旅馆建筑采光设计方案

随着科技的飞速发展和经济建设的高速推进，能源和环境问题愈发引人关注，也促发了建筑学院校对建筑发展模式的进一步反思[1]。与国外该领域的发展情况相比较，我国生态建筑教学研究尚处于起步阶段。尽管许多院校意识到生态、节能教育的重要性，并已逐步开展有效的探索与实践，但与国外系统化的生态建筑教育体系相比，无论从理念、方法，还是从效果及影响力等方面来看，均相对滞后，有待进一步深入研究及探索。建筑学专业学生的特点在于使用艺术化的手段来美化其设计，重视图面的工作，由于传统建筑教育模式中生态节能环节的缺失，学生易忽视建筑在适用过程中存在的节能问题。大多数普通建筑院校的毕业生在缺乏相关知识的状态下去设计节能建筑，难以承担生态节能建筑的设计任务，建筑教育与社会需求正在逐渐脱节。对此，笔者以大学本科的旅馆建筑课程设计方案为例通过采光模拟分析软件PKPM-Daylight，以室内采光系数作为评价指标，对该建筑设计方案的采光进行分析和评价，希望能揭示本科生建筑方案设计时容易存在的问题。

1模拟软件的选择

PKPM绿色建筑系列软件，是由中国建筑科学研究院、建研科技股份有限公司独立自主研发，配套我国绿色建筑评价标准的绿色建筑设计、性能模拟系列软件产品；PKPM绿色建筑系列软件产品包括绿色建筑方案软件GBS、建筑采光模拟分析软件PKPM-Daylight、建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD、建筑能耗模拟分析软件PKPM-Energy、建筑日照模拟分析软件PKPM-Sunlight、建筑声环境模拟分析软件PKPM-Sound、太阳能热水建筑一体化软件PKPM-Solar等10款专业设计分析软件。产品基于BIM平台开发，紧密贴合国家、地方、行业标准规范，能够快速、有效指导设计师开展绿色建筑设计与评价工作，一经推出，迅速成为行业最主流的绿色建筑软件产品。本研究选用的软件为PKPM绿色建筑系列的采光模拟分析软件PKPM-Daylight，主要有以下考虑：首先，PKPM绿色建筑系列软件与我国绿建评价标准相配套，是业界认可的专业软件之一，基于此，文章假设PKPM-Daylight可以较为准确地模拟所涉及建筑的室内采光分布；其次，相比其他软件如Ecotect，PKPM绿色建筑系列软件相对更容易掌握。

2模拟分析

2.1分析原理、方法和指标。PKPM-Daylight软件中针对天然采光的评价标准依据主要为《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014和《建筑采光设计标准》GB50033-2013。依据《建筑采光设计标准》GB50033-2013规定[2]，采光系数是基于全阴天模型，全阴天即天空全部被云层遮蔽的天气，此时室外天然光均为天空扩散光，其天空亮度分布相对稳定，天顶亮度为地平线附近亮度的三倍。本次模拟使用PKPM建筑天然采光模拟分析软件进行建模和室内采光计算，分析判断室内主要功能空间的采光效果是否达到《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014和《建筑采光设计标准》GB50033-2013的要求。对于采光系数的计算，软件采用逐点照度模拟计算法。即对建筑模型每个房间的距地面0.75米高度处的水平面按一定精度划分为多个网格，设置室内材质、外部遮挡建筑物等影响采光的基本条件参数，通过调用美国Radiance计算内核，利用蒙特卡洛算法优化的反向光线追踪算法，对每一个网格取一点进行迭代照度计算。算出的照度值En与室外照度Ew的比值百分比即为该点的采光系数计算值。2.2建筑概括及模型建立。基地位于陕西省安康市，总建筑面积6000m2的旅馆建筑，朝向为南，建筑层数为三层。主要房间面宽3.8m、进深8.1m，窗户尺寸为2.1m×2.4m。光气候区属于Ⅳ区，光气候系数K值为1.10，室外天然光设计照度值Es为13500.0lx。根据《建筑采光设计标准》GB50033-2013，侧面采光的客房采光系数标准值现值为2.2%。在建立模型时,首先需要根据研究的需要对模型进行适当的简化，以光学分析为主要目的，而非追求视觉效果，这与过于追求渲染效果的三维计算机建模不一样[3]。细致入微的模型可以产生视觉上的真实感，但对其光学计算分析的影响可能却微乎其微；另一方面，模型越细致，电脑的运算量也会越大，速度会减慢很多，甚至有可能无法运算。根据《建筑采光设计标准》GB50033-2013，对于公共建筑，非功能空间包括走廊、核心筒、卫生间、电梯间、特殊功能房间，其余的为功能房间。故将房间的非功能房间包括走廊、卫生间、电梯间等在参数设置时统一按走廊设置。2.3参数设置。应用PKPM-Daylight模拟分析，除需要建立准确合适的空间模型外，还必须设置合理的控制参数。这些参数影响模拟的时间和精度，它们包括材料参数的选定及模拟精度控制参数的选择。由于本次建筑是课程设计方案而非实际项目，方案内容并未深入至材料，故对于材料的参数选定是从软件的材质库中选择。本次模拟设定门窗污染程度为“一般”；玻璃的构造为12mm透明玻璃，可见光透射比为0.72，可见光反射比为0.08，挡光折减系数为0.70；围护结构内饰面材料设置为墙面使用白色乳胶漆（反射比0.84），顶棚材料设置为水泥砂浆抹面（反射比0.32），地面材料使用白色瓷釉面砖（反射比0.80）。计算方法采取绿色建筑逐点模拟法。在模拟运算时，需要确定网格的划分，网格划分的间距影响着计算分析的速度以及精度。为了减少计算的时间和保证模拟的准确性，网格划分选用0.5m的间距，选取墙与网格的间隔为0.5m，以旅馆第三层作为分析对象。2.4模拟结果分析。由于内天井的设置，内区面积过小，这里只对外区进行分析。对以上模型进行模拟分析，结果如图2图3可以看出由于天井的存在，内部走廊区域采光较好，但是客房的采光效果较差，基本难以满足采光要求。统计计算结果，三层客房的平均采光系数为最大的客房为2.0%，最低的为1.0%，平均每间客房的平均采光系数为1.2%，要低于其限制2.2%；外区计算面积达标比例最大的客房为46.40%，最低的为12.40%，平均每间客房的达标比例仅为18.87%。

3优化对比

为此，笔者选取三层西北角的四间客房进行优化对比分析。客房1：对客房增加窗的大小，从将窗的尺寸从2.1m×2.4m增加至3.3m×2.7m并降低客房进深至6.6m；客房2：将客房降低进深至6.6m；客房3：将客房窗的大小从2.1m×2.4m增加至3.3m×*2.7m；客房4：不做处理。模拟结果如表1和表2所示，可以看出客房1由于增大了窗的尺寸和降低了房间进深，使得房间采光达标面积比例从30.00%增加至57.30%，从这一客房来说已经接近绿色建筑评分时60%≤RA<65%得3分的要求；客房2达标面积从15.84%增至33.40%，增加了17.64%；客房3从23.80%增加至27.30%，只增加了3.50%。分析以上结果可以看出，该建筑在方案设计时8.1m的进深对于客房采光的影响是较大的，而且增加窗户的面积对于增加室内采光也有一定作用。

本文通过对本科生旅馆建筑设计方案的进行采光分析，反映了学生在学习过程中容易存在的忽视建筑技术方面的问题。学生在建筑方案设计的过程中，对于建筑的塑造除了功能、空间的要求外，还应注重建筑的采光、通风等方面，与建筑设计的结合，尽量避免出现类似于过大进深及不合理床底面积比而产生的采光不达标等问题。

参考文献：

[1]刘长安,仝晖,周琮.以生态建筑学为导向的建筑教育模式研究——山东建筑大学生态建筑学教学实践[J].山东建筑大学学报,2012,05:539-542.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T50033—2013建筑采光设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[3]尤伟,吴蔚.浅探运用Radiance模拟天然采光[J].照明工程学报,2008,01:25-32.

作者:徐沁韵 徐诚 单位:西安建筑科技大学