基于功能需求的地下街天然采光研究

羅寅

（中國建筑西南設計研究院有限公司）

基于功能需求的地下街天然采光研究

羅寅

（中國建筑西南設計研究院有限公司）

進入21世紀后，基于經濟建設與城市立體化進程的飛速發展，形態各異的地下街在我國大部分城市的中心商業區中迅速發展起來。隨之而來的地下街采光問題也成為了研究熱點，本文旨在通過對現有地下街的業態進行分析，探討天然采光技術應用于地下商業街的合理性，并對現有較為常見的地下商業街天然采光方式進行總結分析。

自然采光；地下街；功能需求

前言

地下街的雛形出現在60年代的日本，因其與普通商業街功能形態相同故稱為地下街，最初的地下街模式為開設在城市地下通道兩側的商店。隨著城市地下空間的不斷整合利用，地下街已由最初較為單一的功能業態逐步發展為多元化的復合型城市商業綜合體。

伴隨著、全面化與立體化城市空間的建設，地下街已經成為大部分城市地下空間利用開發的重要模式。它在滿足了部分地區人防、地下交通等功能需要的同時，還對城市整體商業系統起到了積極作用，成為了緩解城市商業用地緊張與經濟高速發展這一矛盾的主要解決方式。

地下建筑空間形式導致了其特殊的空間要求，地下街除了達到普通地下空間應有的基本照明需求外，也應針對其商業功能提升其空間環境舒適度，加強地下街的商業吸引力。有效地引入新型的地下采光技術與方式既降低商業成本與照明能耗，又提高空間質量，進一步順應節能減排的國際形式。

1　地下商業街商業形態與照明需求

1.1地下商業街的主要業態

經濟的高速發展造成了城市中心寸土寸金，地上商業空間已被高級寫字樓與大型商場等業態所占據。作為商業體系中不可缺少的傳統零售商業則大量進入了空間品質相對較差的地下街。在城市地下綜合體面積中僅占1/4的地下街，卻能產生其80%的商業價值。針對四川重慶兩地的地下商業街的調查研究中發現，現有的地下商業街業態主要由中小型零售業所組成，采用巷道式布局，經營方式以分散租賃為主。因此在研究地下商業街照明需求時，應盡量針對零售業這一主要存在于地下商業街的商業形態進行分析研究。

圖1　地下綜合體面積配比與地下街面積配比

1.2零售業態的照明需求

由零售業態所組成的地下商業街其內部空間具有人流量較大，大部分銷售人員需長期停留的特點。因此相對于其他地下建筑，地下商業街中人的活動較為頻繁，對照明的需求也相應較大。但由零售業所組成的商業空間不同于大型的商業展示空間，其巷道式的銷售布局與分散租賃的經營模式，決定了各個商業展示空間分散存在于各個獨立店鋪中，而各個展示空間的照明設計則需根據各零售業者自身需求進行獨立設計。在地下商業街中統一的照明設計主要集中于交通、休息、輔助等公共空間，而此類空間并不承擔商業展示的功能需求，因此其照明需求相對于商業展示空間也較低。

2　地下商業街采用天然采光技術的合理性論證

將天然光源引入地下建筑空間一直為近年來研究的熱點問題，但由于功能需求的不同，地下商業街采用自然采光技術是否合理需進行近一步論證。以馬斯洛需求層次為理論基礎，下面通過對經濟性、實用性、舒適性、節能性四方面需求進行分析研究，論證基于功能需求的地下商業街采用天然采光技術的合理性。

2.1經濟性——降低商業成本

總所周知，大型商業建筑對于照明設計有著較高的要求，大部分商業展示空間的光環境基本依靠人工照明設計進行營造，并不采用自然光源。而創造高質量的商業展示空間，所帶來的則是高昂的照明運營費用。相比而言，普遍存在于地下商業街中的普通零售業空間則與大型商業空間有所不同，在滿足基本采光要求的同時，零售業主更加關注照明系統運營所帶來的經濟費用對自身的影響。在此基礎上合理采用自然采光技術，可以大量降低零售業者在地下商業街中的商業運行成本，使地下商業街更加具備投資吸引力。

2.2實用性——滿足基本需求

由于人類無法控制天然光源的變化，所以現有的大部分天然采光僅僅能作為人工照明的輔助方式，無法通過天然采光達到某些特殊的照明要求。地下商業街空間雖對照明需求較大。但其公共空間由于不承擔商業展示的需求，因此采用統一照明設計的公共空間部分對照明質量要求相對較低。因此天然采光正適合于地下商業街公共空間對采光照明的需求。天然采光技術應用于零售業態的地下商業街具有很大實際操作意義與發展前景。

2.3舒適性——提升空間質量

調研表明，影響地下空間環境的因素中，對于自然光的需求被受訪者列為主要因素。人們普遍認為人工光源無法代替天然光源，且人工光源并無太大變化，使空間顯得沉悶枯燥。由于地下商業街人員密度與流動性較大，如果整個地下商業街無天然光源的引入，長期在此的工作人員會產生焦躁不安的情緒，也會使大部分顧客產生厭倦的心理陰影，從而降低整個空間的商業活力。因此在地下商業街的照明系統中引入部分天然采光技術，會使整個地下商業空間品質得到大幅度提升。

表1

2.4節能性——創造節能空間

我國照明用電在全國電能消耗中約占總用電量的12%左右。因此，在建筑中節約用電具有十分重要的地位。而在地下商業街中，照明能耗更是其總能耗的主要組成部分。天然光資源取之不盡用之不竭，利用清潔環保的天然光既有利于節約能源又起到保護環境的作用。因此在節能減排的形勢下，地下商業街的照明應充分利用和開發天然光，創造低碳節能的地下商業街光環境。

綜上所述，地下街采用天然采光技術將是未來趨勢，并具有若干優勢。而天然采光技術在實際工程中的應用常常會受到地下街的造價、形態、規模等種種因素的影響。因此根據實際工程情況合理地運用不同的自然采光方式是將天然光源引入地下街的關鍵。

3　低技術手段的地下街天然采光方式

現有地下街的天然采光技術以低技術手段為主，通過處理空間形態，巧妙地將天然光線引入到地下街空間。下面介紹幾種目前應用較為成熟的地下街天然采光方式：

3.1天窗式

天窗式（圖2）的適用范圍為埋深較淺、地面空間為廣場或綠地的地下街。通過在地下室底板設置天窗將自然光線引入地下街。采光效率高，使用也較為靈活是該方式的優勢，并可根據內部功能的需求選擇各種形式的天窗，如：線形天窗、鋸齒形天窗等。為了打破線形商業空間的枯燥沉悶，大部分地下街通過設置中庭節點對其進行處理，通過玻璃頂棚引入天然光線，此方式也是天窗式的一種變體。但此方式對地下街商業熱環境影響較大，造成能耗增加。

圖2　天窗式示意圖

3.2下沉庭院式

下沉庭院式（圖3）常常存在于城市中心區的大型地下街，通過一部分的下沉地面，使地下廣場出現空間形態變化，并且配合地下街，形成多層次的復合空間。通過下沉部分的立面側窗為廣場周圍的地下空間提供大量的自然光線。此方式受部分地下商業街層高限制，且其引入的自然光源影響范圍有限。部分地下商業街將此方式進行變形，形成中庭式的地下商業街。

圖3　下沉庭院式示意圖

以上為大量運用在現有地下商業街中的低技術自然采光方式，以上方式均能滿足經濟性、實用性、舒適性、節能性四方面的基本要求。但使用局限性較大，并不能普遍應用大量的城市地下商業街。

4　高技術手段的地下商業街天然采光方式

多數情況下，地下商業街沒有足夠的條件來滿足低技術手段的天然采光，只能完全采用人工照明方式來滿足其照明要求。隨著科學技術的進步，近幾年來一些新型的天然采光技術逐步在一些實際工程得到應用，并取得了較好的效果。其中導光管技術為現有地下空間天然采光的主要高技術手段。

導光管技術：

導光管技術是近20年內發展起來的一種新型有效的利用天然采光的照明技術。導光管技術的主要特點是在地下空間的使用中其局限性較小，并可有效地將天然光進行重新分配，不僅達到了節能環保的效果，也可避免直接引入自然光所產生的炫目與熱不適等問題。針對地下商業街中的零售業態，導光管技術也可根據不同使用空間的采光需求將自然光源合理地分配到各個功能空間內。

導光管系統主要由集光器、導光筒和漫射器三部分組成。室外的天然光線透過集光器導入系統內進行重新分配，再經特殊制作的導光管傳輸和強化后由系統底部的漫射裝置把自然光均勻高效地照射到室內。依據采光方式的不同，現有的導光管技術主要分為主動式與被動式兩種。

4.1主動式導光管

此類導光管系統主要依靠定日鏡作為主要采光裝置。定日鏡（圖4）是一種對陽光進行反射定位的裝置，通過對太陽進行跟蹤，它可以將陽光精確地反射到某一固定位置，由于這一特性，它在地下空間的天然采光方面發揮了極大作用。利用定日鏡收集的陽光通過拋物鏡和平面鏡傳輸到光導管并送入地下街的采光系統，對解決地下街的天然采光問題十分合適。上方安裝反光鏡的定日鏡模仿植物向日葵跟隨太陽角度旋轉，與向日葵不同的是它并不“正視”陽光，而是通過折射給將陽光傳給反光鏡，通過這樣主動搜集的方式，陽光及其便利地被“輸送”到地下街空間。

圖4　定日鏡

圖5　被動式導光管

主動式導光管系統對天然光采集效率較高，且地下空間的采光效果也比較好。但相對而言該技術造價較為昂貴，且施工技術與后期的維護檢修工作十分復雜，如不能保證后期的維護，此類技術的推廣仍面臨較大的實踐挑戰。

4.2被動式導光管

現在使用最為普遍的高技術地下街采光系統便是光導采光系統。其工作原理與主動式基本相同，不同處在于其采光裝置，光導采光系統的陽光收集依靠聚光罩，其與光導管連接，并固定不動。聚光罩的材料主要為PC或有機玻璃，通過注塑而成，表面則安裝三角形的全反射聚光棱。光導管可以實現地下街白天完全或部分利用天然光照明，因此大大節省照明能耗。相對于主動式，其技術難度與施工要求都大大降，后期的維護上也較為容易，劣勢為其采光效率比主動式低。

依靠高技術手段實現的地下空間天然采光在我國仍屬于起步階段，由于造價與施工技術等種種原因，此類技術仍無法大量使用于實際工程中，但在部分試點項目中已取得了較好的成效。由于其采光方式較為靈活，并可根據不同的照明需要與經濟額度合理地選擇不同的采光、導光、漫射的裝置進行組合。隨著此類技術的成熟與完善，依靠高技術手段為地下商業街引入天然光源將會成為天然采光方式選擇的主要趨勢。

5　小結

地下街中很難完全依靠天然采光，即使最大限度地利用天然光也并不能完全滿足其使用要求，在夜晚與陰天時仍需要借助人工方式來完成照明功能。特別在一些面積較大、限制性較多且功能復雜的地下街中，其建筑內部照明的主要方式仍會是人工照明系統。但天然采光與人工照明相結合的方式幾乎在所用地下街中都可采用。在地下街中有效地引入各種新型的天然采光方式，不僅在綠色環保與經濟效益等方面起到積極作用，對創造出更加舒適實用的地下街空間也是十分有利的。

[1]童林旭.地下建筑學[M].山東科學技術出版社，1994.

[2]童林旭.地下建筑圖說100例[M].山東科學技術出版社，1994.

[3]暴偉，宗復芃，趙建平，等.地下空間采光及導光管系統的現狀及應用展望[J].照明工程學報，2009，3.

[4]王保勇，束昱.影響城市地下空間環境的因素分析[J].同濟大學學報，2000，12.

TU922

A

1673-0038（2015）08-0013-03

2015-2-7

羅寅（1986-），男，助理工程師，碩士，主要從事建筑設計工作。