窗視野：建筑采光分析中的重要方面

邊 宇，趙永慧，龐鈺芝

(華南理工大學(xué) 建筑學(xué)院，亞熱帶建筑科學(xué)國家重點實驗室，廣東 廣州 510640)

引言

目前，建筑采光分析主要包括兩方面內(nèi)容：1)天然光利用率，涉及自主采光閾(DA)、有效采光度(UDI)等指標(biāo)；2)視覺舒適度分析[1-5]。實際上，窗視野對于房間使用者的心理感受及生理作用都有顯著的影響，且與其他采光內(nèi)容類似，決定于開窗法、建筑設(shè)計、周圍環(huán)境等因素。因此，倡議將窗視野分析作為建筑天然光環(huán)境分析的第三方面內(nèi)容。本文主要對窗視野的概念進(jìn)行系統(tǒng)闡述，并介紹國際上對于視野分析的規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)，最后結(jié)合案例總結(jié)窗視野分析的方法。

1 窗視野評價

窗視野(window view)指房間使用者透過窗戶看到的窗外景觀情況，包含視野內(nèi)容、視野可見性、視野清晰度三方面[6]。

1.1 視野內(nèi)容

視野內(nèi)容(view content)指透過窗戶可以看見的視覺特征總和[7]，如自然景觀、城市景觀、天空、地面、動態(tài)元素等，也是視野質(zhì)量評估中最主要的因素。

自然景觀指包含植物(如：樹木)或水體(如：河流、海洋或湖泊)等景致[8]，它們不僅對心理和生理健康有積極影響，還可以提升某些建筑的財產(chǎn)和商業(yè)價值。城市景觀指包含城市中的街道、廣場、建筑物、園林綠化等形成的場景。一般情況下，自然景觀比城市景觀更受青睞，但著名城市地標(biāo)依然有很強的不可替代性[9]。

水平分層指在視野的水平軸上看到的不同邊界層，即將地面、景觀和天空按層級劃分為地面層、景觀層和天空層[10]，如圖1所示。

圖1 水平分層：(a)地面層、(b)景觀層、(c)天空層Fig.1 Horizontal stratification：(a)ground layer，(b)landscape layer，(c)sky layer

視野距離指窗戶與室外距離最近的建筑物之間的垂直距離。在城市中視野距離愈遠(yuǎn)愈受青睞，但當(dāng)視野中包含自然景觀等因素時，視野距離的影響會弱化[10]，此時視野中的動態(tài)元素(如：行人和車輛)更能吸引人們的注意，但動態(tài)元素受到時間、天氣和個人偏好等影響，有可能產(chǎn)生負(fù)面影響，如分散他人注意力[11]。

1.2 視野可見性

視野可見性(view access)指使用者在房間某位置是否可以看到視野內(nèi)容及所見視野內(nèi)容的多少[12]。房間是否開窗、開窗尺寸與位置、使用者和窗戶之間的位置關(guān)系都決定著視野可見性。此外，人為地創(chuàng)造視野內(nèi)容也可以提高視野可見性。當(dāng)建筑設(shè)計進(jìn)入平面設(shè)計階段，受視角和視野深度限制，提高視野質(zhì)量的方法有限。此時，建筑師可將包含自然元素的庭院或中庭融入建筑內(nèi)部，如垂直綠化或空中花園，均可有效提高視野質(zhì)量。視野可見性可以使用如下三種方法進(jìn)行評估。

1)視角是最易用的評價視野可見性的指標(biāo)，即使用者視點所在的垂直面或水平面與窗框交點所成夾角，包含水平視角和垂直視角。一般情況下，視角越大，視野質(zhì)量越高。

2)在某些標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)證體系中使用視野進(jìn)深以及窗墻比(WWR)等概念評價視野可見性。視野進(jìn)深即使用者位置與窗戶之間的距離。2020年LEED評價體系規(guī)定視野進(jìn)深需小于窗頭高(地面與窗戶上窗框之間的距離)的3倍。2018年BREEAM評價體系則同時對開敞辦公室的窗墻比和視野進(jìn)深進(jìn)行了規(guī)定，內(nèi)容分別為：

WWR=20%時，視野進(jìn)深< 8 m；WWR=25%時，視野進(jìn)深為8～11 m；WWR=30%時，視野進(jìn)深為11～14 m；WWR=35%時，視野進(jìn)深>14 m。

3)具有視野可見性的空間面積(spatial view access)是衡量房間視野的最常用指標(biāo)，即規(guī)定房間滿足一定面積的空間可以看見某類視野內(nèi)容。不同的綠建評價標(biāo)準(zhǔn)的具體要求不同，具體內(nèi)容見第2節(jié)中針對LEED和EN 17037的介紹。

1.3 視野清晰度

視野清晰度(view clarity)指房間使用者透過窗戶觀看視野內(nèi)容的清晰度，決定于窗結(jié)構(gòu)、材料、附屬在窗內(nèi)部或周圍的裝置[13]。

窗框可能會遮擋或改變視野的邊界，影響使用者看到的視野效果和感知窗外信息的方式[14]。收窄窗框?qū)挾取p少分割、避免窗框出現(xiàn)在視野中心或水平分層的邊界等弱化窗框影響的措施可以有效地提升視野清晰度。

遮陽裝置對視野清晰度也有影響，受其材質(zhì)光學(xué)特性的影響，視野可能被大面積遮擋或變得模糊，如此則視野清晰度也會大幅度降低[15]。常用的遮陽百葉、卷簾都會降低視野清晰度，但可收放的非固定遮陽裝置，則可通過控制和調(diào)節(jié)改變視野清晰度。如圖2所示例為窗框、百葉、卷簾對于視野清晰度的影響。

圖2 (a)窗框、(b)百葉、(c)卷簾對于視野清晰度的影響Fig.2 Effect of (a)window frames，(b)louvers，and (c)roller blinds on the clarity of the field of view

針對織物遮陽裝置，可以采用視野清晰度指數(shù)(View Clarity Index，VCI)描述視野性清晰度。2015年，研究者在測試室內(nèi)由一項18人測試14種不同遮光織物的視覺效果的實地問卷得出了VCI的計算式(1)[16]。當(dāng)VCI大于0.5時，可滿足最低視野要求，因此盡可能選用深色、OF大于10%的織物遮陽材料。

(1)

式中：OF——開敞系數(shù)，即織物孔洞占總面積的比例；

Tv——可見光透射率；由制造商提供。

生活中常用的防盜網(wǎng)、紗窗以及穿孔板也會影響視野清晰度，如圖3所示。常見防盜網(wǎng)為金屬格柵樣式，金屬絲的寬度和間距是影響視野清晰度的主要因素?？梢圆捎媚壳巴菩械碾[形防盜網(wǎng)，當(dāng)觀察者距窗較遠(yuǎn)時，紗窗對于視野清晰度的影響較低。防盜網(wǎng)、紗窗及穿孔板對于視野清晰度的影響均可以使用材料實體部分未遮擋的面積占窗口總面積的比例進(jìn)行描述，該比值越大，視野清晰度越高，通常要求該指標(biāo)不低于60%。

圖3 (a)金屬格柵防盜網(wǎng)、(b)隱形防盜網(wǎng)、(c)紗窗對于視野清晰度的影響Fig.3 (a)metal grille security fence，(b)invisible security fence，(c)the impact of screens on the clarity of vision

2 不同標(biāo)準(zhǔn)對于窗視野評價的規(guī)定

2.1 美國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)(LEED v4.1)中的規(guī)定

LEED v4.1在“室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量”部分對窗視野進(jìn)行了評價，認(rèn)定提供良好的視野(view quality)即獲得一分。良好視野由75%的使用空間面積通過窗玻璃看到的窗外視野決定。該窗玻璃定義為不被玻璃碎片、有圖案的玻璃或有色玻璃阻擋的區(qū)域。此得分要求75%的使用空間面積至少符合以下的兩項標(biāo)準(zhǔn)：(a)水平視角：大于90°；(b)視野進(jìn)深：小于3倍的窗頭高；(c)視野因子：大于或等于3(見表1視野因子的分類標(biāo)準(zhǔn))；(d)視野內(nèi)容：至少可見2層水平視野層(地面層、景觀層、天空層)。相關(guān)指標(biāo)的具體圖例如圖4所示。

表1 視野因子和視角最小值(水平視角和垂直視角中的較小值)的對應(yīng)關(guān)系Table 1 Correspondence between field of view factor and minimum view angles

圖4 LEED相關(guān)評價指標(biāo)：(a)水平視角、(b)垂直視角、(c)窗頭高、(d)視野進(jìn)深Fig.4 LEED-related evaluation indicators：(a)horizontal sight angles，(b)vertical sight angles，(c)window head height，(d)view depth

2.2 歐洲采光標(biāo)準(zhǔn)(EN 17037)中的規(guī)定

EN 17037為天然光照度、視野、日照標(biāo)準(zhǔn)和眩光四個關(guān)鍵領(lǐng)域設(shè)定了最低性能水平來解決采光設(shè)計問題，還提供了每個領(lǐng)域內(nèi)“中”和“高”的建議。其中，視野被定義為低、中和高三個級別，包含三個方面：(a)水平視角：水平面上的視點與窗框交點所成夾角；(b)視野距離：窗戶中心到最近室外物體間的垂直距離；(c)75%的使用空間面積可見的視野層數(shù)：“層”是指外部景觀的不同組成部分，即地面層、城市或景觀層和天空層。相關(guān)指標(biāo)的具體圖例如圖5所示。EN 17037具體的評價內(nèi)容見表2。

表2 EN 17037中視野的評價內(nèi)容Table 2 Evaluation content of visual field in EN 17037

圖5 EN 17037相關(guān)評價指標(biāo)：(a)視野距離、(b)視野層數(shù)量Fig.5 EN 17037-related evaluation indicators：(a)the outside distance of the view，(b)number of visible layers

2.3 小結(jié)

從評價內(nèi)容來看，LEED v4.1的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定側(cè)重平立面設(shè)計(如：窗戶設(shè)計和進(jìn)深大小)對視野質(zhì)量的影響；而EN 17037的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定側(cè)重窗外因素(如：視覺特征和視野距離)對視野的影響。因此，EN 17037中的規(guī)定在建筑設(shè)計的全生命周期過程中影響更早。從評價結(jié)果來看，LEED v4.1僅對“良好視野”進(jìn)行規(guī)定，且靈活性更強；而EN 17037提供了低、中、高三個級別的規(guī)定，對視野的規(guī)定更詳細(xì)，不僅可用于某房間的視野評價，還可以用于比較不同房間的視野質(zhì)量。

3 分析示例

本文使用某案例遵照LEED v4.1和EN 17037中的規(guī)定進(jìn)行窗視野分析示例。如圖6所示為分析對象，視野評估空間位于一棟圍合式辦公建筑的第4層南側(cè)，房間面積為8 m×10 m，南側(cè)開窗。在建筑南側(cè)根據(jù)實況模擬自然景觀植物、美術(shù)館、動態(tài)元素、其他建筑物等視野特征，并在選項卡中對視野特征進(jìn)行分類，可分別得到LEED v4.1和EN 17037的模擬結(jié)果，如圖7和圖8所示。

圖6 分析對象Fig.6 Analysis object

圖7 仿真模型的LEED評價結(jié)果Fig.7 LEED evaluation results of the simulation model

圖8 仿真模型的EN 17037評價結(jié)果Fig.8 EN 17037 evaluation results of the simulation model

模擬軟件中LEED v4.1的規(guī)定在原有LEED標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定基礎(chǔ)上做了一定簡化，即認(rèn)定過程中的具體指標(biāo)更局限，靈活性降低。在模擬過程中，至少 75% 的使用空間面積滿足良好視野(quality view)，LEED v4.1中窗視野獲得1分。良好視野需同時滿足以下兩項要求：1)視野內(nèi)容中包含距離窗戶25英尺的景觀(如：自然景觀或城市景觀等)；2)視野進(jìn)深小于窗頭高的3倍。圖7中模型100%的空間位置可滿足條件1和2，該房間的窗視野可獲得1分。

模擬軟件中EN 17037的規(guī)定和原有EN 17037標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定基礎(chǔ)完全一致，模擬結(jié)果如圖8所示：14.4%使用面積的視野質(zhì)量為“低”；15.6%使用面積的視野質(zhì)量為“中”；70.6%使用面積的視野質(zhì)量為“高”。

LEED v4.1和EN 17037的最終模擬結(jié)果一致，均為100%的房間使用面積滿足最低視野要求。從模擬內(nèi)容來看，二者之間既有差異性又有相同之處，但EN 17037的指標(biāo)內(nèi)容更詳細(xì)；從模擬過程來看，二者的視野評價認(rèn)定步驟高度重合，因此建筑師在視野評價過程中可同時模擬以上兩類標(biāo)準(zhǔn)，最終主要參考EN 17037的評價結(jié)果。

4 結(jié)論

我們從窗視野的三方面中提取重要指標(biāo)及設(shè)計策略如下：

(1)視野內(nèi)容應(yīng)包含自然綠植或水體、景觀層或天空層以及其他視覺特征(如：城市景觀、車流和人流)，且應(yīng)保證所有視覺特征與窗戶之間的距離大于6 m；

(2)視野可見性要求最小視角應(yīng)大于14°、視野進(jìn)深應(yīng)小于窗頭高的3倍，75%的使用空間面積應(yīng)能滿足以上視野要求，以及若人為創(chuàng)造自然庭院或中庭則其寬應(yīng)大于8 m；

(3)視野清晰度要求窗框不應(yīng)位于視野中心，固定的實體遮擋(如：防盜網(wǎng)、紗窗、多孔板等)占窗口總面積比應(yīng)大于60%，應(yīng)選用深色且OF大于10%的織物遮陽材料，百葉和卷簾等非固定遮陽裝置應(yīng)根據(jù)時間變化調(diào)節(jié)至窗口所需的視野清晰度。