浅谈自然采光策略 ——以铁路客站为例

GXF360 2019-09-24

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路易斯·康曾经说过：“并非所有房屋都属于建筑艺术，自然光是唯一能使建筑成为艺术的光线，即便全黑的空间，也需要一束神秘光线证明它到底有多黑”。太阳光作为自然界最直接，最便利的光源，不仅可以满足人们对于采光的需求，更可以在建筑设计中创造丰富的空间效果和光影变化，使建筑立面丰富多变，充满层次。随着技术的发展，充分利用自然光，还可以降低建筑能耗，对于改善生态环境具有重要的意义。

铁路客站作为大型公共建筑，随着配套设施逐渐丰富多样，其建筑能耗所占比例也在增加，而建筑能耗中很大的一部分是照明能耗。在很多大型公共建筑中，即使是在白天，依然使用大量电灯照明。如果在建筑设计过程中能够充分考虑自然采光，经过精确的设计和计算，不仅可以减少大量能耗，还可以为人们创造舒适的环境。始建于1903年的纽约中央火车站，历经百年的洗礼，通过挑高的中央候车大厅侧窗和高侧窗进行自然采光，不仅可以充分满足大体量建筑自然采光的需求，还配合大厅中古老的装饰创造出别样的景致。如何在铁路客站中进行自然采光的设计，满足人们对于采光的需求，并结合铁路客站的基本形态创造舒适的光环境是本文研究的重点。

1 铁路客站自然采光的设计特点

1.1 影响铁路客站自然采光的因素

（1）位置铁路客站所处的位置对于其自然采光有很大的影响。我国地域辽阔，各地光气候有很大差别，西北广阔高原地区室外年平均总照度值高达31.46klx，而四川盆地及东北北部地区则只有21.18klx，相差50%。故根据我国光气候特点，按年平均总照度值将全国划分为五类光气候区[1]，在进行铁路客站的采光设计时应考虑客站所处的地理位置。此外，铁路客站附近的其他建筑或树木会遮挡日光照射，应合理规划铁路客站所处基地周边建筑的高度；

（2）朝向铁路客站的朝向是自然采光的一个重要因素。在我国，南向采光是最为理想的采光位置。在铁路客站设计时，应尽可能争取南向采光，优化北向采光，最小化东西向采光。不同的朝向主要影响建筑立面，通过不同立面造型的设计、材料的选择来争取自然光，优化采光策略。

而“特征感知”包含“机构实力”“师资力量”“项目质量”这三个概念范畴。之所以将其概括为“特征感知”，是因为它们反映的都是个体对再就业培训项目及相关要素（如，培训机构及师资）的特征感知。基于这些感知，可获得对“项目质量”“机构实力”“师资力量”的评价信息。

1.2 采光位置的选择

建筑采光方式一般分为侧向采光、天窗采光以及中庭采光。侧面采光是指开设在建筑物垂直墙体上、从侧面方向为建筑室内提供自然光的窗户形式。常规的侧面采光窗通常同时具有采光、通风、对外视野即观景功能，采光量随着进深的增加逐渐减小。铁路客站属于大型公共建筑，由于建筑进深较大，传统的自然采光方式很难满足要求，因此，一般主要以天窗采光来提供较大区域的照明[2]。天窗采光是从建筑物的上方获取自然光线，可以为建筑提供最均匀的照明。此外，铁路客站由于平面和立面面积巨大，封闭的结构容易给人一种压抑感，目前常用的解决办法是利用中庭采光，这样既可以满足室内采光，也可以创造舒适的空间。

2 铁路客站内部空间自然采光

2.1 候车厅的自然采光

铁路客站的候车大厅是铁路客站空间组成最重要的一部分，旅客在候车厅进行买票、安检、候车以及其他配套服务，可以说，候车厅是铁路客站的主体部分，具有大空间、大进深的特点。候车厅是铁路客站中主要的人流聚集场所，所以，在自然采光的设计过程中不仅要满足人们在候车厅各个工作面的照明度要求，还要考虑人体在候车厅中的舒适度。不能片面的追求形式而忽略建筑功能。比如很多建筑用大片玻璃幕墙，不考虑遮阳和隔热，使得室内温度很高，无法满足人体舒适度要求。

铁路客站属于大跨度的建筑，在候车厅的设计中可以结合屋顶的结构形式形成顶部采光，再结合其他采光形式满足局部的采光要求。天津站的候车大厅就是主要考虑顶部采光，用候车厅顶部中央区域的巨大椭圆形采光窗，作为白天整个建筑的主要采光源，给候车大厅充足的光线。除此之外，还用两侧的高侧窗辅助采光，天津站东西跨度约有60m[3]，若紧靠位于核心部位的顶部采光无法满足对室内采光的需求，高侧窗采光是对天窗采光的补充（见图1）。除此之外，要考虑候车厅电子提示牌等特殊工作面的放置位置，避免大空间采光时产生的眩光对它们的影响。

图1 天津站（图片来自网络）

2.2 站台的自然采光

站台作为候车厅的连接部分，主要为旅客的上下车进行服务。站台是铁路客站的室外延伸部分，主要由站台雨棚提供遮阳和挡雨。站台屋顶主要考虑作为铁路客站整体造型的一部分，其采光形式应该主要与造型相结合，在造型上利用自然采光创造光影效果，为建筑增加层次感。

本次通过对血糖控制在ICU重症护理中应用的对照测试，可以得知经过血糖控制可以更好的治疗ICU中的重症患者，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

3 铁路客站的自然采光设计策略

3.1 自然采光与造型的结合

自然光线可以给建筑赋予新的生命。建筑的自然采光与造型相结合是建筑师对自然利用的杰作。古罗马万神庙43m巨大穹顶象征着对宇宙的控制，然而穹顶中央直径8.23m的圆孔使得自然光线可以倾斜而下，室内的光影随着时间的流动而变化，使得建筑完全融入自然，是自然光与建筑造型结合的一个经典案例。在国内铁路客站中，武汉站是将自然采光与建筑造型结合较好的一个案例。武汉站造型源自颇具灵性的黄鹤，设计者希望将其塑造成一个轻巧、欲展翅飞行的建筑形态，使建筑整体造型犹如一只飞鸟（见图2）。武汉站站房主体屋面与两侧无柱雨棚的屋面，共分为9片，象征着武汉“九省通衢”的重要地理位置[4]。建筑自然采光采用顶部采光与侧面采光相结合的方式，侧面采光主要通过建筑外侧的玻璃幕墙，使光线直接照向室内。由于建筑进深较大，紧靠侧面采光无法满足采光要求，所以建筑主要通过屋顶采光增加室内照度。建筑采用半透明的聚碳酸酯板采光带结合屋顶造型，为下层的中央大厅、候车大厅、站台甚至地面层引入自然光线。（见图3）。

解析：从题图可知，滑轮组由一个定滑轮和一个动滑轮组成，如果组装方法不同，则滑轮组的省力情况也将不同，即承受总重绳子的段数可以是2段和3段。因为是人站在地面上用滑轮组提升重物，所以由2段绳子承担物重，是最省力的绕绳方法。

图2 武汉站（图片来源《建筑学报》）

图3 武汉站自然采光（图片来自网络）

在法国，善于用结构表现建筑的著名建筑师卡拉塔瓦设计的里昂机场铁路客运站将自然采光与建筑造型完美结合，形成独具特色的建筑形态（见图4）。里昂机场火车站与飞机场相连，是为里昂到巴黎的高速列车所设计的，位置极为重要。建筑造型犹如展翅待飞的“大鸟”，主体大厅即是“大鸟”的身体，全部采用钢结构构成[5]。建筑通过屋顶及侧面采用大片玻璃采光，使建筑在白天完全可以用自然光采光，晚上有室内光线通过玻璃透出室外，光芒四射、轻盈玲珑，使造型更加动人（见图5）。

图4 里昂机场铁路客运站（图片来自网络）

图5 里昂机场铁路客站自然采光

3.2 自然采光与材料结合

材料是建筑重要的组成元素，随着时代的发展，大量新型材料的出现给现代建筑的发展带来了新的机遇。铁路客站作为大型公共建筑，传统材料在客站设计中的运用更加成熟，而新型材料的发展也给铁路客站的设计提供了新的选择。

玻璃作为传统和常见的建筑材料，在铁路客站的自然采光中运用的最为广泛。柏林中央火车站作为欧洲最大的长途火车站。车站大堂长170m，宽50m，位于2座板状建筑之间。这2座板状建筑标志着地下的南北向车站。长430m的东西向玻璃顶棚横穿2座板状建筑，覆盖在车站大堂上[6]。车站用9 117块玻璃面板拼成半透明的玻璃屋顶，不仅可以充分满足大体量建筑自然采光的需求，还通过屋檐的开口扇使室外新鲜空气进入，调节室内温度。车站大堂在地面上的巨大开口，使适量的自然光得以进入地下深处的站台层。从而消除了地下空间的封闭感。并保证人们清楚地确定方位。柏林中央火车站用传统的玻璃材质，将自然采光与建筑完美结合，成为柏林一座地标性建筑（见图6）。

图6 柏林中央火车站

随着时代发展，新型材料也逐渐应用在铁路客站当中。广州南站的屋顶就是采用钢结构索壳形式，编制成一片网格，形成车站独特的肌理（见图7）。而大厅的中央采光带，白天可以看到室外的蓝天，晚上室内的灯光透出通透的屋顶，波光粼粼，形成极具特色的建筑形态。中央采光带面积约2 000m2[7]，结构形式采用大跨度的预应力网壳结构，材料选用新型的ETFE膜材料，号称“软玻璃”的ETFE膜材料透光性能好、抗拉强度高、质量轻、耐腐蚀，不仅丰富了车站的造型，更为车站内提供了良好的光环境。由此可见，新材料的发展为铁路客站的自然采光带来了新的发展方向。

需求分析是软件计划阶段的重要活动，也是软件生存周期中的一个重要环节，该阶段是分析系统在功能上需要“实现什么”，是开发人员经过深入细致的调研和分析，准确理解用户和项目的功能、性能、可靠性等具体要求，将用户非形式的需求表述转化为完整的需求定义，从而确定系统必须做什么的过程。

图7 广州南站ETFE膜材料屋顶

3.3 自然采光与太阳能的结合

随着太阳能建筑的发展，太阳能在铁路客站上的应用也更加广泛，除了在铁路客站的屋面上铺设大面积的太阳能光伏板外，也出现越来越多的与自然采光相结合的太阳能构件。荷兰鹿特丹的新中央火车站就是在28 000m2的屋顶中安装了13万个太阳能电池的窗户覆盖屋顶，这样既为大厅提供自然采光，创造出丰富的光影效果，也可以使车站利用太阳能，降低建筑的能耗（见图8）。在国内，广州南站也采用了自然采光与太阳能相结合的形式，广州南站的站台雨棚采用了178wp的单晶硅双玻璃组件，总功率达到253kW，单晶硅双玻璃组件透光率达到50%以上，具有良好的透光性能，这为站台的自然采光创造了良好的条件。由此可见，作为大型建筑的铁路客站，与太阳能技术相结合，不仅可以满足采光等基本的功能要求，也可降低自身的能耗，创造出绿色节能的建筑。