基于生態(tài)法則的人性化建筑中庭設(shè)計(jì)研究

李 震，狄 崗，曹 慧

(1.武漢工業(yè)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢，430023;2.包頭昆侖工程造價(jià)咨詢有限公司，內(nèi)蒙古包頭014010)

中庭(Atrium)是一個(gè)古老的建筑概念，已有兩千多年的應(yīng)用歷史。中庭是一個(gè)多功能的空間，既是交通樞紐，又是人們交往活動(dòng)的中心，因此它被稱作為“共享大廳”［1］。這種全天候的公共聚集空間能夠賦予現(xiàn)代建筑新的環(huán)境特質(zhì)，并可較好地滿足建筑的功能、經(jīng)濟(jì)及文化需求，同時(shí)兼顧傳統(tǒng)街區(qū)式的生活方式。20世紀(jì)60年代，美國(guó)建筑師約翰·波特曼首先將“中庭”概念引入到旅館設(shè)計(jì)中，并取得了巨大成功，此后世界各地競(jìng)相效仿。今天，在旅館、商業(yè)中心、辦公樓甚至住宅中都出現(xiàn)了中庭設(shè)計(jì)，“中庭”已成為帶有鮮明時(shí)代特征的建筑符號(hào)。

上世紀(jì)末，面對(duì)能源危機(jī)，生態(tài)建筑理念在西方被首先提出并迅速發(fā)展。與此同時(shí)，中庭空間在吸收太陽(yáng)能輻射、改善采光質(zhì)量、促進(jìn)室內(nèi)通風(fēng)等方面的積極作用也被越來(lái)越多的人所認(rèn)識(shí)。中庭不僅是現(xiàn)代建筑室內(nèi)空間的精彩演繹，更成為當(dāng)前生態(tài)建筑的重要設(shè)計(jì)手段。進(jìn)入新世紀(jì)我國(guó)的生態(tài)建筑研究方興未艾，大批生態(tài)型建筑中庭紛紛出現(xiàn)。然而其中一部分由于設(shè)計(jì)上考慮不周，使得實(shí)際建成效果差強(qiáng)人意。究其原因恰恰在于建筑師缺乏對(duì)人主觀感受的深入剖析，未能在技術(shù)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)“人本主義”理念。中庭環(huán)境品質(zhì)受到熱、聲、空氣質(zhì)量、空間構(gòu)成以及景觀營(yíng)造等眾多因素的影響，在此筆者擬從采光、通風(fēng)與綠化景觀三個(gè)側(cè)面對(duì)生態(tài)型建筑中庭設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則做一些探討。

1 中庭光環(huán)境設(shè)計(jì)

建筑物理環(huán)境對(duì)人的影響主要體現(xiàn)為感官的刺激(視覺(jué)、聽覺(jué)、熱覺(jué)、嗅覺(jué)等)。因此以人為本的設(shè)計(jì)其根本目的在于有效控制環(huán)境刺激(日照、溫度、濕度、噪聲等)，或者說(shuō)使環(huán)境刺激優(yōu)化［2］，以保證人體活動(dòng)的舒適感受。而采光質(zhì)量又對(duì)人有著最直接的影響。從節(jié)能角度出發(fā)，建筑用光應(yīng)盡量利用天然照明，中庭圍護(hù)結(jié)構(gòu)至少有一面是玻璃，這讓中庭成為理想的自然采光場(chǎng)所，它好比一個(gè)天然光的收集器，將自然光線送到各層平面，并通過(guò)四季更替、朝暮改變、光影交織產(chǎn)生似透非透、虛實(shí)對(duì)比、變化多端的效果，完全打破了普通六面體空間的封閉感。但中庭光環(huán)境設(shè)計(jì)又相對(duì)復(fù)雜，涉及到頂部的透光性、中庭空間的幾何比例、墻地面反射率等多個(gè)因素，要取得理想效果務(wù)必處理好幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1.1 中庭空間的幾何比例

中庭自身長(zhǎng)、寬、高之間的比例關(guān)系決定了其光照水平的變化程度。寬敞而低矮的中庭，地面獲得的直射光量多;隨著中庭高度的增加，到達(dá)相應(yīng)空間的直射光線迅速減少(見圖1)。所以日照條件較差地區(qū)，中庭應(yīng)處理得寬矮些，以便底層獲得足夠光線。經(jīng)研究，中庭高寬比的最大值是3∶1。中庭高寬比控制在3∶1數(shù)值范圍內(nèi)時(shí)，其內(nèi)部空間就可得到滿足人活動(dòng)照度要求的天然光線。對(duì)于那些高而深或突出構(gòu)件較多的中庭，天然采光難以達(dá)到照度標(biāo)準(zhǔn)，則可適當(dāng)運(yùn)用人工采光來(lái)彌補(bǔ)。

圖1 中庭高寬比例與直射光線進(jìn)深的關(guān)系

合理的人工采光設(shè)計(jì)除可有效提高房間照度外，還可增加室內(nèi)環(huán)境的情趣，起到很好的裝飾作用。但要注意控制好自然光和人工光之間的比例關(guān)系，以節(jié)約能源。

1.2 中庭頂部的透光性

中庭頂部光線的透過(guò)率是影響采光效果的另一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。頂部透過(guò)率越高，到達(dá)中庭底部和相鄰房間的光線越多。普通玻璃、Low-E玻璃等表面光滑的材料透光性好，陽(yáng)光可直射進(jìn)室內(nèi)，但水平面的光線分布不均勻并會(huì)產(chǎn)生眩光;而表面粗糙的磨砂玻璃、透明膜結(jié)構(gòu)等可有效避免眩光的產(chǎn)生，并實(shí)現(xiàn)陽(yáng)光的均勻漫射，但卻大大減少了射入的光線總量。不同透光材料的采光效果不同，在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)中庭光環(huán)境的其它影響因素(尤其是空間的幾何比例)，綜合考慮對(duì)透光材料的選擇。

夏季進(jìn)入中庭的強(qiáng)光會(huì)引發(fā)環(huán)境過(guò)熱;而不恰當(dāng)?shù)恼陉?yáng)方式又會(huì)擋住冬季陽(yáng)光的透過(guò)量，影響人的感受。解決這一矛盾的辦法便是對(duì)中庭進(jìn)行合理的遮陽(yáng)處理。首先可考慮采用鋸齒型天窗，并讓屋面板朝陽(yáng)，而讓玻璃背陽(yáng)(見圖2)，這樣既避免了陽(yáng)光直射，又將射向屋面板的光線反射回室內(nèi)，提高了室內(nèi)空間照度;其次可采用移動(dòng)式遮陽(yáng)系統(tǒng)(如可活動(dòng)百葉)，并使遮陽(yáng)板的角度隨季節(jié)的變化而變化，從而達(dá)到有效控制頂部透光量的效果。

圖2 鋸齒型天窗示意圖

1.3 中庭墻壁的反射性

進(jìn)入中庭的光線除直射光外，還有反射光和漫反射光。對(duì)底層地面與四周相鄰空間而言，后兩者尤為重要。中庭垂直墻面通過(guò)反射、漫反射作用重新分配天然光線，實(shí)現(xiàn)對(duì)采光效果的再調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)已證明，相對(duì)粗糙的墻面表皮，其漫反射光線更為柔和均勻，并不易產(chǎn)生眩光，所以中庭墻壁宜采用素混凝土、淺色粉刷、石膏板、麻面石材等材料，而盡量回避過(guò)于光滑的大理石及釉面磚等裝飾。若需要增加特定部位的天然采光量，可通過(guò)在中庭墻壁上安裝可調(diào)節(jié)的鏡面，向下定向反射天然光，從而解決局部天然光線不足的問(wèn)題。

2 中庭熱環(huán)境設(shè)計(jì)

熱環(huán)境是建筑物理環(huán)境的另一個(gè)重要方面，包括溫度、濕度、必要的風(fēng)速等。由于中庭空間一般具有玻璃圍護(hù)面，可透過(guò)陽(yáng)光，而玻璃熱阻較小，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，極易產(chǎn)生酷夏難耐與寒冬難熬的負(fù)面感受。與此同時(shí)，中庭形狀與構(gòu)造決定了兩種自然現(xiàn)象：溫室效應(yīng)與煙囪效應(yīng)。要獲得舒服的中庭熱環(huán)境務(wù)必深入研究、合理利用這兩種效應(yīng)。

2.1 中庭溫室效應(yīng)

太陽(yáng)短波熱輻射可透過(guò)玻璃溫暖室內(nèi)建筑表面，而室內(nèi)建筑表面波長(zhǎng)較長(zhǎng)(10微米左右)的二次輻射則無(wú)法穿過(guò)玻璃射回室外，太陽(yáng)能從而被積蓄在室內(nèi)并使室溫上升，這便是中庭的“溫室效應(yīng)”。我國(guó)寒冷地區(qū)中庭的主要功能是采光采暖，所以要特別注意運(yùn)用該效應(yīng)來(lái)提高冬季的室溫。首先要保證中庭有良好朝向以爭(zhēng)取盡可能多的日照。可將建筑中庭設(shè)計(jì)為南向側(cè)面采光形式，這樣既能確保中庭在冬季接收充分陽(yáng)光而迅速升溫，又能避免夏季強(qiáng)日光從頂部直接射入;其次要選擇熱工性能良好的中庭圍護(hù)結(jié)構(gòu)(如帶可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)板的雙層玻璃幕墻);另外還可結(jié)合室內(nèi)裝修布置一些重質(zhì)材料(如磚石、混凝土塊等)，以保持室內(nèi)空間的良好蓄熱性，防止熱量在夜間散失。通過(guò)以上方法可大大降低寒冷地區(qū)冬季人工采暖成本，減少能耗。

2.2 中庭煙囪效應(yīng)

由于中庭空間有一定高度，上下高度間又存在一定溫差，導(dǎo)致熱壓通風(fēng)的產(chǎn)生，即為“煙囪效應(yīng)”［3］。在煙囪效應(yīng)作用下，熱空氣上升，冷空氣下降，形成不借助機(jī)械方式的有規(guī)律的室內(nèi)自然通風(fēng)，既實(shí)現(xiàn)了降溫通風(fēng)效果，又節(jié)約能源，這對(duì)夏季炎熱地區(qū)的中庭意義重大。熱壓通風(fēng)效果與室內(nèi)外溫差和開口的高度有關(guān)，溫差越大、出風(fēng)口越高，熱壓作用越強(qiáng)，而熱壓差和開口面積又共同決定了單位時(shí)間氣流量的大小。夏熱地區(qū)的中庭設(shè)計(jì)可從兩方面提高熱壓通風(fēng)效率。一方面要擴(kuò)大通風(fēng)口面積?？刹捎媚荛_啟的天窗配合可調(diào)節(jié)遮陽(yáng)格柵，天熱時(shí)將全部天窗打開，隨著通風(fēng)口的擴(kuò)大，室內(nèi)空氣流動(dòng)加快，熱壓通風(fēng)也會(huì)增強(qiáng)。另一方面要適當(dāng)抬高出風(fēng)口高度，以增大上下空氣溫差，使拔風(fēng)效果更明顯。

3 中庭綠化設(shè)計(jì)

3.1 中庭綠化的意義

城市中的現(xiàn)代人長(zhǎng)期呆在室內(nèi)，接觸苯、甲醛等有害物質(zhì)，極易誘發(fā)“建筑綜合癥”和“空調(diào)病”，而綠化是改善建筑環(huán)境，使建筑綠色化的最有效方法之一，因此它也是生態(tài)型建筑中庭設(shè)計(jì)不可或缺的手段。中庭綠化有三個(gè)作用。

第一，顯著改善環(huán)境質(zhì)量。植物通過(guò)光合作用釋放大量氧氣，使人倍感清新愉悅;植物的呼吸功能可過(guò)濾空氣，降低室溫，改善局部小氣候，是環(huán)境的生態(tài)調(diào)節(jié)器。

第二，豐富空間層次。各種植物有特定的形態(tài)，利用它們的組合能創(chuàng)造豐富多彩、柔和自然的室內(nèi)景象。同時(shí)，通過(guò)植物的分隔、限定與疏導(dǎo)可將大空間劃分為情趣各異的小空間，它們隔而不斷，相互滲透，軟化了建筑的生硬感。

第三，視覺(jué)功能與心理感染。植物以千姿百態(tài)的形狀、線條和色彩給人以美的感受，通過(guò)喬木、花草、盆栽、吊蘭的搭配讓中庭生機(jī)勃勃。此外植物的春花、夏綠、秋色、冬姿更可讓人感悟到歲月的更替與四季的輪回，使人產(chǎn)生心靈觸動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)強(qiáng)烈的藝術(shù)共鳴。

3.2 中庭綠化的技巧

建筑中庭中的環(huán)境條件與自然界差異較大，選擇合適于這種特殊人工環(huán)境的植物品種是中庭綠化景觀設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。由于室內(nèi)日照強(qiáng)度與時(shí)間遠(yuǎn)小于露天狀態(tài)，因此中庭植物應(yīng)以熱帶、亞熱帶地區(qū)林下植物為主，它們比較耐陰或喜陰，對(duì)中庭環(huán)境有較強(qiáng)適應(yīng)力。同時(shí)，所選植物還要具備較高觀賞性：形態(tài)優(yōu)美或奇特;葉型或葉色漂亮;花朵艷麗或繁花似錦;可結(jié)出豐碩誘人的果實(shí)等，如秀氣挺拔的毛竹、高大粗壯的高山榕、多姿多彩的金山葵、鄒菊、海棗等均是不錯(cuò)的選擇。另外還要特別強(qiáng)調(diào)植物應(yīng)無(wú)毒、無(wú)不良?xì)馕?、無(wú)粉刺飛揚(yáng)，以保護(hù)觀賞者。

植物景觀的構(gòu)成要強(qiáng)調(diào)多層次性。應(yīng)將中庭地面、樓層回廊、屋頂平臺(tái)結(jié)合考慮，形成完整的綠化體系，同時(shí)滿足人的平視、俯視和仰視的不同視覺(jué)要求。綠化景觀還要呼應(yīng)中庭空間的用途特點(diǎn)，營(yíng)造風(fēng)格各異的空間意象：或喧鬧熱烈、或安靜閑適、或浪漫動(dòng)人、或樸素自然。此外，植物構(gòu)景還要與環(huán)境中其它景觀元素(如燈具、小品、水體、家具等)相互配合，形成風(fēng)格與色彩上的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并相映成趣。

4 結(jié)束語(yǔ)

中庭是建筑的核心空間，對(duì)外圍環(huán)境影響較大，創(chuàng)造人性化的中庭環(huán)境可提升整座建筑的活力。而這要求設(shè)計(jì)師深入研究建筑與人的關(guān)系，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件采用最適宜的技術(shù)手段，以保證中庭空間良好的生態(tài)效能。只有這樣才符合可持續(xù)性建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)在精神，并在保護(hù)資源環(huán)境的同時(shí)保護(hù)人類自身。

［1］ 劉建榮，翁季.建筑構(gòu)造(下冊(cè))［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008：152-153.

［2］ 彭小云.中庭的物理環(huán)境與節(jié)能［J］.華中建筑，2001，19(4)：58-59.

［3］ 蔡余萍，黃曉燕.建筑中庭的生態(tài)設(shè)計(jì)策略探討［J］.山西建筑，2009，35(6)：53-54.