夏热冬暖地区地下空间采光现状及设计策略分析

郭娟利 巫恋恋 何捷 许蓁 马金格 / GUO Juanli, WU Lianlian, HE Jie, XU Zhen, MA Jinge

1 研究背景

随着土地资源的日益稀缺，越来越多的城市开始致力于开发地下空间资源。地下空间的开发多采用地铁站点拓展、老城连通完善和新城成片开发等模式，集商业、交通、休闲等多功能于一体且使用效率较高，是城市活力空间的重要延伸（李婧 等，2014）。

深圳地区以地下轨道交通为依托的商业和文化场所十分丰富，包括以华强北、连城新天地及丰盛町等为代表的地下商业步行街，以世界之窗、大剧院及市民中心等地铁换乘站点为纽带的小型步行街。2018年6月，深圳市规划和国土资源委员会对《深圳市地下空间开发利用暂行办法》进行了修订意见征集，旨在完善和加强对地下空间的开发利用。

地下空间在空间形态、采光与通风等方面存在一定的局限性。在夏热冬暖地区，地下中庭作为一种重要的被动式设计手段，使得地下空间实现自然采光与通风成为可能，从而提升人在地下空间的舒适度，同时对地下空间的环境塑造有着非常重要的影响。中庭作为地下空间与地上空间连接的重要载体，是地下空间微环境调节的“缓冲器”。对深圳地区地下空间的中庭形式调研发现，夏热冬暖地区的气候环境使得地下中庭具有特殊的形式和空间特征（图1、表1）。

调研发现，无论是大跨度中庭上方的大型采光顶，还是结合进出口的小型采光井，地下中庭采光形式以双坡型采光天窗居多，易于解决排水问题。但深圳地区太阳辐射强度高，普通的双坡型采光天窗如果没有良好的遮阳措施，容易造成下部空间的光污染和室内过热问题，部分局部空间下部采用纱幔等措施进行遮阳。因此，采光和遮阳措施需要结合气候和空间需求特征进行综合设计，地下空间光环境的营造与空间互动、眩光和中庭过热都是地下空间采光中庭设计中迫切需要解决的问题。本文结合夏热冬暖地区的气候特征，根据不同空间业态的不同需求，提出该地区不同类型地下空间的中庭采光设计策略。

2 采光需求与调研分析

受平面尺度、剖面形态和材质肌理的综合影响，地下中庭空间不同的采光形式直接影响其照度和照明能耗的高低（严永红，1999），不同的业态对采光的需求有很大差异，中庭空间还会带来大量的热交换。因此，光环境与热环境的综合设计策略对中庭设计具有重要意义（Moosavi et al.，2014）。

图1 地下空间中庭形式

2.1 采光需求

地下空间除了满足人们日常购物、休闲及娱乐需求外，还具有重要的商业、文化和旅游意义，它既可以作为地上建筑的空间延伸，也能够发展成独立的主题街区，是未来商业综合体发展的一种新形式。虽然中庭顶部可以引入一定的热量，该热量能够增强浮力并促进自然通风，但不恰当的设计容易导致室内过热、眩光等（Wang et al.，2014）。本文针对地下空间中不同业态的采光需求进行了对比分析（表2）。

2.2 现状调研

本文对深圳地区华强北站、福田站、皇岗口岸站等十几个地铁站及其对应地下商业空间的采光中庭进行调研，分别从地下空间光环境、采光形式与地上景观的统一性、采光与通风结合3个方面进行分析。

2.2.1 光环境

调研采用访谈方式，以工作人员及顾客为目标群体，进行地下中庭采光空间光环境舒适度的评价调研。访谈主要围绕以下几个问题展开：天窗下部的光照是否过强？是否有眩光？是否存在过热情况？有效调研人数为65人，调研结果显示大部分受访者认为午后中庭局部过亮，存在眩光的问题（图2）。

2.2.2 采光口形式与地上景观统一性

地下采光口延伸到地面上，通常与广场、景观带相结合。因此，采光口形式与地上景观的协调性至关重要。通过对深圳地区采光天窗形式的调研可以看出，采光口与周边的设施、景观植被的协调性较差（图3）。

2.2.3 采光与通风结合

调研发现，中庭天窗普遍存在设备维护不当、内部积灰甚至漏水等问题。同时，地下餐饮等空间又是产热、产生污浊气体的源头，采光和通风处理不当会导致地下空间毫无生气、空间舒适感差（图4）。

3 采光中庭形态设计

采光中庭的形态设计对室内空间形态、采光及通风影响较大，在夏热冬暖地区，一味追求大面积采光会对空间下部的舒适度带来负面影响（郑林涛 等，2015），在设计过程中应结合不同的功能需求提出相应的设计策略。

本文通过对卢浮宫、金贝尔艺术博物馆、天津滨海图书馆不同的中庭形式和特点进行分析，确定不同的采光设计策略（表3）。

3.1 设计策略

中庭顶部的透光性、几何比例、墙壁的反射、窗户位置及尺寸是影响中庭采光效果的四大因素（杨倩苗 等，2007）；采光中庭的引入必然会引起地下空间单位面积建筑能耗的增加，不同的节能目标对应的空间需求也多有矛盾和冲突（侯寰宇 等，2016）。除了考虑以上设计原则以外，应针对夏热冬暖地区的气候特征，提出相应的节能设计手段（表4）。

表1 深圳市地下空间中庭采光调研

表2 不同业态的采光需求分析

表3 典型中庭设计形式

图2 天窗下部空间眩光

图3 天窗与地面景观

3.2 深圳市岗厦北地下空间天窗设计研究

深圳岗厦北交通枢纽位于深南大道与彩田路交叉口，处于深圳市东西、南北发展轴的交汇点，为一座规划中的综合性交通枢纽。该项目共地下3层，中间部分是换乘大厅，东、西和南侧为地下商业街，东侧直接连接福田商业区，地下二层和三层为地铁月台；从地下空间的定位来看，主要包括商业展示空间、餐饮空间和交通空间等业态。

3.2.1 商业展示空间

该空间通过几块形状不规则的建筑体量对空间进行划分，由于存在架空走廊，从而形成了很多通高空间，天窗起着引导垂直方向视线的作用，丰富了空间形态，促进了不同高度的人们的视线交流（图5）。

图4 天窗底部漏水

表4 夏热冬暖地区采光中庭节能设计措施

该地下空间进深25m，为了提高进光量，达到更好的采光效果，天窗内壁上沿等高线设置若干层不同尺寸和形状的挡板，挡板表面采用色彩明亮、反射率高的白色乳胶漆（反射率ρ=0.75，粗糙度r=0.03），顶部的透明界面采用Low-E玻璃（透光率T=0.70），地面设置为深色地砖（反射率ρ=0.4，粗糙度r=0.02）（图6）。外部阳光需要先经过挡板的层层反射和过滤，进入下部空间时光线会变得较为柔和、均匀，同时该形态起到视觉聚焦的作用，可以吸引人群在其下部停留，促进不同高度行人的视线交流。在吊顶界面上设置延续侧壁肌理的灯具，地面上摆放环形站台或座椅，在空间上与上部形态相呼应。由此得出，天窗底部的光线分布较均匀，夏至日晴天照度和冬至日阴天照度分别达到了310.2lux和209.4lux（图7），能够达到采光规范中IV级的要求（室内天然光照度标准值不低于150lux）。因此，采用不同材质的挡板提高反射率，可以有效地增加大进深天井内部的采光照度。

图5 商展空间示意

图6 商业展示空间采光中庭设计形式

3.2.2 餐饮空间

图7 商业展示空间采光模拟

图8 餐饮空间示意

东部商业街数个天窗的下部为餐饮和交往空间，人们会在此长时间停留，是相互连通的大型空间（图8）。对于餐饮空间而言，应当选择柔和的采光形式，避免下部过热，可通过采光庭与地面的交互对空间进行有效分隔。天窗整体为从上至下规律延伸的形式，具有一定的空间围合感，横向板材对直射阳光进行多重反射，提升下部空间的光环境舒适度，其排布密集程度决定了围合空间的通透性，由最下部的较为开放逐渐过渡到上部的较为封闭。通过横向板材的韵律性排布方式（图9），顶部突出部分映衬的天窗形态具有良好的视觉效果，板材的材料选取浅色涂料（反射率ρ=0.80，粗糙度r=0.03），顶部的透明界面采用Low-E玻璃（透光率T=0.70），地面设置为深色地砖（反射率ρ=0.4，粗糙度r=0.02）。

图9 餐饮空间中庭设计

图10 餐饮空间采光模拟

图11 交通空间示意

图12 交通空间中庭设计

图13 交通空间采光模拟

该天窗的采光效果较好，夏至日晴天照度以及冬至日阴天照度分别达到410.5lux和289.1lux（图10），满足采光规范中IV级的要求（室内天然光照度标准值不低于150lux），横向挡板能够使入射光线更加均匀，满足采光均匀性的要求。

3.2.3 交通空间

交通空间处于枢纽的中心位置，人们在此空间停留的时间较短，采光中庭的设计形式如图11所示，通过一条直线上的5个天窗产生韵律感和节奏感，通过提高亮度和使用醒目的天窗造型等措施来实现更好的引导作用，利用空间形态和采光特性加强对人们的引导和疏散，尽量减少视觉干扰。1#、5#天窗下方是来往不同站台的扶梯，2#、4#天窗下方是站台的走廊部分，3#天窗作为整个车站的中心，其下方为贯通3层的吹拔空间（图11）。由于交通空间人流密集，人们在步行中易迷失方向，在规模较大、功能复杂的地下空间尤其要注意交通流线的组织，必要的时候还应该设置指示牌等来加强地下空间的导向性（洪辰玥，2018）。

以交通空间二层为采光模拟位置，从模拟结果可以看出（表7），凸型天窗的下部采光系不能完全满足要求，左右两个较小天窗的采光系数为2.1%和2.3%；凹型天窗的采光效果更好，较不利采光天窗的采光系数也分别达到了3.3%和3.1%，满足III级的采光标准要求（室内采光系数不低于3%）（图12、13）。

4 结语

夏热冬暖地区地下中庭采光的设计需结合不同业态空间对光环境、热环境进行综合设计，并将天窗的延伸部分与地上景观相融合，利用计算机模拟手段进行优化设计与评估，从而改善地下中庭空间的舒适度，节约人工照明能耗。