京津地區(qū)中國古代佛教建筑天然光環(huán)境調(diào)查研究

韓 俊，王愛英，王奇瓊

(天津大學(xué)，天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

引言

中國古建筑是中國傳統(tǒng)文化的珍貴遺產(chǎn)。中國古代佛教建筑是中國古建筑的重要組成部分。中國第一個(gè)佛教寺院白塔寺，建于公元67年。中國現(xiàn)存最早的佛教建筑山西省五臺(tái)縣南禪寺，建于公元782年[1]。中國古代佛教建筑營造了獨(dú)特的光環(huán)境。當(dāng)人們置身于佛教建筑柔和昏暗的光環(huán)境中時(shí)，神圣寧靜的感覺油然而生。研究其光環(huán)境不僅有助于弘揚(yáng)中國傳統(tǒng)文化，而且還對佛教古建筑的保護(hù)和當(dāng)代建筑光環(huán)境的營造具有重要的借鑒意義[2-3]。

佛教建筑曾廣泛分布在中國各地。但是，由于自然及歷史原因，中國古代佛教建筑大多有破損甚至破壞。我們選擇北京、天津及河北地區(qū)的13座佛殿進(jìn)行調(diào)研，同時(shí)對故宮天壇等七座宮殿建筑進(jìn)行對比調(diào)研，測試其照度及亮度指標(biāo)，總結(jié)出古代佛教建筑的光環(huán)境特征。

1 現(xiàn)場調(diào)研

1.1 調(diào)研對象

調(diào)研自2015年10月開始至同年12月底結(jié)束，我們分別調(diào)研了天津薊縣獨(dú)樂寺觀音閣、河北正定縣隆興寺摩尼殿、北京智化寺智化殿、北京潭柘寺大雄寶殿、北京妙應(yīng)寺三世佛殿、北京妙應(yīng)寺七佛寶殿、北京妙應(yīng)寺大覺寶殿、北京大覺寺大雄寶殿、北京大覺寺無量壽佛殿、北京法源寺大雄寶殿、北京廣濟(jì)寺大雄寶殿、北京廣化寺大雄寶殿、天津掛甲寺大雄寶殿等十三座佛殿建筑以及天壇皇穹宇、天壇皇乾殿、天壇祈年殿、故宮保和殿、故宮交泰殿、故宮乾清宮等七座宮殿建筑。調(diào)研建筑的基本資料見表1。

所調(diào)研的建筑地處北京、天津、河北等地，涵蓋了宋、遼、明、清等朝代的建筑。根據(jù)現(xiàn)場對建筑的觀察發(fā)現(xiàn)：中國古代建筑經(jīng)歷漫長的歲月都有不同程度的破壞。天壇以及故宮的宮殿建筑都受到良好的保護(hù)，保存良好。對于佛教建筑，按照破壞的程度把所調(diào)研的古代建筑分為保存良好的建筑、保存較好的建筑和保存較差的建筑。保存良好的建筑如獨(dú)樂寺觀音閣、隆興寺牟尼殿，良好的保留了原有的室內(nèi)天然光環(huán)境；保存較好的建筑如大覺寺大雄寶殿，室內(nèi)構(gòu)件有破損修復(fù)，但仍能夠感受到其原有光環(huán)境；保存較差的建筑如妙應(yīng)寺的三座佛殿曾經(jīng)受損較重，剛剛完成大修，修復(fù)后，佛殿被當(dāng)做展廳使用，室內(nèi)材質(zhì)裝飾已經(jīng)與其原有古建的感覺相差甚遠(yuǎn)(圖1)。因此，其室內(nèi)天然光環(huán)境已經(jīng)完全改變。古建筑經(jīng)過破損變化，其天然光環(huán)境也會(huì)相應(yīng)的改變。

表1 建筑現(xiàn)狀信息統(tǒng)計(jì)

圖1 大殿內(nèi)部光環(huán)境現(xiàn)狀Fig.1 The day lighting environment of the halls indoor

1.2 調(diào)研測量方法

本次調(diào)研測量了建筑內(nèi)的照度、亮度、材質(zhì)反射率及建筑窗地比等參數(shù)。使用了照度計(jì)、單反相機(jī)、測距儀等相關(guān)測量儀器并且采用了高動(dòng)態(tài)范圍圖像技術(shù)[4]。圖2中，(a)圖為通過高動(dòng)態(tài)范圍圖像技術(shù)合成的天津獨(dú)樂寺觀音閣的一張HDR圖片,(b)圖為讀取的該圖片的亮度偽色圖。

圖2 佛教建筑室內(nèi)亮度偽色圖Fig.2 The luminance fales of the halls indoor

2 測量信息統(tǒng)計(jì)與分析

在古代正常使用時(shí)，建筑往往是關(guān)閉門窗的，并且使用半透明的窗紙。本次測量都是在建筑開門狀態(tài)下進(jìn)行的，而且測量的建筑大都已經(jīng)使用透明玻璃替換原來的半透明窗紙。因而，古代佛教建筑的真實(shí)天然光環(huán)境比本次測量的天然光環(huán)境還要暗一些。北京廣化寺由于建筑的文物屬性，主管部門要求禁止室內(nèi)拍照，因此無法得到室內(nèi)的亮度空間分布。故宮與天壇等建筑由于其文物屬性，無法進(jìn)入室內(nèi)測量照度值。而北京妙應(yīng)寺3座佛殿剛經(jīng)歷較大修復(fù)，現(xiàn)已當(dāng)作展廳使用，甚至白天室內(nèi)使用LED投光燈，其室內(nèi)天然光環(huán)境已經(jīng)面目全非，測量已經(jīng)沒有意義，無法通過數(shù)據(jù)得知其原有古代建筑的天然光環(huán)境特征。掛甲寺是1994年修建的仿古佛教建筑，不屬于古代佛教建筑。對其光環(huán)境的測量分析可以看出古代佛教建筑與仿古建筑光環(huán)境方面的差異對比。因此，除去以上不能獲得的少部分?jǐn)?shù)據(jù)，我們對能夠獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到以下分析。

2.1 建筑窗地面積比

圖3為所調(diào)研的佛教建筑與宮殿建筑窗地面積比的數(shù)據(jù)。除摩尼殿窗地面積比較低之外，佛教建筑窗地面積比大多集中在0.15～0.3之間。而宮殿建筑由于功能的不同，窗地面積比范圍較大。所調(diào)研的宮殿建筑，乾清宮窗地面積比最小為0.09，中和殿窗地面積比最大為0.55。現(xiàn)代建筑的主要功能的房間單側(cè)采光的窗地面積比設(shè)計(jì)在1/8～1/4之間?？芍{(diào)研的古建筑在窗地面積比這一數(shù)據(jù)上與現(xiàn)代建筑相當(dāng)。但是，根據(jù)調(diào)研得到的古建筑亮度與照度信息，古建筑室內(nèi)的明亮程度要比現(xiàn)代建筑暗很多。這與古建筑具有較大挑檐并且室內(nèi)各部位材質(zhì)反射率較低有關(guān)。

圖3 建筑窗地面積比Fig.3 Building glazing floor area ratio

2.2 照度均勻度

圖4為所調(diào)研佛教建筑的室內(nèi)照度均勻度的數(shù)據(jù)。個(gè)別建筑如法源寺大雄寶殿、智化寺等照度均勻度極低。廣濟(jì)寺大雄寶殿照度均勻度最高，也僅達(dá)到0.14。國內(nèi)采光標(biāo)準(zhǔn)沒有對側(cè)窗采光的照度均勻度做出要求。而國外一些國家規(guī)定側(cè)窗采光的照度均勻度不小于0.3?，F(xiàn)代建筑采取一系列技術(shù)措施希望提高建筑天然采光的照度均勻度，以方便人們的工作、學(xué)習(xí)和生活[5-10]。佛教建筑的室內(nèi)照度很不均勻。這是因?yàn)?，佛教建筑大殿坐北朝南，南向門窗面積大，而北向門窗面積小甚至不開門窗。佛殿南側(cè)接受陽光直射部位水平照度很大，通常能達(dá)到上千勒克斯照度，而佛殿北側(cè)水平照度通常僅有幾十甚至幾勒克斯。佛教建筑室內(nèi)照度不均勻可能與古人想營造特有的宗教氛圍相關(guān)。

圖4 佛教建筑室內(nèi)照度均勻度 Fig.4 Illumination Uniformity

2.3 照度統(tǒng)計(jì)

圖5為佛殿建筑室內(nèi)水平照度的最小值、平均值與最大值統(tǒng)計(jì)。佛殿建筑室內(nèi)水平照度最小值大都處在佛殿建筑北側(cè)角落，數(shù)值大多在5 lx以下。智化殿、廣濟(jì)寺大雄寶殿與掛甲寺的照度最小值相對較大，分別為21.4 lx、63 lx和24 lx。這三座佛殿都是保存較差或仿古新建的建筑，建筑室內(nèi)材質(zhì)、構(gòu)件以及設(shè)施布置的改變造成其室內(nèi)光環(huán)境較亮。例如，廣濟(jì)寺大雄寶殿地面及側(cè)墻新鋪裝了光反射率較高的大理石并且采用沒有窗楞的玻璃窗，使得其室內(nèi)光環(huán)境較為明亮，失去了原有的面貌。由于調(diào)研都是在佛殿大門打開的情況下進(jìn)行，佛殿南部門口附近在陽光直射下的水平照度很高，能達(dá)到上萬勒克斯，所以幾個(gè)佛殿如觀音閣、智華殿、潭柘寺大雄寶殿等，水平照度最大值與平均值都很高。但實(shí)際上，大部分測點(diǎn)的照度值小于50 lx。即使在大門打開的情況下，如摩尼殿、大覺寺大雄寶殿等大殿照度值很低。因?yàn)?，這些佛殿具有較大的挑檐，遮擋了射入大殿的直射光?？芍?，古代佛教建筑室內(nèi)水平照度值普遍較低并且保存較好較為古老的建筑照度值呈現(xiàn)更低的趨勢。

2.4 亮度統(tǒng)計(jì)

通過高動(dòng)態(tài)圖像技術(shù)，本次調(diào)研獲取了各個(gè)佛殿的室內(nèi)空間各處的亮度值。所獲取的亮度值基本能涵蓋佛殿室內(nèi)各處空間。本文通過對所獲取亮度值進(jìn)行整理，制作出所調(diào)研建筑的亮度值分布范圍表(表2)以及所調(diào)研建筑室內(nèi)空間的平均亮度值(圖6)。

圖5 佛教建筑室內(nèi)照度最小值、照度平均值與照度最大值 Fig.5 Illumination minimum，average value and maximum of the Buddhist buildings

Table 2 Luminance distribution %

圖6 各殿平均亮度值Fig.6 Luminance average value

由表2可知，大部分佛教建筑的亮度值低于10 cd/m2，絕大部分亮度值低于30 cd/m2。也就是說，佛教建筑室內(nèi)大部分空間光環(huán)境較為昏暗，并且由亮度分布可知，佛教南側(cè)靠近門窗的地面以及佛像周圍空間亮度較高。

由圖6可知，佛教建筑室內(nèi)空間的平均亮度值在4～21 cd/m2之間。普遍的，保存較好、較為古老的佛教建筑天然光環(huán)境更為昏暗，空間平均亮度值都低于10 cd/m2。智化殿、法源寺大雄寶殿、廣濟(jì)寺大雄寶殿等保存較差或一般的建筑以及仿古建筑空間亮度值較高，但相比于現(xiàn)代各種功能的建筑，古代佛教建筑的室內(nèi)空間亮度很低。古代佛教建筑的空間亮度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于故宮、天壇等古代宮殿建筑。佛教建筑的空間亮度總體上僅為宮殿建筑空間亮度的1/5～1/6。

3 結(jié)論與展望

1) 所調(diào)研的京津地區(qū)佛教古建筑均有不同程度的破壞與修繕，使其原有的天然光環(huán)境發(fā)生改變，這個(gè)結(jié)論具有廣泛的代表性。因此，對于中國佛教古建筑的保護(hù)與對其天然光環(huán)境的研究具有緊迫性。

2) 中國古代佛教建筑天然光環(huán)境普遍較暗。同時(shí)，室內(nèi)照度和亮度對比度很高。

3) 保存較好、較古老的佛教建筑天然光環(huán)境比保存較差、歷史較短的佛教建筑天然光環(huán)境暗。

4) 古代佛教建筑室內(nèi)天然光環(huán)境平均亮度比故宮與天壇等古代宮殿建筑室內(nèi)天然光平均亮度低。

中國佛教建筑天然光環(huán)境的營造蘊(yùn)含了中國古代勞動(dòng)人民的智慧。佛教天然光環(huán)境的暗環(huán)境有其原因，需要我們的發(fā)掘。目前，很多古建筑的修繕與仿古建筑的建造未能較好還原古建筑原有的天然光環(huán)境。未來的研究發(fā)現(xiàn)必然會(huì)對現(xiàn)在我們對于營造特有的建筑光環(huán)境有設(shè)計(jì)指導(dǎo)意義。綜上，中國古代佛教建筑光環(huán)境的研究具有重要意義，目前研究較少，需要迫切地進(jìn)行更深入的研究。

[1] 梁思成. 中國的佛教建筑[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1961(2)：51.

[2] 李卓,王愛英. 雍和宮法輪殿天然光環(huán)境研究[D].天津：天津大學(xué),2007.

[3] 徐悅，馬劍.中國古建筑天然光環(huán)境給予的啟發(fā)[J].華中建筑，2007(2)：155-157.

[4] 陳燕南.基于高動(dòng)態(tài)范圍圖像技術(shù)的光環(huán)境參數(shù)提取方法研究[D].天津：天津大學(xué)，2012.

[5] 采光測量方法:GB/T 5699—2008[S].

[6] 黨睿，魏智慧，張明宇.美術(shù)館展廳光環(huán)境調(diào)查研究[J].照明工程學(xué)報(bào)，2013,24(5)：16-21.

[7] 何滎，陳彥君.高校普通教室側(cè)窗采光研究[J].燈與照明，2014，38(1)：4-7.

[8] 姚亞緯，曹陽，王立雄，等.學(xué)校體育館天然采光現(xiàn)狀調(diào)查研究[J].照明工程學(xué)報(bào)，2015,26(1)：25.

[9] PEGGY Chia-Pei Shih. A Synopsis of Scared Illuminance[D]. Architectural Association School of Architecture,2013.

[10] AKIHIRO Sakata. An Analysis of The Luminous Environment in Jyodoji-jyododo by An Approach of Graphics Science// Proceedings of 13thInternational Conference on Geometry and Graphics. 2008.