京津地区中国古代佛教建筑天然光环境调查研究

韩 俊，王爱英，王奇琼

(天津大学，天津市建筑物理环境与生态技术重点实验室，天津 300072)

引言

中国古建筑是中国传统文化的珍贵遗产。中国古代佛教建筑是中国古建筑的重要组成部分。中国第一个佛教寺院白塔寺，建于公元67年。中国现存最早的佛教建筑山西省五台县南禅寺，建于公元782年[1]。中国古代佛教建筑营造了独特的光环境。当人们置身于佛教建筑柔和昏暗的光环境中时，神圣宁静的感觉油然而生。研究其光环境不仅有助于弘扬中国传统文化，而且还对佛教古建筑的保护和当代建筑光环境的营造具有重要的借鉴意义[2-3]。

佛教建筑曾广泛分布在中国各地。但是，由于自然及历史原因，中国古代佛教建筑大多有破损甚至破坏。我们选择北京、天津及河北地区的13座佛殿进行调研，同时对故宫天坛等七座宫殿建筑进行对比调研，测试其照度及亮度指标，总结出古代佛教建筑的光环境特征。

1 现场调研

1.1 调研对象

调研自2015年10月开始至同年12月底结束，我们分别调研了天津蓟县独乐寺观音阁、河北正定县隆兴寺摩尼殿、北京智化寺智化殿、北京潭柘寺大雄宝殿、北京妙应寺三世佛殿、北京妙应寺七佛宝殿、北京妙应寺大觉宝殿、北京大觉寺大雄宝殿、北京大觉寺无量寿佛殿、北京法源寺大雄宝殿、北京广济寺大雄宝殿、北京广化寺大雄宝殿、天津挂甲寺大雄宝殿等十三座佛殿建筑以及天坛皇穹宇、天坛皇乾殿、天坛祈年殿、故宫保和殿、故宫交泰殿、故宫乾清宫等七座宫殿建筑。调研建筑的基本资料见表1。

所调研的建筑地处北京、天津、河北等地，涵盖了宋、辽、明、清等朝代的建筑。根据现场对建筑的观察发现：中国古代建筑经历漫长的岁月都有不同程度的破坏。天坛以及故宫的宫殿建筑都受到良好的保护，保存良好。对于佛教建筑，按照破坏的程度把所调研的古代建筑分为保存良好的建筑、保存较好的建筑和保存较差的建筑。保存良好的建筑如独乐寺观音阁、隆兴寺牟尼殿，良好的保留了原有的室内天然光环境；保存较好的建筑如大觉寺大雄宝殿，室内构件有破损修复，但仍能够感受到其原有光环境；保存较差的建筑如妙应寺的三座佛殿曾经受损较重，刚刚完成大修，修复后，佛殿被当做展厅使用，室内材质装饰已经与其原有古建的感觉相差甚远(图1)。因此，其室内天然光环境已经完全改变。古建筑经过破损变化，其天然光环境也会相应的改变。

表1 建筑现状信息统计

图1 大殿内部光环境现状Fig.1 The day lighting environment of the halls indoor

1.2 调研测量方法

本次调研测量了建筑内的照度、亮度、材质反射率及建筑窗地比等参数。使用了照度计、单反相机、测距仪等相关测量仪器并且采用了高动态范围图像技术[4]。图2中，(a)图为通过高动态范围图像技术合成的天津独乐寺观音阁的一张HDR图片,(b)图为读取的该图片的亮度伪色图。

图2 佛教建筑室内亮度伪色图Fig.2 The luminance fales of the halls indoor

2 测量信息统计与分析

在古代正常使用时，建筑往往是关闭门窗的，并且使用半透明的窗纸。本次测量都是在建筑开门状态下进行的，而且测量的建筑大都已经使用透明玻璃替换原来的半透明窗纸。因而，古代佛教建筑的真实天然光环境比本次测量的天然光环境还要暗一些。北京广化寺由于建筑的文物属性，主管部门要求禁止室内拍照，因此无法得到室内的亮度空间分布。故宫与天坛等建筑由于其文物属性，无法进入室内测量照度值。而北京妙应寺3座佛殿刚经历较大修复，现已当作展厅使用，甚至白天室内使用LED投光灯，其室内天然光环境已经面目全非，测量已经没有意义，无法通过数据得知其原有古代建筑的天然光环境特征。挂甲寺是1994年修建的仿古佛教建筑，不属于古代佛教建筑。对其光环境的测量分析可以看出古代佛教建筑与仿古建筑光环境方面的差异对比。因此，除去以上不能获得的少部分数据，我们对能够获得的数据进行整理，得到以下分析。

2.1 建筑窗地面积比

图3为所调研的佛教建筑与宫殿建筑窗地面积比的数据。除摩尼殿窗地面积比较低之外，佛教建筑窗地面积比大多集中在0.15～0.3之间。而宫殿建筑由于功能的不同，窗地面积比范围较大。所调研的宫殿建筑，乾清宫窗地面积比最小为0.09，中和殿窗地面积比最大为0.55。现代建筑的主要功能的房间单侧采光的窗地面积比设计在1/8～1/4之间。可知，所调研的古建筑在窗地面积比这一数据上与现代建筑相当。但是，根据调研得到的古建筑亮度与照度信息，古建筑室内的明亮程度要比现代建筑暗很多。这与古建筑具有较大挑檐并且室内各部位材质反射率较低有关。

图3 建筑窗地面积比Fig.3 Building glazing floor area ratio

2.2 照度均匀度

图4为所调研佛教建筑的室内照度均匀度的数据。个别建筑如法源寺大雄宝殿、智化寺等照度均匀度极低。广济寺大雄宝殿照度均匀度最高，也仅达到0.14。国内采光标准没有对侧窗采光的照度均匀度做出要求。而国外一些国家规定侧窗采光的照度均匀度不小于0.3。现代建筑采取一系列技术措施希望提高建筑天然采光的照度均匀度，以方便人们的工作、学习和生活[5-10]。佛教建筑的室内照度很不均匀。这是因为，佛教建筑大殿坐北朝南，南向门窗面积大，而北向门窗面积小甚至不开门窗。佛殿南侧接受阳光直射部位水平照度很大，通常能达到上千勒克斯照度，而佛殿北侧水平照度通常仅有几十甚至几勒克斯。佛教建筑室内照度不均匀可能与古人想营造特有的宗教氛围相关。

图4 佛教建筑室内照度均匀度 Fig.4 Illumination Uniformity

2.3 照度统计

图5为佛殿建筑室内水平照度的最小值、平均值与最大值统计。佛殿建筑室内水平照度最小值大都处在佛殿建筑北侧角落，数值大多在5 lx以下。智化殿、广济寺大雄宝殿与挂甲寺的照度最小值相对较大，分别为21.4 lx、63 lx和24 lx。这三座佛殿都是保存较差或仿古新建的建筑，建筑室内材质、构件以及设施布置的改变造成其室内光环境较亮。例如，广济寺大雄宝殿地面及侧墙新铺装了光反射率较高的大理石并且采用没有窗楞的玻璃窗，使得其室内光环境较为明亮，失去了原有的面貌。由于调研都是在佛殿大门打开的情况下进行，佛殿南部门口附近在阳光直射下的水平照度很高，能达到上万勒克斯，所以几个佛殿如观音阁、智华殿、潭柘寺大雄宝殿等，水平照度最大值与平均值都很高。但实际上，大部分测点的照度值小于50 lx。即使在大门打开的情况下，如摩尼殿、大觉寺大雄宝殿等大殿照度值很低。因为，这些佛殿具有较大的挑檐，遮挡了射入大殿的直射光。可知，古代佛教建筑室内水平照度值普遍较低并且保存较好较为古老的建筑照度值呈现更低的趋势。

2.4 亮度统计

通过高动态图像技术，本次调研获取了各个佛殿的室内空间各处的亮度值。所获取的亮度值基本能涵盖佛殿室内各处空间。本文通过对所获取亮度值进行整理，制作出所调研建筑的亮度值分布范围表(表2)以及所调研建筑室内空间的平均亮度值(图6)。

图5 佛教建筑室内照度最小值、照度平均值与照度最大值 Fig.5 Illumination minimum，average value and maximum of the Buddhist buildings

Table 2 Luminance distribution %

图6 各殿平均亮度值Fig.6 Luminance average value

由表2可知，大部分佛教建筑的亮度值低于10 cd/m2，绝大部分亮度值低于30 cd/m2。也就是说，佛教建筑室内大部分空间光环境较为昏暗，并且由亮度分布可知，佛教南侧靠近门窗的地面以及佛像周围空间亮度较高。

由图6可知，佛教建筑室内空间的平均亮度值在4～21 cd/m2之间。普遍的，保存较好、较为古老的佛教建筑天然光环境更为昏暗，空间平均亮度值都低于10 cd/m2。智化殿、法源寺大雄宝殿、广济寺大雄宝殿等保存较差或一般的建筑以及仿古建筑空间亮度值较高，但相比于现代各种功能的建筑，古代佛教建筑的室内空间亮度很低。古代佛教建筑的空间亮度也远远低于故宫、天坛等古代宫殿建筑。佛教建筑的空间亮度总体上仅为宫殿建筑空间亮度的1/5～1/6。

3 结论与展望

1) 所调研的京津地区佛教古建筑均有不同程度的破坏与修缮，使其原有的天然光环境发生改变，这个结论具有广泛的代表性。因此，对于中国佛教古建筑的保护与对其天然光环境的研究具有紧迫性。

2) 中国古代佛教建筑天然光环境普遍较暗。同时，室内照度和亮度对比度很高。

3) 保存较好、较古老的佛教建筑天然光环境比保存较差、历史较短的佛教建筑天然光环境暗。

4) 古代佛教建筑室内天然光环境平均亮度比故宫与天坛等古代宫殿建筑室内天然光平均亮度低。

中国佛教建筑天然光环境的营造蕴含了中国古代劳动人民的智慧。佛教天然光环境的暗环境有其原因，需要我们的发掘。目前，很多古建筑的修缮与仿古建筑的建造未能较好还原古建筑原有的天然光环境。未来的研究发现必然会对现在我们对于营造特有的建筑光环境有设计指导意义。综上，中国古代佛教建筑光环境的研究具有重要意义，目前研究较少，需要迫切地进行更深入的研究。

[1] 梁思成. 中国的佛教建筑[J].清华大学学报(自然科学版),1961(2)：51.

[2] 李卓,王爱英. 雍和宫法轮殿天然光环境研究[D].天津：天津大学,2007.

[3] 徐悦，马剑.中国古建筑天然光环境给予的启发[J].华中建筑，2007(2)：155-157.

[4] 陈燕南.基于高动态范围图像技术的光环境参数提取方法研究[D].天津：天津大学，2012.

[5] 采光测量方法:GB/T 5699—2008[S].

[6] 党睿，魏智慧，张明宇.美术馆展厅光环境调查研究[J].照明工程学报，2013,24(5)：16-21.

[7] 何荥，陈彦君.高校普通教室侧窗采光研究[J].灯与照明，2014，38(1)：4-7.

[8] 姚亚纬，曹阳，王立雄，等.学校体育馆天然采光现状调查研究[J].照明工程学报，2015,26(1)：25.

[9] PEGGY Chia-Pei Shih. A Synopsis of Scared Illuminance[D]. Architectural Association School of Architecture,2013.

[10] AKIHIRO Sakata. An Analysis of The Luminous Environment in Jyodoji-jyododo by An Approach of Graphics Science// Proceedings of 13thInternational Conference on Geometry and Graphics. 2008.