基于功能需求的地下商业街天然采光研究

罗 寅，翁 季

(重庆大学建筑城规学院，山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆400045)

0 引言

地下商业街最早出现在60年代的日本，由于与地面商业街功能形态相似而得名，其最初形态为地下步行连接通道两侧开设的商店，随着城市建设与功能需求的不断发展，地下商业街已由单一的功能形式逐步发展为多种功能相结合的复合型城市商业综合体。

伴随着城市空间立体化与复合化进程的加快，城市地下商业街已逐步成为城市地下空间开发利用的重要形式之一。它不仅满足了部分地区人防、静态交通等功能的需要，还对地面商业系统起到了完善与补充的作用，是缓解城市经济高速发展与城市中心区商业用地紧张矛盾的主要解决方式之一。

特殊的建筑空间形式决定了特殊的空间需求，地下商业街在满足地下空间的基本照明需求的同时，也应针对其功能需求提高空间环境质量，从而加强地下商业空间的商业与投资吸引力。合理地引入新型的采光技术与方式不仅可以降低商业成本、提高空间质量，也可降低照明能耗，顺应节能减排的国际潮流。

1 地下商业街商业形态与照明需求

1.1 地下商业街的主要业态

随着经济高速发展，城市中心商业区可谓寸土寸金，地上商业空间已被大型商场、高级写字楼所占据。而零售业作为城市商业体系中不可缺少的部分则被挤入了内部空间品质相对较低的地下商业街。虽然地下商业街面积在城市地下综合体中仅占1/4左右，但其产生的商业价值却占80%左右。在对四川、重庆两地的地下商业街的调查研究中发现，现有的地下商业街业态主要由中小型零售业所组成，采用巷道式布局，经营方式以分散租赁为主。因此在研究地下商业街照明需求时，应尽量针对零售业这一主要存在于地下商业街的商业形态(见图1)进行分析研究。

图1 地下综合体面积配比与地下街面积配比

1.2 零售业态的照明需求

由零售业态所组成的地下商业街，其内部空间具有人流量较大，大部分销售人员需长期停留的特点。因此相对于其他地下建筑，地下商业街中人的活动较为频繁，对照明的需求也相应较大。但由零售业所组成的商业空间不同于大型的商业展示空间，其巷道式的销售布局与分散租赁的经营模式，决定了各个商业展示空间分散存在于各个独立店铺中，而各个展示空间的照明设计则需根据各零售业者自身需求进行独立设计。在地下商业街中统一的照明设计主要集中于交通、休息、辅助等公共空间，而此类空间并不承担商业展示的功能需求，因此其照明需求相对于商业展示空间也较低。

2 地下商业街采用天然采光技术的合理性论证

将天然光源引入地下建筑空间一直为近年来研究的热点问题，但由于功能需求的不同，地下商业街采用天然采光技术是否合理需进行进一步论证。以马斯洛需求层次为理论基础，下面通过对经济性、实用性、舒适性、节能性四方面需求进行分析研究，论证基于功能需求的地下商业街采用天然采光技术的合理性。

2.1 经济性——降低商业成本

众所周知，大型商业建筑对于照明设计有着较高的要求，大部分商业展示空间的光环境基本依靠人工照明设计进行营造，并不采用天然光源。而创造高质量的商业展示空间，所带来的则是高昂的照明运营费用。相比而言，普遍存在于地下商业街中的普通零售业空间则与大型商业空间有所不同，在满足基本采光要求的同时，零售业主更加关注照明系统运营所带来的经济费用对自身的影响。在此基础上合理采用天然采光技术，可以大大降低零售业者在地下商业街中的商业运行成本，使地下商业街更加具备投资吸引力。

2.2 实用性——满足基本需求

由于人类无法控制天然光源的变化，所以现有的大部分天然采光仅仅作为人工照明的辅助方式，无法通过天然采光达到某些特殊的照明要求。地下商业街空间虽对照明需求较大。但其公共空间由于不承担商业展示的需求，因此采用统一照明设计的公共空间部分对照明质量要求相对较低。因此天然采光正适合于地下商业街公共空间对采光照明的需求。天然采光技术应用于零售业态的地下商业街具有很大的实际操作意义与发展前景。

2.3 舒适性——提升空间质量

调研表明，在影响地下空间环境的因素中，对于天然光的需求被受访者列为主要因素。人们普遍认为人工光源无法代替天然光源，且人工光源并无太大变化，使空间显得沉闷枯燥。由于地下商业街人员密度与流动性较大，如果整个地下商业街无天然光源的引入，长期在此的工作人员会产生焦躁不安的情绪，也会使大部分顾客产生厌倦的心理阴影，从而降低整个空间的商业活力。因此在地下商业街的照明系统中引入部分天然采光技术，会使整个地下商业空间品质得到大幅度提升。

表1 影响城市地下空间环境的12个因素

2.4 节能性——创造节能空间

我国照明用电在全国电能消耗中约占总用电量的12%左右。因此，在建筑中节约用电具有十分重要的地位。而在地下商业街中，照明能耗更是其总能耗的主要组成部分。天然光资源取之不尽用之不竭，利用清洁环保的天然光既有利于节约能源又起到保护环境的作用。因此在节能减排的形势下，地下商业街的照明应充分利用和开发天然光，创造低碳节能的地下商业街光环境。

综上所述，在地下商业街中采用天然采光技术具有若干优势。但在实际工程中，天然采光技术的应用往往会受到地下商业街的形态、规模、造价等诸多因素的影响。因此将天然光源引入地下空间的关键在于根据实际情况合理地运用不同的天然采光方式。

3 低技术手段的地下商业街天然采光方式

现有地下商业街的天然采光技术主要依靠低技术手段实现，通过对空间形态进行处理，进而将天然光引入到地下空间。以下几种方式为目前应用较为广泛的天然采光方式。

3.1 天窗式天然采光系统

天窗采光(图2)适合于埋深较浅、地面部分为广场或绿地的地下商业街。通过在顶棚设置天窗将天然光引入地下商业街。此方式采光效率高，使用也较为灵活，并可根据内部功能的需求选择各种形式的天窗，如矩形天窗、锯齿形天窗等。为了打破线形商业空间的枯燥沉闷，大部分地下商业街采用设置中庭节点的方式进行处理，在中庭采用玻璃顶棚引入天然光，也是天窗式天然采光系统的一种变形。但此方式对地下空间热工环境影响较大，容易引起内部空间的热不舒适。

3.2 下沉广场式天然采光系统

下沉广场式(图3)常常存在于城市中心区的大型地下商业街，使地面一部分下沉一定高度，使广场出现空间形态变化，并且结合地下商业街，形成多层次的复合空间。通过下沉部分的立面侧窗为广场周围的地下空间提供大量的自然光线。此方式受部分地下商业街层高限制，且其引入的天然光影响范围有限。部分地下商业街将此方式进行变形，形成中庭式的地下商业街。

图2 天窗式天然采光示意

图3 下沉广场式天然采光示意

以上为大量运用在现有地下商业街中的低技术天然采光方式，以上方式均能满足经济性、实用性、舒适性、节能性四方面的基本要求。但使用局限性较大，并不能普遍应用于大量的城市地下商业街。

4 高技术手段的地下商业街天然采光方式

在多数情况下，地下商业街没有足够的条件来满足低技术手段的天然采光，只能完全采用人工照明方式来满足其照明要求。随着科学技术的进步，近几年来一些新型的天然采光技术在一些实际工程逐步得到应用，并取得了较好的效果。其中导光管技术为现有地下空间天然采光的主要高技术手段。

4.1 导光管技术

导光管技术是一种新型有效的利用天然采光的照明技术。导光管技术的主要特点是在地下空间的使用中其局限性较小，并可有效地将天然光进行重新分配，不仅达到了节能环保的效果，也可避免直接引入天然光所产生的眩目与热不舒适等问题。针对地下商业街中的零售业态，导光管技术也可根据不同使用空间的采光需求将天然光合理地分配到各个功能空间内。

导光管系统主要由集光器、导光筒和漫射器三部分组成。室外的天然光线透过集光器导入系统内进行重新分配，再经特殊制作的导光管传输至系统底部的漫射装置，把天然光均匀高效地照射到室内。依据采光方式的不同，现有的导光管技术主要分为主动式与被动式两种。

4.1.1 主动式导光管系统

此类导光管系统主要依靠定日镜作为主要采光装置。定日镜(图4)是一种对阳光进行反射定位的装置，通过对太阳进行跟踪，它可以将阳光精确地反射到某一固定位置，由于这一特性，它在地下空间的天然采光方面得到了很好的应用。用抛物镜和平面镜将定日镜收集的阳光通过光导管送入室内的光路设计，对解决浅埋地下或无窗建筑采光问题是较合适的。定日镜的上方设有反光镜。定日镜像向日葵一样跟着太阳转，但不完全像向日葵那样“正视”阳光，而是将阳光折射给定日镜上方的反光镜子，阳光被搜集过来，反光镜朝下，阳光被“输送”到地下空间。

主动式导光管系统对天然光采集效率较高，且地下空间的采光效果也比较好。但相对而言该技术造价较为昂贵，且施工技术与后期的维护检修工作十分复杂，如不能保证后期的检修与维护质量，此类技术的实践与推广仍存在较大的问题。

4.1.2 被动式导光管系统

此类导光管系统为现在普遍使用的光导采光系统(图5)。其主要工作原理与主动式类似，区别在于其采光装置为聚光罩，聚光罩和光导管本身连接在一起固定不动，聚光罩多由PC或有机玻璃注塑而成，表面有三角形全反射聚光棱。光导管可以实现白天完全或部分利用天然光照明，从而大大节省电能。并且在施工要求与技术难度上都大大低于主动式，后期的维护也相对比较容易，但采光效率较主动式偏低。

依靠高技术手段实现的地下空间天然采光在我国仍属于起步阶段，由于造价与施工技术等种种原因，此类技术仍无法大量应用于实际工程中，但在部分试点项目中已取得了较好的成效。由于其采光方式较为灵活，并可根据不同的照明需要与经济合理地选择不同的采光、导光、漫射的装置进行组合。随着此类技术的成熟与完善，依靠高技术手段为地下商业街引入天然光将会成为天然采光方式选择的主要趋势。

图4 定日镜

图5 被动式导光管

5 小结

在地下商业街中很难完全依靠天然采光，即使最大限度地利用天然光也并不能完全满足其使用要求，在夜晚与阴天时仍需要借助人工方式来辅助照明。尤其在部分功能复杂体量庞大且限制性较大的地下商业街中，人工照明系统仍然会作为建筑内部照明的主要方式。但在大部分地下商业街中均可采用人工照明与天然采光相结合的方式。如能在地下商业街中合理地引入各种不同的天然采光方式，既能在经济效益与绿色环保等方面起到积极的作用，也能创造出更加实用舒适的地下商业空间。

［1］童林旭.地下建筑学［M］.济南:山东科学技术出版社，1994

［2］童林旭.地下建筑图说100例［M］.济南:山东科学技术出版社，1994

［3］暴伟，宗复芃，赵建平，等.地下空间采光及导光管系统的现状及应用展望［J］.照明工程学报，2009(3)

［4］王保勇，束昱.影响城市地下空间环境的因素分析［J］.同济大学学报，2000(12)