京津冀地区大型公共建筑中庭光环境评价分析

王 琛，张明宇

(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

中庭空间是公共建筑中核心的区域，体现建筑特色和创造性[1]，反映建筑形象表达，担负着公共建筑交通、聚集交流、以及传播文化、经济等诸多功能，中庭是公共建筑必不可少的重要组成部分[2]。中庭设计中不仅需要关注空间形态表现，还需关注其内在物理环境舒适度，中庭光环境舒适度直接影响着中庭使用的视觉直观感受。目前国内外针对大型公共建筑中庭空间及其单一光环境[3]水平的研究相对比较成熟，但针对主观感受指标因素、建筑设计信息因素与光环境的交叉影响，将建筑设计的影响进行集成化整合的相关研究尚处在起步阶段[4]。本次研究的意义是从建筑光环境水平的综合指标参数水平的角度对大型公共建筑的中庭自然光环境及主观调研进行前期的数据整理和分析，为推进中庭光环境综合评价研究建立基础，为后续模拟研究提供参数指导。

1 研究概述

1.1 研究对象

为确保获得具有价值的调研数据，且能够得到足够代表京津冀地区公共建筑的中庭空间光环境客观测试数据及主观评价数据，本次调研共分为网络调研和实地深入调研两个阶段[5]。第一阶段为网络调研，筛选京津冀地区有条件进行调研的大型公共建筑，主要参考建筑中庭功能属性、建筑总面积值和建筑中庭空间面积三个典型参考因素，将筛选的48个大型公建进行梳理和归纳。第二阶段为实地深入调研，网络调研分类筛选出17个公共建筑如表1所示，并进行实地主客观调研，获取现场实测数据和主观评价问卷信息。

表1 实地深入调研目录Table 1 Contents of in-depth field research

1.2 研究内容

本次研究包含客观实测和主观问卷调研两部分，具体内容如下：

客观实测内容主要为获取中庭空间信息(中庭空间位置、中庭空间尺寸、空间特征：开窗、采光方式、壁面材质、平面形式、剖面形式，壁面通透性)；中庭光环境参数(照度、眩光、亮度、均匀度等)。

主观问卷的设计针对光环境问题，涉及单一环境类型整体光环境主观感受和对应主要影响因素两个方面。在问卷问题的设置方面，将物理光环境的专业术语归纳为通俗易懂的常用语，如光环境中“均匀度”表达为“光线是否柔和”；光环境中“眩光”表达为“有阳光直射”；光环境中“照度水平”表达为“明亮程度”；光环境中“亮度水平”表达为“明暗是否有重点”。

问题选项对应主观因素关系如表2所示。

表2 主观因素与问卷选项对应关系Table 2 Corresponding relationship between subjective factors and questionnaire options

2 客观数据与主观评价分析

本次问卷共计发出330份，有效问卷328份，选用克朗巴哈系数(Cronbach)的内在信度[6]进行信度分析，运用SPSS软件对多场馆中庭物理环境主观评价结果进行统计分析得到实验信度系数，信度系数基本在0.8以上，具有良好可信度。通过主观评价对各个场馆进行评定，按照“特别好9分、良好7分、一般5分、不好3分、很差1分”求取平均分，以分值的形式来评判空间感受、光环境、热环境和声环境的优劣。

2.1 中庭空间设计与主观评价分析

建筑场馆的中庭空间感受评价统计结果图1表明，大部分场馆中庭的空间感受满意度得分在一般和良好之间，其中表现最好的是天津图书馆，得分最低的是天津滨湖剧院。评分较高也反映出大家对中庭空间的喜爱和价值的肯定，对于打造高舒适度物理环境的中庭空间具有深远意义。从天津市图书馆与滨湖剧院的对比中可以发现，天津图书馆表现出较好的光环境、空间布局和壁面通透性，由此可见视觉感受作为影响场馆的第一印象，光环境舒适度应作为重要设计考虑因素。

图1 中庭整体空间感受满意度得分统计Fig.1 The score of satisfaction of atrium overall spatial feeling

通过对问题“你认为影响本中庭整体感受的主要因素为？”的主观评价结果统计可以得出，人群中每个场馆的关注点都不相同，图2百分比汇总结果表明：在中庭整体感受的主观评价中，活动人群对以上因素的关注度为：光环境>空间>声环境>热环境，这与人的感官关注度大致相符[7]。

图2 影响中庭整体空间感受因素占比统计Fig.2 Statistics of the proportion of factors affecting the overall spatial perception of atrium

2.2 光环境客观数据与主观评价分析

各场馆客观调研数据结合国内《建筑采光设计标准》(GB 50033—2013)进行评定[8]及汇总如图3所示。大部分场馆照度均达到国家标准，但是各个场馆的照度差别较大，部分场馆的照度平均值达到了1 000 lx以上；从场馆的采光均匀度计算值来看，仅武清博物馆和南开大学图书馆达到顶部采光均匀度标准值0.7的要求，基本全都存在采光均匀度不够的情况；大部分的场馆都具有较高的亮度水平，而有一半场馆存在眩光干扰。

图3 光环境客观实测调研数据(照度、照度均匀度、亮度、眩光)统计Fig.3 Objective survey data (Illuminance,illuminance uniformity,brightness and glare)of light environment

由图4满意度得分的数据显示，大部分场馆光环境得分在6～8分，光环境主观整体评价良好，其中：滨湖剧院评价最低的原因可能是环境照度过低、亮度较低且光线分布不均匀，所以导致光环境整体较差；天津图书馆评价最高的原因可能是环境照度达标、亮度较高且不存在眩光干扰，所以导致光环境整体较好。

图4 光环境感受满意度得分统计Fig.4 Light environment satisfaction score statistics

在问题“您认为影响本中庭光环境感受的主要因素”中，从图5汇总信息可以看出，不同建筑中主观评价对影响光环境各因素的关注度有所不同，百分比汇总结果表明在光环境的主观评价中，活动人群对以上因素的关注度为：明亮程度>光线是否柔和>有无阳光直射>明暗是否有重点。基于上述研究可得，在中庭光环境舒适度感受中，人们更加关注照度和亮度，其次为眩光，对照度均匀度的关注相对较低。

图5 光环境影响因素统计Fig.5 Statistics of light environment influencing factors

2.3 小结

通过对以上客观数据及主观问卷分析，从中庭光环境和整体中庭空间印象的分析，分析了人群对中庭空间主观第一印象对光环境的关注度以及光环境中照度、均匀度、眩光、亮度对比度4个参数，初步得到以下结论:

其一，在中庭光环境舒适度感受中，人们更加关注环境的“明亮程度”所代表的光学参数“照度水平”，此外眩光对可视人群的主观感受也存在较强影响，结合客观数据分析，对照度均匀度的关注相对较低。

其二，在中庭空间设计中，人们更加关注光环境和空间，其次为声环境，对热环境的关注度较低。

综上所述，将中庭空间光环境的照度水平和眩光作为后续光环境研究中特别关注的光环境影响参量。

3 中庭光环境影响因素分析

在影响光环境的建筑元素中，对比评价最好的天津图书馆和最差的天津滨湖剧院(图6)可以发现：天津图书馆其空间布局选用双向中庭且顶面采光的形式，材质选用反射系数较高的白色面砖，侧窗和天窗的开窗面积为大面积开窗，壁面通透性较大；天津滨湖剧院虽然也是矩形平面和H型剖面，但空间布局为三向中庭，材质选用米黄色面砖和米黄色饰面，侧窗采光面积为较小面积开窗。

图6 天津图书馆中庭照片(左)、天津滨湖剧院中庭照片(右)Fig.6 Atrium photos of Tianjin Library (left),atrium photos of Tianjin Binhu Theatre (right)

通过中庭空间分析研究出中庭的空间布局类型、平面形态、剖面类型、开窗位置及面积、壁面材质特性和壁面通透性作为影响中庭光环境的建筑因素。基于外部空间直接联系也与复杂室内功能相联系，因此其光环境影响因素相对复杂，且影响因素之间也存在联系。了解其各因素对中庭光环境空间产生影响的本质原因，有助于我们在中庭空间光环境优化设计中采取更合理有效的设计策略。单一光环境与建筑因素影响关系如表3所示。

表3 光环境建筑影响因素统计Table 3 Statistics of influencing factors of light environment building

3.1 光环境影响因素关注度讨论

光环境主观问卷结果百分比汇总结果表明：在光环境的主观评价中，活动人群对以上因素的关注度为明亮程度>光线是否柔和>有无阳光直射>明暗是否有重点。

根据各因素描述性因素的主观评价百分比平均数，与中庭涉及的建筑空间信息影响关系统计如表4所示。

表4 建筑空间信息影响关系Table 4 Influence relationship of architectural spatial information

从图7可以直观的看出影响光环境各因素的关注程度关系，其中开窗位置及面积、剖面类型、布局类型应作为最高关注的控制因素，应该在中庭设计中重点考虑。

图7 光环境建筑影响因素关注度统计Fig.7 Statistics of the attention degree of the influencing factors of light environment buildings

3.2 小结

光环境建筑影响因素对应关系统计表如表5所示。

表5 光环境建筑影响因素对应关系统计表Table 5 Corresponding relationship of influencing factors of light environment building

布局类型、剖面类型、开窗位置及面积的改变会同时作用于光环境的照度水平及均匀度、眩光、亮度水平；同时，照度水平及均匀度受布局类型、空间尺度、平面形态、剖面类型、开窗位置及面积、壁面材质特性、壁面通透性的影响。

统计表可以看出布局类型、剖面类型和开窗位置及面积会直接影响3项主观感受因素；其次是壁面材质特性会影响到2项主观感受因素；再次是空间尺度、平面形态、壁面通透性对照度水平这一主观感受因素产生影响。

从主观感受因素受建筑设计因素影响多少层面来看我们要更多地关注中庭光环境的照度水平和均匀度，其次关注亮度水平，再次为存在眩光情况。

4 结语

在调研中发现建筑使用者对中庭空间的光环境舒适度感受直接影响其对建筑的整体印象，进一步证实光环境因素对于中庭物理环境的重要研究价值，应放在首位考虑。通过主客观数据的归纳整理及评分加和的方式，将语言描述性影响因素选项与中庭空间建筑因素建立联系，通过评分数值统计确立影响中庭物理环境的建筑因素之间初步的关注度对比关系，得到两点初步结论，其一为光环境舒适度的建筑因素关注程度为开窗位置及面积、剖面类型、布局类型>壁面材质特性>平面形态、壁面通透性；其二为主观影响因素权重为照度水平、亮度水平>眩光>照度分布、亮度分布。此外各建筑影响因素与主观感受因素之间存在复杂的联系性，对中庭光舒适度的影响权重关系、中庭空间光环境以及综合物理环境的优化模拟需要在后续研究中做进一步探讨。