夏熱冬暖地區地下空間采光現狀及設計策略分析

郭娟利 巫戀戀 何捷 許蓁 馬金格 / GUO Juanli, WU Lianlian, HE Jie, XU Zhen, MA Jinge

1 研究背景

隨著土地資源的日益稀缺，越來越多的城市開始致力于開發地下空間資源。地下空間的開發多采用地鐵站點拓展、老城連通完善和新城成片開發等模式，集商業、交通、休閑等多功能于一體且使用效率較高，是城市活力空間的重要延伸（李婧 等，2014）。

深圳地區以地下軌道交通為依托的商業和文化場所十分豐富，包括以華強北、連城新天地及豐盛町等為代表的地下商業步行街，以世界之窗、大劇院及市民中心等地鐵換乘站點為紐帶的小型步行街。2018年6月，深圳市規劃和國土資源委員會對《深圳市地下空間開發利用暫行辦法》進行了修訂意見征集，旨在完善和加強對地下空間的開發利用。

地下空間在空間形態、采光與通風等方面存在一定的局限性。在夏熱冬暖地區，地下中庭作為一種重要的被動式設計手段，使得地下空間實現自然采光與通風成為可能，從而提升人在地下空間的舒適度，同時對地下空間的環境塑造有著非常重要的影響。中庭作為地下空間與地上空間連接的重要載體，是地下空間微環境調節的“緩沖器”。對深圳地區地下空間的中庭形式調研發現，夏熱冬暖地區的氣候環境使得地下中庭具有特殊的形式和空間特征（圖1、表1）。

調研發現，無論是大跨度中庭上方的大型采光頂，還是結合進出口的小型采光井，地下中庭采光形式以雙坡型采光天窗居多，易于解決排水問題。但深圳地區太陽輻射強度高，普通的雙坡型采光天窗如果沒有良好的遮陽措施，容易造成下部空間的光污染和室內過熱問題，部分局部空間下部采用紗幔等措施進行遮陽。因此，采光和遮陽措施需要結合氣候和空間需求特征進行綜合設計，地下空間光環境的營造與空間互動、眩光和中庭過熱都是地下空間采光中庭設計中迫切需要解決的問題。本文結合夏熱冬暖地區的氣候特征，根據不同空間業態的不同需求，提出該地區不同類型地下空間的中庭采光設計策略。

2 采光需求與調研分析

受平面尺度、剖面形態和材質肌理的綜合影響，地下中庭空間不同的采光形式直接影響其照度和照明能耗的高低（嚴永紅，1999），不同的業態對采光的需求有很大差異，中庭空間還會帶來大量的熱交換。因此，光環境與熱環境的綜合設計策略對中庭設計具有重要意義（Moosavi et al.，2014）。

圖1 地下空間中庭形式

2.1 采光需求

地下空間除了滿足人們日常購物、休閑及娛樂需求外，還具有重要的商業、文化和旅游意義，它既可以作為地上建筑的空間延伸，也能夠發展成獨立的主題街區，是未來商業綜合體發展的一種新形式。雖然中庭頂部可以引入一定的熱量，該熱量能夠增強浮力并促進自然通風，但不恰當的設計容易導致室內過熱、眩光等（Wang et al.，2014）。本文針對地下空間中不同業態的采光需求進行了對比分析（表2）。

2.2 現狀調研

本文對深圳地區華強北站、福田站、皇崗口岸站等十幾個地鐵站及其對應地下商業空間的采光中庭進行調研，分別從地下空間光環境、采光形式與地上景觀的統一性、采光與通風結合3個方面進行分析。

2.2.1 光環境

調研采用訪談方式，以工作人員及顧客為目標群體，進行地下中庭采光空間光環境舒適度的評價調研。訪談主要圍繞以下幾個問題展開：天窗下部的光照是否過強？是否有眩光？是否存在過熱情況？有效調研人數為65人，調研結果顯示大部分受訪者認為午后中庭局部過亮，存在眩光的問題（圖2）。

2.2.2 采光口形式與地上景觀統一性

地下采光口延伸到地面上，通常與廣場、景觀帶相結合。因此，采光口形式與地上景觀的協調性至關重要。通過對深圳地區采光天窗形式的調研可以看出，采光口與周邊的設施、景觀植被的協調性較差（圖3）。

2.2.3 采光與通風結合

調研發現，中庭天窗普遍存在設備維護不當、內部積灰甚至漏水等問題。同時，地下餐飲等空間又是產熱、產生污濁氣體的源頭，采光和通風處理不當會導致地下空間毫無生氣、空間舒適感差（圖4）。

3 采光中庭形態設計

采光中庭的形態設計對室內空間形態、采光及通風影響較大，在夏熱冬暖地區，一味追求大面積采光會對空間下部的舒適度帶來負面影響（鄭林濤 等，2015），在設計過程中應結合不同的功能需求提出相應的設計策略。

本文通過對盧浮宮、金貝爾藝術博物館、天津濱海圖書館不同的中庭形式和特點進行分析，確定不同的采光設計策略（表3）。

3.1 設計策略

中庭頂部的透光性、幾何比例、墻壁的反射、窗戶位置及尺寸是影響中庭采光效果的四大因素（楊倩苗 等，2007）；采光中庭的引入必然會引起地下空間單位面積建筑能耗的增加，不同的節能目標對應的空間需求也多有矛盾和沖突（侯寰宇 等，2016）。除了考慮以上設計原則以外，應針對夏熱冬暖地區的氣候特征，提出相應的節能設計手段（表4）。

表1 深圳市地下空間中庭采光調研

表2 不同業態的采光需求分析

表3 典型中庭設計形式

圖2 天窗下部空間眩光

圖3 天窗與地面景觀

3.2 深圳市崗廈北地下空間天窗設計研究

深圳崗廈北交通樞紐位于深南大道與彩田路交叉口，處于深圳市東西、南北發展軸的交匯點，為一座規劃中的綜合性交通樞紐。該項目共地下3層，中間部分是換乘大廳，東、西和南側為地下商業街，東側直接連接福田商業區，地下二層和三層為地鐵月臺；從地下空間的定位來看，主要包括商業展示空間、餐飲空間和交通空間等業態。

3.2.1 商業展示空間

該空間通過幾塊形狀不規則的建筑體量對空間進行劃分，由于存在架空走廊，從而形成了很多通高空間，天窗起著引導垂直方向視線的作用，豐富了空間形態，促進了不同高度的人們的視線交流（圖5）。

圖4 天窗底部漏水

表4 夏熱冬暖地區采光中庭節能設計措施

該地下空間進深25m，為了提高進光量，達到更好的采光效果，天窗內壁上沿等高線設置若干層不同尺寸和形狀的擋板，擋板表面采用色彩明亮、反射率高的白色乳膠漆（反射率ρ=0.75，粗糙度r=0.03），頂部的透明界面采用Low-E玻璃（透光率T=0.70），地面設置為深色地磚（反射率ρ=0.4，粗糙度r=0.02）（圖6）。外部陽光需要先經過擋板的層層反射和過濾，進入下部空間時光線會變得較為柔和、均勻，同時該形態起到視覺聚焦的作用，可以吸引人群在其下部停留，促進不同高度行人的視線交流。在吊頂界面上設置延續側壁肌理的燈具，地面上擺放環形站臺或座椅，在空間上與上部形態相呼應。由此得出，天窗底部的光線分布較均勻，夏至日晴天照度和冬至日陰天照度分別達到了310.2lux和209.4lux（圖7），能夠達到采光規范中IV級的要求（室內天然光照度標準值不低于150lux）。因此，采用不同材質的擋板提高反射率，可以有效地增加大進深天井內部的采光照度。

圖5 商展空間示意

圖6 商業展示空間采光中庭設計形式

3.2.2 餐飲空間

圖7 商業展示空間采光模擬

圖8 餐飲空間示意

東部商業街數個天窗的下部為餐飲和交往空間，人們會在此長時間停留，是相互連通的大型空間（圖8）。對于餐飲空間而言，應當選擇柔和的采光形式，避免下部過熱，可通過采光庭與地面的交互對空間進行有效分隔。天窗整體為從上至下規律延伸的形式，具有一定的空間圍合感，橫向板材對直射陽光進行多重反射，提升下部空間的光環境舒適度，其排布密集程度決定了圍合空間的通透性，由最下部的較為開放逐漸過渡到上部的較為封閉。通過橫向板材的韻律性排布方式（圖9），頂部突出部分映襯的天窗形態具有良好的視覺效果，板材的材料選取淺色涂料（反射率ρ=0.80，粗糙度r=0.03），頂部的透明界面采用Low-E玻璃（透光率T=0.70），地面設置為深色地磚（反射率ρ=0.4，粗糙度r=0.02）。

圖9 餐飲空間中庭設計

圖10 餐飲空間采光模擬

圖11 交通空間示意

圖12 交通空間中庭設計

圖13 交通空間采光模擬

該天窗的采光效果較好，夏至日晴天照度以及冬至日陰天照度分別達到410.5lux和289.1lux（圖10），滿足采光規范中IV級的要求（室內天然光照度標準值不低于150lux），橫向擋板能夠使入射光線更加均勻，滿足采光均勻性的要求。

3.2.3 交通空間

交通空間處于樞紐的中心位置，人們在此空間停留的時間較短，采光中庭的設計形式如圖11所示，通過一條直線上的5個天窗產生韻律感和節奏感，通過提高亮度和使用醒目的天窗造型等措施來實現更好的引導作用，利用空間形態和采光特性加強對人們的引導和疏散，盡量減少視覺干擾。1#、5#天窗下方是來往不同站臺的扶梯，2#、4#天窗下方是站臺的走廊部分，3#天窗作為整個車站的中心，其下方為貫通3層的吹拔空間（圖11）。由于交通空間人流密集，人們在步行中易迷失方向，在規模較大、功能復雜的地下空間尤其要注意交通流線的組織，必要的時候還應該設置指示牌等來加強地下空間的導向性（洪辰玥，2018）。

以交通空間二層為采光模擬位置，從模擬結果可以看出（表7），凸型天窗的下部采光系不能完全滿足要求，左右兩個較小天窗的采光系數為2.1%和2.3%；凹型天窗的采光效果更好，較不利采光天窗的采光系數也分別達到了3.3%和3.1%，滿足III級的采光標準要求（室內采光系數不低于3%）（圖12、13）。

4 結語

夏熱冬暖地區地下中庭采光的設計需結合不同業態空間對光環境、熱環境進行綜合設計，并將天窗的延伸部分與地上景觀相融合，利用計算機模擬手段進行優化設計與評估，從而改善地下中庭空間的舒適度，節約人工照明能耗。