1、科学技术史系列讲座 期末论文 2009013145 建环九 薛斐建筑中的自然采光演变史2009013145 建环9 薛斐“光线是建筑的灵魂。”建筑的体量和空间需要人们在光影中得到深刻的认识和感受。由于光的存在, 赋予了建筑以无穷的生命力; 由于光的存在,使人们把建筑的形体、色彩、质感等因素和自己的情感相联系。正因为这样, 建筑师以自己的智慧和创造力, 巧妙地把太阳光引入建筑的内部空间, 创造出随时间和空间变化的精彩光影艺术效果。为什么要进行自然采光？在电灯发明以前，也就是说仅仅一百多年前，自然光几乎是建筑物日间照明的唯一光源，那时，建筑师不得不花费很多脑力去思考如何把光线引入室内。电灯的发明，2、除了众人皆知的伟大意义之外，还给建筑师带来了额外的奖励，他们不用再动脑子去解决采光问题了，光线不够，可以开灯，光线太眩，可以关上窗帘再开灯，开灯太热，就把空调启动，总会有办法的。然而自二十世纪70年代能源危机以来，以节约能源和资源，减少污染为核心内容的可持续发展的设计理念逐渐成为建筑师追求的方向。在一个强调人与自然生态环境协调，科技与人文同步发展的知识经济时代，自然采光的优越性得到前所未有的重视。天然光是取之不尽，用之不竭的能源，为了能够更好地利用这一能源，建筑师们在设计上煞费苦心。通常情况下，自然光没有具体形态，但通过各种设计手法对自然光的形态与色彩进行塑造，能给人们带来人工光无法比拟的源于3、自然的、清晰的、健康的与富有生气的体验过程，从可持续发展的观点来看，充分运用自然光照明可以节省大量能源。早期人类生活与生产活动，以自然光与珠光照明为主，建筑内部的自然光强弱决定一个空间的使用效率，如果采光欠缺，白天室内的使用效率就会很低，在过去很长的一段时期，窗的设计成为控制建筑室内光线的重要媒介。然而现今，使用电能源照明已经被人类发挥得淋漓尽致，我国大量的建筑设计由于各种原因基本没有专门的自然采光设计,既影响了室内的舒适度又增加了照明能耗，正是因为如此挥霍电光源，我们不得不面临能源危机。而在白天如果充分利用自然光为建筑室内提供照明,则可以节省大量的照明能耗，尤其是在建筑体型相对简单、平面布局4、相对单一的中小型建筑中,可以利用各种自然采光手段和方法,做到在晴天的白天完全利用自然光照明。因此，自然采光不容忽视。建筑采光与结构的变迁建筑采光主要是依靠采光口引入太阳光线,并且使其反射在室内空间的墙面和地面上的光影变化来完成的。采光口的位置、大小、形式、透光材料和构造做法决定了建筑空间自然光的艺术效果。因而, 采光口的设置成为研究建筑内部空间自然采光的主要因素。结构是光的赋予者，翻看历史的长卷，我们发现从古罗马至今几乎每一次建筑结构的变革，都会带来采光方式的变革，结构仿佛一直在找寻能使自己最富表现力的采光方式。1. 古罗马时期连续厚重结构的采光罗马万神庙主要采光方式是单一顶光，这是由它的结构5、方式决定的。由于它厚重的混凝土结构，只有在最顶部，墙体才摆脱承重的使命，得以开敞，光线便从这个地方照射进来。这种唯一的光线来源强调了结构的对称、集中、稳固；单一光源从顶部漫下，由亮到暗，将穹顶饱满的弧形渲染得极富立体效果，同时顶光赋予穹顶地面的壁龛以浓重的阴影，进一步突出了结构的层次和厚重。2. 中世纪帆拱结构的采光到了欧洲中世纪，帆拱的发明使底部的连续墙体从承重的使命中解放，建筑结构型制逐渐轻盈起来，采光的形式也产生了相应的变化。从索菲亚大教堂中就可以看出这一点：外墙上星星点点的高侧窗就是墙体解放的结果；穹顶底部40个小拱窗形成一个银色的光环，托起了巨大的穹窿，这虽然不是结构改革的结果，但却6、加强了结构走向开敞的感觉，并将帆拱和中央大穹窿这两个结构部件更清晰地表现出来，由下往上的漫射光使穹底部虚化，产生了一种轻盈的效果。3. 哥特教堂飞扶壁结构的采光12世纪下半叶，哥特教堂在结构上取得了辉煌的成就。飞扶壁的使用使侧廊的拱顶不再负担中厅拱顶的侧推力，从而可以降低高度，扩大中厅的侧高窗，拱顶采用骨架券，使其厚度大大减小，结构更加轻盈、开敞。在哥特教堂中，结构的轻盈给采光带来了极大的自由，四层高的外墙上可以开很大的高侧窗。哥特教堂从初期发展至成熟，每一次结构的改进都引入了更多的光线，并造成光线对结构更好的表现。4. 近现代结构的采光随着框架结构、钢与玻璃的使用使得采光口从结构限制中彻底解7、放出来。它可以在任何尺度任何部位自由构造。现代建筑中常用的玻璃幕墙就使采光口扩大到几乎整个立面，光填补了结构以外的一切空隙、室内被照的晶莹透亮。近年来由于玻璃技术的发展，使得过去需要为玻璃固定而实用的金属框也被厚玻璃替代，增加了光线的射入量。光线不再需要配合结构的表现，只有在一些优秀的建筑作品中，光对结构的表现力才会再次被发掘，取得精妙的效果。建筑中的自然采光实例分析各种建筑空间的采光设计方案，几乎所有的建筑空间都是由以下五种采光形态结合而成的：坡型，L型，U型，柱型，线型。这五种采光通过不同的组合用于不同功能的建筑。 l 法国奥赛美术馆法国奥赛美术馆设计运用线型采光形式，将旧火车站改造成美术8、馆，美术馆对自然采光的要求较高，将原有的封闭屋顶改造成全玻璃顶棚，既满足展览需求，又节约能源。奥赛博物馆的中庭是新馆最为出彩的地方。利用中庭空间，满足建筑物新的功能需要，使老建筑获得必要的内部公共空间，活跃内部气氛，解决交通、采光、通风等问题。l 弗雷尤斯地方中等职业学校英国杰出建筑大师诺曼福斯特前期的作品之一弗雷尤斯地方中等职业学校，在注重建筑与城市文脉和自然环境相协调的同时，还根据当地的气候条件，在建筑采光上做出了积极的尝试，这位常年生活在雾都的建筑师，对于地中海明媚的阳光充满了渴求。因此当这个学校进入他视野时，福斯特一气呵成的设计了这个充满阳光的建筑。在建筑创作中，为了最大限度取得良好的9、朝向和海滨观景，他把学校一字排开，沿东西向轴线设置一条长长的室内走廊，使之成为学生课余的交往走廊，向阳一侧设计了一组精美的银色遮阳板，将夏天的炎热挡在室外。阳光透过缝隙投下点点光斑，周边的绿化也考虑的十分细致，高大的落叶阔乔木在夏季可以起遮阳的作用，同时又不会阻隔冬天温暖的阳光。l 柏林国会大厦诺曼福斯特代表作之一柏林国会大厦主要依靠自然采光而且具有顶光，通过透明的穹顶和倒锥体的反射将水平光反射到下面的议会大厅，议会大厅两侧的内天井也可以补充自然光线，基本上可以保证议会大厅内的照明，从而减少了平时的人工照明。l 中国2010上海世博会英国馆中国2010年上海世界博览会英国馆是2010年上海世博10、会上代表英国的展馆，英国馆中最大的亮点是一个六层楼高、立方体的“种子殿堂”， “种子圣殿”外部生长有六万余根向各个方向伸展的亚克力杆。白天，亚克力杆会像光纤那样传导光线来提供内部照明，营造出现代感和震撼力兼具的空间。建筑采光的意义与益处1 心理层面上帝先创造光，有充分的理由。太阳光有足够的强度，给人活力，给养植物。太阳光有足够的热量，这一点在冬季尤其受欢迎。太阳光在一天中有规律的变化，确保人体生物钟有条不紊的转动，日出而作，日落而息。太阳光接近完美的白色，北方天光的显色能力尤为出色，人造光源尚难以相提并论。太阳光作为最直接、最便利的光源, 对于建筑内部空间来说, 已经不再是单纯为了满足采光的实11、用性需求。随着建筑空间造型艺术理论、建筑设计手法和建筑技术的发展, 建筑空间采光设计担当了更重要的角色。人类对自然光线的喜爱根植于基因。研究亦表明, 对于空间需求而言, 人们对采光的实用性需求容易得到满足, 然而精神需求却往往很难以简单的方式得以实现。人们的精神喜好是通过视觉指导来完成的,成功地运用光与影在室内产生的视觉艺术效果往往既能满足使用功能要求又能给人们以良好的精神感受。2 艺术层面光与影是真正意义上的动态构图，建筑的构件接受阳光将其阴影投射到背景上，形成某种形状的图案、纹理，而影子的形状也会随着背景表面的空间凹凸变化而变化。因此，同一个建筑物体在不同的背景将投下千差万别的影子。这就给12、既定有限的建筑构图中增加了多样的变化空间。有时候由于建筑功能的限制，建筑表面会出现大面积平直的墙面，显得单调呆板，这时可以采取简单的方式，如利用水平或垂直的构件的影子形成有生气的构图来打破这种单调乏味。这样只需对构件进行构图的设计即可取得很好的效果。3 能源层面 在白天如果充分利用自然光为建筑室内提供照明,则可以节省大量的照明能耗，尤其是在建筑体型相对简单、平面布局相对单一的中小型建筑中,可以利用各种自然采光手段和方法,做到在晴天的白天完全利用自然光照明。纵观建筑采光现状，展望未来，在21世纪，随着科技的进步和建筑技术的革新，建筑采光方面必将有更大的发展空间。参考文献：环境照明设计 马丽编著 上海人民美术出版社 光与建筑 戴志中 蒋珂 卢昕 编著 山东科学技术出版社 光与空间设计姜晓樱 侯宁 主编 中国电力出版社 4