貴州大學校園建筑日照分析

楊平芬，洪俊超，楊九春，李源永，邰詩萱，周長威

貴州大學生命科學學院，貴州 貴陽 550025

0 引言

隨著中國經濟、文化的快速發展，人們對教育的重視程度越發高漲，越來越多的學生進入高校。由于高校數量和學生人數的激增，高校建筑物的翻新和新建成了一種不可避免的趨勢。老校區在尊重原有規劃的基礎上，不斷融入現代元素，使其設計更符合社會發展趨勢，更遵從以學生為本的理念方針[1]。學校建筑物的設計不僅需要滿足廣大師生的正常使用要求，還承擔著文化載體的功能，需營造學校多元化的氛圍，具備獨有的特征[2]。因此，如何在有限的成本里，滿足師生對校園建筑的舒適和安全性要求，成了近些年的研究熱點。日照與建筑的關系密切，文章以貴州大學東、西兩個校區為對照，對建筑光照是否滿足師生身心健康需求展開了研究和論述。

建筑光照是根據陽光直射原理和日照標準來判斷的。研究建筑日照的目的是充分利用陽光以滿足室內光環境和衛生要求，同時防止室內過熱。在寒冷季節，光進入室內，能起到提高室內溫度，達到良好取暖的作用。建筑物的有效光照時間受到許多因素的干擾[3]，如建筑物的容積率、建筑物形狀，不同地區、不同位置、不同朝向的建筑物都會影響建筑物受日照情況。因此，在開展建筑總體規劃設計前，需要對校園建筑進行詳盡的分析。

在我國，許多學者在早期就已探討了建筑對光照的影響，并將研究結果用于指導園林植物的選擇和配置。但由于當時數字技術及計算能力落后，對光照條件的分析還僅限于光照時數，其方法在定量應用層面上也受到一定的限制。

當前的科學研究中，相關數字軟件的開發和計算機運算能力的提高，極大地滿足了對光照模擬、分析、評價的需要。數字軟件中，CAD和Sketch up系列軟件可以模擬不同樹木布局對建筑采光和通風的影響；光照和長波環境輻射模型（SOLWEIG）可用于模擬城市環境中的陰影格局、光照時數和平均輻射溫度；地理信息系統（GIS）軟件對模擬太陽輻射也具有較大的優勢。但在實際的操作中，由于所使用的日照分析技術不一樣，且各個單位對建筑日照分析的措施要求也不一樣，測量得到的結果會存在差異[4]。文章基于光照分析軟件、GIS空間分析功能對光照條件進行精確模擬和量化分析，結合校園建筑物的實地調查，對貴州大學東、西校區的教學區、生活區、行政區等建筑的光照日長進行定量分析。

1 研究方法

1.1 研究區概況

貴州大學位于貴州省會貴陽市花溪區，地理位置為東經106°39′10″、北緯26°27′9″，是國家“雙一流”學科建設高校、“211工程”重點建設高校。截至2019年3月，學校占地面積為4 646畝，約3.1×106m2，有在職教職工3 940人、在校全日制本科學生33 064人、獨立學院全日制本科生18 880人、研究生11 925人。貴州大學校內約有75棟建筑物，樓層高矮不一，生活區最高層為14層，屬高層住宅，教學區最高層為6層。北校區建園較早，建筑物較密集；西校區為近年新建，建筑物樣式較豐富。

1.2 建筑日照標準

根據《城市居住區規劃設計標準》（GB 50180—2018），按照住宅建筑日照標準，將建筑氣候區進行了劃分，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ氣候區，如表1所示。文章研究區屬于第Ⅴ氣候區，日照標準日為冬至日，日照時數為1 h，有效日照時間帶為9～15 h，計算起點為底層窗臺面。

表1 住宅建筑日照標準表

1.3 數據來源

此次研究的數據來源于貴州大學高分辨率遙感圖像、GIS光照分析功能、光照分析軟件。

2 結果分析

2.1 建筑物日照分析

采用陰影分析的方法模擬貴州大學所有建筑物冬至日日照情況，獲得貴州大學所有建筑物的日照數據。模擬建筑物的日照時數范圍為0～8 h，分為0～1 h、1～2 h、2～3 h、3～4 h、4～5 h、5～6 h、6～7 h和7～8 h 8個等級。貴州大學校內有75棟建筑物，不符合日照標準的有75棟，占總建筑物的100%。通過觀察分析發現，建筑物的容積率、建筑物形狀都會影響建筑物受日照情況。貴州大學部分建筑物不是單一朝向，形狀不規則，這會導致不管從哪個方位觀察建筑物都會發現不符合日照標準的情況。

（1）東、西校區建筑物日照情況分析。西校區建筑物共有48棟，建筑物的東南面是受日照最多的建筑面，能達到日照標準的建筑物有40棟，占總建筑物的81.63%；建筑物的西北面是受日照最少的建筑面，每棟建筑物西北面的日照時長都不符合日照標準。西校區建筑物日照情況如圖1所示。東校區共有建筑物27棟，建筑物的西南面是受日照最多的建筑面，能達到日照標準的建筑物有24棟，占總建筑物的92.31%；建筑物的東北面是受日照最少的建筑面，每棟建筑物東北面的日照時長都不符合日照標準。

（2）三大功能區建筑物日照情況分析。將貴州大學建筑物分為三大功能區，分別為生活區、教學區、行政區。貴州大學校內所有建筑物東南、西南面受日照最多，西北、東北面受日照最少。生活區共有建筑物44棟，其中光照較多的面能達到日照標準的建筑物有44棟，占總建筑物的100%；教學區共有建筑物20棟，光照較多的面能達到日照標準的建筑物有13棟，占總建筑物的65%；行政區共有建筑物11棟，光照較多的面能達到日照標準的建筑物有7棟，占總建筑物的63.64%。所有光照較少的面均沒有達到建筑物日照標準。

2.2 建筑樓層日照分析

因為建筑物本身會影響其他建筑物的日照情況，尤其是高樓層建筑，所以對貴州大學西校區和東校區的建筑物進行樓層分析。通過對建筑物的日照分析可以得出，建筑物東南面的光照時長比西北面的光照時長較長，因此文章統一分析東南面的樓層日照時長。

西校區教學區的14棟樓樓層為5層，1～5層日照時長為5～8 h。西二區生活區的17棟樓樓層為14層，其中11棟、12棟、13棟、14棟、16棟、18棟、20棟、21棟、22棟1～14層 日 照 時 長為5～8 h，15棟、17棟、19棟1～4層日照時長為3～4 h，23～27棟1～14層日照時長為5～6 h。西一區生活區有11棟樓，樓層最高為13層，其中4棟、6棟日照時長為7～8 h，1棟、2棟、3棟、5棟、7棟、8棟、9棟、10棟及西一區食堂日照時長為5～8 h。西校區6棟行政樓最高樓層為10層，1～10層日照時長為5～8 h。

東校區教學區6棟樓樓層最高為13層，1～13層日照時長為5～8 h。東校區生活區16棟樓最高樓層為9層，1～9層日照時長為5～8 h。東校區行政區5棟樓，最高樓層為4層，1～4層日照時長為7～8 h。

綜上，西校區和東校區生活區、行政區和教學區的建筑物樓層東南面均符合日照標準，合格率為100%。

2.3 建筑物窗口日照分析

在冬至日的有效光照時間9～15 h內，通過光照分析軟件對貴州大學東、西兩校區的窗口光照情況進行模擬，可以得出兩校區的窗口光照情況，如表2～表4所示。由表4可以看出，在分析的33 753個窗口中，符合日照標準要求的窗口有20 230個，占總窗口的59.94%，不符合日照標準的有13 523個，占40.06%。

（1）東、西校區建筑窗口日照情況對比分析。從表4可知，在西校區模擬的27 673個窗口中，符合標準的窗口有16 494個，占59.6%；不符合標準的有11 179個，占40.4%。東校區共模擬了6 080個窗口，其中符合標準的窗口有3 736個，占61.45%；不符合標準的有2 344個，占38.55%。總體上看，東校區符合標準的窗口的比例大于西校區，相較而言，東校區的建筑物窗口總體能接受的日照多于西校區。其中，西校區建筑物中窗口不合格率最高的為52.96%，如表2所示，而東校區不合格率最高的達54.13%，如表3所示，可見東校區雖然總體上窗口合格率高，但就某一建筑物的窗口來看，不符合日照標準的占比高于西校區。

表2 西校區不同功能區窗口日照情況

表3 東校區不同功能區窗口日照情況

表4 貴州大學東、西校區建筑窗口日照情況

（2）三大功能區建筑窗口日照情況對比分析。根據表4統計數據，繪制兩個校區三大功能區總的窗口日照合格率占比柱狀圖，如圖2所示。在模擬分析的所有窗口中，東校區行政區有559個，其中符合標準的窗口占51.52%；教學區有1 718個，其中符合標準的窗口占79.34%；生活區有3 803個，其中符合標準的窗口占54.83%。西校區行政區有1 748個，其中符合標準的窗口占61.04%；教學區有7 001個，其中符合標準的窗口占65.12%；生活區有18 924個，符合標準的窗口占57.43%。東、西校區的教學區的窗口合格率達65%以上，而生活區的窗口合格率不足60%，教學區能夠較好地滿足師生對光照的需要，生活區雖然窗口數最多，但達到標準的窗口數低于60%，不能很好地滿足師生對光照的需要。

圖2 三大功能區窗口日照合格率占比

第一，兩校區生活區窗口日照情況對比分析。從表4來看，西校區和東校區的窗口合格率總的比例都超過50%，其中西校區生活區符合日照標準的建筑物窗口占57.43%，不合格率占42.57%，而東校區生活區合格率僅為54.83%，兩者差值為2.6%。相比而言，東校區的生活區建筑物總體接受的日照少于西校區。生活區作為師生日常生活中所在時間相對較長的地方，其日照合格率理論上應高于行政區與教學區，但實際生活區日照窗口合格率大部分低于教學區與行政區。

第二，兩校區教學區窗口日照情況對比分析。從表4來看，在分析的東校區教學區1 718個窗口中，合格的窗口有1 363個，占79.34%；在西校區模擬分析了7 001個窗口，其中合格的有4 559個，占比為65.12%。可見兩處滿足日照標準的窗口合格率相對較高，相比之下，東校區高于西校區。因此，東校區教學區更滿足師生對日照的需要，比較適宜進行生活、辦公等活動。

第三，兩校區行政區窗口日照情況對比分析。從表4來看，共計分析東、西校區行政區的窗口數分別為559個、1 748個，其中東校區行政區符合日照標準的窗口有288個，占51.52%；西校區行政區的有1 067個，占61.04%。可見，在西校區行政區中可以接受的光照高于東校區。就單個建筑物而言，東校區行政區建筑物中窗口不合格率最高為54.13%，西校區則為45.47%，相對來說西校區行政區能較好地滿足師生對光照的需求。

3 結束語

文章通過對貴州大學建筑物的日照分析，可以得出建筑物東南面的光照時長比西北面的光照時長較長。從建筑物樓層的日照分析來看，西校區與東校區生活區、行政區和教學區的建筑物樓層東南面均符合日照標準，合格率為100%。從建筑物的窗口來看，東校區符合標準的窗口的比例大于西校區，相較而言，東校區的建筑物窗口總體能接受的日照多于西區。總體來看，貴州大學大部分建筑的日照可以滿足師生學習生活的需求。

需要說明的是，文章在對校園建筑物窗口進行分析時，缺少對地形因素的考慮以及忽視了窗口日照增長變化的趨勢，且因模擬效果與實際建筑物存在差異，因而分析結果并不完美，有待進一步研究。