全年天然采光時間為9h×365=3285h，經(jīng)計算全年節(jié)約電能總量約為23×10⁴kW·h。

4 結(jié)論

自然采光在地下商業(yè)空間中一直處于至關(guān)重要的地位，不僅可以滿足人的多種生理、心理需求，更能促進節(jié)能減排，而地下空間的自然采光是一種非常有效的節(jié)能方式。

以CBD核心區(qū)中心廣場地下商業(yè)中天窗采光和下沉廣場的應(yīng)用為例，通過Ecotect軟件對光照的模擬分析結(jié)果顯示，滿足10%面積比例采光系數(shù)達標的建議值。采光天窗與下沉庭院設(shè)置對地下主要功能空間的自然采光效果改善作用顯著，且全年可節(jié)約大量電能，對地下商業(yè)建筑的自然采光設(shè)計起到了示范作用。