基于采光分布和視覺(jué)舒適度的辦公建筑設(shè)計(jì)分析

王嗣文

摘要：光環(huán)境作為建筑的基本舒適度指標(biāo)，一直以來(lái)都是建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，光可以體現(xiàn)建筑空間的形式，能使建筑功能得以實(shí)現(xiàn)，又與建筑的能耗息息相關(guān)。本文通過(guò)對(duì)板式辦公建筑光環(huán)境分析和視覺(jué)舒適度調(diào)研，總結(jié)和分析出人們對(duì)于光環(huán)境舒適度要求的量化指標(biāo)、光資源利用效率及特點(diǎn)（其中涉及到照度、亮度比、采光均勻度、光照穩(wěn)定性、眩光頻率、心理影響等方面的主客觀(guān)指標(biāo)），以從場(chǎng)地布局、平面設(shè)計(jì)、采光方案等方面指導(dǎo)和優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：光環(huán)境舒適度;照度分布規(guī)律;場(chǎng)地布局;平面設(shè)計(jì);采光方案

1.光環(huán)境調(diào)研分析

1.1窗口附近光環(huán)境光環(huán)境分析

在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，既有辦公建筑的南向房間在靠近窗口處，由于陽(yáng)光直射和缺少必要的遮陽(yáng)措施等原因，在一定范圍內(nèi)會(huì)具有較大的照度值。經(jīng)常產(chǎn)生強(qiáng)烈的窗口眩光現(xiàn)象，需要拉窗簾才能維持正常工作。這種現(xiàn)象在上午的實(shí)測(cè)中顯得更為突出，盡管下午窗口處的照度值仍然很大，但眩光現(xiàn)象會(huì)有所減少。

1）窗口照度值偏大，如圖表1-1所示在上午時(shí)南側(cè)的窗口照度值明顯較高，北側(cè)的則平均維持在1500lx左右，無(wú)較高照度值出現(xiàn);在下午時(shí)，南北側(cè)窗口照度值相較于上午都有明顯的下降，但個(gè)別調(diào)研對(duì)象會(huì)出現(xiàn)較高照度，與當(dāng)天的室外光環(huán)境和太陽(yáng)直射角度有一定關(guān)系。

2）對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，也明顯發(fā)現(xiàn)在窗口附近照度會(huì)出現(xiàn)峰值，而且一般在窗口軸線(xiàn)進(jìn)深0.5m左右之前照度的衰減斜率較大（如圖1-2），在500mm的間距里會(huì)出現(xiàn)幾百甚至上千勒克斯的照度差值。（如圖1-3、1-4）強(qiáng)烈的照度落差，很容易形成眩光。

1.2南側(cè)天然采光與開(kāi)燈后的照度分布特點(diǎn)

整理分析調(diào)研數(shù)據(jù)，總結(jié)不同情況下天然采光和開(kāi)燈后兩種室內(nèi)光環(huán)境的特點(diǎn)與照度分布。

1）如圖1-3、1-4、1-5、1-6所示，南側(cè)上午在自然采光的情況下，進(jìn)深 2.5處墻線(xiàn)軸、窗線(xiàn)軸均向一個(gè)穩(wěn)定的照度值收斂，并且變化斜率開(kāi)始一致變緩，進(jìn)深對(duì)于照度影響開(kāi)始變小。最后照度值的大小與測(cè)試時(shí)的天空光環(huán)境、太陽(yáng)角度、建筑構(gòu)件的形式有一定關(guān)系，但一般穩(wěn)定在200-500lx之間。

在南側(cè)上午自然采光的情況下，進(jìn)深2.5m處的前后各1m左有適宜自然采光的穩(wěn)定照度出現(xiàn)，若按現(xiàn)行300lx的辦公空間照度標(biāo)準(zhǔn)，基本可以到達(dá)工作要求;窗中線(xiàn)0.5m進(jìn)深以前具有較大照度，墻中線(xiàn)在0.5m進(jìn)深以前照度值較小，灰暗的情況占大多數(shù)。

2）圖1-7、1-8所以，南側(cè)上午時(shí)2.5m進(jìn)深以前開(kāi)燈后照度值會(huì)有一定的提升，窗中線(xiàn)照度會(huì)繼續(xù)增大，墻中線(xiàn)位置的照度提升幅度不大，仍達(dá)不到現(xiàn)行的照度要求。南側(cè)上午，2.5m進(jìn)深以后人工照明對(duì)于室內(nèi)照度的提升在100 lx左右，可以基本達(dá)到舒適的采光照度范圍。

3）如下圖，南側(cè)下午自然采光，穩(wěn)定的照度區(qū)間與上午相比開(kāi)始向后推移

出現(xiàn)在3.5m和4.5m之間的進(jìn)深處，穩(wěn)定的照度值也會(huì)下降到100-200 lx左右。但受窗墻影響的進(jìn)深與上午相比會(huì)提前，在進(jìn)深1m左右;下午時(shí)，窗中線(xiàn)西側(cè)軸線(xiàn)的照度開(kāi)始比東側(cè)軸線(xiàn)的照度值大，與太陽(yáng)的直射方向有一定關(guān)系。窗口處照度值仍不穩(wěn)定，開(kāi)間方向照度差值較大，易造成不舒適感。

4）如圖1-11、1-12所示，南側(cè)下午，在開(kāi)燈后各軸線(xiàn)的照度又有在2.5m左右進(jìn)深處開(kāi)始收斂的趨勢(shì)，在2.5m左右的照度穩(wěn)定區(qū)間更大;0.5m進(jìn)深之前變化規(guī)律基本不變;而0.5m-1m進(jìn)深的照度穩(wěn)定性有很大增加，這與室外照度值下降，人工照明開(kāi)始占具主導(dǎo)地位有一定關(guān)系。1m進(jìn)深之前開(kāi)燈對(duì)照度分布沒(méi)有多大改觀(guān)。

1.3北側(cè)天然采光與開(kāi)燈后的照度分布特點(diǎn)

分析所有調(diào)研建筑的北側(cè)辦公室的照度分布數(shù)據(jù)，總結(jié)北側(cè)僅天然采光和開(kāi)燈后兩種室內(nèi)光環(huán)境的特點(diǎn)與照度分布。

1）如圖1-13、1-14所示，北側(cè)上午在自然采光的情況下，1m以前照度值在開(kāi)間方向受窗墻的影響較大，1m以后出現(xiàn)相同且穩(wěn)定的變化規(guī)律。1.5m進(jìn)深以后開(kāi)始出現(xiàn)穩(wěn)定照度區(qū)間，照度值一般維持在200lx左右，但由于室外照度、建筑構(gòu)造等原因不同對(duì)象會(huì)出現(xiàn)照度的差異。

2）如圖1-15、1-16所示，北側(cè)上午開(kāi)燈時(shí)，1m進(jìn)深以后照度值十分平穩(wěn)，而照度值的大小與光源的選擇有一定關(guān)系，與南側(cè)相比，照度分布更為平穩(wěn)，均勻度更好。

3）如圖1-17、1-18所示，北側(cè)下午自然采光，受窗墻軸線(xiàn)影響的進(jìn)深、開(kāi)始出現(xiàn)穩(wěn)定照度的進(jìn)深與上午相比向后推移，1.5m之前開(kāi)間方向照度差值大，2.5m左右開(kāi)始出現(xiàn)穩(wěn)定照度，一般在100-200lx左右。

4）如下圖所示，如圖1-19、1-20所示，北側(cè)下午，在開(kāi)燈后各軸線(xiàn)的照度受窗墻影響的進(jìn)深又回到1m左右，之后的照度分布與光源的布置關(guān)系很大，但均勻布置燈具時(shí)，會(huì)有較大范圍穩(wěn)定照度分布出現(xiàn)。

1.4調(diào)研分析總結(jié)的現(xiàn)有光環(huán)境特點(diǎn)

1）南北向的窗口處與房間其他位置相比都有較大的照度值，南側(cè)窗口處中午時(shí)易產(chǎn)生眩光，北側(cè)相對(duì)較好，0.5m進(jìn)深以前的照度衰減斜率較大;

2）南側(cè)上午自然采光的情況下，2.5m進(jìn)深之前，開(kāi)間方向照度值受窗墻關(guān)系影響較大，2.5m之后出現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，出現(xiàn)較為穩(wěn)定的照度區(qū)間;

3）南側(cè)上午開(kāi)燈后，2.5m進(jìn)深之前對(duì)光環(huán)境沒(méi)有太大影響，2.5m之后會(huì)在穩(wěn)定進(jìn)深區(qū)間內(nèi)有100lx的照度提升;

4）南側(cè)下午自然采光的情況下，穩(wěn)定區(qū)間的進(jìn)深會(huì)向后推移;

5）南側(cè)下午開(kāi)燈后，穩(wěn)定區(qū)間會(huì)呈現(xiàn)與上午相似情況，而且區(qū)間會(huì)變大;

6）北側(cè)上午自然采光的情況下，1m進(jìn)深以前受窗墻影響較大，1.5m進(jìn)深之后出現(xiàn)穩(wěn)定照度區(qū)間，比南向范圍要大，但照度值會(huì)偏低;

7）北側(cè)上午開(kāi)燈后，1m進(jìn)深以后照度值十分平穩(wěn)，與南側(cè)相比，照度分布更為平穩(wěn)，均勻度更好;

8）北側(cè)下午自然采光情況下，與上午相比穩(wěn)定區(qū)間和受窗墻影響范圍都向后推移;

9）北側(cè)下午開(kāi)燈后，受窗墻影響范圍回到1m進(jìn)深處，光照分布穩(wěn)定但照度值低。

如圖1-21至圖1-27散點(diǎn)圖研究與驗(yàn)證，對(duì)所有調(diào)研對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行散點(diǎn)分布，驗(yàn)證各種情況下的采光照度分布規(guī)律基本滿(mǎn)足散點(diǎn)規(guī)律北側(cè)的四種分析情況不贅述。

2.基于現(xiàn)代辦公的視覺(jué)舒適度調(diào)研及分析

從圖2-1可知，受訪(fǎng)者主觀(guān)對(duì)于光環(huán)境的室內(nèi)照度水平評(píng)價(jià)偏于良好，36%的選擇了照度水平始終，32%的選擇了略昏暗，25%的選擇了略明亮。只有9%的選擇了明亮和昏暗的極端情況。而對(duì)于出現(xiàn)晃眼亮斑的概率在17%，明顯偏高。

而從第二章的分析中，明顯可以得出由于南北朝向不同、進(jìn)深大小、上下午時(shí)段不同、室外光環(huán)境不同等因素，導(dǎo)致受訪(fǎng)者的工作面照度水平會(huì)呈現(xiàn)千差萬(wàn)別的情況。故分析問(wèn)卷時(shí)，把受訪(fǎng)者對(duì)于對(duì)于光環(huán)境的評(píng)價(jià)按南北分開(kāi)進(jìn)行對(duì)比分析。

從圖2-2中可以看出，北向房間的整體不利評(píng)價(jià)要比南向少，其中包括感覺(jué)昏暗的主觀(guān)感受。而第二章可以看出南向房間的照度值明顯大于北向。這種現(xiàn)象值得進(jìn)一步作出探討。在眩光產(chǎn)生的嚴(yán)重程度方面，受訪(fǎng)者的主觀(guān)評(píng)價(jià)北向更是優(yōu)于南向。

從第一章中，可以得出北向房間的照度值會(huì)明顯低于南向房間，按現(xiàn)行辦公空間的照度標(biāo)準(zhǔn)，南向房間能滿(mǎn)足照度需求的面積更大，但在人主觀(guān)對(duì)于光環(huán)境的主觀(guān)評(píng)價(jià)中卻沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)，反而北向房間的光環(huán)境整體評(píng)價(jià)優(yōu)于南向房間。從調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，有些房間的照度值低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，但人視覺(jué)舒適度卻感覺(jué)良好，兩者總體上照度的穩(wěn)定性都較好，光色適宜。筆者認(rèn)為，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是基于老式辦公傳統(tǒng)的照度要求，而現(xiàn)代辦公方式主要是以計(jì)算機(jī)為主題的電子辦公設(shè)備。隨著人們生活質(zhì)量要求的提高，辦公空間光環(huán)境越來(lái)越得到重視，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定已然不能單從照度水平和滿(mǎn)足功能需求出發(fā)。結(jié)合調(diào)研，基于現(xiàn)在辦公的視覺(jué)舒適度評(píng)價(jià)應(yīng)該是光環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的重要因素。

3.給予現(xiàn)代辦公光環(huán)境的合理建筑設(shè)計(jì)

3.1合理的場(chǎng)地布局

本文重點(diǎn)是從室內(nèi)的采光分布與現(xiàn)代辦公條件下的視覺(jué)舒適度從發(fā)，對(duì)于建筑的場(chǎng)地布局沒(méi)有做過(guò)多論述，但自然采光是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，除了天光條件對(duì)其有較大影響，建筑場(chǎng)地的布局、太陽(yáng)光的直射方向等因素也有較大影響。當(dāng)建筑周?chē)嬖谡趽跷锏那闆r下，會(huì)在一定程度上影響室內(nèi)的光環(huán)境。合理布置建筑在場(chǎng)地中的位置，可以有效地獲得自然采光。如圖4-1天空垂直角度越大，

在調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)不是所有的遮擋都是不利的，當(dāng)建筑南側(cè)場(chǎng)地布置了許多密度均勻的樹(shù)木，由于樹(shù)葉的遮擋作用，會(huì)一定程度上起到遮陽(yáng)的作用，避免南側(cè)上午窗口眩光的出現(xiàn)。

3.2滿(mǎn)足采光和視覺(jué)需求的平面布局

在現(xiàn)有光環(huán)境調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大進(jìn)深的辦公空間，無(wú)論是基于既有標(biāo)準(zhǔn)還是第三章中分析所得照度標(biāo)準(zhǔn)，距離窗戶(hù)較遠(yuǎn)地方的采光都難以滿(mǎn)足。這是單側(cè)窗采光方式常見(jiàn)的問(wèn)題，合理的平面形式，可以有效的控制采光面進(jìn)深，結(jié)合采光照度分布，能最大限度利用天然采光，并滿(mǎn)足視覺(jué)舒適度的要求。

位于北京東城的中青旅大廈在采光設(shè)計(jì)上是一個(gè)優(yōu)秀的案例，建筑設(shè)計(jì)的概念是創(chuàng)建聯(lián)系東西的景觀(guān)通廊，所以在東西兩側(cè)各設(shè)置了一個(gè)貫通的邊庭，不僅創(chuàng)造了良好的視覺(jué)景觀(guān)，南大北小的“工”字形平面，加上邊庭和辦公空間合理的開(kāi)窗，使得建筑內(nèi)部具有滿(mǎn)足視覺(jué)舒適度的采光分布出現(xiàn)。

中庭的運(yùn)用可以把大進(jìn)深空間分割成小空間，并通過(guò)天窗或側(cè)窗將自然光引進(jìn)平面的深處。中庭與邊庭的采光可以使用天窗，也可以不采用天窗。但無(wú)論是否具有頂部采光，都會(huì)增加空間的天然光進(jìn)入量，減少人工照明的能耗，單使用頂部采光時(shí)要注意建筑得熱過(guò)多的情況，增加建筑能耗。香港匯豐銀行采用了中庭的平面形式，取得了穩(wěn)定良好的光環(huán)境。

3.3滿(mǎn)足采光和視覺(jué)舒適度的室內(nèi)空間布局

建筑的合理空間布局是基于室內(nèi)照度分布和調(diào)研分析所得的現(xiàn)代辦公視覺(jué)舒適度出發(fā)的。在方案階段，對(duì)于不同房間的使用功能的確定之后，空間布局在一定程度上可以迎合天然采光下的室內(nèi)光環(huán)境，做到合理利用天然光，再結(jié)合照明設(shè)計(jì)，得到一個(gè)既能滿(mǎn)足功能和舒適度需求又節(jié)能的室內(nèi)光環(huán)境設(shè)計(jì)。

1）復(fù)雜平面的建筑中，要在設(shè)計(jì)初期做好自然光分布的模擬和預(yù)估，把對(duì)采光要求不高的功能放在照度分布水平低的區(qū)域，同理，對(duì)采光要求高功能放在光環(huán)境好的區(qū)域;

2）根據(jù)舒適度要求利用空間和安排工作性質(zhì)，把隨機(jī)的任務(wù)設(shè)置在眩光頻率高、直射強(qiáng)烈或者采光不足的位置，把日常工作放在無(wú)眩光、舒適度高的環(huán)境里;

3）家具的布置不應(yīng)該阻礙自然光的進(jìn)入，需要隔斷的大空間，應(yīng)該合理設(shè)置隔斷高度或采用可以透光的材質(zhì);

4）北側(cè)房間具有更穩(wěn)定光線(xiàn)，宜設(shè)置成畫(huà)室或者繪圖空間，東西向注意不同時(shí)間段的光環(huán)境差異;

5）窗口附近應(yīng)設(shè)置視覺(jué)景觀(guān)或者休閑區(qū)，高照度的天然采光會(huì)給人積極的心理影響，有利于對(duì)于情緒的穩(wěn)定;

對(duì)于消除眩光的實(shí)例，如圖3-5所示，如果辦公桌的擺布如a所示，在前面已做論述，中午時(shí)會(huì)面臨較為嚴(yán)重的窗口眩光;而b方式則會(huì)在電腦屏幕上出現(xiàn)較強(qiáng)的反射光;c、d的布置方式下再結(jié)合必要的遮陽(yáng)設(shè)施就能夠最大限度利用天然光。

3.4合理燈具布置對(duì)于節(jié)能設(shè)計(jì)的考慮

3.4.1 ECOTECT模擬的采光照明方案

容易得到，窗口處開(kāi)間方向照度分布不均勻，并且具有較大照度值，容易產(chǎn)生眩光，無(wú)論南北都不合適布置辦公工作面。自然采光的情況下北側(cè)具有更加均勻且穩(wěn)定的照度分布，在上午時(shí)的照度完全可以滿(mǎn)足以計(jì)算機(jī)為主的現(xiàn)代辦公條件，下午時(shí)在照度不足的地方合理布置燈具就會(huì)同樣滿(mǎn)足。南側(cè)在上午時(shí)，必須合理解決眩光問(wèn)題，在照度穩(wěn)定區(qū)間也同樣在不開(kāi)燈的情況下具有良好的現(xiàn)代辦公光環(huán)境條件，下午則需要在5m進(jìn)深后合理布置燈具。2.5m進(jìn)深之前墻軸線(xiàn)和窗軸線(xiàn)要采用不同的設(shè)計(jì)策略;在窗軸線(xiàn)0.5m到2.5m進(jìn)深的照度滿(mǎn)足傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)要求;

現(xiàn)以標(biāo)準(zhǔn)模型北側(cè)房間春分日15：00的ecotect軟件模擬照度分布，簡(jiǎn)述合理燈具布置獲得滿(mǎn)足現(xiàn)代辦公光環(huán)境的設(shè)計(jì)策略。

調(diào)研分析所得的照度分布和現(xiàn)代辦公條件下的視覺(jué)舒適度條件中可得，北側(cè)下午在自然采光的情況下不能完全滿(mǎn)足現(xiàn)代辦公條件的光環(huán)境，需要借助人工照明。如圖3-6所示，模擬的自然采光情況下的照度分布，在合理燈具布置之后，達(dá)到在房間大部分是200lx穩(wěn)定照度的區(qū)間范圍，滿(mǎn)足基于計(jì)算機(jī)辦公的視覺(jué)舒適度條件。（模擬所用的光源是模擬光源，非實(shí)際燈具）

圖3-7和圖3-8模式使用的是相同的單個(gè)燈具，圖3-9為平時(shí)的燈具布置形式，僅采用人工照明，達(dá)到的平均照度僅為142.49lx。而合理布置燈具后，結(jié)合天然采光則能到244.10lx的平均照度，但消耗卻大幅度的降低了。

圖3-9中模擬的為在僅人工照明情況下，平均照度達(dá)到300lx，滿(mǎn)足現(xiàn)行辦公空間照度水平的情況，光環(huán)境則缺乏變化，能耗水平則更大。

圖3-10則分析了都在人工照明的情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)的燈具功率密度情況下，正常燈具布置與合理燈具布置的能耗對(duì)比，節(jié)能一半有余。

3.4.2 DIALUX模擬的采光照明方案對(duì)比

運(yùn)用dialux進(jìn)行燈光模擬，分別模擬原有標(biāo)準(zhǔn)照度值300lx和基于現(xiàn)代辦公的照度標(biāo)準(zhǔn)值120lx，同樣的燈具布置時(shí)，300lx具有的燈具瓦數(shù)為56，而120lx需要的燈具燈具瓦數(shù)為28w。在如此兩種情況下開(kāi)啟燈光時(shí)，在大多數(shù)工作面下都能有穩(wěn)定的照度，而節(jié)能效率達(dá)到50%。

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