貴州大學(xué)校園建筑日照分析

楊平芬，洪俊超，楊九春，李源永，邰詩萱，周長威

貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)、文化的快速發(fā)展，人們對教育的重視程度越發(fā)高漲，越來越多的學(xué)生進(jìn)入高校。由于高校數(shù)量和學(xué)生人數(shù)的激增，高校建筑物的翻新和新建成了一種不可避免的趨勢。老校區(qū)在尊重原有規(guī)劃的基礎(chǔ)上，不斷融入現(xiàn)代元素，使其設(shè)計(jì)更符合社會發(fā)展趨勢，更遵從以學(xué)生為本的理念方針[1]。學(xué)校建筑物的設(shè)計(jì)不僅需要滿足廣大師生的正常使用要求，還承擔(dān)著文化載體的功能，需營造學(xué)校多元化的氛圍，具備獨(dú)有的特征[2]。因此，如何在有限的成本里，滿足師生對校園建筑的舒適和安全性要求，成了近些年的研究熱點(diǎn)。日照與建筑的關(guān)系密切，文章以貴州大學(xué)東、西兩個(gè)校區(qū)為對照，對建筑光照是否滿足師生身心健康需求展開了研究和論述。

建筑光照是根據(jù)陽光直射原理和日照標(biāo)準(zhǔn)來判斷的。研究建筑日照的目的是充分利用陽光以滿足室內(nèi)光環(huán)境和衛(wèi)生要求，同時(shí)防止室內(nèi)過熱。在寒冷季節(jié)，光進(jìn)入室內(nèi)，能起到提高室內(nèi)溫度，達(dá)到良好取暖的作用。建筑物的有效光照時(shí)間受到許多因素的干擾[3]，如建筑物的容積率、建筑物形狀，不同地區(qū)、不同位置、不同朝向的建筑物都會影響建筑物受日照情況。因此，在開展建筑總體規(guī)劃設(shè)計(jì)前，需要對校園建筑進(jìn)行詳盡的分析。

在我國，許多學(xué)者在早期就已探討了建筑對光照的影響，并將研究結(jié)果用于指導(dǎo)園林植物的選擇和配置。但由于當(dāng)時(shí)數(shù)字技術(shù)及計(jì)算能力落后，對光照條件的分析還僅限于光照時(shí)數(shù)，其方法在定量應(yīng)用層面上也受到一定的限制。

當(dāng)前的科學(xué)研究中，相關(guān)數(shù)字軟件的開發(fā)和計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的提高，極大地滿足了對光照模擬、分析、評價(jià)的需要。數(shù)字軟件中，CAD和Sketch up系列軟件可以模擬不同樹木布局對建筑采光和通風(fēng)的影響；光照和長波環(huán)境輻射模型（SOLWEIG）可用于模擬城市環(huán)境中的陰影格局、光照時(shí)數(shù)和平均輻射溫度；地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件對模擬太陽輻射也具有較大的優(yōu)勢。但在實(shí)際的操作中，由于所使用的日照分析技術(shù)不一樣，且各個(gè)單位對建筑日照分析的措施要求也不一樣，測量得到的結(jié)果會存在差異[4]。文章基于光照分析軟件、GIS空間分析功能對光照條件進(jìn)行精確模擬和量化分析，結(jié)合校園建筑物的實(shí)地調(diào)查，對貴州大學(xué)東、西校區(qū)的教學(xué)區(qū)、生活區(qū)、行政區(qū)等建筑的光照日長進(jìn)行定量分析。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州大學(xué)位于貴州省會貴陽市花溪區(qū)，地理位置為東經(jīng)106°39′10″、北緯26°27′9″，是國家“雙一流”學(xué)科建設(shè)高校、“211工程”重點(diǎn)建設(shè)高校。截至2019年3月，學(xué)校占地面積為4 646畝，約3.1×106m2，有在職教職工3 940人、在校全日制本科學(xué)生33 064人、獨(dú)立學(xué)院全日制本科生18 880人、研究生11 925人。貴州大學(xué)校內(nèi)約有75棟建筑物，樓層高矮不一，生活區(qū)最高層為14層，屬高層住宅，教學(xué)區(qū)最高層為6層。北校區(qū)建園較早，建筑物較密集；西校區(qū)為近年新建，建筑物樣式較豐富。

1.2 建筑日照標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50180—2018），按照住宅建筑日照標(biāo)準(zhǔn)，將建筑氣候區(qū)進(jìn)行了劃分，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ氣候區(qū)，如表1所示。文章研究區(qū)屬于第Ⅴ氣候區(qū)，日照標(biāo)準(zhǔn)日為冬至日，日照時(shí)數(shù)為1 h，有效日照時(shí)間帶為9～15 h，計(jì)算起點(diǎn)為底層窗臺面。

表1 住宅建筑日照標(biāo)準(zhǔn)表

1.3 數(shù)據(jù)來源

此次研究的數(shù)據(jù)來源于貴州大學(xué)高分辨率遙感圖像、GIS光照分析功能、光照分析軟件。

2 結(jié)果分析

2.1 建筑物日照分析

采用陰影分析的方法模擬貴州大學(xué)所有建筑物冬至日日照情況，獲得貴州大學(xué)所有建筑物的日照數(shù)據(jù)。模擬建筑物的日照時(shí)數(shù)范圍為0～8 h，分為0～1 h、1～2 h、2～3 h、3～4 h、4～5 h、5～6 h、6～7 h和7～8 h 8個(gè)等級。貴州大學(xué)校內(nèi)有75棟建筑物，不符合日照標(biāo)準(zhǔn)的有75棟，占總建筑物的100%。通過觀察分析發(fā)現(xiàn)，建筑物的容積率、建筑物形狀都會影響建筑物受日照情況。貴州大學(xué)部分建筑物不是單一朝向，形狀不規(guī)則，這會導(dǎo)致不管從哪個(gè)方位觀察建筑物都會發(fā)現(xiàn)不符合日照標(biāo)準(zhǔn)的情況。

（1）東、西校區(qū)建筑物日照情況分析。西校區(qū)建筑物共有48棟，建筑物的東南面是受日照最多的建筑面，能達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)的建筑物有40棟，占總建筑物的81.63%；建筑物的西北面是受日照最少的建筑面，每棟建筑物西北面的日照時(shí)長都不符合日照標(biāo)準(zhǔn)。西校區(qū)建筑物日照情況如圖1所示。東校區(qū)共有建筑物27棟，建筑物的西南面是受日照最多的建筑面，能達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)的建筑物有24棟，占總建筑物的92.31%；建筑物的東北面是受日照最少的建筑面，每棟建筑物東北面的日照時(shí)長都不符合日照標(biāo)準(zhǔn)。

（2）三大功能區(qū)建筑物日照情況分析。將貴州大學(xué)建筑物分為三大功能區(qū)，分別為生活區(qū)、教學(xué)區(qū)、行政區(qū)。貴州大學(xué)校內(nèi)所有建筑物東南、西南面受日照最多，西北、東北面受日照最少。生活區(qū)共有建筑物44棟，其中光照較多的面能達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)的建筑物有44棟，占總建筑物的100%；教學(xué)區(qū)共有建筑物20棟，光照較多的面能達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)的建筑物有13棟，占總建筑物的65%；行政區(qū)共有建筑物11棟，光照較多的面能達(dá)到日照標(biāo)準(zhǔn)的建筑物有7棟，占總建筑物的63.64%。所有光照較少的面均沒有達(dá)到建筑物日照標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 建筑樓層日照分析

因?yàn)榻ㄖ锉旧頃绊懫渌ㄖ锏娜照涨闆r，尤其是高樓層建筑，所以對貴州大學(xué)西校區(qū)和東校區(qū)的建筑物進(jìn)行樓層分析。通過對建筑物的日照分析可以得出，建筑物東南面的光照時(shí)長比西北面的光照時(shí)長較長，因此文章統(tǒng)一分析東南面的樓層日照時(shí)長。

西校區(qū)教學(xué)區(qū)的14棟樓樓層為5層，1～5層日照時(shí)長為5～8 h。西二區(qū)生活區(qū)的17棟樓樓層為14層，其中11棟、12棟、13棟、14棟、16棟、18棟、20棟、21棟、22棟1～14層 日 照 時(shí) 長為5～8 h，15棟、17棟、19棟1～4層日照時(shí)長為3～4 h，23～27棟1～14層日照時(shí)長為5～6 h。西一區(qū)生活區(qū)有11棟樓，樓層最高為13層，其中4棟、6棟日照時(shí)長為7～8 h，1棟、2棟、3棟、5棟、7棟、8棟、9棟、10棟及西一區(qū)食堂日照時(shí)長為5～8 h。西校區(qū)6棟行政樓最高樓層為10層，1～10層日照時(shí)長為5～8 h。

東校區(qū)教學(xué)區(qū)6棟樓樓層最高為13層，1～13層日照時(shí)長為5～8 h。東校區(qū)生活區(qū)16棟樓最高樓層為9層，1～9層日照時(shí)長為5～8 h。東校區(qū)行政區(qū)5棟樓，最高樓層為4層，1～4層日照時(shí)長為7～8 h。

綜上，西校區(qū)和東校區(qū)生活區(qū)、行政區(qū)和教學(xué)區(qū)的建筑物樓層?xùn)|南面均符合日照標(biāo)準(zhǔn)，合格率為100%。

2.3 建筑物窗口日照分析

在冬至日的有效光照時(shí)間9～15 h內(nèi)，通過光照分析軟件對貴州大學(xué)東、西兩校區(qū)的窗口光照情況進(jìn)行模擬，可以得出兩校區(qū)的窗口光照情況，如表2～表4所示。由表4可以看出，在分析的33 753個(gè)窗口中，符合日照標(biāo)準(zhǔn)要求的窗口有20 230個(gè)，占總窗口的59.94%，不符合日照標(biāo)準(zhǔn)的有13 523個(gè)，占40.06%。

（1）東、西校區(qū)建筑窗口日照情況對比分析。從表4可知，在西校區(qū)模擬的27 673個(gè)窗口中，符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口有16 494個(gè)，占59.6%；不符合標(biāo)準(zhǔn)的有11 179個(gè)，占40.4%。東校區(qū)共模擬了6 080個(gè)窗口，其中符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口有3 736個(gè)，占61.45%；不符合標(biāo)準(zhǔn)的有2 344個(gè)，占38.55%?？傮w上看，東校區(qū)符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口的比例大于西校區(qū)，相較而言，東校區(qū)的建筑物窗口總體能接受的日照多于西校區(qū)。其中，西校區(qū)建筑物中窗口不合格率最高的為52.96%，如表2所示，而東校區(qū)不合格率最高的達(dá)54.13%，如表3所示，可見東校區(qū)雖然總體上窗口合格率高，但就某一建筑物的窗口來看，不符合日照標(biāo)準(zhǔn)的占比高于西校區(qū)。

表2 西校區(qū)不同功能區(qū)窗口日照情況

表3 東校區(qū)不同功能區(qū)窗口日照情況

表4 貴州大學(xué)東、西校區(qū)建筑窗口日照情況

（2）三大功能區(qū)建筑窗口日照情況對比分析。根據(jù)表4統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，繪制兩個(gè)校區(qū)三大功能區(qū)總的窗口日照合格率占比柱狀圖，如圖2所示。在模擬分析的所有窗口中，東校區(qū)行政區(qū)有559個(gè)，其中符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口占51.52%；教學(xué)區(qū)有1 718個(gè)，其中符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口占79.34%；生活區(qū)有3 803個(gè)，其中符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口占54.83%。西校區(qū)行政區(qū)有1 748個(gè)，其中符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口占61.04%；教學(xué)區(qū)有7 001個(gè)，其中符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口占65.12%；生活區(qū)有18 924個(gè)，符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口占57.43%。東、西校區(qū)的教學(xué)區(qū)的窗口合格率達(dá)65%以上，而生活區(qū)的窗口合格率不足60%，教學(xué)區(qū)能夠較好地滿足師生對光照的需要，生活區(qū)雖然窗口數(shù)最多，但達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的窗口數(shù)低于60%，不能很好地滿足師生對光照的需要。

圖2 三大功能區(qū)窗口日照合格率占比

第一，兩校區(qū)生活區(qū)窗口日照情況對比分析。從表4來看，西校區(qū)和東校區(qū)的窗口合格率總的比例都超過50%，其中西校區(qū)生活區(qū)符合日照標(biāo)準(zhǔn)的建筑物窗口占57.43%，不合格率占42.57%，而東校區(qū)生活區(qū)合格率僅為54.83%，兩者差值為2.6%。相比而言，東校區(qū)的生活區(qū)建筑物總體接受的日照少于西校區(qū)。生活區(qū)作為師生日常生活中所在時(shí)間相對較長的地方，其日照合格率理論上應(yīng)高于行政區(qū)與教學(xué)區(qū)，但實(shí)際生活區(qū)日照窗口合格率大部分低于教學(xué)區(qū)與行政區(qū)。

第二，兩校區(qū)教學(xué)區(qū)窗口日照情況對比分析。從表4來看，在分析的東校區(qū)教學(xué)區(qū)1 718個(gè)窗口中，合格的窗口有1 363個(gè)，占79.34%；在西校區(qū)模擬分析了7 001個(gè)窗口，其中合格的有4 559個(gè)，占比為65.12%。可見兩處滿足日照標(biāo)準(zhǔn)的窗口合格率相對較高，相比之下，東校區(qū)高于西校區(qū)。因此，東校區(qū)教學(xué)區(qū)更滿足師生對日照的需要，比較適宜進(jìn)行生活、辦公等活動。

第三，兩校區(qū)行政區(qū)窗口日照情況對比分析。從表4來看，共計(jì)分析東、西校區(qū)行政區(qū)的窗口數(shù)分別為559個(gè)、1 748個(gè)，其中東校區(qū)行政區(qū)符合日照標(biāo)準(zhǔn)的窗口有288個(gè)，占51.52%；西校區(qū)行政區(qū)的有1 067個(gè)，占61.04%?？梢?，在西校區(qū)行政區(qū)中可以接受的光照高于東校區(qū)。就單個(gè)建筑物而言，東校區(qū)行政區(qū)建筑物中窗口不合格率最高為54.13%，西校區(qū)則為45.47%，相對來說西校區(qū)行政區(qū)能較好地滿足師生對光照的需求。

3 結(jié)束語

文章通過對貴州大學(xué)建筑物的日照分析，可以得出建筑物東南面的光照時(shí)長比西北面的光照時(shí)長較長。從建筑物樓層的日照分析來看，西校區(qū)與東校區(qū)生活區(qū)、行政區(qū)和教學(xué)區(qū)的建筑物樓層?xùn)|南面均符合日照標(biāo)準(zhǔn)，合格率為100%。從建筑物的窗口來看，東校區(qū)符合標(biāo)準(zhǔn)的窗口的比例大于西校區(qū)，相較而言，東校區(qū)的建筑物窗口總體能接受的日照多于西區(qū)?？傮w來看，貴州大學(xué)大部分建筑的日照可以滿足師生學(xué)習(xí)生活的需求。

需要說明的是，文章在對校園建筑物窗口進(jìn)行分析時(shí)，缺少對地形因素的考慮以及忽視了窗口日照增長變化的趨勢，且因模擬效果與實(shí)際建筑物存在差異，因而分析結(jié)果并不完美，有待進(jìn)一步研究。