京津冀地區大型公共建筑中庭光環境評價分析

王 琛，張明宇

(天津大學 天津市建筑物理環境與生態技術重點實驗室，天津 300072)

引言

中庭空間是公共建筑中核心的區域，體現建筑特色和創造性[1]，反映建筑形象表達，擔負著公共建筑交通、聚集交流、以及傳播文化、經濟等諸多功能，中庭是公共建筑必不可少的重要組成部分[2]。中庭設計中不僅需要關注空間形態表現，還需關注其內在物理環境舒適度，中庭光環境舒適度直接影響著中庭使用的視覺直觀感受。目前國內外針對大型公共建筑中庭空間及其單一光環境[3]水平的研究相對比較成熟，但針對主觀感受指標因素、建筑設計信息因素與光環境的交叉影響，將建筑設計的影響進行集成化整合的相關研究尚處在起步階段[4]。本次研究的意義是從建筑光環境水平的綜合指標參數水平的角度對大型公共建筑的中庭自然光環境及主觀調研進行前期的數據整理和分析，為推進中庭光環境綜合評價研究建立基礎，為后續模擬研究提供參數指導。

1 研究概述

1.1 研究對象

為確保獲得具有價值的調研數據，且能夠得到足夠代表京津冀地區公共建筑的中庭空間光環境客觀測試數據及主觀評價數據，本次調研共分為網絡調研和實地深入調研兩個階段[5]。第一階段為網絡調研，篩選京津冀地區有條件進行調研的大型公共建筑，主要參考建筑中庭功能屬性、建筑總面積值和建筑中庭空間面積三個典型參考因素，將篩選的48個大型公建進行梳理和歸納。第二階段為實地深入調研，網絡調研分類篩選出17個公共建筑如表1所示，并進行實地主客觀調研，獲取現場實測數據和主觀評價問卷信息。

表1 實地深入調研目錄Table 1 Contents of in-depth field research

1.2 研究內容

本次研究包含客觀實測和主觀問卷調研兩部分，具體內容如下：

客觀實測內容主要為獲取中庭空間信息(中庭空間位置、中庭空間尺寸、空間特征：開窗、采光方式、壁面材質、平面形式、剖面形式，壁面通透性)；中庭光環境參數(照度、眩光、亮度、均勻度等)。

主觀問卷的設計針對光環境問題，涉及單一環境類型整體光環境主觀感受和對應主要影響因素兩個方面。在問卷問題的設置方面，將物理光環境的專業術語歸納為通俗易懂的常用語，如光環境中“均勻度”表達為“光線是否柔和”；光環境中“眩光”表達為“有陽光直射”；光環境中“照度水平”表達為“明亮程度”；光環境中“亮度水平”表達為“明暗是否有重點”。

問題選項對應主觀因素關系如表2所示。

表2 主觀因素與問卷選項對應關系Table 2 Corresponding relationship between subjective factors and questionnaire options

2 客觀數據與主觀評價分析

本次問卷共計發出330份，有效問卷328份，選用克朗巴哈系數(Cronbach)的內在信度[6]進行信度分析，運用SPSS軟件對多場館中庭物理環境主觀評價結果進行統計分析得到實驗信度系數，信度系數基本在0.8以上，具有良好可信度。通過主觀評價對各個場館進行評定，按照“特別好9分、良好7分、一般5分、不好3分、很差1分”求取平均分，以分值的形式來評判空間感受、光環境、熱環境和聲環境的優劣。

2.1 中庭空間設計與主觀評價分析

建筑場館的中庭空間感受評價統計結果圖1表明，大部分場館中庭的空間感受滿意度得分在一般和良好之間，其中表現最好的是天津圖書館，得分最低的是天津濱湖劇院。評分較高也反映出大家對中庭空間的喜愛和價值的肯定，對于打造高舒適度物理環境的中庭空間具有深遠意義。從天津市圖書館與濱湖劇院的對比中可以發現，天津圖書館表現出較好的光環境、空間布局和壁面通透性，由此可見視覺感受作為影響場館的第一印象，光環境舒適度應作為重要設計考慮因素。

圖1 中庭整體空間感受滿意度得分統計Fig.1 The score of satisfaction of atrium overall spatial feeling

通過對問題“你認為影響本中庭整體感受的主要因素為？”的主觀評價結果統計可以得出，人群中每個場館的關注點都不相同，圖2百分比匯總結果表明：在中庭整體感受的主觀評價中，活動人群對以上因素的關注度為：光環境>空間>聲環境>熱環境，這與人的感官關注度大致相符[7]。

圖2 影響中庭整體空間感受因素占比統計Fig.2 Statistics of the proportion of factors affecting the overall spatial perception of atrium

2.2 光環境客觀數據與主觀評價分析

各場館客觀調研數據結合國內《建筑采光設計標準》(GB 50033—2013)進行評定[8]及匯總如圖3所示。大部分場館照度均達到國家標準，但是各個場館的照度差別較大，部分場館的照度平均值達到了1 000 lx以上；從場館的采光均勻度計算值來看，僅武清博物館和南開大學圖書館達到頂部采光均勻度標準值0.7的要求，基本全都存在采光均勻度不夠的情況；大部分的場館都具有較高的亮度水平，而有一半場館存在眩光干擾。

圖3 光環境客觀實測調研數據(照度、照度均勻度、亮度、眩光)統計Fig.3 Objective survey data (Illuminance,illuminance uniformity,brightness and glare)of light environment

由圖4滿意度得分的數據顯示，大部分場館光環境得分在6～8分，光環境主觀整體評價良好，其中：濱湖劇院評價最低的原因可能是環境照度過低、亮度較低且光線分布不均勻，所以導致光環境整體較差；天津圖書館評價最高的原因可能是環境照度達標、亮度較高且不存在眩光干擾，所以導致光環境整體較好。

圖4 光環境感受滿意度得分統計Fig.4 Light environment satisfaction score statistics

在問題“您認為影響本中庭光環境感受的主要因素”中，從圖5匯總信息可以看出，不同建筑中主觀評價對影響光環境各因素的關注度有所不同，百分比匯總結果表明在光環境的主觀評價中，活動人群對以上因素的關注度為：明亮程度>光線是否柔和>有無陽光直射>明暗是否有重點。基于上述研究可得，在中庭光環境舒適度感受中，人們更加關注照度和亮度，其次為眩光，對照度均勻度的關注相對較低。

圖5 光環境影響因素統計Fig.5 Statistics of light environment influencing factors

2.3 小結

通過對以上客觀數據及主觀問卷分析，從中庭光環境和整體中庭空間印象的分析，分析了人群對中庭空間主觀第一印象對光環境的關注度以及光環境中照度、均勻度、眩光、亮度對比度4個參數，初步得到以下結論:

其一，在中庭光環境舒適度感受中，人們更加關注環境的“明亮程度”所代表的光學參數“照度水平”，此外眩光對可視人群的主觀感受也存在較強影響，結合客觀數據分析，對照度均勻度的關注相對較低。

其二，在中庭空間設計中，人們更加關注光環境和空間，其次為聲環境，對熱環境的關注度較低。

綜上所述，將中庭空間光環境的照度水平和眩光作為后續光環境研究中特別關注的光環境影響參量。

3 中庭光環境影響因素分析

在影響光環境的建筑元素中，對比評價最好的天津圖書館和最差的天津濱湖劇院(圖6)可以發現：天津圖書館其空間布局選用雙向中庭且頂面采光的形式，材質選用反射系數較高的白色面磚，側窗和天窗的開窗面積為大面積開窗，壁面通透性較大；天津濱湖劇院雖然也是矩形平面和H型剖面，但空間布局為三向中庭，材質選用米黃色面磚和米黃色飾面，側窗采光面積為較小面積開窗。

圖6 天津圖書館中庭照片(左)、天津濱湖劇院中庭照片(右)Fig.6 Atrium photos of Tianjin Library (left),atrium photos of Tianjin Binhu Theatre (right)

通過中庭空間分析研究出中庭的空間布局類型、平面形態、剖面類型、開窗位置及面積、壁面材質特性和壁面通透性作為影響中庭光環境的建筑因素。基于外部空間直接聯系也與復雜室內功能相聯系，因此其光環境影響因素相對復雜，且影響因素之間也存在聯系。了解其各因素對中庭光環境空間產生影響的本質原因，有助于我們在中庭空間光環境優化設計中采取更合理有效的設計策略。單一光環境與建筑因素影響關系如表3所示。

表3 光環境建筑影響因素統計Table 3 Statistics of influencing factors of light environment building

3.1 光環境影響因素關注度討論

光環境主觀問卷結果百分比匯總結果表明：在光環境的主觀評價中，活動人群對以上因素的關注度為明亮程度>光線是否柔和>有無陽光直射>明暗是否有重點。

根據各因素描述性因素的主觀評價百分比平均數，與中庭涉及的建筑空間信息影響關系統計如表4所示。

表4 建筑空間信息影響關系Table 4 Influence relationship of architectural spatial information

從圖7可以直觀的看出影響光環境各因素的關注程度關系，其中開窗位置及面積、剖面類型、布局類型應作為最高關注的控制因素，應該在中庭設計中重點考慮。

圖7 光環境建筑影響因素關注度統計Fig.7 Statistics of the attention degree of the influencing factors of light environment buildings

3.2 小結

光環境建筑影響因素對應關系統計表如表5所示。

表5 光環境建筑影響因素對應關系統計表Table 5 Corresponding relationship of influencing factors of light environment building

布局類型、剖面類型、開窗位置及面積的改變會同時作用于光環境的照度水平及均勻度、眩光、亮度水平；同時，照度水平及均勻度受布局類型、空間尺度、平面形態、剖面類型、開窗位置及面積、壁面材質特性、壁面通透性的影響。

統計表可以看出布局類型、剖面類型和開窗位置及面積會直接影響3項主觀感受因素；其次是壁面材質特性會影響到2項主觀感受因素；再次是空間尺度、平面形態、壁面通透性對照度水平這一主觀感受因素產生影響。

從主觀感受因素受建筑設計因素影響多少層面來看我們要更多地關注中庭光環境的照度水平和均勻度，其次關注亮度水平，再次為存在眩光情況。

4 結語

在調研中發現建筑使用者對中庭空間的光環境舒適度感受直接影響其對建筑的整體印象，進一步證實光環境因素對于中庭物理環境的重要研究價值，應放在首位考慮。通過主客觀數據的歸納整理及評分加和的方式，將語言描述性影響因素選項與中庭空間建筑因素建立聯系，通過評分數值統計確立影響中庭物理環境的建筑因素之間初步的關注度對比關系，得到兩點初步結論，其一為光環境舒適度的建筑因素關注程度為開窗位置及面積、剖面類型、布局類型>壁面材質特性>平面形態、壁面通透性；其二為主觀影響因素權重為照度水平、亮度水平>眩光>照度分布、亮度分布。此外各建筑影響因素與主觀感受因素之間存在復雜的聯系性，對中庭光舒適度的影響權重關系、中庭空間光環境以及綜合物理環境的優化模擬需要在后續研究中做進一步探討。