建筑日照设计中基准点相关问题的探讨

刘 琦 高程翔 谢云涛 刘兆宇

随着城市土地价值的不断提升和城市化进程的不断加快，国内城市建设多以高层高密度的方式不断扩张，使得建筑之间的日照矛盾越来越突出。目前的工程建设标准如GB 50180—2018《城市居住区规划设计标准》对各类生活居住建筑和场地的日照标准做出了规定[1]，并且通过计算机模拟等操作性较强的技术手段得到落实。由于我国地域广阔，不同城市所处地理位置和气候特征不同，国家住建部又进一步颁布了《建筑日照计算参数标准》（GB /T50947—2014）来进行规范。《建筑日照计算参数标准》中对日照基准年、日照标准日、日照时数做了详细的规定，且在实际操作中争议很少，但日照基准点即时间计算起点规定较为笼统。建筑日照计算基准点不同，计算结果的差异非常大。因此需要对计算基准点相关问题进行深入探讨，明晰影响因素，解决日照设计中影响结果的这一关键环节。

1 基准点位置选择

目前，关于建筑日照基准点位置的选择，国家标准《城市居住区规划设计标准》（GB 50180—2018）中指出为日照时间的计算起点为底层窗台面，是指距室内地坪0.9m高的外墙位置。根据《建筑日照计算参数标准》，分别对落地窗、凸窗以及转角窗的计算起点提出了具体要求[2]（图1～2）。

图1 落地窗和凸窗的计算起点

图2 直角转角窗和弧形转角窗的计算起点

窗台的高度根据设计的不同，可能不一样，但考虑到不加设防护设施，多数居住建筑临空外窗的窗台距楼地面净高不低于0.9m，公共建筑临空外窗的窗台距楼地面净高不低于0.8m。窗台面的高度不同，日照时间差别较大。标准统一要求为距室内地坪0.9m高的外墙位置，可使计算高度相同，避免因低窗台、落地窗等情况引起的结果差异。

然而，在实际设计中，窗户的形式更为多样，标准所描述的计算起点并不完全适应所有的日照计算情况。下面以图3中A#为目标建筑进行模拟，模拟时取最大窗宽1.8m最优，并分别探讨凸窗、转角窗以及阳台日照基准点的位置选择。

图3 模拟布局总图

1.1 凸窗基准点的位置选择

针对凸窗日照基准点的选择，《建筑日照计算参数标准》中规定如图4所示，但实际实施中有诸多问题。凸窗我们可以分成两侧有垂直挡板、两侧无垂直挡板及单侧有垂直挡板三种类型（图5）。

图4 常规凸窗的日照基准点的位置

图5 凸窗日照基准点AB

如图6所示，利用日照圆锥面对建筑一层窗台左右端点进行测量，测量范围仅考虑自我遮挡，忽略南侧建筑的遮挡，然后取左右端测量结果的交集即达到满窗日照的区域进行观察。通过观察日照圆锥面的结果可以看出，侧墙遮挡对凸窗的日照影响十分明显。

图6 凸窗不同遮挡情况的日照圆锥面

下面，将基准点放在标准要求AB点及外窗A′B′处，如图7所示，在相同的日照条件下，进行模拟计算，得出日照分析结果并取首层的日照时数进行对比，如表1所示。

图7 凸窗优化后日照基准点A′B′

表1 凸窗日照基准点模拟分析日照时数对比表

通过对比分析可以看出，由于基准点位置不同，计算得出的结果也不同，单侧墙遮挡影响了一半的日照时间，双侧墙几乎完全遮挡。因此，应当将有侧墙遮挡的凸窗基准点置于外窗处，这样计算结果符合客观情况。

1.2 转角窗基准点的位置选择

转角窗主要分为直角转角窗与弧形转角窗，其设计的初衷是为了提高房间的采光及视野效果，其本身在日照计算时，基准点位置的问题也引来了一定争议。

如图8，根据标准要求，转角窗的日照基准点是以窗洞口所在的虚拟的窗台面位置为计算起点。这样的计算基准面已经处于建筑内部，而且随着转角窗增大，基准点的位置逐渐靠近室内，这样得出的结果既不合理也不符合事实（图9）。

图8 转角窗日照计算基准点AB

图9 转角窗日照计算基准点A′B′

同时，利用日照圆锥面也可以清楚地看出，当转角窗采用基准点AB进行日照计算时（图10），靠近建筑内部的基准点在进行日照分析时会受到自身的遮挡影响，当采用基准点A′B′时就会消除这样的问题（图11）。

图10 转角窗基准点AB的日照圆锥面

图11 转角窗基准点A′B′的日照圆锥面

为进一步探究转角窗基准点位置选择的问题，根据已建模型进行模拟分析，分析时分别设计4个分组，转角窗L长度依次为1.0m、1.5m、1.8m以及2.0m。再分别以两种不同的基准点位置进行分析，并以窗台角点的取值方式计算日照时数，最后对比模拟结果表2可以看出取基准点A′B′位置的日照情况更加合理。

表2 转角窗日照基准点模拟分析日照时数对比表

由于转角窗可以看作南向窗户与东、西向窗户组合而成，因此在模拟分析时可以优先考虑南向窗户的日照情况，选择基准点A′B′位置也更为合理。

1.3 阳台基准点的位置选择

日常生活中常见的阳台主要为：凸阳台、凹阳台以及半凸半凹阳台，针对阳台日照基准点的选择，标准比较模糊，仅提出“凹阳台或半凹半凸阳台，由于两侧（ 或一侧） 墙体的遮挡（图12～13），如果以窗台作为计算点，则窗台上的日照时间很难满足标准要求，这将对住宅设计带来很大的限制”[3]，由图14可以看到。

图12 阳台顶板剖面分析图

图13 阳台日照计算基准点AB

与此同时，在进行日照计算建模过程中，阳台顶板可能也会带来遮挡影响，笔者利用日照圆锥面对不同进深的阳台顶板进行分析。通过阳台剖面图可以看出，太阳与窗台之间形成夹角θ，而该夹角θ影响着阳台顶板进深D的尺寸大小，当θ为45°时，D最大值为2.0m。由于实际设计过程中阳台进深达到2.0m及以上的情况很少，且夹角θ通常情况下小于45°，例如北京地区为29°49′，济南地区为33°05′[3]，因此阳台顶板建模与否对阳台的日照并无实际影响。

除阳台顶板外，阳台侧板也会带来遮挡影响，以基准点AB对凹阳台、半凹半凸阳台进行计算既不符合客观事实，日照也会受到自遮挡的影响（图14）。为探究基准点位置选择，笔者根据已建模型依次对凸阳台、凹阳台以及半凹半凸阳台进行模拟分析，且窗户的满窗日照时间均按照窗户底部两侧同时照到为准。

图14 阳台基准点AB日照圆锥面分析图

与此同时，通过对基准点AB与基准点A′B′的模拟得出表3，对比模拟结果可以发现：选择基准点A′B′的日照情况要优于基准点AB的日照情况。因此，当阳台为凸阳台时，其自身没有侧板的遮挡影响，因此仍可按基准点AB进行计算。当阳台为凹阳台或半凹半凸阳台时，可将基准点设定为与外墙同一水平线的位置，见图15基准点A′B′。

图15 凹阳台与半凹半凸阳台日照计算基准点A′B′

表3 阳台日照基准点模拟分析日照时数对比表

2 基准点取值方法

2.1 常见基准点取值方式

目前在日照分析过程中，常见基准点的取值方式主要为：窗台中点、窗台角点以及窗台多点。其中，当太阳光线直射到窗台中点时即为满窗日照，这样的取值方式为窗台中点取值；当太阳光同时照到窗台两个底角点为有效照射，即窗台左右端同时照到为满窗日照，这样的方式为窗台角点取值[4]；当太阳光同时照到窗台上多个点才为有效照射，那么这样的方式就是窗台多点取值（图16）。

图16 三种不同基准点取值方法

三种方式在一定程度上各有利弊，且取值条件的严格程度也各不相同。下面利用上文相同的模型数据，通过模拟计算，分析不同取值方法的特点。

2.2 不同基准点取值方式对其日照的影响

基准点的取值方式在一定程度上来说就是窗户日照分析过程中如何界定满窗日照，取窗台角点与窗台中点的方法是简化为窗户下沿水平线上左右两个端点和中心点一个点去进行计算的[5]。因此，为了解不同取值方式带来的分析结果，采用相同的模型数据，利用模拟实验分别进行计算，得出结果如表4所示。

表4 不同日照分析取值方式模拟结果对比表

根据模拟数据可以看出：①当选择窗台中点作为满窗日照时间时取值相对宽松，日照时间最长，但计算结果并不严谨。②以窗台角点作为基准点的取值方式是利用窗台左端日照时间和窗台右端日照时间的交集，使其满窗日照时间减少。③当选择窗台多点的取值方式在一定程度上最为严格，但可以达到多点取值的时刻并不多，往往会与窗台角点的取值方式相同，即窗台左右端同时照到的时刻也是窗台多点同时照到的时刻，从而使得两种取值方式得出的日照时间相同。但在特殊情况下窗台多点的取值方式更加合理，例如当阳光仅照到窗台角点而未照到窗台的其他区域也可以算作满窗日照，在实际生活当中这种方式并不能达到满窗的要求，而窗台多点取值就避免了这一现象的发生。

因此，我们在进行日照分析时，应预先了解项目当地有关部门对取值方式的规定，选取科学、合理的方式进行日照分析计算，从而提高土地利用率，避免出现因取值方式问题造成的日照纠纷。

结语

在建筑日照计算过程中，以不同基准点进行计算结果完全不同，从而使得基准点的选择至关重要。因此，在选择日照计算基准点时，应具体问题具体分析，将理论与实际相结合，针对不同的窗户或阳台采取不同的方式，笔者也利用模拟分析提出了优化建议，从而使得日照分析工作更加科学合理。同时，基准点的取值方法也同样重要，甚至相同的窗户因取值方式不同，日照计算的结果也会不同，这就需要我们进行日照设计时，应选择合适的取值方式，保证日照结果的科学严谨。

资料来源：

图1～2：《建筑日照计算参数标准》GB/T50947-2014）；

文中其余图表均为作者自绘。