導光管在辦公建筑中運用初探

楊冀翼

摘 要：隨著光譜能量分布對人體健康影響的發現，建筑內自然采光變得更為重要。導光管技術的出現和成熟為天然采光與當代建筑更緊密的結合指引一個可行的方向。本文以導光管在辦公建筑中的運用提出探討，分析其必要性及設計策略，強調藝術、技術與功能的結合。

關鍵詞：自然采光；導光管；辦公建筑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.088

0 引言

地面建筑的愈發擁擠和地下空間的開發讓人們對人工光源產生了極大的依賴。近年來，非視覺光生物效應的研究發現，光譜能量分布會影響人體生物節律[1]。迄今為止，人工光源光譜能量分布仍不能完全模擬自然光源，如熒光燈光譜能量分布較窄，LED中藍光光譜較多。長期處于人工光源光環境下，可能對使用者健康造成威脅[2]。

導光管作為當代新型建筑構件，從工藝上、運用上已取得長足的發展[3]。導光管與包括LED在內的混光照明系統不僅降低了建筑室內照明能耗，更減少了人工光源光譜對使用者健康的危害。本文以辦公建筑為例，分析建筑各主要部分使用者采光需求，回顧該類型建筑自然采光案例，提出基于使用者光生物效應的導光管在辦公建筑中的設計思路。

1 辦公建筑自然采光需求

辦公類建筑是供機關、團體和企事業單位辦理行政事務和從事業務活動的建筑物的總稱。一般由辦公用房、公共用房、服務用房組成。辦公用房通常具有較強的使用時間連續性；公共用房，如會議用房使用具有間斷性；服務用房使用率較低。一般情況下，辦公用房部分對自然采光需求最大，公共部分次之，服務用房最小。

隨著城市的愈發密集，辦公建筑呈現出空間集成性高，單層面積大的特點。出于減少建筑空調能耗需求，辦公建筑的體形系數往往較小。特別是在一些單層面積巨大，且核心筒等服務用房位于外側的建筑內，靠近外墻、擁有足夠自然光資源的空間成為稀缺資源。通過室內空間布局調整無法滿足所有的自然采光需求，大部分工作人員終日處于人工光源為主的光環境中，不僅降低辦公效率，還影響其健康。同時，由于當代企業創新性、團隊合作性訴求的加強，辦公建筑還出現了由靜態逐漸轉向動態，由人體辦公的便利性逐漸轉向公共交流的引導性發展的態勢。辦公場所不再局限于辦公室，而向走廊、咖啡廳乃至門廳、電梯廳拓展，使建筑各部分對自然采光有了更高的需求。

2 辦公建筑自然采光案例分析

辦公建筑自然光的運用，在于藝術性與功能性的結合。美國建筑師賴特在強生公司制蠟大樓設計[4]中，根據基地環境和建筑功能要求，采用天窗采光。大廳每根柱呈蘑菇狀，頂端展開圓盤間運用玻璃細管連接，使得大廳在白天能大量獲取自然光。該模式在解決自然光運用的同時，也帶來屋頂的檢修和采光光強控制問題。英國建筑師福斯特在香港匯豐銀行大廈[5]中，運用位于建筑外立面的金屬反光板系統將陽光導入中庭。反光板由鋼骨架懸掛在空中，并會隨著太陽的軌跡變換角度。該案例將藝術、科技與自然采光充分結合，但采光構件特殊，造價高昂，難以大面積推廣。多米尼克·佩羅的梨花女子大學學生中心[6]幾乎是一棟覆土建筑，設計師在運用大面積玻璃幕墻、玻璃隔斷外，還將一個電梯井與采光井結合，使用反光金屬飾面，讓自然光經過幾次反射進入花園下的室內。該手法將自然采光與建筑體本身結合更為緊密，維護費用更低，但仍未能實現產品化、構件化。

3 導光管的特性及發展現狀

早在1880年，導光管便已出現[7]，經過一百余年的發展，其工藝技術已近成熟。作為日光偏轉系統的一種，導光管通常通過安裝在屋頂的光線收集器，來改變光線方向并傳播到室內空間。該技術具有工業化程度高，檢修更換便利，輸送距離較長，輸送路線適應性強，光通量較大、可控，壽命長等特點。

系統一般分為采光區、傳輸區及輸出區。其中采光區可通過采光罩透鏡彎折技術或鍍膜技術，高效采集室外自然光，過濾掉對室內環境不利的光譜。采光罩有效采光面積是一般采光天窗的兩倍以上，受日光照射角度影響較小。傳輸區采用特殊符合材料，反射性強，通常一次反射率能達到98%。管道彎折角度變化范圍為0～90°，最大傳輸距離可在20m之內。輸出方式分為末端輸出和管壁輸出兩種，根據內部功能的需要，采取低眩光，高舒適度的輸出方式。漫射器外形種類豐富，可制成不同形式，適應各種造型的需要。

相對傳統建筑內部自然采光模式而言，導光管具有可批量生產推廣，可更換及重復利用，成本相對較低等優勢。目前，導光管在我國的運用主要為大型場館，地下車庫，工業建筑等，如北京科技大學體育館、上海世博會電網館等，在其他建筑類型中并未廣泛運用。隨著人們對自然采光重要性認識的不斷提高，其在包括辦公建筑在內的各類建筑中的使用將得到提升。

4 導光管在辦公建筑中的設計策略

在辦公建筑中，導光管的運用應注意功能性和美學的結合，在宏觀、中觀、微觀三個尺度下進行設計。

宏觀尺度是指從基地周邊范圍進行分析。首先明確基地所處的光氣候分區。對日照時數充裕的I類II類分區來說，通常導光管的運用必要性不大，對于日照時數較少的V類光氣候分區，則可能有迫切的需求。其次，須考慮基地周邊障礙物遮擋情況等，從而確定導光管運用的可行性。同時，還須考慮導光管運用是否會對周邊區域造成不利影響。

中觀尺度是指光管系統與建筑體量布局協同考慮。在設計初始階段，根據建筑空間進深，內部功能分布等確定采光區朝向、面積。由于在某些辦公建筑中，僅設置屋頂采光區無法滿足要求，還需布置立面采光區，使得設計時還需特別考慮采光構件在立面上的位置及造型設計。應整體思考采光區在立面上的影響，預留其所需空間，并使其成為建筑造型元素之一，豐富建筑細部。

微觀尺度下，須考慮導光管系統在建筑內部的傳輸與輸出方式。導光管傳輸通道須與空調、電氣等通道協同整合，盡量降低對室內使用空間的占用。減少傳輸距離及轉彎，提高傳輸光效。輸出端應根據不同的功能場所及行為方式，采用與人工光源協調的可調模式，增強室內辦公空間的光舒適性，多功能性。

5 結語

導光管是工業化、信息化背景下產生的綠色生態的建筑構件。其運用意義不僅在于能降低建筑照明能耗，更在于導入自然光譜對人體健康的積極影響。隨著人們對光譜與健康關系認識的不斷加深，導光管在辦公建筑中的使用也必將更加廣泛，為建筑師及室內設計師創造更多的機會與挑戰。

參考文獻：

[1]邵志棟.LED光譜及照度對人體非視覺的影響研究[D].華南理工大學，2015.

[2]楊公俠，楊旭東.人類的第三種光感受器（下）[J].光源與照明， 2006（03）：28-30.

[3]陳海陽，何飛，王傳波等.天然綠色環保導光管采光系統應用研究[J].建筑節能，2016（12）：60-62.

[4]大師部.弗蘭克·勞埃德·賴特[M].華中科技大學出版社， 2007.

[5]坦懷.香港上海匯豐銀行大樓設計[J].建筑學報，1987（01）：80-84.

[6]趙鑫彧.淺析韓國梨花女子大學建筑風格[J].美術大觀， 2012

（06）：123.

[7]寧華，楊蔚然.導光管的應用與發展[J].中國照明電器，2000（03）

：29-31.