日照影響下的建筑單體設(shè)計

艾洪祥 王宇航 薛一冰

摘 要 城市規(guī)范化建設(shè)以來，政府對居住建筑的日照時間有了明確的要求。在居住建筑的日照限制、城市規(guī)劃部門對建筑的限高、建筑容積率的要求等復(fù)雜建筑設(shè)計條件語境下，通過日照軟件的包絡(luò)體功能進行推算，求出不同位置可以滿足日照要求的建筑最大高度，與建筑設(shè)計理念結(jié)合進行方案的創(chuàng)作。

關(guān)鍵詞 日照 包絡(luò)體 形體生成 計算機輔助設(shè)計

我國經(jīng)過數(shù)十年的高速城市化建設(shè)，很多城市也隨之迎來了更新建設(shè)潮。對于舊城中的項目，需要應(yīng)對諸多問題，如對周邊建筑日照的遮擋、建筑高度的限制、容積率壓力、與項目本身功能的契合、與城市及傳統(tǒng)文化之間的關(guān)系等。通過北鋼設(shè)計院辦公樓的概念性設(shè)計實踐，探索并提出此類設(shè)計語境下的一種設(shè)計思路。

設(shè)計基于對基地現(xiàn)狀的調(diào)研情況，進行退線處理形成建筑基底；使用建筑日照軟件進行滿足日照標(biāo)準情況下最大建筑高度的推算；然后在計算結(jié)果中選取一種符合設(shè)計理念的形體，以之作為形體控制，進行深化設(shè)計。

1項目簡介

北鋼設(shè)計院辦公樓項目位于北京市二環(huán)內(nèi)，西臨白廣路，南側(cè)為白廣路二條，北臨菜百新世紀商場，東臨牛街西里小區(qū)。如圖1所示，基地東側(cè)和北側(cè)有較多住宅建筑，根據(jù)北京市相關(guān)規(guī)定，新建建筑對周邊已有建筑的遮擋條件：北京市住宅建筑的日照標(biāo)準日為大寒日和冬至日，大寒日有效日照時間帶為8：00～16：00時（真太陽時），日照時數(shù)≥2h；冬至日有效日照時間帶為8：00～16：00時（真太陽時），日照時數(shù)≥1h。這在客觀上限制了基地可建建筑容積率，與業(yè)主的容積率期望產(chǎn)生了矛盾。

基地西北角面對廣安門內(nèi)大街的大量車流、人流，是交通的交匯口；基地西側(cè)的白廣路曾被譽為“北京環(huán)境優(yōu)美街”，綠樹成蔭；同時基地西側(cè)的辦公建筑均為4～5層建筑。如何處理建筑與城市交通的關(guān)系、與街道風(fēng)貌的關(guān)系、與西側(cè)建筑體量高度差別的關(guān)系都為建筑設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)與契機。

2包絡(luò)體推算

計算采用眾智SUN日照軟件進行包絡(luò)體推算，包絡(luò)體推算的原理：在設(shè)定條件下，對建筑基底在滿足被遮擋建筑日照的條件下最大不能突破的范圍（最大容積率），進行迭代計算，產(chǎn)生多個隨機結(jié)果（包絡(luò)空間體），供設(shè)計者有針對性地選擇最適合的方案。

2.1參數(shù)設(shè)定

（1）在軟件內(nèi)建立周邊環(huán)境建筑模型：基地南側(cè)為同期規(guī)劃的居住區(qū)項目，考慮其會對基地東側(cè)居住建筑進行遮擋，建立已規(guī)劃建筑的模型。

（2）通過調(diào)研確定已有被遮擋居住建筑臥室窗子的位置及尺寸，輸入計算模型。

（3）確定包絡(luò)體基底線：根據(jù)《北京地區(qū)建設(shè)工程規(guī)劃設(shè)計通則（2003年版）》相關(guān)規(guī)范，對建筑用地范圍進行退線處理，由于基地位于二環(huán)以內(nèi)，所以根據(jù)規(guī)范并沒有進行道路退線，只是對必要的消防間距以及日照間距進行了退讓。

（4）定義場地內(nèi)建筑最大高度：按照北京市規(guī)劃要求最大高度設(shè)為60m。

（5）根據(jù)北京市日照相關(guān)規(guī)范，定義系統(tǒng)參數(shù)中最小累計時間為120min。

（6）劃分包絡(luò)體網(wǎng)格采樣間距：根據(jù)建筑基底尺寸，將網(wǎng)格采樣間距定為4.2m。

2.2計算

根據(jù)軟件提示，依次選擇包絡(luò)體基底線、現(xiàn)狀建筑物、窗戶進行分析和包絡(luò)體推算的迭代計算，計算到78次時，提取幾種典型類型的體量形態(tài)，如圖2所示。

3方案生成

通過以上計算得到4種極限容積率下的體量形態(tài)。然而建筑設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，在幾個單純的體量中有針對性地選擇一種符合設(shè)計理念的形體，對其進行進一步深化，使之成為真正意義上的建筑。

3.1形體選擇

基地北側(cè)靠近廣安門內(nèi)大街，所以西北角是與城市對話的主要位置，是建筑應(yīng)對城市交通、與城市對話的焦點，也是建筑界面的起點。

從建筑功能分區(qū)看，有四個主要功能屬性：展覽、辦公、會議和對外辦公。辦公與對外辦公在功能上有著天然的區(qū)分，所以我們希望利用展覽空間將這兩個功能進行連結(jié)與分隔。根據(jù)以上理念分析，選擇形體4進行深化設(shè)計，功能格局如圖3所示。

3.2方案深化

3.2.1 跌落的屋頂花園

將整個形體進行規(guī)則化、幾何化。所以首先要做的就是根據(jù)包絡(luò)體形態(tài)變化的趨勢對建筑形體進行整合。根據(jù)辦公建筑經(jīng)濟柱距以及建筑形體尺寸，將軸網(wǎng)控制在8 100mm×8 100mm，得到形體1。分析尺寸與基底面積、控制范圍契合度不足以及偶數(shù)體塊達不到視覺效果。將軸網(wǎng)尺寸與車位、基地長度以及建筑形體同時考慮，確定軸網(wǎng)尺寸7 000mm×7 000mm。在形體控制范圍內(nèi)，按照每層都有可達的屋頂花園的邏輯進行跌落，形成三級臺階遞減的形體2（圖4）。

這種由南向北、由東向西跌落的建筑形體一方面在滿足日照條件的情況下獲得最大化的容積率，一方面給每一層留有室外活動空間——屋頂花園，促進使用者之間的交流。

3.2.2 城市客廳與美玉

在基地西北角，建筑需要一個與城市進行交流的空間：用地西北角為城市車流、人流交匯口，為緩解交通壓力以及吸引人流，形成良好的城市空間。利用西北角體量限制設(shè)置公共展示功能，懸挑退讓出底層活動空間，作為城市客廳；懸挑的展示空間將建筑分為北側(cè)和西側(cè)兩大體量（圖5）。這里是建筑面向城市的起點，城市客廳作為室外活動廣場與懸挑的展覽空間都體現(xiàn)著對公眾的開放。城市客廳也是通向建筑各區(qū)域的交通起點，以體現(xiàn)建筑與場地的連續(xù)性。

3.2.3 連續(xù)的界面及對景

白廣路綠樹成蔭，有著良好的城市氣質(zhì)。所以在二環(huán)內(nèi)高密度的街區(qū)內(nèi)，我們堅持建筑與城市的對話，通過一、二層退讓出步行街以及虛化的建筑界面，達到界面的連續(xù)。在處理與西側(cè)大量多層辦公建筑的關(guān)系上，建筑由北向南逐漸升高的趨勢與通過退讓加寬了的街道寬度，緩和了這一矛盾，延續(xù)了老街道的風(fēng)景（圖6）。

西側(cè)中部開口作為科研樓的落車空間，也是連結(jié)中央綠地景觀的人行主入口。入口與中央綠地強調(diào)了主入口的軸線關(guān)系。

3.2.4 中庭與空中庭院

為解決大體量建筑大進深所帶來的采光、通風(fēng)問題，在中間體塊做減法形成景觀中庭，并隨著建筑形體層層跌落。跌落式中庭解決了辦公空間的采光、通風(fēng)問題，提高了辦公環(huán)境品質(zhì)，同時打破了傳統(tǒng)辦公封閉單調(diào)的空間體驗。建筑立面上也增加多重空中庭院，與中央庭院串聯(lián)交織，利于建筑通風(fēng)，改善建筑熱環(huán)境（圖7）。

對建筑形體進行減法的處理，雖然犧牲了一部分容積率，但卻在客觀上提升了建筑品質(zhì)，所以在考慮到功能制約等因素的條件下，仍然是高容積率的解決方案。

4結(jié)語

北鋼設(shè)計院辦公樓的概念性規(guī)劃設(shè)計是在老城區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜的條件下進行的一次“極限”設(shè)計，即采用日照軟件進行計算，控制建筑形體范圍，然后以與形體限制范圍高度擬合的建筑形體邏輯進行形體設(shè)計，進一步對方案進行深化的設(shè)計思路。

由于在進行包絡(luò)體推算的過程中，各位置的高度對被遮擋建筑有疊加影響，所以這種形體控制方法更適用于單體建筑的設(shè)計。對包絡(luò)體基底線（建筑基底范圍）、周邊被遮擋建筑的居室窗的準確度也有較高的要求，需要前期對建筑基地范圍及現(xiàn)狀建筑進行大量調(diào)研，然后主要就是對形體做減法，以迎合自身功能與城市的需求。

然而軟件也有自身的局限性，例如無法進行多個建筑基底的計算，以整個用地紅線作為基底時誤差較大等。在計算機輔助設(shè)計日益發(fā)展的今天，軟件雖然解放了建筑師一些繁瑣的工作，使設(shè)計向科學(xué)化、精細化的方向發(fā)展，但設(shè)計是一個感性與理性交織碰撞的復(fù)雜過程，建筑創(chuàng)作仍然更加需要強調(diào)建筑師的作用。