中小型高鐵客站候車空間天然采光優(yōu)化設計研究

昝佳利

摘 要： 天然采光設計作為建筑整體設計的重要組成部分，不僅對建筑內部的空間品質有重要影響，同時也是降低建筑能耗的重要環(huán)節(jié)。對于高鐵客站，其室內天然光環(huán)境的品質會直接影響到工作人員的工作效率及旅客的候車體驗。通過對中小型高鐵客站候車空間天然光環(huán)境現(xiàn)狀及影響因素進行調研分析，借助ECOTECT軟件進行模擬研究，提出相應的優(yōu)化設計策略。

關鍵詞： 天然采光 高鐵客站 候車空間 軟件模擬

中圖分類號： TU113.5文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）02-0055-04

Research on Optimization Design of Natural Lighting of the Waiting Space for Small and Medium-Sized High-Speed Railway Passenger Stations

ZAN Jiali

（ Sichuan College of Architectural Technology， Deyang， Sichuan Province， 618000 China ）

Abstract： Natural lighting design， as an important part of the overall design of a building， not only has an important influence on the spatial quality of buildings， but also is an important part of reducing the buildings energy consumption. For the high-speed railway station， the quality of indoor natural light environment will directly affect the working efficiency of the staff and the waiting experience of passengers. This paper researches and analyzes the present situation and influencing factors of the natural light environment in the waiting space of small and medium-sized high-speed railway stations， simulates and researches with the help of ECOTECT software， and puts forward corresponding optimization design strategies.

Key Words： Natural lighting； High-speed railway station； Waiting space； Software simulation

目前我國高鐵已經(jīng)基本完成大型客站的建設，設計與建設的重心轉向中小型客站[1]。本文通過對中小型高鐵客站候車空間天然光環(huán)境現(xiàn)狀及設計手法進行研究，試圖發(fā)現(xiàn)其不足并對其進行優(yōu)化，為今后中小型高鐵客站候車空間天然光環(huán)境設計提出建設性意見。

1 我國中小型高鐵客站候車空間天然采光標準和影響因素

1.1 候車空間天然光環(huán)境要求

根據(jù)《建筑采光設計標準》（GB 50033—2013），交通建筑的采光標準值不應低于表1的規(guī)定[2]。

對于本文研究對象“候車空間”來說，其采光等級為Ⅲ，側面采光時，其采光系數(shù)標準值為3%，室內天然光照度標準值為450 lx；頂部采光時，其采光系數(shù)標準值為2%，室內天然光照度標準值為300 lx。

在滿足以上視覺舒適標準值的同時，候車空間天然采光設計也應在外形美觀、節(jié)約能源、降低能耗等方面提出相應的策略。

1.2 影響我國中小型高鐵客站候車空間天然采光的因素

1.2.1 地理環(huán)境與建筑朝向因素

地理環(huán)境是影響建筑天然采光的重要因素之一。緯度越高、海拔越低的地區(qū)，其室外天然光照度水平越低，在進行天然采光設計時，應注意考慮如何將冬季的天然光更多地引入室內；反之，緯度越低、海拔越高的地區(qū)，其室外天然光照度水平越高，在進行天然采光設計時，應更留意其遮陽設計。

此外，朝向也是影響候車空間天然采光的重要因素。被調研客運站多是南北朝向，且南向是主要采光面。在夏季，南面會得到最大的天然光照射，通過技術手段甚至能獲得更多太陽能，是最理想的采光立面。而北面盡管白天獲得日照量少，在這種情況下使用漫反射天窗，也可以使北面具有良好的采光效果。而東西面由于較低的入射角，且天然光的變化性非常高，西立面在夏季還會受到巨大熱量的侵襲，產(chǎn)生嚴重的眩光，因此在設計中，充分考慮候車空間的朝向問題十分必要。

1.2.2 客站形式

對于高鐵客站來說，站房與站場相對位置的不同直接決定了其天然采光方式的差異。根據(jù)站房與站場之間的平面和立體關系，其站型有四種基本形式，即線側式、線端式、線上式、線下式。

線側式客站站房位于站場一側，線端式客站站房位于站場的頂端；線上式客站站房位于站臺及線路上方，也稱高架形式；線下式客站站房位于站臺及線路下方。

對于線側式、線端式及線上式客站來說，其天然采光方式受約束較小，可根據(jù)實際情況設置天窗，天窗朝向、面積彈性較大。同時側窗形式豐富，面積根據(jù)實際設計條變化靈活。而對于線下式客站來說，利用天窗采光可行性較小，且站房層高、進深受站臺及線路高度、寬度的制約，其天然采光設計具有一定被動性，只能充分發(fā)揮側窗在天然采光中的作用[3]。

1.2.3 規(guī)模及尺寸

客站規(guī)模也是影響候車空間天然采光的因素之一。在《鐵路旅客車站設計規(guī)范》（TB 10100—2018）中，按照旅客最高聚集人數(shù)，將客貨共線鐵路客車車站規(guī)模劃分為四個等級，如表2所示。

對于規(guī)模等級較高的客運站，其候車空間面積較大，為滿足采光標準值則需要更多的采口面積，此時應增設一定面積的天窗；同時，對于進深較大的候車空間，則需要增設高側窗將光線引入空間內部。

2 調研案例說明

2.1 樣本客站候車空間天然采光調研情況說明

筆者隨《鐵路客運站站房公共空間體量合理性》課題組對全國多個中小型高鐵客運站進行實地調研。結合本次研究目的，最終選擇無錫東站、黃山北站、歙縣北站、績溪北站作為研究對象，分析其天然采光設計手法，并提出相應的優(yōu)化策略。表3和表4分別是被調研車站天然采光設計情況及天然采光測量結果。

對照表1，由測量結果可知：歙縣北站在10∶00—11∶00、黃山北站在13∶00—14∶00時間段內采光系數(shù)達到標準值3%，但黃山北站室內照度平均值未達到標準450 lx。同時參考表5可知，各站測量當天室外照度均高于陰天照度參考值，對測量結果產(chǎn)生一定影響，綜合比較黃山北站測量結果有較大參考意義。 2.2 樣本客站候車空間天然采光調研總結

通過對高鐵客站候車空間進行實地測量分析，筆者發(fā)現(xiàn)其天然采光具有以下特點。

客運站候車空間常用的采光形式包括頂部采光、側面采光及頂部側面綜合采光。對大型空間來說，頂部采光較側面采光優(yōu)勢更為明顯。其窗口朝向可以與建筑朝向無關，且窗口面積及布置形式有更大靈活性。候車空間利用天窗采光，可以作為白天整個建筑空間的主要采光源，給候車空間帶來充足的光線。但同時，應避免頂部過強的太陽直射光線，這部分光線照射在光滑的大理石地面上，會形成使人不適的反射眩光。

對于進深較小的候車空間，側面采光可以使其得到較為理想的天然光環(huán)境。但并非每個方向上的側窗都能取得較好的效果。對于玻璃幕墻來說，通常只有位于北向的玻璃幕墻才能獲得較為穩(wěn)定、舒適的光線。而南向空間則會隨著室外照度的變化產(chǎn)生較大的照度變化，形成不穩(wěn)定的室內光環(huán)境。對于進深較大的候車空間，通常會增設高側窗將光線更多地引入室內深處，以緩解室內照度不足的情況。

綜合來說，頂部側面綜合采光的候車空間天然光環(huán)境較單一采光方式的候車空間天然光環(huán)境更優(yōu)，室內照度穩(wěn)定、照度充足。在空間的營造上也更易使人感到主次分明，頂部采光的空間為主，側面采光的空間為輔。

3 中小型高鐵客站候車空間天然采光設計優(yōu)化策略

基于上述分析，候車空間天然采光設計可在以下幾方面進行優(yōu)化。

3.1 采光方式優(yōu)化

經(jīng)過簡單模擬可知：對某一空間來說，頂部側面綜合采光的形式優(yōu)于單一側面采光。以歙縣北站為例，當為歙縣北站增加一扇面積為9 000 mm×16 000 mm（天窗面積參考績溪北站）天窗時，其采光系數(shù)平均值增加為19.75%。且室內光環(huán)境更加均勻穩(wěn)定，為空間營造出向心性，符合客運站建筑的光環(huán)境需求。故在條件允許的情況下，應盡量使站房利用頂部和側面同時采光的形式[4]。

3.2 開窗形式優(yōu)化

經(jīng)過調研不難發(fā)現(xiàn)，既有客運站站房多采用大面積玻璃幕墻以增加空間進光量，但同時也增加了建筑能耗。在采光口面積相同的情況下，不同的開窗形式帶來不同的采光效果，這里分別論述側窗與天窗的優(yōu)化方式。

3.2.1 側窗優(yōu)化

影響側窗采光效果的因素很多，主要集中在側窗形狀、側窗布置方式、側窗間間距。

在形狀的選擇上，候車空間宜多采用長方形、正方形的側窗。具體原因如下：建立47 m×28 m×10 m的空間模型，在采口面積相等（單面墻288 m2），窗間間距為（1 m）、窗臺標高（1 m）一致的情況下，分別對其開豎窗、橫窗及正方形窗，其模擬結果見表6。

由此可以看出，對于面積較大的候車空間來說，選擇形狀接近于正方形的側窗更有利于天然采光，豎向側窗次之。

對于側窗的布置形式，這里討論集中式、分散式以及高側窗的設置對天然采光的影響。

同樣建立47 m×28 m×10 m空間模型，在采口面積相等（單面墻288 m2），窗間間距（1 m）、窗臺標高（1 m）一致的情況下，分別模擬4種側窗布置方式下候車空間的采光系數(shù)，模擬結果如表7所示。

從模擬結果可以看出，分散式布置的采光效果優(yōu)于集中式布置，有高窗時的采光效果優(yōu)于無高窗時的采光效果，且增加了候車空間在縱深方向的采光均勻度。因而在條件允許的情況下，候車空間宜采用分散式有高窗的布置形式。

對側窗間間距，同樣建立47 m×28 m×10 m空間模型，在采口面積相等（單面墻288 m2）、窗臺標高（1 m）一致的情況下，分別模擬間距0.73 m、1 m、1.8 m下的候車空間采光系數(shù)，模擬結果如表8所示。

從模擬結果可看出，當窗間的間距在0.73～1.8 m范圍內時，空間采光系數(shù)平均值變化不大，間距1 m時略高。說明在相同采口面積下，窗間間距不是影響采光系數(shù)大小的主要因素。

綜合以上三方面因素，候車空間宜選擇頂部側面綜合采光方式，側窗形狀類似正方形，并采用分散式布置，根據(jù)實際條件設置高窗及適宜的窗間間距。

3.2.2 天窗優(yōu)化

天窗采光是頂部采光的最常見形式，影響天窗采光的因素主要有自然條件、天窗的布置形式、天窗的形狀和大小、建筑室內空間層高及選用的材料。

天氣狀況、日照時間、季節(jié)變化等自然條件是影響天窗進光量的基本因素，排除這些客觀條件，這里主要就天窗的布置形式——集中式和分散式進行討論[5]。

同樣建立47 m×28 m×10 m空間模型，在保證天窗面積相同（9 m×16 m）的前提下，分別模擬其集中布置、分散布置時的采光效果。

模擬結果如表9所示。

從模擬結果可以看出，對于單層候車空間來說，集中天窗優(yōu)于分散天窗。天窗呈矩形或正方形對采光系數(shù)變化影響不大。當分散布置時，天窗呈正方形且分散程度較大時，室內采光系數(shù)最大，且室內照度分布較為均勻。

4 結語

綜上所述，對于單層候車空間來說，采用四角分散式天窗更有利于室內光環(huán)境的營造，而對于雙層候車空間來說，呈橫向分散布置的天窗更有利于其室內穩(wěn)定的光環(huán)境。

參考文獻

[1]謝法連寒地高鐵客站候車空間天然采光設計策略研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學，2021.

[2]范征宇，徐若孌，劉加平.夏熱冬暖地區(qū)中小型鐵路客站候車廳自然采光優(yōu)化設計：以?？谀掣哞F站為例[J].建筑節(jié)能（中英文），2023，51（7）：1-7.

[3]徐若孌.基于空間形態(tài)的中小型鐵路客站候車空間天然采光優(yōu)化設計策略研究[D].西安：西安建筑科技大學，2022.

[4]馬力國.我國既有大型鐵路客運站候車空間設計淺析：以北京南站為例[D].天津：天津大學，2020.

[5]張興艷，嚴建偉.高寒地區(qū)鐵路站房天然采光模擬及其優(yōu)化設計[J].重慶大學學報，2022，45（5）：52-66.