地下建筑设计中采光方式

浅谈地下建筑设计中的采光方式摘要：随着地下建筑的不断发展，城市里出现了多种功能类型的建筑形式，如：从公共建筑、交通建筑、办公建筑、体育建筑以及居住建筑等。人类在地下建筑中的活动日益增加。我们一方面需要改善地下建筑的自然采光，使其达到一定的舒适度标准，从而保障地下建筑的正常运行，另一方面也要有效控制地下建筑的运行能耗，节约运行成本。

关键词：地下空间；自然光线；采光方式

一、地下建筑的特点

地下建筑可节约地面空间，可在市中心用地紧张地区创造更多空间；地下建筑的空间设计可以不受地表地形限制从而进行真正的三维设计，有利于维持自然景观以及生态环境的保护。但是地下建筑也有潜在的缺点，它比地面建筑更容易受不利地质条件的影响，易引起地表下降；扩建和改建的灵活性较低；容易对人们产生心理影响。

二、地下建筑中引入自然光的重要性

在地下建筑中，天然采光的设计对改善地下建筑环境具有多方面的作用，不仅局限于满足人的生理需求层次，更重要的是为了满足人们感受阳光、感知昼夜交替、阴晴变幻、季节更替等自然信息的心理需求。

（一）照明需求

采光是地下建筑中要解决的最大的问题之一。由于缺少垂直向

的开口，并且在多层的地下建筑中不适宜采取屋顶直接采光的方式，人工采光被普遍认为是合理的解决方式。然而，天然采光仍然具有环保节能方面的优势。

（二）心理需求

在地下建筑中，天然采光不仅仅是为了满足照度和节约采光能耗的要求，更重要的是自然光线能满足人们对自然阳光、白昼交替、阴晴变化、季节气候等自然信息感知的心理要求。由于被封闭在地下，没有阳光和外部景观，因此人们在地下建筑中难以利用自然光线的变化和环境的变迁形成时间观念，这是引起人们不安的根本性原因。

（三）方位感

空间方位感是指人们通过对周围环境中相对物体的空间关系、位置判断而形成的对自身所处空间位置的知觉。人们通过这种自我定位过程，可以在个人外部世界概括的环境意象中产生全局的联系。空间的方位感与空间的封闭性是紧密相连的。因此，在建筑设计上应最大限度地减少封闭部分，增加开敞部分，实现地下空间和地上空间的融合与流通，使两者在空间上形成一个有机整体，消除人们在地下环境中的隔绝感，从而增加对其所在位置的判断力。

三、地下空间的自然光线环境营造

（一）被动式自然采光法

1．高侧窗采光法。可在半地下室高出地面部分（约占半地下室高的1/3）的外墙上开设侧高窗以采光，或沿地下室外墙开设与地

面相通的采光井，并朝向采光井开窗以获取自然光线。此种地下建筑自然采光形式适用于地下仓库、车库等空间，此类空间通常附建于主体地面建筑，并且对自然采光在照度及视觉环境艺术上要求不高。

2．天窗采光法。天窗采光，又称顶部采光。它是在房间或大厅的顶部开窗，将自然光引入室内。这一采光方法在工业建筑、公共建筑应用较多。由于应用场所不同，天窗的形式不一，可谓千变万化。对于地下空间建筑采光法，根据不同的建筑功能，天窗形式主要有以下五种：矩形天窗、锯齿形天窗、平天窗、横向天窗、下沉式（或称井式）天窗。

3．下沉式广场。下沉式广场常用于城市中面积较大的外部开敞空间（市中心广场、大型建筑门前广场及绿化广场等），使地面的一部分“下沉”至自然地面标高以下，一般为4m左右。下沉式广场使广场空间呈现正负、明暗、闹静、封敞等空间形态的变化。沿下沉式广场周边布置的地下建筑朝向下沉广场开设大面积玻璃采光门窗，或设通透的柱廊，使广场周边的地下空间与广场开敞的空间融为一体。这样，即使地下空间得到自然采光，同时由于人们通过下沉式广场进入地下空间，在很大程度上减少了地上、地下空间的差异感。

4．地下中庭共享空间。地下中庭共享空间是由大型多层地下建筑综合体的各层、各相对独立的功能空间围合并垂直叠加而形成的直通地面的中庭空间，其顶部所覆盖的大型采光穹顶，一般由空间

网架加上采光玻璃面构成，既能躲避风雨、烈日、严寒等恶劣气候的影响，又能使中庭空间充满阳光，并能使围绕中庭的地下空间在一定程度上摄取自然光线。对大型深层地下建筑综合体而言，中庭起着接受阳光和光通道的作用；中庭内大量种植的花草树木、叠石、流水以及喷泉等建筑小品在阳光的照耀和光影的变幻中，构成了生机勃勃的“地下立体”花园。同时，由于中庭周围各层功能空间在水平方向延伸扩展并交汇到中庭开阔空间，沿垂直方向向上与地面开敞空间融合，使整个地下空间结构形成深远、立体而丰富多变的层次。

（二）主动式自然采光法

在很多情况下，地下空间是完全隔绝的，因此无法利用侧窗和天窗采纳自然光，这就需要主动太阳光系统将自然光通过孔道、导管、光纤等传递到隔绝的地下空间中。主动太阳光系统的基本原理是根据季节、时间计算出太阳位置的变化（太阳高度角，方位角），采用定日镜跟踪系统作为阳光收集器，并采用高效率的光导系统将自然光送入深层地下空间需要光照的部位。

1．镜面反射采光法。所谓镜面反射采光法就是利用平面或曲面镜的反射面，将阳光经一次或多次反射，将光线送到室内需要照明的部位。这类采光法通常有两种做法：一是将平面或曲面反光镜和采光窗的遮阳设施结合为一体，既反光又遮阳；二是将平面或曲面反光镜安装在跟踪太阳的装置上，作为定日镜，经过它一次或是二次反射，将光线送到室内需采光的区域。

2．棱镜传光的采光方法。棱镜传光采光的主要原理是旋转两个平板棱镜，产生四次光的折射。受光面总是把直射光控制在垂直方向。这种控制机构的原理是当太阳方位角、高度角有变化时，使各平板棱镜在水平面上旋转。当太阳位置处于最低状态时，两块棱镜使用在同一方向上，使折射角的角度加大，光线射入量增多。

另外，当太阳高度角变大时，有必要减少折射角度。在这种情况下，在各棱镜方向上给予适当的调节，也就是设定适当的旋转角度，使各棱镜的折射光被抵消一部分。当太阳高度最大时，把两个棱镜控制在相互相反的方向。根据太阳位置的变化，给予两个平板棱镜以最佳旋转角，把太阳高度角10～84°范围内的直射阳光在垂直方向加以控制。被采集的光线在配光板上进行漫射照射。

3．利用导光管导光的采光法。用导光管导光的采光方法的具体做法随系统设备形式、使用场所的不同而变化。整个系统由七部分组成，实际上可归纳为阳光采集、阳光传送和阳光照射三部分。阳光收集器主要由定日镜、聚光镜和反射镜三大部分组成；阳光传送的方法很多，归纳起来主要有空中传送、镜面传送、导光管传送、光纤传送等；阳光照射部分使用的材料有漫射板、透光棱镜或特制投光材料等，使导光管出来的光线具有不同配光分布，设计时应根据照明场所的要求选用相应的配光材料。

四、结语

在地下空间设计中，应尽可能多地考虑自然光线的引入。在条件允许的情况下，采用被动式采光法，充分利用自然光线；在条件