摘要：在人们对于生活质量要求不断提高的趋势下，再加上我国能源与环境形势愈发严峻，追求良好技术性能早已逐渐演变为我国建筑设计的主要目标。而作为建筑设计起点的形体设计，对建筑美学效果发挥着重要作用，且对能耗、采光、通风、声音品质等技术性能也发挥着不可替代的关键性作用。因此，本文主要对天然采光性能建筑的庭形体设计导则进行了详细分析。
关键词：天然采光性能；建筑；庭形体；设计导则
一、圆形中庭设计导则
（一）确定性能指标与形体变量
设计导则是对某些性能指标与某些形体特性关系的描述，因此确定研究的性能指标和形体特征变量是第一步。由于形体设计是早期设计阶段的工作内容、需要对技术性能的总体掌控而非细节信息，因此选择中庭的“总体采光系数贡献（DFTotal）”与“采光系数>2%的面积（SDF>2）”作为性能评价指标对中庭的天然采光贡献进行描述。
采光系数（DF）即建筑内某一点的天然采光照度与室外照度的比值，它不受时间、地点、人行为等因素的影响，只与建筑因素有关，便于建筑师使用。“总体采光系数贡献（DFTotal）”被定义为当仅有中庭作为光源时、建筑内各点采光系数的面积积分它能表征中庭对室内天然采光效果的总体贡献。“采光系数>2%的面积（SDF>2）”被定义为当仅有中庭作为光源时、建筑内采光系数大于2%的总面积。通常认为，室内某处DF>2%意味着该处天然采光能够满足照度要求，可以在白天不使用、或少使用人工照明，降低照明能耗，因此，SDF>2能够表征中庭对室内照明节能的贡献。
在形体方面，针对圆形中庭，选取平面半径和中庭层数为变量描述其形体特征，其中中庭半径变化范围为2-12m、变化步长为1m；中庭层数变化范围为1-10层、变化步长为1层。中庭其它取值范围较小的参数设为定值，建筑层高限定为4m，其中楼板和吊顶的厚度总和为1.2m，中庭材质为单层玻璃。
（二）采光性能模拟
中使用DIVA软件自动调用采光模拟软件Radiance，对参数化模型生成的110个方案分别进行采光计算，先计算出方案中各点的DF值，进而根据定义计算出方案的DFTotal与SDF>2，即可分别获得110个方案的采光性能指标。根据DF的定义，模拟计算使用CIE标准全阴天模型，参考平面高度为0.8m。
（三）结果分析
1、天然采光性能与中庭平面尺寸的关系
由于中庭层数越多，能够通过中庭射入低层的光线越少，因此当中庭层数进一步增多后，中庭的天然采光贡献几乎不会再增加，故10层的案例能够代表某一平面尺寸中庭的采光贡献最大值。首先，DFTotal几乎与中庭面积保持线性关系，并带有增速减慢的趋势。随着面积的进一步增大而下降，这表明面积60m2左右的中庭对室内天然采光的总体效果贡献效率最高，但相比其他情况的提高幅度不大。其次，SDF>2同样随中庭面积的增大而增大，但有明显的增速变慢趋势。随着中庭面积的增加，单位面积中庭贡献的SDF>2呈线性下降的趋势。因此，以SDF>2作为评价标准，则面积越小的中庭采光效率越高，且影响较为显著。
2、天然采光性能与中庭层数的关系
以DFTotal为评价指标，随着层数的降低，面积小的中庭对该层的DFTotal贡献快速下降，而面积大的中庭下降则相对较慢。以SDF>2为评价标准，能够得到相似的结论：随着层数的降低，中庭在该层的SDF>2贡献快速下降，下降速度甚至快于DFTotal；面积小的中庭较面积大的中庭SDF>2下降速度更快。
二、方形中庭设计导则
（一）确定性能指标与形体变量
相比仅有一个平面尺寸的圆形中庭，方形中庭存在长、宽两个平面尺寸，其长宽比例同样可能对其天然采光性能有所影响。选取平面宽度和长宽比例作为变量描述方形中庭的形体特征，其中宽度的变化范围为2-12m、变化步长为2m；比例的变化范围为1-3。中庭层数设为10层，其余参数的取值均与圆形中庭部分的研究相同。在性能指标方面，方形中庭部分仍采用总体采光系数贡献（DF Total）与采光系数>2%的面积（SDF>2）对中庭的天然采光贡献进行描述。
（二）采光性能模拟
在Rhinoceros软件中使用DIVA软件自动调用采光模拟软件Radiance，对参数化模型生成的60个方案分别进行采光计算，进而根据定义计算出方案的DFTotal与SDF>2。考虑到方中庭的对称性，仅计算1/4区域中各点的DF值，计算区域内测点的间隔距离仍为0.25m，模拟计算仍使用CIE标准全阴天模型，参考平面高度仍为0.8m。
（三）结果分析
对不同宽度的中庭而言，单位面积中庭贡献的DFTotal与其长宽比例的关系。随着比例的增加，所有中庭单位面积贡献的DFTotal均下降，且中庭的宽度越大，下降趋势越明显。
图1 DFTotal/S中庭与平面比例
对不同宽度的中庭而言，单位面积中庭贡献的SDF>2与其平面长宽比例的关系。其规律与单位面积中庭贡献的DFTotal相似，即随着比例的增加，所有中庭单位面积贡献的SDF>2均下降，且中庭的宽度越大，下降趋势越明显。
图2 SDF>2/S中庭与平面比例
三、天然采光性能建筑的庭形体设计导则导则
1、面积较小的中庭具有更好的采光效率，这主要体现在SDF>2的贡献效率更大；小中庭的DFTotal贡献效率也较高，但差别不大。因此，在中庭布置中，用多个小中庭代替大中庭能够获得更好的天然采光效果。
2、中庭自上而下贯穿的层数过多（≥4层）对天然采光的意义不大，因为顶层以下四层及更低部分的中庭所贡献的DFTotal和SDF>2均十分有限。
3、对方形中庭而言，比例接近方形（即长宽比接近1）的中庭天然采光效率较高，而平面较扁（即长宽比较大）的中庭天然采光效率较低。
4、从天然采光角度讲，尺寸较大的中庭可以适当增加贯穿层数、但不宜采用较扁的方形平面形态；尺寸较小的中庭宜贯穿较少层数、但可以采用较扁的方形平面。
以上三点导则从采光性能角度对中庭的平面布置与层数设置提供了依据，以形象易理解的方式向建筑师展示了中庭的天然采光性能随形体特征的变化趋势，为寻找“较优”的形体设计提供了方向性指导，能够较好地融入设计过程并为提升设计的技术性能发挥作用。
结语
综述，中庭的面积、贯穿层数、平面比例等形体参数对其天然采光性能具有显著影响，在中庭的形体设计中建筑师应参考设计导则、将天然采光性能纳入考虑，在与其它设计要求不冲突的前提下尽可能选择对天然采光性能有利的形体特征。
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论文作者:向瑾
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：中庭论文; 采光论文; 形体论文; 面积论文; 贡献论文; 性能论文; 平面论文; 《基层建设》2019年第19期论文;