摘要 自然采光不但可以激發(fā)地下商業(yè)建筑的活力，提高商業(yè)環(huán)境品質(zhì)，同時也是地下建筑可持續(xù)設計的一個重要方面。通過典型案例對比研究，結合現(xiàn)場實測對比結果，提出了地下商業(yè)建筑自然采光的設計策略和技術措施，同時以量化分析為先導，總結地下商業(yè)建筑自然采光的主要特點與優(yōu)勢，提出優(yōu)化設計 方法，推動地下商業(yè)建筑的綠色發(fā)展。
關鍵詞 自然采光 地下商業(yè)建筑 可持續(xù)設計 模擬
1 地下空間與自然采光
自然采光是地下商業(yè)空間中最常用的采光方式，地下空間位于地面以下，甚至是地下多層空間，使用人工采光很難滿足人們對于空間舒適性的需求，因此自然光線對地下商業(yè)空間環(huán)境的營造來說非常重要。通常，地下商業(yè)空間可通過頂棚開窗和下沉廣場兩種措施來引入自然光線。
2 北京地區(qū)地下商業(yè)建筑的自然采光
2.1 下沉式自然采光在地下商業(yè)建筑中的應用
下沉式空間自然采光設計是通過地下空間自身部分形體的凹入進行采光的方式，常常存在于城市中心區(qū)的大型地下商業(yè)街，使其出現(xiàn)空間形態(tài)的變化，有利于形成多層次的復合空間，同時通過下沉部分的立面?zhèn)却盀榈叵律虡I(yè)提供大量的自然光線，但受部分地下商業(yè)街的層高限制，引入的天然光影響范圍有限，具體方式包括下沉廣場與下沉庭院。
�。�1）下沉廣場采光比較適合結合地下商場入口設置，其開敞的空間形態(tài)不僅可以采光，還能形成地上與地下的緩沖地段，削弱人們進入地下空間的不良心理感受。北京Village SOHO地下商業(yè)即采用這種方式，通過樓梯和電梯將地下一層與地面層相連，并在地下一層四周設置大的展示窗，在廣場中間設置景觀、小品和水體，不僅可以使光線到達地下一層，同時也吸引人群在下沉廣場中活動（圖1）。
�。�2）下沉庭院是在商業(yè)建筑中凹入地下的一個室外空間，其在滿足自然采光需求之外，所創(chuàng)造出的空間具有較強的圍合感與較好的景觀性。建外SOHO地下商業(yè)就使用這種采光方式，庭院周邊的商業(yè)取得了自然采光和良好景觀（圖2）。
2.2 天窗式自然采光在地下商業(yè)建筑中的應用
天窗式自然采光的使用大部分在埋深較淺、地面部分為廣場或綠地的地下商業(yè)街。此方式采光效率高，使用也較靈活。為了打破線形商業(yè)空間的枯燥沉悶，大部分地下商業(yè)街采用設置中庭節(jié)點的方式進行處理，但其對地下空間熱工環(huán)境影響較大，容易引起內(nèi)部空間過冷或過熱，通常有3種方式來實現(xiàn)。
�。�1）地下商業(yè)頂棚設置采光天窗。
中關村廣場地下商業(yè)空間多處結合采光天窗設計，形成明亮的核心空間，并結合地面綠地和廣場布置，不遮擋視線（圖3）。
�。�2）地面建筑頂棚設置天窗用于地下商業(yè)采光。
北京東方新天地地下商業(yè)空間中，通過設計若干上空空間與地面層相連，并設置天窗將光線引入地下一層，且可以增加商業(yè)面積（圖4）。
�。�3）通過突出地面的玻璃采光頂進行地下商業(yè)采光。
金源珠寶古玩城地下商業(yè)中，陽光可以通過入口處的玻璃采光頂直接照射到地下二層，同時也起到了標志性作用（圖5）。
3 北京CBD核心區(qū)地下商業(yè)區(qū)的自然采光設計
3.1 總體概況
北京CBD核心區(qū)位于光華路、建國路、針織路、東三環(huán)路4條道路圍合起來的城市空間，西南側是國貿(mào)橋。規(guī)劃總用地面積11.771 ha，地下總建筑面積52萬m2。地下空間主要是支撐地面空間的基礎設施等，將計劃建設地下5層的空間。研究主要針對CBD核心區(qū)中央廣場地下商業(yè)區(qū)地下一層和地下二層的商業(yè)采光進行分析。
由于中央廣場下的商業(yè)面積為52萬m2，這么大的地下商業(yè)面積如果只使用人工光源，每年耗電量較大，所以設計引用了一部分自然采光系統(tǒng)（圖6～9）。
3.2 自然采光設計
北京CBD核心區(qū)中央廣場地下一層和地下二層的商業(yè)街為南北縱向布局，為了充分利用自然采光，西面設置下沉廣場，東面布置天窗，使地下商業(yè)獲得了光照和活力（圖10）。
3.2.1 下沉廣場
下沉廣場自北向南共分為四進院落，其中南、北、西三面為直線，東面為靠近中心綠地的水波形曲線。南北向總長385m，東西向?qū)挾茸顚捥?0m，最窄處18m（圖11，12）。
下沉廣場兩側布置半開敞式的商業(yè)空間，作為本項目室內(nèi)外空間的聯(lián)系紐帶，通過設置出入口可以方便室內(nèi)外的空間穿插，并使地下一層獲得自然采光、通風、景觀環(huán)境和人員疏散的條件，使地下商業(yè)區(qū)更具活力。
同時下沉廣場周邊的墻體采用通透的玻璃幕墻體系，對水平空間進行區(qū)分和劃定，可以從側面引入更多的自然光線，使下沉廣場周邊一定范圍內(nèi)的地下公共空間、商業(yè)區(qū)域、設備管理用房等都能得到較好的自然采光。
3.2.2 采光天窗
中心綠地西面地下商業(yè)建筑中主要通道寬度為14m，層高7m。頂部結合地面中央廣場的環(huán)境設計，在主要通道的上方設置與通道方向一致的天窗，并結合中庭進行采光設計（圖13）。
在CBD地下商業(yè)空間中，內(nèi)部購物通道是一條貫穿始終的直線型通道，長200多米，容易給人造成枯燥的空間購物感，通過結合地面景觀設計的頂部采光天窗，除滿足空間的采光需求，在室內(nèi)還形成了一定的空間導向作用。核心區(qū)地面中央廣場的景觀位于地下一層商業(yè)空間上方，因此天窗主要結合景觀和地下商業(yè)空間的布局進行設計。在布局上將條狀天窗、面狀天窗等多種形式組合。除滿足地面景觀的需求外，還根據(jù)地下一層商業(yè)空間中內(nèi)部人行通道的流線進行設計，使得自然光能夠通過地下一層到達地下二層的商業(yè)部分，創(chuàng)造一定的自然采光效果。
3.2.3 軟件模擬優(yōu)化設計
采用英國Square One公司開發(fā)的生態(tài)建筑設計軟件Ecotect進行建模，從而對CBD核心區(qū)中央廣場地面西側下沉庭院與東側采光天窗對地下主要功能空間自然采光的改善效果進行模擬分析，定量指標為考量采用合理措施后地下主要功能空間10%面積達到采光標準的要求。 3.2.3.1 邊界條件
結合本項目各層功能區(qū)域設定，以及下沉庭院和采光天窗本身的設定影響，搭建模型，分析選取地下一層（B1）與地下二層（B2）的中心部分。通過采光模擬分析其在室外最不利情況下，為滿足室內(nèi)采光要求，研究玻璃的光學性能下限取值，并對建筑布局提出優(yōu)化方案（圖14～17）。
模擬計算中的相關設置：1）天空背景照度設置為CIE全陰天模式；2）室外臨界照度設定為5000lux（北京）；3）B1、B2設置玻璃窗的圍護結構部位其窗墻比為0.7；4）天窗、外窗玻璃可視透過率均為0.75；5）采光分析網(wǎng)格設定B1層為1.0m×1.5m，B2層為0.6m×1.0m；6）分析B1、B2層在自然采光下人員工作面（距該層地面0.8m高度處）室內(nèi)照度情況。
3.2.3.2 模擬結果與分析
B1與B2主要功能區(qū)域的自然采光模擬結果如圖18，19所示。
建筑采光標準中沒有對商業(yè)建筑室內(nèi)照度（自然采光系數(shù)）提出要求，在分析計算時參考辦公室的標準，取采光系數(shù)2%作為低限要求。對達標面積統(tǒng)計計算結果如表1所示。
根據(jù)模擬計算分析結果，在地面天窗、下沉庭院外窗、室內(nèi)隔斷內(nèi)窗可見光透過率均取0.7的情況下，主要功能區(qū)域23.2%的面積采光系數(shù)均≥2%，滿足10%面積比例采光系數(shù)達標的建議值，目前的采光天窗與下沉庭院設置對地下主要功能空間的自然采光效果改善作用顯著。
以全陰天5000lux為準，采光系數(shù)≥2%的功能區(qū)域總面積為10025m2，室內(nèi)照明功率密度為7×10-3kW/m2。天然采光按照8：00～17：00（9h）計算，全年天然采光時間為9h×365=3285h，經(jīng)計算全年節(jié)約電能總量約為23×104kW・h。
4 結論
自然采光在地下商業(yè)空間中一直處于至關重要的地位，不僅可以滿足人的多種生理、心理需求，更能促進節(jié)能減排，而地下空間的自然采光是一種非常有效的節(jié)能方式。
以CBD核心區(qū)中心廣場地下商業(yè)中天窗采光和下沉廣場的應用為例，通過Ecotect軟件對光照的模擬分析結果顯示，滿足10%面積比例采光系數(shù)達標的建議值。采光天窗與下沉庭院設置對地下主要功能空間的自然采光效果改善作用顯著，且全年可節(jié)約大量電能，對地下商業(yè)建筑的自然采光設計起到了示范作用。
