人工照明在現代建筑中的運用
——以濟南黃金時代廣場A座辦公大堂為例

朱雅麗

(昕諾飛(中國)投資有限公司, 江蘇 南京 210000)

引言

現代建筑之父柯·布西耶所提出的建造體系——“多米諾”住宅原則[1]實現了墻體與結構分離，建筑的立面不再受結構的制約。鋼筋混凝土框架結構與玻璃表皮的結合成為“摩天大樓”的原型，大量使用玻璃幕墻作為建筑的表皮圍護已成為現代建筑的主流趨勢。相比于古典建筑中立面由于承重結構通常只能開較為狹小的豎窗而言，現代建筑中的落地窗大大提高了建筑的采光率，建筑的天然光成為建筑內部空間元素中的重要組成部分。然而在當下的很多建筑中，人工照明設計并未充分考慮天然光對建筑的影響，將燈具粗暴地進行開關設置，不僅不符合人體節律的變化，同時浪費能耗。室內照明設計中，合理利用天然光，使用人工照明結合智能照明控制系統對天然光進行補足，不僅有益于建筑中的個體健康，同時節約能耗。

1 現代建筑中的采光

1.1 現代建筑中的天然光

現代建筑中，大面積透光材質的應用使室內室外成為相互融動的空間，天然光可穿透玻璃幕墻進入室內，對室內空間的光環境有著重要的影響。天然光大面積的進入室內空間，使室內空間不僅是人類休息、辦公所使用的活動空間，更是人與自然的紐帶，建筑中的個體可以通過照射進室內的光線感受天然光的有趣變化。

建筑中的天然光不僅可以幫助我們從視覺的角度認知世界，同時，他對我們的健康有著重要影響。醫學名著《黃帝內經》[2]中天人相應的宇宙觀指出人類的祖先在太陽東升西落的自然規律中已形成與太陽運動相關的生物節律，人體的激素分泌因天然光的強弱變化而產生周期性的變化。同時，天然光中的光譜組成中，除了我們肉眼可見的380～780 nm之間波長的光譜，還存在紫外線以及紅外線。天然光中的紫外線可以有效促進人體維生素D3的合成，天然光中的紅外線又稱為健康線，它可以使被照射物體上的原子從光中獲得動能[3]，通過原子的振動產生熱能，從而產生溫熱效應，起到加速血液循環、促進新城代謝等功效[4]。因此，建筑中的天然光不僅可以產生視覺功效，它對建筑中的個體的健康有著積極的影響。

1.2 現代建筑中的人工照明現狀

多變是建筑中天然光的重要特點，建筑中的天然采光除了受發光源太陽與所照射區域的緯度影響外，和云層的變化同樣有著密不可分的關系，不穩定性和非連續性是建筑中天然光采光的重要特性[5]。也就意味著如果建筑室內需要從事連續性的生產與工作僅僅依靠天然光很難保證室內光環境的照度需求。

電光源的產生使工業時代下24 h流水線的生產成為可能，人們打破了農耕社會時代下“日出而作，日落而歸”的束縛。傳統電光源時期，由于燈具輸出的不可變性等技術限制，我們經常看到很多建筑，尤其一些公共設施，人工照明一天24 h持續點亮從而保障室內空間的光環境，對人工光源的過度依賴形成大量的能源損耗，同時擾亂了自然光的周期變化對人體所產生的節律影響。以南京某大型辦公大堂為例，建筑本身擁有良好的自然采光，但人工光源并未考慮建筑本身固有天然采光不分晝夜的點亮，擾亂了自然光進入建筑內部的光影變化，且不合理的人工照明所帶來的斑駁眩光影響整個空間的一致性與舒適度，為室內空間帶來消極的影響，并不利于室內空間中人們的視覺與健康，同時加重建筑運行能耗，如圖1所示。

圖1 現代建筑中某大型寫字樓不同時間段的大堂室內環境Fig.1 The lobby indoor environment of a large office building in modern architecture at different times

2 人工照明在濟南時代廣場A座大堂中的運用

2.1 項目概述

濟南黃金時代廣場A座定位為濟南市標志性高端商務辦公綜合體，建筑屬于混泥土與玻璃相結合的框架式現代建筑。玻璃幕墻作為立面主要材質，天然光可透過建筑各立面進入室內空間，如圖2所示。北大堂采光面高度16.95 m，大堂區域進深 7.55 m，如圖3所示。南大堂采光面高度12.8 m，大堂區域進深6 m，如圖4所示。四側立面采光使南北大堂具有充分利用天然光的有利條件。

圖2 建筑四側建筑采光面Fig.2 Building lighting surfaces on four sides of the building

圖3 北大堂的有效日光利用率示意圖Fig.3 Schematic diagram of effective sunlight utilization rate of North lobby

圖4 南大堂的有效日光利用率示意圖Fig.4 Schematic diagram of effective sunlight utilization rate of South lobby

建筑本身所具備的良好采光是室內光環境的基礎，使用照明護照LIGHTING PASSPORT ALP-01對建筑室內窗向內部推進2 m區域，進行照度與色溫實測，從早上6：30天色漸亮，在6：45時，室內照度可以達到100 lx的照度值，7：10左右可以達到500 lx 以上照度值。同時，隨著太陽的升起，照度值不斷地提升，天然光的色溫隨之下降，如圖5所示。即在沒有人工光源的情況下，天然光已為室內采光提供了良好的基礎。

圖5 黃金時代廣場A座早晨室內天然光數據采集實測值Fig.5 Measured values of indoor natural light data acquisition in block a of Golden Times Square

除了項目中的實測數據外，據便民網2020年1—12月日照數據顯示，日出時間在6月份最早約5點左右日出，下午7：30左右日落，晝長約14個半小時；一月份日出最晚約7：30左右日出，下午5：00左右日落，晝長約9h40 min，如圖6所示。以2020年為例，自然光的采光時間不低于9 h，因此，在本項目中應充分考慮天然光的利用。

圖6 2020年濟南市1—12月晝長時間分析統計表Fig.6 Analysis and statistics of daytime length in Jinan from January to December 2020

2.2 項目實踐

室內天然光的強弱，除了受建筑本身的結構影響外，天然光的強弱同樣直接影響著室內的天然采光。當自然光線較強時，入射進室內空間的天然光足以滿足室內空間的功能性照度需求，而當自然光線較暗時，則需要人工光源進行補足滿足室內空間的視覺作業要求。在本項目中，根據自然光的強弱，將室內光環境分為以下三種形式。

2.2.1 純粹天然光

在日光照射較為充足的晴天，天然光可直接從建筑的四個立面入射進室內，根據實測，晴天時，在上午7：30室內沿窗向內2 m處的實測值均可達到500 lx以上。以11月份其中某一晴天實測，上午9：25照度可達16 648 lx，中午10：15照度可達22 532 lx，如圖7所示。有陽光直射的地面或工作面依然保持著較高的照度值，即使在沒有日光照射的室內區域照度依然可以達到500 lx以上的照度值，此時的天然光不僅可以滿足室內作業所需要的視覺需求，同時由于太陽照射地球的角度不同，在室內所形成的光陰也會有所區別，人們可以盡情沉侵在自然光所帶來的光影變化之中，體驗建筑作為室內空間與自然的紐帶，感知自然光的周期變化。同時天然光的照射對人體的健康有著積極影響。因此，當天然光較為充足時，室內空間的光環境應主要由天然光組成。

圖7 黃金時代廣場A座上午室內天然光數據采集實測值Fig.7 Measured values of indoor natural light data acquisition in the morning of block a of Golden Times Square

2.2.2 天然光不足時人工光源進行補足

多變是天然光的重要特點，天然光的照度及色溫并非定值，冬季日落時間較早，因此即使在晴天，在項目的實際勘測中，對同樣位置(落地窗向內推進2 m處)進行照度測量，下午4：30之前，天然光的照度已無法滿足室內功能性照明的需求。在下午4：00以后，所測照度值從300 lx持續下降，在下午4：30以后室內天然光已較為昏暗，所測位置的照度值不足100 lx，如圖8所示。

圖8 黃金時代廣場A座下午室內天然光數據采集實測值Fig.8 Measured values of indoor natural light data acquisition in the afternoon of block a of Golden Times Square

時代廣場A座辦公大堂主要服務于A座大樓內的辦公人員，以及前來拜訪的拜訪者與參觀者。辦公樓的常規辦公時間均在上午8：00—下午6：00。上午7：00—8：30以及下午6：00—8：00是大堂人流量的高峰期時段。上午7：00—8：30的大堂是人們從室外空間進入室內空間、從非工作狀態進入工作狀態的過渡區域。因此此時的大堂光環境應是明快舒適的，相對高色溫高亮度的光環境更加有利于抑制褪黑素[6]的生成，使人們保持充沛的精力完成一天的工作。下午6：00—8：00則剛好相反，是人們離開室內空間進入室外空間，從工作狀態回歸至放松狀態的過渡區，因此，此時的大堂光環境則相對溫暖放松。基于以上的兩點結合人體的激素水平分泌情況，將白天的室內光環境設置為符合人體節律變化且順應天然光的周期變化的動態照明形式，如圖9所示。通過高品質LED一體化燈具結合照明控制系統，實現日光感應控制，當天然光照度滿足所設定照度值時，人工光源自動調節燈具的流明輸出值，最大化的結合天然光營造出健康舒適的綠色光環境。

圖9 不同時間段對應的照度與色溫Fig.9 Illumination and color temperature corresponding to different time periods

2.2.3 天然光褪去后的人工照明

天然光完全褪去時，大堂室內的視覺活動主要依靠人工光源進行照明，人工照明是室內人員視覺任務得以完成的有效保障。夜間優質的室內光環境是高品質的人工光源與照明設計共同作用所產生的結果，人工光源[7]品質的好壞直接關乎夜間室內光環境的質量，比如燈具的顯色指數直接影響夜間大堂中物與人的還原能力及色彩飽和度；色容差的參數值直接影響光源的一致性等等。除了在燈具的選擇上，燈具的配光選擇以及燈具的布置對空間的塑造同樣起著不可小覷的作用。在本項目中，人工照明主要由三部分構成：1)筒燈組成的功能性照明；2)燈帶勾勒出的氛圍照明；3)線性燈具與玻璃背景墻組合而成的裝飾照明。功能部分照明采用高品質LED一體化窄光束筒燈在頂部以滿天星的形式進行均勻布置，并結合照明計算軟件進行照度模擬，通過照明偽色圖模擬顯示，南北大堂均可滿足功能性照度值，如圖10、圖11所示。

圖10 南大堂偽色表現圖Fig.10 Pseudo-color representation of South lobby

圖11 北大堂偽色表現圖Fig.11 Pseudo-color representation of North lobby

在南北大堂的氛圍燈以及裝飾照明區域則主要采用線條燈進行試燈的形式實現。由于氛圍燈具所洗亮的墻面為石材，以及玻璃池的受光面為玻璃，因此，如何在洗亮墻面的同時控制好眩光是需要關注的重點與難點。

2.3 項目回顧與總結

時代廣場A座大堂項目中，通過高品質LED一體化燈具結合智能照明控制系統的設定，合理利用天然光，根據天然光的強弱變化，通過智能管理技術對大堂內部人工光源進行開啟、關閉、調節等控制，營造出符合人體節律變化的綠色健康照明系統。天然光的合理利用不僅對人體的健康有著重要的影響，同時起到降低建筑能耗的功效。在項目實際的運營中，電源能耗值有較大幅度的降低，幫助建筑獲取LEED認證。同時，人工光源根據天然光的周期變化而形成的動態照明系統讓人們擁有更加健康舒適的光環境，如圖12、圖13所示。

圖12 北大堂人工照明與自然光相結合的模式Fig.12 Actual lighting combined with natural light effect of North lobby

圖13 南大堂人工照明與自然光相結合的模式Fig.13 Actual lighting combined with natural light effect of South lobby

3 結束語

建筑的嬗變，光源的更新迭代，我們應根據建筑本身的特點進行室內照明設計，當建筑本身具有較好的自然采光時，室內照明設計應充分考慮自然光線的影響，進入室內空間的自然光線對人體的健康有著重要的影響，它是室內空間與自然接觸的紐帶。當入射至建筑中的自然光不足以滿足室內視覺作業需求時，應通過照明控制系統對自然光數據進行采集并加以有效利用，結合自然規律變化及室內空間的屬性調整室內光環境中的照度值與色溫值，根據光的節律效應塑造出與空間使用者行為需求和身心健康相匹配的環境，營造出符合人體節律變化的綠色健康照明環境。