摘要 自然采光不但可以激發(fā)地下商業(yè)建筑的活力，提高商業(yè)環(huán)境品質(zhì)，同時(shí)也是地下建筑可持續(xù)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。通過典型案例對(duì)比研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)比結(jié)果，提出了地下商業(yè)建筑自然采光的設(shè)計(jì)策略和技術(shù)措施，同時(shí)以量化分析為先導(dǎo)，總結(jié)地下商業(yè)建筑自然采光的主要特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，提出優(yōu)化設(shè)計(jì) 方法，推動(dòng)地下商業(yè)建筑的綠色發(fā)展。
關(guān)鍵詞 自然采光 地下商業(yè)建筑 可持續(xù)設(shè)計(jì) 模擬
1 地下空間與自然采光
自然采光是地下商業(yè)空間中最常用的采光方式，地下空間位于地面以下，甚至是地下多層空間，使用人工采光很難滿足人們對(duì)于空間舒適性的需求，因此自然光線對(duì)地下商業(yè)空間環(huán)境的營造來說非常重要。通常，地下商業(yè)空間可通過頂棚開窗和下沉廣場(chǎng)兩種措施來引入自然光線。
2 北京地區(qū)地下商業(yè)建筑的自然采光
2.1 下沉式自然采光在地下商業(yè)建筑中的應(yīng)用
下沉式空間自然采光設(shè)計(jì)是通過地下空間自身部分形體的凹入進(jìn)行采光的方式，常常存在于城市中心區(qū)的大型地下商業(yè)街，使其出現(xiàn)空間形態(tài)的變化，有利于形成多層次的復(fù)合空間，同時(shí)通過下沉部分的立面?zhèn)却盀榈叵律虡I(yè)提供大量的自然光線，但受部分地下商業(yè)街的層高限制，引入的天然光影響范圍有限，具體方式包括下沉廣場(chǎng)與下沉庭院。
（1）下沉廣場(chǎng)采光比較適合結(jié)合地下商場(chǎng)入口設(shè)置，其開敞的空間形態(tài)不僅可以采光，還能形成地上與地下的緩沖地段，削弱人們進(jìn)入地下空間的不良心理感受。北京Village SOHO地下商業(yè)即采用這種方式，通過樓梯和電梯將地下一層與地面層相連，并在地下一層四周設(shè)置大的展示窗，在廣場(chǎng)中間設(shè)置景觀、小品和水體，不僅可以使光線到達(dá)地下一層，同時(shí)也吸引人群在下沉廣場(chǎng)中活動(dòng)（圖1）。
�。�2）下沉庭院是在商業(yè)建筑中凹入地下的一個(gè)室外空間，其在滿足自然采光需求之外，所創(chuàng)造出的空間具有較強(qiáng)的圍合感與較好的景觀性。建外SOHO地下商業(yè)就使用這種采光方式，庭院周邊的商業(yè)取得了自然采光和良好景觀（圖2）。
2.2 天窗式自然采光在地下商業(yè)建筑中的應(yīng)用
天窗式自然采光的使用大部分在埋深較淺、地面部分為廣場(chǎng)或綠地的地下商業(yè)街。此方式采光效率高，使用也較靈活。為了打破線形商業(yè)空間的枯燥沉悶，大部分地下商業(yè)街采用設(shè)置中庭節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行處理，但其對(duì)地下空間熱工環(huán)境影響較大，容易引起內(nèi)部空間過冷或過熱，通常有3種方式來實(shí)現(xiàn)。
�。�1）地下商業(yè)頂棚設(shè)置采光天窗。
中關(guān)村廣場(chǎng)地下商業(yè)空間多處結(jié)合采光天窗設(shè)計(jì)，形成明亮的核心空間，并結(jié)合地面綠地和廣場(chǎng)布置，不遮擋視線（圖3）。
�。�2）地面建筑頂棚設(shè)置天窗用于地下商業(yè)采光。
北京東方新天地地下商業(yè)空間中，通過設(shè)計(jì)若干上空空間與地面層相連，并設(shè)置天窗將光線引入地下一層，且可以增加商業(yè)面積（圖4）。
（3）通過突出地面的玻璃采光頂進(jìn)行地下商業(yè)采光。
金源珠寶古玩城地下商業(yè)中，陽光可以通過入口處的玻璃采光頂直接照射到地下二層，同時(shí)也起到了標(biāo)志性作用（圖5）。
3 北京CBD核心區(qū)地下商業(yè)區(qū)的自然采光設(shè)計(jì)
3.1 總體概況
北京CBD核心區(qū)位于光華路、建國路、針織路、東三環(huán)路4條道路圍合起來的城市空間，西南側(cè)是國貿(mào)橋。規(guī)劃總用地面積11.771 ha，地下總建筑面積52萬m2。地下空間主要是支撐地面空間的基礎(chǔ)設(shè)施等，將計(jì)劃建設(shè)地下5層的空間。研究主要針對(duì)CBD核心區(qū)中央廣場(chǎng)地下商業(yè)區(qū)地下一層和地下二層的商業(yè)采光進(jìn)行分析。
由于中央廣場(chǎng)下的商業(yè)面積為52萬m2，這么大的地下商業(yè)面積如果只使用人工光源，每年耗電量較大，所以設(shè)計(jì)引用了一部分自然采光系統(tǒng)（圖6～9）。
3.2 自然采光設(shè)計(jì)
北京CBD核心區(qū)中央廣場(chǎng)地下一層和地下二層的商業(yè)街為南北縱向布局，為了充分利用自然采光，西面設(shè)置下沉廣場(chǎng)，東面布置天窗，使地下商業(yè)獲得了光照和活力（圖10）。
3.2.1 下沉廣場(chǎng)
下沉廣場(chǎng)自北向南共分為四進(jìn)院落，其中南、北、西三面為直線，東面為靠近中心綠地的水波形曲線。南北向總長385m，東西向?qū)挾茸顚捥?0m，最窄處18m（圖11，12）。
下沉廣場(chǎng)兩側(cè)布置半開敞式的商業(yè)空間，作為本項(xiàng)目室內(nèi)外空間的聯(lián)系紐帶，通過設(shè)置出入口可以方便室內(nèi)外的空間穿插，并使地下一層獲得自然采光、通風(fēng)、景觀環(huán)境和人員疏散的條件，使地下商業(yè)區(qū)更具活力。
同時(shí)下沉廣場(chǎng)周邊的墻體采用通透的玻璃幕墻體系，對(duì)水平空間進(jìn)行區(qū)分和劃定，可以從側(cè)面引入更多的自然光線，使下沉廣場(chǎng)周邊一定范圍內(nèi)的地下公共空間、商業(yè)區(qū)域、設(shè)備管理用房等都能得到較好的自然采光。
3.2.2 采光天窗
中心綠地西面地下商業(yè)建筑中主要通道寬度為14m，層高7m。頂部結(jié)合地面中央廣場(chǎng)的環(huán)境設(shè)計(jì)，在主要通道的上方設(shè)置與通道方向一致的天窗，并結(jié)合中庭進(jìn)行采光設(shè)計(jì)（圖13）。
在CBD地下商業(yè)空間中，內(nèi)部購物通道是一條貫穿始終的直線型通道，長200多米，容易給人造成枯燥的空間購物感，通過結(jié)合地面景觀設(shè)計(jì)的頂部采光天窗，除滿足空間的采光需求，在室內(nèi)還形成了一定的空間導(dǎo)向作用。核心區(qū)地面中央廣場(chǎng)的景觀位于地下一層商業(yè)空間上方，因此天窗主要結(jié)合景觀和地下商業(yè)空間的布局進(jìn)行設(shè)計(jì)。在布局上將條狀天窗、面狀天窗等多種形式組合。除滿足地面景觀的需求外，還根據(jù)地下一層商業(yè)空間中內(nèi)部人行通道的流線進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得自然光能夠通過地下一層到達(dá)地下二層的商業(yè)部分，創(chuàng)造一定的自然采光效果。
3.2.3 軟件模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)
采用英國Square One公司開發(fā)的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)軟件Ecotect進(jìn)行建模，從而對(duì)CBD核心區(qū)中央廣場(chǎng)地面西側(cè)下沉庭院與東側(cè)采光天窗對(duì)地下主要功能空間自然采光的改善效果進(jìn)行模擬分析，定量指標(biāo)為考量采用合理措施后地下主要功能空間10%面積達(dá)到采光標(biāo)準(zhǔn)的要求。 3.2.3.1 邊界條件
結(jié)合本項(xiàng)目各層功能區(qū)域設(shè)定，以及下沉庭院和采光天窗本身的設(shè)定影響，搭建模型，分析選取地下一層（B1）與地下二層（B2）的中心部分。通過采光模擬分析其在室外最不利情況下，為滿足室內(nèi)采光要求，研究玻璃的光學(xué)性能下限取值，并對(duì)建筑布局提出優(yōu)化方案（圖14～17）。
模擬計(jì)算中的相關(guān)設(shè)置：1）天空背景照度設(shè)置為CIE全陰天模式；2）室外臨界照度設(shè)定為5000lux（北京）；3）B1、B2設(shè)置玻璃窗的圍護(hù)結(jié)構(gòu)部位其窗墻比為0.7；4）天窗、外窗玻璃可視透過率均為0.75；5）采光分析網(wǎng)格設(shè)定B1層為1.0m×1.5m，B2層為0.6m×1.0m；6）分析B1、B2層在自然采光下人員工作面（距該層地面0.8m高度處）室內(nèi)照度情況。
3.2.3.2 模擬結(jié)果與分析
B1與B2主要功能區(qū)域的自然采光模擬結(jié)果如圖18，19所示。
建筑采光標(biāo)準(zhǔn)中沒有對(duì)商業(yè)建筑室內(nèi)照度（自然采光系數(shù)）提出要求，在分析計(jì)算時(shí)參考辦公室的標(biāo)準(zhǔn)，取采光系數(shù)2%作為低限要求。對(duì)達(dá)標(biāo)面積統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果如表1所示。
根據(jù)模擬計(jì)算分析結(jié)果，在地面天窗、下沉庭院外窗、室內(nèi)隔斷內(nèi)窗可見光透過率均取0.7的情況下，主要功能區(qū)域23.2%的面積采光系數(shù)均≥2%，滿足10%面積比例采光系數(shù)達(dá)標(biāo)的建議值，目前的采光天窗與下沉庭院設(shè)置對(duì)地下主要功能空間的自然采光效果改善作用顯著。
以全陰天5000lux為準(zhǔn)，采光系數(shù)≥2%的功能區(qū)域總面積為10025m2，室內(nèi)照明功率密度為7×10-3kW/m2。天然采光按照8：00～17：00（9h）計(jì)算，全年天然采光時(shí)間為9h×365=3285h，經(jīng)計(jì)算全年節(jié)約電能總量約為23×104kW・h。
4 結(jié)論
自然采光在地下商業(yè)空間中一直處于至關(guān)重要的地位，不僅可以滿足人的多種生理、心理需求，更能促進(jìn)節(jié)能減排，而地下空間的自然采光是一種非常有效的節(jié)能方式。
以CBD核心區(qū)中心廣場(chǎng)地下商業(yè)中天窗采光和下沉廣場(chǎng)的應(yīng)用為例，通過Ecotect軟件對(duì)光照的模擬分析結(jié)果顯示，滿足10%面積比例采光系數(shù)達(dá)標(biāo)的建議值。采光天窗與下沉庭院設(shè)置對(duì)地下主要功能空間的自然采光效果改善作用顯著，且全年可節(jié)約大量電能，對(duì)地下商業(yè)建筑的自然采光設(shè)計(jì)起到了示范作用。
