基于功能需求的地下街天然采光研究

羅寅

（中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司）

基于功能需求的地下街天然采光研究

羅寅

（中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司）

進(jìn)入21世紀(jì)后，基于經(jīng)濟(jì)建設(shè)與城市立體化進(jìn)程的飛速發(fā)展，形態(tài)各異的地下街在我國(guó)大部分城市的中心商業(yè)區(qū)中迅速發(fā)展起來(lái)。隨之而來(lái)的地下街采光問(wèn)題也成為了研究熱點(diǎn)，本文旨在通過(guò)對(duì)現(xiàn)有地下街的業(yè)態(tài)進(jìn)行分析，探討天然采光技術(shù)應(yīng)用于地下商業(yè)街的合理性，并對(duì)現(xiàn)有較為常見(jiàn)的地下商業(yè)街天然采光方式進(jìn)行總結(jié)分析。

自然采光；地下街；功能需求

前言

地下街的雛形出現(xiàn)在60年代的日本，因其與普通商業(yè)街功能形態(tài)相同故稱(chēng)為地下街，最初的地下街模式為開(kāi)設(shè)在城市地下通道兩側(cè)的商店。隨著城市地下空間的不斷整合利用，地下街已由最初較為單一的功能業(yè)態(tài)逐步發(fā)展為多元化的復(fù)合型城市商業(yè)綜合體。

伴隨著、全面化與立體化城市空間的建設(shè)，地下街已經(jīng)成為大部分城市地下空間利用開(kāi)發(fā)的重要模式。它在滿(mǎn)足了部分地區(qū)人防、地下交通等功能需要的同時(shí)，還對(duì)城市整體商業(yè)系統(tǒng)起到了積極作用，成為了緩解城市商業(yè)用地緊張與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展這一矛盾的主要解決方式。

地下建筑空間形式導(dǎo)致了其特殊的空間要求，地下街除了達(dá)到普通地下空間應(yīng)有的基本照明需求外，也應(yīng)針對(duì)其商業(yè)功能提升其空間環(huán)境舒適度，加強(qiáng)地下街的商業(yè)吸引力。有效地引入新型的地下采光技術(shù)與方式既降低商業(yè)成本與照明能耗，又提高空間質(zhì)量，進(jìn)一步順應(yīng)節(jié)能減排的國(guó)際形式。

1　地下商業(yè)街商業(yè)形態(tài)與照明需求

1.1地下商業(yè)街的主要業(yè)態(tài)

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展造成了城市中心寸土寸金，地上商業(yè)空間已被高級(jí)寫(xiě)字樓與大型商場(chǎng)等業(yè)態(tài)所占據(jù)。作為商業(yè)體系中不可缺少的傳統(tǒng)零售商業(yè)則大量進(jìn)入了空間品質(zhì)相對(duì)較差的地下街。在城市地下綜合體面積中僅占1/4的地下街，卻能產(chǎn)生其80%的商業(yè)價(jià)值。針對(duì)四川重慶兩地的地下商業(yè)街的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的地下商業(yè)街業(yè)態(tài)主要由中小型零售業(yè)所組成，采用巷道式布局，經(jīng)營(yíng)方式以分散租賃為主。因此在研究地下商業(yè)街照明需求時(shí)，應(yīng)盡量針對(duì)零售業(yè)這一主要存在于地下商業(yè)街的商業(yè)形態(tài)進(jìn)行分析研究。

圖1　地下綜合體面積配比與地下街面積配比

1.2零售業(yè)態(tài)的照明需求

由零售業(yè)態(tài)所組成的地下商業(yè)街其內(nèi)部空間具有人流量較大，大部分銷(xiāo)售人員需長(zhǎng)期停留的特點(diǎn)。因此相對(duì)于其他地下建筑，地下商業(yè)街中人的活動(dòng)較為頻繁，對(duì)照明的需求也相應(yīng)較大。但由零售業(yè)所組成的商業(yè)空間不同于大型的商業(yè)展示空間，其巷道式的銷(xiāo)售布局與分散租賃的經(jīng)營(yíng)模式，決定了各個(gè)商業(yè)展示空間分散存在于各個(gè)獨(dú)立店鋪中，而各個(gè)展示空間的照明設(shè)計(jì)則需根據(jù)各零售業(yè)者自身需求進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)。在地下商業(yè)街中統(tǒng)一的照明設(shè)計(jì)主要集中于交通、休息、輔助等公共空間，而此類(lèi)空間并不承擔(dān)商業(yè)展示的功能需求，因此其照明需求相對(duì)于商業(yè)展示空間也較低。

2　地下商業(yè)街采用天然采光技術(shù)的合理性論證

將天然光源引入地下建筑空間一直為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，但由于功能需求的不同，地下商業(yè)街采用自然采光技術(shù)是否合理需進(jìn)行近一步論證。以馬斯洛需求層次為理論基礎(chǔ)，下面通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、舒適性、節(jié)能性四方面需求進(jìn)行分析研究，論證基于功能需求的地下商業(yè)街采用天然采光技術(shù)的合理性。

2.1經(jīng)濟(jì)性——降低商業(yè)成本

總所周知，大型商業(yè)建筑對(duì)于照明設(shè)計(jì)有著較高的要求，大部分商業(yè)展示空間的光環(huán)境基本依靠人工照明設(shè)計(jì)進(jìn)行營(yíng)造，并不采用自然光源。而創(chuàng)造高質(zhì)量的商業(yè)展示空間，所帶來(lái)的則是高昂的照明運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。相比而言，普遍存在于地下商業(yè)街中的普通零售業(yè)空間則與大型商業(yè)空間有所不同，在滿(mǎn)足基本采光要求的同時(shí)，零售業(yè)主更加關(guān)注照明系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用對(duì)自身的影響。在此基礎(chǔ)上合理采用自然采光技術(shù)，可以大量降低零售業(yè)者在地下商業(yè)街中的商業(yè)運(yùn)行成本，使地下商業(yè)街更加具備投資吸引力。

2.2實(shí)用性——滿(mǎn)足基本需求

由于人類(lèi)無(wú)法控制天然光源的變化，所以現(xiàn)有的大部分天然采光僅僅能作為人工照明的輔助方式，無(wú)法通過(guò)天然采光達(dá)到某些特殊的照明要求。地下商業(yè)街空間雖對(duì)照明需求較大。但其公共空間由于不承擔(dān)商業(yè)展示的需求，因此采用統(tǒng)一照明設(shè)計(jì)的公共空間部分對(duì)照明質(zhì)量要求相對(duì)較低。因此天然采光正適合于地下商業(yè)街公共空間對(duì)采光照明的需求。天然采光技術(shù)應(yīng)用于零售業(yè)態(tài)的地下商業(yè)街具有很大實(shí)際操作意義與發(fā)展前景。

2.3舒適性——提升空間質(zhì)量

調(diào)研表明，影響地下空間環(huán)境的因素中，對(duì)于自然光的需求被受訪(fǎng)者列為主要因素。人們普遍認(rèn)為人工光源無(wú)法代替天然光源，且人工光源并無(wú)太大變化，使空間顯得沉悶枯燥。由于地下商業(yè)街人員密度與流動(dòng)性較大，如果整個(gè)地下商業(yè)街無(wú)天然光源的引入，長(zhǎng)期在此的工作人員會(huì)產(chǎn)生焦躁不安的情緒，也會(huì)使大部分顧客產(chǎn)生厭倦的心理陰影，從而降低整個(gè)空間的商業(yè)活力。因此在地下商業(yè)街的照明系統(tǒng)中引入部分天然采光技術(shù)，會(huì)使整個(gè)地下商業(yè)空間品質(zhì)得到大幅度提升。

表1

2.4節(jié)能性——?jiǎng)?chuàng)造節(jié)能空間

我國(guó)照明用電在全國(guó)電能消耗中約占總用電量的12%左右。因此，在建筑中節(jié)約用電具有十分重要的地位。而在地下商業(yè)街中，照明能耗更是其總能耗的主要組成部分。天然光資源取之不盡用之不竭，利用清潔環(huán)保的天然光既有利于節(jié)約能源又起到保護(hù)環(huán)境的作用。因此在節(jié)能減排的形勢(shì)下，地下商業(yè)街的照明應(yīng)充分利用和開(kāi)發(fā)天然光，創(chuàng)造低碳節(jié)能的地下商業(yè)街光環(huán)境。

綜上所述，地下街采用天然采光技術(shù)將是未來(lái)趨勢(shì)，并具有若干優(yōu)勢(shì)。而天然采光技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用常常會(huì)受到地下街的造價(jià)、形態(tài)、規(guī)模等種種因素的影響。因此根據(jù)實(shí)際工程情況合理地運(yùn)用不同的自然采光方式是將天然光源引入地下街的關(guān)鍵。

3　低技術(shù)手段的地下街天然采光方式

現(xiàn)有地下街的天然采光技術(shù)以低技術(shù)手段為主，通過(guò)處理空間形態(tài)，巧妙地將天然光線(xiàn)引入到地下街空間。下面介紹幾種目前應(yīng)用較為成熟的地下街天然采光方式：

3.1天窗式

天窗式（圖2）的適用范圍為埋深較淺、地面空間為廣場(chǎng)或綠地的地下街。通過(guò)在地下室底板設(shè)置天窗將自然光線(xiàn)引入地下街。采光效率高，使用也較為靈活是該方式的優(yōu)勢(shì)，并可根據(jù)內(nèi)部功能的需求選擇各種形式的天窗，如：線(xiàn)形天窗、鋸齒形天窗等。為了打破線(xiàn)形商業(yè)空間的枯燥沉悶，大部分地下街通過(guò)設(shè)置中庭節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行處理，通過(guò)玻璃頂棚引入天然光線(xiàn)，此方式也是天窗式的一種變體。但此方式對(duì)地下街商業(yè)熱環(huán)境影響較大，造成能耗增加。

圖2　天窗式示意圖

3.2下沉庭院式

下沉庭院式（圖3）常常存在于城市中心區(qū)的大型地下街，通過(guò)一部分的下沉地面，使地下廣場(chǎng)出現(xiàn)空間形態(tài)變化，并且配合地下街，形成多層次的復(fù)合空間。通過(guò)下沉部分的立面?zhèn)却盀閺V場(chǎng)周?chē)牡叵驴臻g提供大量的自然光線(xiàn)。此方式受部分地下商業(yè)街層高限制，且其引入的自然光源影響范圍有限。部分地下商業(yè)街將此方式進(jìn)行變形，形成中庭式的地下商業(yè)街。

圖3　下沉庭院式示意圖

以上為大量運(yùn)用在現(xiàn)有地下商業(yè)街中的低技術(shù)自然采光方式，以上方式均能滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、舒適性、節(jié)能性四方面的基本要求。但使用局限性較大，并不能普遍應(yīng)用大量的城市地下商業(yè)街。

4　高技術(shù)手段的地下商業(yè)街天然采光方式

多數(shù)情況下，地下商業(yè)街沒(méi)有足夠的條件來(lái)滿(mǎn)足低技術(shù)手段的天然采光，只能完全采用人工照明方式來(lái)滿(mǎn)足其照明要求。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近幾年來(lái)一些新型的天然采光技術(shù)逐步在一些實(shí)際工程得到應(yīng)用，并取得了較好的效果。其中導(dǎo)光管技術(shù)為現(xiàn)有地下空間天然采光的主要高技術(shù)手段。

導(dǎo)光管技術(shù)：

導(dǎo)光管技術(shù)是近20年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的一種新型有效的利用天然采光的照明技術(shù)。導(dǎo)光管技術(shù)的主要特點(diǎn)是在地下空間的使用中其局限性較小，并可有效地將天然光進(jìn)行重新分配，不僅達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的效果，也可避免直接引入自然光所產(chǎn)生的炫目與熱不適等問(wèn)題。針對(duì)地下商業(yè)街中的零售業(yè)態(tài)，導(dǎo)光管技術(shù)也可根據(jù)不同使用空間的采光需求將自然光源合理地分配到各個(gè)功能空間內(nèi)。

導(dǎo)光管系統(tǒng)主要由集光器、導(dǎo)光筒和漫射器三部分組成。室外的天然光線(xiàn)透過(guò)集光器導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重新分配，再經(jīng)特殊制作的導(dǎo)光管傳輸和強(qiáng)化后由系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻高效地照射到室內(nèi)。依據(jù)采光方式的不同，現(xiàn)有的導(dǎo)光管技術(shù)主要分為主動(dòng)式與被動(dòng)式兩種。

4.1主動(dòng)式導(dǎo)光管

此類(lèi)導(dǎo)光管系統(tǒng)主要依靠定日鏡作為主要采光裝置。定日鏡（圖4）是一種對(duì)陽(yáng)光進(jìn)行反射定位的裝置，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤，它可以將陽(yáng)光精確地反射到某一固定位置，由于這一特性，它在地下空間的天然采光方面發(fā)揮了極大作用。利用定日鏡收集的陽(yáng)光通過(guò)拋物鏡和平面鏡傳輸?shù)焦鈱?dǎo)管并送入地下街的采光系統(tǒng)，對(duì)解決地下街的天然采光問(wèn)題十分合適。上方安裝反光鏡的定日鏡模仿植物向日葵跟隨太陽(yáng)角度旋轉(zhuǎn)，與向日葵不同的是它并不“正視”陽(yáng)光，而是通過(guò)折射給將陽(yáng)光傳給反光鏡，通過(guò)這樣主動(dòng)搜集的方式，陽(yáng)光及其便利地被“輸送”到地下街空間。

圖4　定日鏡

圖5　被動(dòng)式導(dǎo)光管

主動(dòng)式導(dǎo)光管系統(tǒng)對(duì)天然光采集效率較高，且地下空間的采光效果也比較好。但相對(duì)而言該技術(shù)造價(jià)較為昂貴，且施工技術(shù)與后期的維護(hù)檢修工作十分復(fù)雜，如不能保證后期的維護(hù)，此類(lèi)技術(shù)的推廣仍面臨較大的實(shí)踐挑戰(zhàn)。

4.2被動(dòng)式導(dǎo)光管

現(xiàn)在使用最為普遍的高技術(shù)地下街采光系統(tǒng)便是光導(dǎo)采光系統(tǒng)。其工作原理與主動(dòng)式基本相同，不同處在于其采光裝置，光導(dǎo)采光系統(tǒng)的陽(yáng)光收集依靠聚光罩，其與光導(dǎo)管連接，并固定不動(dòng)。聚光罩的材料主要為PC或有機(jī)玻璃，通過(guò)注塑而成，表面則安裝三角形的全反射聚光棱。光導(dǎo)管可以實(shí)現(xiàn)地下街白天完全或部分利用天然光照明，因此大大節(jié)省照明能耗。相對(duì)于主動(dòng)式，其技術(shù)難度與施工要求都大大降，后期的維護(hù)上也較為容易，劣勢(shì)為其采光效率比主動(dòng)式低。

依靠高技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的地下空間天然采光在我國(guó)仍屬于起步階段，由于造價(jià)與施工技術(shù)等種種原因，此類(lèi)技術(shù)仍無(wú)法大量使用于實(shí)際工程中，但在部分試點(diǎn)項(xiàng)目中已取得了較好的成效。由于其采光方式較為靈活，并可根據(jù)不同的照明需要與經(jīng)濟(jì)額度合理地選擇不同的采光、導(dǎo)光、漫射的裝置進(jìn)行組合。隨著此類(lèi)技術(shù)的成熟與完善，依靠高技術(shù)手段為地下商業(yè)街引入天然光源將會(huì)成為天然采光方式選擇的主要趨勢(shì)。

5　小結(jié)

地下街中很難完全依靠天然采光，即使最大限度地利用天然光也并不能完全滿(mǎn)足其使用要求，在夜晚與陰天時(shí)仍需要借助人工方式來(lái)完成照明功能。特別在一些面積較大、限制性較多且功能復(fù)雜的地下街中，其建筑內(nèi)部照明的主要方式仍會(huì)是人工照明系統(tǒng)。但天然采光與人工照明相結(jié)合的方式幾乎在所用地下街中都可采用。在地下街中有效地引入各種新型的天然采光方式，不僅在綠色環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益等方面起到積極作用，對(duì)創(chuàng)造出更加舒適實(shí)用的地下街空間也是十分有利的。

[1]童林旭.地下建筑學(xué)[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[2]童林旭.地下建筑圖說(shuō)100例[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

[3]暴偉，宗復(fù)芃，趙建平，等.地下空間采光及導(dǎo)光管系統(tǒng)的現(xiàn)狀及應(yīng)用展望[J].照明工程學(xué)報(bào)，2009，3.

[4]王保勇，束昱.影響城市地下空間環(huán)境的因素分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，12.

TU922

A

1673-0038（2015）08-0013-03

2015-2-7

羅寅（1986-），男，助理工程師，碩士，主要從事建筑設(shè)計(jì)工作。