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浅析自然光在展馆的运用

发表时间：2020/11/30 来源：《基层建设》2020年第22期作者：吕立锋

[导读]

        广州宏达工程顾问集团有限公司 510663
        自然采光作为环保节能减碳的技术手段，是各类展馆建筑中誉为有生命建筑设计的首选。在实际的建筑中，自然光与建筑空间及其功能的多样性会发生矛盾，达不到新型技术的要求。本文章基于上述问题，结合佛山科技馆、许昌科技馆、枣庄科技馆、三亚海昌不夜城“家庭娱乐中心”馆、南沙粤港澳（国际）青年创新工场、广州市党员干部法纪教育基地等建筑，选择具有代表性实例分析，讨论自然采光技术在绿色展馆建筑中的实际应用，对各展馆建筑功能需求、空间布局、地理环境，如何因地制宜合理利用自然采光技术。
        随国家的文化、科技、军事的发展，城市化进程迅速，经济发展迅猛，新型展览类建筑也随着时代高速进步而产生，其涵盖规划馆、纪念馆、技术馆、博物馆、美术馆和各类主题馆。
        要设计出前沿性、前瞻性和节能环保，有生命的健康展馆，首先要了解各展馆的功能特点，针对各展馆功能需求和空间布局及相关规范要求，才能更好的利用自然采光技术。
        ●规划馆建筑的主要特点
        规划馆是承载城市历史变迁的建筑，是全方位地呈现城市发展的历史使命以及研究城市发展的整体方向。不但是精准化管理城市发展的最有利支撑，也成为了政府与社会接触的桥梁。是汇聚科技、文化、理念于一体的城市精神展示，是世界范围内专家、市控资产运营、学术讨论、城市规划查询的地标建筑。
        ●纪念馆建筑的主要特点
        纪念馆是宣传、纪念、教育部门以及科研场所，是重大历史及杰出人物相关事件遗迹，保护以及收藏的标志建筑。通过唯物主义实事求是再现复原、展现历史实性，通过真实事件为人民大众，尤其是对青少年培养爱国教育和革命精神。
        ●科技馆建筑的主要特点
        科技馆是向大众灌输科学知识、利用实验、多媒体展示、报告演讲等，让青少年积极参加、倡导爱国思想教育及爱国科学传播，加强国民文化修养提高民众科技文化素质教育场所。
        ●博物馆建筑的主要特点
        博物馆是进行收集储存、展示，研究关于自然、历史、文化、艺术、科学、技术等众多标志性建筑。
        ●美术馆建筑的主要特点
        美术馆是精神文明以及艺术欣赏的高级产物。其不单是美学的展示，还是美术绘画创作，也是收集储存美术作品的教育建筑。其具有研究、推广美学文化功能，因此其本身就是一件精致的艺术作品。
        ●展馆建筑的发展趋势
        从建筑学的角度来讲，建筑物的作用是保护人类免受恶劣天气的影响。从展馆功能属性来讲，是实力展示、文化展示、产业建设、学术交流等，展馆存在的意义完全依据需求变化，过去的意义不会褪色变形，反而丰富拓展更为多元化。那么在绿色环保低碳建筑体系中，体验密切相关的便是建筑的自然采光。在展馆建筑的发展过程中，各展馆的功能及其特点不尽相同，而人们的目光都放在外观造型及功能技术的追求，忽略了采光技术对于展览类型建筑适宜、健康性的原则。
        各类大型展馆作为城市综合实力的象征，其数量与日俱增。在促进了国家经济、科技、政治社会发展的同时，其中也存在能源消耗量大、能源利用率低、能源分配不合理等一系列棘手的问题。破解这一问题，就应在推广美学文化的同时，还应该最大程度上节省国有资源、降低城市污染指标、维护生态平衡，为人类社会创建出健康、有生命的、舒适的、和谐的展馆建筑。
        ●自然采光与自然采光设计及要点
        将自然光引入展馆建筑物内部，利用自然光照标准进行有效传导、自然光源满足视觉照明，统称自然采光。其比人工照明更加舒适与健康的环境。
        在传统建筑中，对自然采光的设计并不完善，这是因为在设计时存在诸多不可控制因素。自然光线具有很强的方向性，随着太阳角度的变化容易出现光线分布不均的情况，导致传统自然采光无法保证光照质量及时长；而且直射光线会在建筑物内部形成大量热辐射间接增加了空调能耗。所以，展馆建筑的采光设计成为了展馆建筑节能中一项重要指标。
        展品在展馆的建设中有着不可无缺的重要地位，在自然采光设计中，要充分考虑光对展品的伤害，充分实现对展品的科学保护，光影的传承是建立在展品完美无损呈现在观众的基础之上。适用自然采光度避免直射，合理分布采光度避免反射。在展馆的采光设计中对环境的温度、湿度、色度、显度性也是一个重要指标，需遵循《建筑照明设计标准》。早期的建筑物一般都是自然采光，随着科学的进步，人们发明了人工采光，并且大量的使用在场馆建设中，还随时间的推进俞演俞演烈，甚有盖过自然采光之势。但自然光是具有生命、具有灵魂的，是人工光无法与自然采光相对比的。所以，自然光仍占据主导地位。
        那么，在展馆设计中常见的自然采光类型有哪些?
        一、侧窗采光：侧窗采光是采用外墙开设空间进行采光的手段。按窗户侧面的位置进行划分，可划分单侧窗和双侧窗及高侧窗，其建造价格较为便宜、使用及维护简单便捷等特性。
        二、天窗采光：天窗自然光源亮度高且光源均匀平衡，其具备高光亮度以及高穿透渗射的特性，因此不容易造成炫光，这种方式的自然采光可以根据展示内容的需求，来控制采光的面积和强度，有利于观众游览。
        三、混合采光：根据展馆设计的空间特性，混合使用侧窗采光和天窗采光来满足展示效果的需求。
        ◆实例分析
        1、许昌科技馆

        许昌科技馆建筑平面为前庭→中庭→中轴影壁通道后门设计，采用天窗类型采光（图一）。自然光照通过顶部天窗从三层高射入室内，穿射二楼及一楼，经过敞开式的展厅空间环境，自然光与人工照明光进行有效融合，使室内的光源在展厅空间更具合理及观赏性；自然光通过装贴镂空隔热膜的天窗照射在各层展厅空间之中，通过展品设备之间的反射由强变弱，使光源变得更加柔和稳定，达到了室内环境光照效果的同时，完成了光源无形的变化，使展馆环境更具科技术感；自然光在不同的时间段、不同的季节、在展馆空间之经过直射、透射、反射、折射、等多项折射变化，产生不同的照明效果，使空间变得生动，最大限度的展示自然光在展馆塑造出多彩丰富的室内空间美感与室内展品融为一体。许昌地处中原，展馆建筑的自然光照时间在白天至少十小时以上，利用自然采光系统，可以节省能源，减少污染。
        2、枣庄科技馆

        枣庄科技馆儿童展厅东北面都是落地的玻璃窗，使用了高侧窗采光设计（图二）。高大的落地窗可以把室外风景和阳光引入室内，让儿童在室内也可以看风景，实现展示空间的延伸。还可以为儿童的游戏空间提供可贵的自然光照明。利用自然光设计展示内容，实现建筑空间和展览内容的结合，设计思路清晰大胆。
        儿童展厅需营造舒适愉悦又不分散儿童注意力的场所，使青少儿童观众对展品获得完美视觉体验的同时，又要最大程度地减少光线对于展品的损伤。不管是人工照明还是自然光源的质量控制参数大致相同的，根据《建筑照明设计标准》，一般是通过光照度、光照均匀度、眩光限度、光源色和反射比来有效调控室内环境。因此，儿童展区内也不宜太阳强光直射，采光口应减少紫外线辐射、调节、限制光照度、防止眩光限度的产生；彩色透明膜的饰面裱贴，有效降低了紫外线的辐射，但经强光照射会产生眩光超限的情况使观众产生视觉疲劳而不适。儿童一般都有家长陪同，儿童玩得开心愉悦得到知识的同时，也要兼顾观众的舒适度，全方位考虑自然采光的设计。
        3、三亚海昌不夜城“家庭娱乐中心”馆

三亚家庭娱乐中心馆，又称“冒险岛”，是三亚海昌梦幻海洋不夜城主题公园的13大娱乐项目中心馆，是现阶段我国最大的家庭主题娱乐场所，可以在同一时间同时接纳1600人次亲子互动体验、室内外三层楼的场所进行结合，创建出完善的亲子互动旅游场所，是典型的立体混合采光。

本馆建筑采取混合自然采光同时，还增加了下沉井式自然采光设计。中庭顶部采取智能天窗自然采光设计（图三），顶部滚轴式天窗智能控制开启和无缝闭合，且可以水平360度旋转根据室内环境采光需要而控制角度，还起到通风和室内调温的作用。低纬度太阳轨迹经不同时间、不同季节的运行，根据场馆室内展区不同空间，对室内环境的采光照射要求不同，而天窗开启的时间和方向也不同，有针对性选择自然采光策略。西面透明玻璃幕墙为高侧窗采光，采光面积占整馆面积的30%，大量降低了人工照明灯光能耗量。幕墙采用双层中空透明玻璃及节能环保亚光型材，反射率得到有效的降低，避免造成室内眩光限度的出现。

        在正负零下封闭的空间向外延伸形成敞开式的下沉庭院，通过合理实施高差和造景，借助外庭进行采光，有效的解决了地下空间建筑存在的光线不足因素；下沉广场的绿化种植、树屋、凉亭之间和软性栈道进行衔接，与庭院上空跃式扇形遮阳膜通过自然光的渗射、互相交汇产生立体自然采光的明暗亮度的变化；本馆采取可调节自然光源的设计理念、通过室外光影在室内飘逸移动让观众旅客感受春夏秋冬的轮回，引发人们回归大自然的心理向往，不失为自然采光经典之作。
        此馆建筑的设计利用不同的材料、方向视觉、机械设备和不同光源的摄入同时，也进行少量的人工采光，对建筑构造、物体表象带给观众游客全新的体验感受。设计师利用自然光设计后达到空间效果，在室内空间营造气氛与形式创作的重要因素。

        虽然自然光占据主导地位，但人工灯光效果技术设计对展馆建筑来说也至关重要，其设计灵活多变、能突出产品、营造品牌形象、视觉表现力强。所使用的灯光设计作用不仅仅在于照明，更多在于营造环境气氛。在展馆建筑设计中如何利用人工灯光效果巧妙的融入到自然光当中呢：一、使用人工照明需遵循经济、美观安全、人性化为前提。二、加强艺术美感以及聚焦性，使展项变得更加光彩夺目。人工照明技术在不同的场所和不同环境很多时起到辅助作用，在特定环境场所甚起绝对地位。总体而言，环境空间的展现是根据展馆的空间布局，不同的展品、不同的材质特性进行有效设计，需全方位照顾展示空间的光源相补，才能呈现出视觉美感。
        展馆建筑的内部光照和阴暗面，室内灯光的分布应该利用人对于色彩的感知，更好地展现且映射出光源准则，才可以满足基本的照明需求，通过灯照光源作为辅助，加上空间的层次感并使用明暗关系进行反差设计，将自然光进行完美配比。根据展馆建筑的大小，为能让设计师更好的进行光照设计，在展馆建筑选址、建筑设计阶段，就要根据展馆的需求功能、用途特点，因地制宜进行有效采光照设计。
        灯光照明是美化环境，创造艺术效果中的重要手段，自然光在室内设计中是独一无二的灵魂，自然采光是建筑设计师灵魂的所在，应积极利用自然光融入展馆的设计作品中。其有效地降低建筑能耗，是当今建筑设计发展的主流方向。展馆是比较特殊的一类建筑，其种类丰富、功能繁多，不同地域特征、不同功能空间及不同的展品类型，都是展馆建筑在自然采光设计时应考虑的因素。在节能、环保、健康设计时决不能一概而论，应有针对性地考虑不同空间、时间、功能特性，采取有效的节能技术设计出高质量、低能耗、有生命的展馆建筑。