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1、科學技術史系列講座 期末論文 2009013145 建環九 薛斐建筑中的自然采光演變史2009013145 建環9 薛斐“光線是建筑的靈魂。”建筑的體量和空間需要人們在光影中得到深刻的認識和感受。由于光的存在, 賦予了建筑以無窮的生命力; 由于光的存在,使人們把建筑的形體、色彩、質感等因素和自己的情感相聯系。正因為這樣, 建筑師以自己的智慧和創造力, 巧妙地把太陽光引入建筑的內部空間, 創造出隨時間和空間變化的精彩光影藝術效果。為什么要進行自然采光？在電燈發明以前，也就是說僅僅一百多年前，自然光幾乎是建筑物日間照明的唯一光源，那時，建筑師不得不花費很多腦力去思考如何把光線引入室內。電燈的發明，2、除了眾人皆知的偉大意義之外，還給建筑師帶來了額外的獎勵，他們不用再動腦子去解決采光問題了，光線不夠，可以開燈，光線太眩，可以關上窗簾再開燈，開燈太熱，就把空調啟動，總會有辦法的。然而自二十世紀70年代能源危機以來，以節約能源和資源，減少污染為核心內容的可持續發展的設計理念逐漸成為建筑師追求的方向。在一個強調人與自然生態環境協調，科技與人文同步發展的知識經濟時代，自然采光的優越性得到前所未有的重視。天然光是取之不盡，用之不竭的能源，為了能夠更好地利用這一能源，建筑師們在設計上煞費苦心。通常情況下，自然光沒有具體形態，但通過各種設計手法對自然光的形態與色彩進行塑造，能給人們帶來人工光無法比擬的源于3、自然的、清晰的、健康的與富有生氣的體驗過程，從可持續發展的觀點來看，充分運用自然光照明可以節省大量能源。早期人類生活與生產活動，以自然光與珠光照明為主，建筑內部的自然光強弱決定一個空間的使用效率，如果采光欠缺，白天室內的使用效率就會很低，在過去很長的一段時期，窗的設計成為控制建筑室內光線的重要媒介。然而現今，使用電能源照明已經被人類發揮得淋漓盡致，我國大量的建筑設計由于各種原因基本沒有專門的自然采光設計,既影響了室內的舒適度又增加了照明能耗，正是因為如此揮霍電光源，我們不得不面臨能源危機。而在白天如果充分利用自然光為建筑室內提供照明,則可以節省大量的照明能耗，尤其是在建筑體型相對簡單、平面布局4、相對單一的中小型建筑中,可以利用各種自然采光手段和方法,做到在晴天的白天完全利用自然光照明。因此，自然采光不容忽視。建筑采光與結構的變遷建筑采光主要是依靠采光口引入太陽光線,并且使其反射在室內空間的墻面和地面上的光影變化來完成的。采光口的位置、大小、形式、透光材料和構造做法決定了建筑空間自然光的藝術效果。因而, 采光口的設置成為研究建筑內部空間自然采光的主要因素。結構是光的賦予者，翻看歷史的長卷，我們發現從古羅馬至今幾乎每一次建筑結構的變革，都會帶來采光方式的變革，結構仿佛一直在找尋能使自己最富表現力的采光方式。1. 古羅馬時期連續厚重結構的采光羅馬萬神廟主要采光方式是單一頂光，這是由它的結構5、方式決定的。由于它厚重的混凝土結構，只有在最頂部，墻體才擺脫承重的使命，得以開敞，光線便從這個地方照射進來。這種唯一的光線來源強調了結構的對稱、集中、穩固；單一光源從頂部漫下，由亮到暗，將穹頂飽滿的弧形渲染得極富立體效果，同時頂光賦予穹頂地面的壁龕以濃重的陰影，進一步突出了結構的層次和厚重。2. 中世紀帆拱結構的采光到了歐洲中世紀，帆拱的發明使底部的連續墻體從承重的使命中解放，建筑結構型制逐漸輕盈起來，采光的形式也產生了相應的變化。從索菲亞大教堂中就可以看出這一點：外墻上星星點點的高側窗就是墻體解放的結果；穹頂底部40個小拱窗形成一個銀色的光環，托起了巨大的穹窿，這雖然不是結構改革的結果，但卻6、加強了結構走向開敞的感覺，并將帆拱和中央大穹窿這兩個結構部件更清晰地表現出來，由下往上的漫射光使穹底部虛化，產生了一種輕盈的效果。3. 哥特教堂飛扶壁結構的采光12世紀下半葉，哥特教堂在結構上取得了輝煌的成就。飛扶壁的使用使側廊的拱頂不再負擔中廳拱頂的側推力，從而可以降低高度，擴大中廳的側高窗，拱頂采用骨架券，使其厚度大大減小，結構更加輕盈、開敞。在哥特教堂中，結構的輕盈給采光帶來了極大的自由，四層高的外墻上可以開很大的高側窗。哥特教堂從初期發展至成熟，每一次結構的改進都引入了更多的光線，并造成光線對結構更好的表現。4. 近現代結構的采光隨著框架結構、鋼與玻璃的使用使得采光口從結構限制中徹底解7、放出來。它可以在任何尺度任何部位自由構造。現代建筑中常用的玻璃幕墻就使采光口擴大到幾乎整個立面，光填補了結構以外的一切空隙、室內被照的晶瑩透亮。近年來由于玻璃技術的發展，使得過去需要為玻璃固定而實用的金屬框也被厚玻璃替代，增加了光線的射入量。光線不再需要配合結構的表現，只有在一些優秀的建筑作品中，光對結構的表現力才會再次被發掘，取得精妙的效果。建筑中的自然采光實例分析各種建筑空間的采光設計方案，幾乎所有的建筑空間都是由以下五種采光形態結合而成的：坡型，L型，U型，柱型，線型。這五種采光通過不同的組合用于不同功能的建筑。 l 法國奧賽美術館法國奧賽美術館設計運用線型采光形式，將舊火車站改造成美術8、館，美術館對自然采光的要求較高，將原有的封閉屋頂改造成全玻璃頂棚，既滿足展覽需求，又節約能源。奧賽博物館的中庭是新館最為出彩的地方。利用中庭空間，滿足建筑物新的功能需要，使老建筑獲得必要的內部公共空間，活躍內部氣氛，解決交通、采光、通風等問題。l 弗雷尤斯地方中等職業學校英國杰出建筑大師諾曼福斯特前期的作品之一弗雷尤斯地方中等職業學校，在注重建筑與城市文脈和自然環境相協調的同時，還根據當地的氣候條件，在建筑采光上做出了積極的嘗試，這位常年生活在霧都的建筑師，對于地中海明媚的陽光充滿了渴求。因此當這個學校進入他視野時，福斯特一氣呵成的設計了這個充滿陽光的建筑。在建筑創作中，為了最大限度取得良好的9、朝向和海濱觀景，他把學校一字排開，沿東西向軸線設置一條長長的室內走廊，使之成為學生課余的交往走廊，向陽一側設計了一組精美的銀色遮陽板，將夏天的炎熱擋在室外。陽光透過縫隙投下點點光斑，周邊的綠化也考慮的十分細致，高大的落葉闊喬木在夏季可以起遮陽的作用，同時又不會阻隔冬天溫暖的陽光。l 柏林國會大廈諾曼福斯特代表作之一柏林國會大廈主要依靠自然采光而且具有頂光，通過透明的穹頂和倒錐體的反射將水平光反射到下面的議會大廳，議會大廳兩側的內天井也可以補充自然光線，基本上可以保證議會大廳內的照明，從而減少了平時的人工照明。l 中國2010上海世博會英國館中國2010年上海世界博覽會英國館是2010年上海世博10、會上代表英國的展館，英國館中最大的亮點是一個六層樓高、立方體的“種子殿堂”， “種子圣殿”外部生長有六萬余根向各個方向伸展的亞克力桿。白天，亞克力桿會像光纖那樣傳導光線來提供內部照明，營造出現代感和震撼力兼具的空間。建筑采光的意義與益處1 心理層面上帝先創造光，有充分的理由。太陽光有足夠的強度，給人活力，給養植物。太陽光有足夠的熱量，這一點在冬季尤其受歡迎。太陽光在一天中有規律的變化，確保人體生物鐘有條不紊的轉動，日出而作，日落而息。太陽光接近完美的白色，北方天光的顯色能力尤為出色，人造光源尚難以相提并論。太陽光作為最直接、最便利的光源, 對于建筑內部空間來說, 已經不再是單純為了滿足采光的實11、用性需求。隨著建筑空間造型藝術理論、建筑設計手法和建筑技術的發展, 建筑空間采光設計擔當了更重要的角色。人類對自然光線的喜愛根植于基因。研究亦表明, 對于空間需求而言, 人們對采光的實用性需求容易得到滿足, 然而精神需求卻往往很難以簡單的方式得以實現。人們的精神喜好是通過視覺指導來完成的,成功地運用光與影在室內產生的視覺藝術效果往往既能滿足使用功能要求又能給人們以良好的精神感受。2 藝術層面光與影是真正意義上的動態構圖，建筑的構件接受陽光將其陰影投射到背景上，形成某種形狀的圖案、紋理，而影子的形狀也會隨著背景表面的空間凹凸變化而變化。因此，同一個建筑物體在不同的背景將投下千差萬別的影子。這就給12、既定有限的建筑構圖中增加了多樣的變化空間。有時候由于建筑功能的限制，建筑表面會出現大面積平直的墻面，顯得單調呆板，這時可以采取簡單的方式，如利用水平或垂直的構件的影子形成有生氣的構圖來打破這種單調乏味。這樣只需對構件進行構圖的設計即可取得很好的效果。3 能源層面 在白天如果充分利用自然光為建筑室內提供照明,則可以節省大量的照明能耗，尤其是在建筑體型相對簡單、平面布局相對單一的中小型建筑中,可以利用各種自然采光手段和方法,做到在晴天的白天完全利用自然光照明。縱觀建筑采光現狀，展望未來，在21世紀，隨著科技的進步和建筑技術的革新，建筑采光方面必將有更大的發展空間。參考文獻：環境照明設計 馬麗編著 上海人民美術出版社 光與建筑 戴志中 蔣珂 盧昕 編著 山東科學技術出版社 光與空間設計姜曉櫻 侯寧 主編 中國電力出版社 4