京津冀地區(qū)大型公共建筑中庭光環(huán)境評價分析

王 琛，張明宇

(天津大學 天津市建筑物理環(huán)境與生態(tài)技術(shù)重點實驗室，天津 300072)

引言

中庭空間是公共建筑中核心的區(qū)域，體現(xiàn)建筑特色和創(chuàng)造性[1]，反映建筑形象表達，擔負著公共建筑交通、聚集交流、以及傳播文化、經(jīng)濟等諸多功能，中庭是公共建筑必不可少的重要組成部分[2]。中庭設(shè)計中不僅需要關(guān)注空間形態(tài)表現(xiàn)，還需關(guān)注其內(nèi)在物理環(huán)境舒適度，中庭光環(huán)境舒適度直接影響著中庭使用的視覺直觀感受。目前國內(nèi)外針對大型公共建筑中庭空間及其單一光環(huán)境[3]水平的研究相對比較成熟，但針對主觀感受指標因素、建筑設(shè)計信息因素與光環(huán)境的交叉影響，將建筑設(shè)計的影響進行集成化整合的相關(guān)研究尚處在起步階段[4]。本次研究的意義是從建筑光環(huán)境水平的綜合指標參數(shù)水平的角度對大型公共建筑的中庭自然光環(huán)境及主觀調(diào)研進行前期的數(shù)據(jù)整理和分析，為推進中庭光環(huán)境綜合評價研究建立基礎(chǔ)，為后續(xù)模擬研究提供參數(shù)指導。

1 研究概述

1.1 研究對象

為確保獲得具有價值的調(diào)研數(shù)據(jù)，且能夠得到足夠代表京津冀地區(qū)公共建筑的中庭空間光環(huán)境客觀測試數(shù)據(jù)及主觀評價數(shù)據(jù)，本次調(diào)研共分為網(wǎng)絡(luò)調(diào)研和實地深入調(diào)研兩個階段[5]。第一階段為網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，篩選京津冀地區(qū)有條件進行調(diào)研的大型公共建筑，主要參考建筑中庭功能屬性、建筑總面積值和建筑中庭空間面積三個典型參考因素，將篩選的48個大型公建進行梳理和歸納。第二階段為實地深入調(diào)研，網(wǎng)絡(luò)調(diào)研分類篩選出17個公共建筑如表1所示，并進行實地主客觀調(diào)研，獲取現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和主觀評價問卷信息。

表1 實地深入調(diào)研目錄Table 1 Contents of in-depth field research

1.2 研究內(nèi)容

本次研究包含客觀實測和主觀問卷調(diào)研兩部分，具體內(nèi)容如下：

客觀實測內(nèi)容主要為獲取中庭空間信息(中庭空間位置、中庭空間尺寸、空間特征：開窗、采光方式、壁面材質(zhì)、平面形式、剖面形式，壁面通透性)；中庭光環(huán)境參數(shù)(照度、眩光、亮度、均勻度等)。

主觀問卷的設(shè)計針對光環(huán)境問題，涉及單一環(huán)境類型整體光環(huán)境主觀感受和對應(yīng)主要影響因素兩個方面。在問卷問題的設(shè)置方面，將物理光環(huán)境的專業(yè)術(shù)語歸納為通俗易懂的常用語，如光環(huán)境中“均勻度”表達為“光線是否柔和”；光環(huán)境中“眩光”表達為“有陽光直射”；光環(huán)境中“照度水平”表達為“明亮程度”；光環(huán)境中“亮度水平”表達為“明暗是否有重點”。

問題選項對應(yīng)主觀因素關(guān)系如表2所示。

表2 主觀因素與問卷選項對應(yīng)關(guān)系Table 2 Corresponding relationship between subjective factors and questionnaire options

2 客觀數(shù)據(jù)與主觀評價分析

本次問卷共計發(fā)出330份，有效問卷328份，選用克朗巴哈系數(shù)(Cronbach)的內(nèi)在信度[6]進行信度分析，運用SPSS軟件對多場館中庭物理環(huán)境主觀評價結(jié)果進行統(tǒng)計分析得到實驗信度系數(shù)，信度系數(shù)基本在0.8以上，具有良好可信度。通過主觀評價對各個場館進行評定，按照“特別好9分、良好7分、一般5分、不好3分、很差1分”求取平均分，以分值的形式來評判空間感受、光環(huán)境、熱環(huán)境和聲環(huán)境的優(yōu)劣。

2.1 中庭空間設(shè)計與主觀評價分析

建筑場館的中庭空間感受評價統(tǒng)計結(jié)果圖1表明，大部分場館中庭的空間感受滿意度得分在一般和良好之間，其中表現(xiàn)最好的是天津圖書館，得分最低的是天津濱湖劇院。評分較高也反映出大家對中庭空間的喜愛和價值的肯定，對于打造高舒適度物理環(huán)境的中庭空間具有深遠意義。從天津市圖書館與濱湖劇院的對比中可以發(fā)現(xiàn)，天津圖書館表現(xiàn)出較好的光環(huán)境、空間布局和壁面通透性，由此可見視覺感受作為影響場館的第一印象，光環(huán)境舒適度應(yīng)作為重要設(shè)計考慮因素。

圖1 中庭整體空間感受滿意度得分統(tǒng)計Fig.1 The score of satisfaction of atrium overall spatial feeling

通過對問題“你認為影響本中庭整體感受的主要因素為？”的主觀評價結(jié)果統(tǒng)計可以得出，人群中每個場館的關(guān)注點都不相同，圖2百分比匯總結(jié)果表明：在中庭整體感受的主觀評價中，活動人群對以上因素的關(guān)注度為：光環(huán)境>空間>聲環(huán)境>熱環(huán)境，這與人的感官關(guān)注度大致相符[7]。

圖2 影響中庭整體空間感受因素占比統(tǒng)計Fig.2 Statistics of the proportion of factors affecting the overall spatial perception of atrium

2.2 光環(huán)境客觀數(shù)據(jù)與主觀評價分析

各場館客觀調(diào)研數(shù)據(jù)結(jié)合國內(nèi)《建筑采光設(shè)計標準》(GB 50033—2013)進行評定[8]及匯總?cè)鐖D3所示。大部分場館照度均達到國家標準，但是各個場館的照度差別較大，部分場館的照度平均值達到了1 000 lx以上；從場館的采光均勻度計算值來看，僅武清博物館和南開大學圖書館達到頂部采光均勻度標準值0.7的要求，基本全都存在采光均勻度不夠的情況；大部分的場館都具有較高的亮度水平，而有一半場館存在眩光干擾。

圖3 光環(huán)境客觀實測調(diào)研數(shù)據(jù)(照度、照度均勻度、亮度、眩光)統(tǒng)計Fig.3 Objective survey data (Illuminance,illuminance uniformity,brightness and glare)of light environment

由圖4滿意度得分的數(shù)據(jù)顯示，大部分場館光環(huán)境得分在6～8分，光環(huán)境主觀整體評價良好，其中：濱湖劇院評價最低的原因可能是環(huán)境照度過低、亮度較低且光線分布不均勻，所以導致光環(huán)境整體較差；天津圖書館評價最高的原因可能是環(huán)境照度達標、亮度較高且不存在眩光干擾，所以導致光環(huán)境整體較好。

圖4 光環(huán)境感受滿意度得分統(tǒng)計Fig.4 Light environment satisfaction score statistics

在問題“您認為影響本中庭光環(huán)境感受的主要因素”中，從圖5匯總信息可以看出，不同建筑中主觀評價對影響光環(huán)境各因素的關(guān)注度有所不同，百分比匯總結(jié)果表明在光環(huán)境的主觀評價中，活動人群對以上因素的關(guān)注度為：明亮程度>光線是否柔和>有無陽光直射>明暗是否有重點?；谏鲜鲅芯靠傻茫谥型ス猸h(huán)境舒適度感受中，人們更加關(guān)注照度和亮度，其次為眩光，對照度均勻度的關(guān)注相對較低。

圖5 光環(huán)境影響因素統(tǒng)計Fig.5 Statistics of light environment influencing factors

2.3 小結(jié)

通過對以上客觀數(shù)據(jù)及主觀問卷分析，從中庭光環(huán)境和整體中庭空間印象的分析，分析了人群對中庭空間主觀第一印象對光環(huán)境的關(guān)注度以及光環(huán)境中照度、均勻度、眩光、亮度對比度4個參數(shù)，初步得到以下結(jié)論:

其一，在中庭光環(huán)境舒適度感受中，人們更加關(guān)注環(huán)境的“明亮程度”所代表的光學參數(shù)“照度水平”，此外眩光對可視人群的主觀感受也存在較強影響，結(jié)合客觀數(shù)據(jù)分析，對照度均勻度的關(guān)注相對較低。

其二，在中庭空間設(shè)計中，人們更加關(guān)注光環(huán)境和空間，其次為聲環(huán)境，對熱環(huán)境的關(guān)注度較低。

綜上所述，將中庭空間光環(huán)境的照度水平和眩光作為后續(xù)光環(huán)境研究中特別關(guān)注的光環(huán)境影響參量。

3 中庭光環(huán)境影響因素分析

在影響光環(huán)境的建筑元素中，對比評價最好的天津圖書館和最差的天津濱湖劇院(圖6)可以發(fā)現(xiàn)：天津圖書館其空間布局選用雙向中庭且頂面采光的形式，材質(zhì)選用反射系數(shù)較高的白色面磚，側(cè)窗和天窗的開窗面積為大面積開窗，壁面通透性較大；天津濱湖劇院雖然也是矩形平面和H型剖面，但空間布局為三向中庭，材質(zhì)選用米黃色面磚和米黃色飾面，側(cè)窗采光面積為較小面積開窗。

圖6 天津圖書館中庭照片(左)、天津濱湖劇院中庭照片(右)Fig.6 Atrium photos of Tianjin Library (left),atrium photos of Tianjin Binhu Theatre (right)

通過中庭空間分析研究出中庭的空間布局類型、平面形態(tài)、剖面類型、開窗位置及面積、壁面材質(zhì)特性和壁面通透性作為影響中庭光環(huán)境的建筑因素?；谕獠靠臻g直接聯(lián)系也與復(fù)雜室內(nèi)功能相聯(lián)系，因此其光環(huán)境影響因素相對復(fù)雜，且影響因素之間也存在聯(lián)系。了解其各因素對中庭光環(huán)境空間產(chǎn)生影響的本質(zhì)原因，有助于我們在中庭空間光環(huán)境優(yōu)化設(shè)計中采取更合理有效的設(shè)計策略。單一光環(huán)境與建筑因素影響關(guān)系如表3所示。

表3 光環(huán)境建筑影響因素統(tǒng)計Table 3 Statistics of influencing factors of light environment building

3.1 光環(huán)境影響因素關(guān)注度討論

光環(huán)境主觀問卷結(jié)果百分比匯總結(jié)果表明：在光環(huán)境的主觀評價中，活動人群對以上因素的關(guān)注度為明亮程度>光線是否柔和>有無陽光直射>明暗是否有重點。

根據(jù)各因素描述性因素的主觀評價百分比平均數(shù)，與中庭涉及的建筑空間信息影響關(guān)系統(tǒng)計如表4所示。

表4 建筑空間信息影響關(guān)系Table 4 Influence relationship of architectural spatial information

從圖7可以直觀的看出影響光環(huán)境各因素的關(guān)注程度關(guān)系，其中開窗位置及面積、剖面類型、布局類型應(yīng)作為最高關(guān)注的控制因素，應(yīng)該在中庭設(shè)計中重點考慮。

圖7 光環(huán)境建筑影響因素關(guān)注度統(tǒng)計Fig.7 Statistics of the attention degree of the influencing factors of light environment buildings

3.2 小結(jié)

光環(huán)境建筑影響因素對應(yīng)關(guān)系統(tǒng)計表如表5所示。

表5 光環(huán)境建筑影響因素對應(yīng)關(guān)系統(tǒng)計表Table 5 Corresponding relationship of influencing factors of light environment building

布局類型、剖面類型、開窗位置及面積的改變會同時作用于光環(huán)境的照度水平及均勻度、眩光、亮度水平；同時，照度水平及均勻度受布局類型、空間尺度、平面形態(tài)、剖面類型、開窗位置及面積、壁面材質(zhì)特性、壁面通透性的影響。

統(tǒng)計表可以看出布局類型、剖面類型和開窗位置及面積會直接影響3項主觀感受因素；其次是壁面材質(zhì)特性會影響到2項主觀感受因素；再次是空間尺度、平面形態(tài)、壁面通透性對照度水平這一主觀感受因素產(chǎn)生影響。

從主觀感受因素受建筑設(shè)計因素影響多少層面來看我們要更多地關(guān)注中庭光環(huán)境的照度水平和均勻度，其次關(guān)注亮度水平，再次為存在眩光情況。

4 結(jié)語

在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)建筑使用者對中庭空間的光環(huán)境舒適度感受直接影響其對建筑的整體印象，進一步證實光環(huán)境因素對于中庭物理環(huán)境的重要研究價值，應(yīng)放在首位考慮。通過主客觀數(shù)據(jù)的歸納整理及評分加和的方式，將語言描述性影響因素選項與中庭空間建筑因素建立聯(lián)系，通過評分數(shù)值統(tǒng)計確立影響中庭物理環(huán)境的建筑因素之間初步的關(guān)注度對比關(guān)系，得到兩點初步結(jié)論，其一為光環(huán)境舒適度的建筑因素關(guān)注程度為開窗位置及面積、剖面類型、布局類型>壁面材質(zhì)特性>平面形態(tài)、壁面通透性；其二為主觀影響因素權(quán)重為照度水平、亮度水平>眩光>照度分布、亮度分布。此外各建筑影響因素與主觀感受因素之間存在復(fù)雜的聯(lián)系性，對中庭光舒適度的影響權(quán)重關(guān)系、中庭空間光環(huán)境以及綜合物理環(huán)境的優(yōu)化模擬需要在后續(xù)研究中做進一步探討。