日照影响下的建筑单体设计

艾洪祥 王宇航 薛一冰

摘 要 城市规范化建设以来，政府对居住建筑的日照时间有了明确的要求。在居住建筑的日照限制、城市规划部门对建筑的限高、建筑容积率的要求等复杂建筑设计条件语境下，通过日照软件的包络体功能进行推算，求出不同位置可以满足日照要求的建筑最大高度，与建筑设计理念结合进行方案的创作。

关键词 日照 包络体 形体生成 计算机辅助设计

我国经过数十年的高速城市化建设，很多城市也随之迎来了更新建设潮。对于旧城中的项目，需要应对诸多问题，如对周边建筑日照的遮挡、建筑高度的限制、容积率压力、与项目本身功能的契合、与城市及传统文化之间的关系等。通过北钢设计院办公楼的概念性设计实践，探索并提出此类设计语境下的一种设计思路。

设计基于对基地现状的调研情况，进行退线处理形成建筑基底；使用建筑日照软件进行满足日照标准情况下最大建筑高度的推算；然后在计算结果中选取一种符合设计理念的形体，以之作为形体控制，进行深化设计。

1项目简介

北钢设计院办公楼项目位于北京市二环内，西临白广路，南侧为白广路二条，北临菜百新世纪商场，东临牛街西里小区。如图1所示，基地东侧和北侧有较多住宅建筑，根据北京市相关规定，新建建筑对周边已有建筑的遮挡条件：北京市住宅建筑的日照标准日为大寒日和冬至日，大寒日有效日照时间带为8：00～16：00时（真太阳时），日照时数≥2h；冬至日有效日照时间带为8：00～16：00时（真太阳时），日照时数≥1h。这在客观上限制了基地可建建筑容积率，与业主的容积率期望产生了矛盾。

基地西北角面对广安门内大街的大量车流、人流，是交通的交汇口；基地西侧的白广路曾被誉为“北京环境优美街”，绿树成荫；同时基地西侧的办公建筑均为4～5层建筑。如何处理建筑与城市交通的关系、与街道风貌的关系、与西侧建筑体量高度差别的关系都为建筑设计带来了挑战与契机。

2包络体推算

计算采用众智SUN日照软件进行包络体推算，包络体推算的原理：在设定条件下，对建筑基底在满足被遮挡建筑日照的条件下最大不能突破的范围（最大容积率），进行迭代计算，产生多个随机结果（包络空间体），供设计者有针对性地选择最适合的方案。

2.1参数设定

（1）在软件内建立周边环境建筑模型：基地南侧为同期规划的居住区项目，考虑其会对基地东侧居住建筑进行遮挡，建立已规划建筑的模型。

（2）通过调研确定已有被遮挡居住建筑卧室窗子的位置及尺寸，输入计算模型。

（3）确定包络体基底线：根据《北京地区建设工程规划设计通则（2003年版）》相关规范，对建筑用地范围进行退线处理，由于基地位于二环以内，所以根据规范并没有进行道路退线，只是对必要的消防间距以及日照间距进行了退让。

（4）定义场地内建筑最大高度：按照北京市规划要求最大高度设为60m。

（5）根据北京市日照相关规范，定义系统参数中最小累计时间为120min。

（6）划分包络体网格采样间距：根据建筑基底尺寸，将网格采样间距定为4.2m。

2.2计算

根据软件提示，依次选择包络体基底线、现状建筑物、窗户进行分析和包络体推算的迭代计算，计算到78次时，提取几种典型类型的体量形态，如图2所示。

3方案生成

通过以上计算得到4种极限容积率下的体量形态。然而建筑设计是一个复杂的过程，在几个单纯的体量中有针对性地选择一种符合设计理念的形体，对其进行进一步深化，使之成为真正意义上的建筑。

3.1形体选择

基地北侧靠近广安门内大街，所以西北角是与城市对话的主要位置，是建筑应对城市交通、与城市对话的焦点，也是建筑界面的起点。

从建筑功能分区看，有四个主要功能属性：展览、办公、会议和对外办公。办公与对外办公在功能上有着天然的区分，所以我们希望利用展览空间将这两个功能进行连结与分隔。根据以上理念分析，选择形体4进行深化设计，功能格局如图3所示。

3.2方案深化

3.2.1 跌落的屋顶花园

将整个形体进行规则化、几何化。所以首先要做的就是根据包络体形态变化的趋势对建筑形体进行整合。根据办公建筑经济柱距以及建筑形体尺寸，将轴网控制在8 100mm×8 100mm，得到形体1。分析尺寸与基底面积、控制范围契合度不足以及偶数体块达不到视觉效果。将轴网尺寸与车位、基地长度以及建筑形体同时考虑，确定轴网尺寸7 000mm×7 000mm。在形体控制范围内，按照每层都有可达的屋顶花园的逻辑进行跌落，形成三级台阶递减的形体2（图4）。

这种由南向北、由东向西跌落的建筑形体一方面在满足日照条件的情况下获得最大化的容积率，一方面给每一层留有室外活动空间——屋顶花园，促进使用者之间的交流。

3.2.2 城市客厅与美玉

在基地西北角，建筑需要一个与城市进行交流的空间：用地西北角为城市车流、人流交汇口，为缓解交通压力以及吸引人流，形成良好的城市空间。利用西北角体量限制设置公共展示功能，悬挑退让出底层活动空间，作为城市客厅；悬挑的展示空间将建筑分为北侧和西侧两大体量（图5）。这里是建筑面向城市的起点，城市客厅作为室外活动广场与悬挑的展览空间都体现着对公众的开放。城市客厅也是通向建筑各区域的交通起点，以体现建筑与场地的连续性。

3.2.3 连续的界面及对景

白广路绿树成荫，有着良好的城市气质。所以在二环内高密度的街区内，我们坚持建筑与城市的对话，通过一、二层退让出步行街以及虚化的建筑界面，达到界面的连续。在处理与西侧大量多层办公建筑的关系上，建筑由北向南逐渐升高的趋势与通过退让加宽了的街道宽度，缓和了这一矛盾，延续了老街道的风景（图6）。

西侧中部开口作为科研楼的落车空间，也是连结中央绿地景观的人行主入口。入口与中央绿地强调了主入口的轴线关系。

3.2.4 中庭与空中庭院

为解决大体量建筑大进深所带来的采光、通风问题，在中间体块做减法形成景观中庭，并随着建筑形体层层跌落。跌落式中庭解决了办公空间的采光、通风问题，提高了办公环境品质，同时打破了传统办公封闭单调的空间体验。建筑立面上也增加多重空中庭院，与中央庭院串联交织，利于建筑通风，改善建筑热环境（图7）。

对建筑形体进行减法的处理，虽然牺牲了一部分容积率，但却在客观上提升了建筑品质，所以在考虑到功能制约等因素的条件下，仍然是高容积率的解决方案。

4结语

北钢设计院办公楼的概念性规划设计是在老城区周边环境复杂的条件下进行的一次“极限”设计，即采用日照软件进行计算，控制建筑形体范围，然后以与形体限制范围高度拟合的建筑形体逻辑进行形体设计，进一步对方案进行深化的设计思路。

由于在进行包络体推算的过程中，各位置的高度对被遮挡建筑有叠加影响，所以这种形体控制方法更适用于单体建筑的设计。对包络体基底线（建筑基底范围）、周边被遮挡建筑的居室窗的准确度也有较高的要求，需要前期对建筑基地范围及现状建筑进行大量调研，然后主要就是对形体做减法，以迎合自身功能与城市的需求。

然而软件也有自身的局限性，例如无法进行多个建筑基底的计算，以整个用地红线作为基底时误差较大等。在计算机辅助设计日益发展的今天，软件虽然解放了建筑师一些繁琐的工作，使设计向科学化、精细化的方向发展，但设计是一个感性与理性交织碰撞的复杂过程，建筑创作仍然更加需要强调建筑师的作用。