罗寅

（中国建筑西南设计研究院有限公司）

基于功能需求的地下街天然采光研究

罗寅

（中国建筑西南设计研究院有限公司）

进入21世纪后，基于经济建设与城市立体化进程的飞速发展，形态各异的地下街在我国大部分城市的中心商业区中迅速发展起来。随之而来的地下街采光问题也成为了研究热点，本文旨在通过对现有地下街的业态进行分析，探讨天然采光技术应用于地下商业街的合理性，并对现有较为常见的地下商业街天然采光方式进行总结分析。

自然采光；地下街；功能需求

前言

地下街的雏形出现在60年代的日本，因其与普通商业街功能形态相同故称为地下街，最初的地下街模式为开设在城市地下通道两侧的商店。随着城市地下空间的不断整合利用，地下街已由最初较为单一的功能业态逐步发展为多元化的复合型城市商业综合体。

伴随着、全面化与立体化城市空间的建设，地下街已经成为大部分城市地下空间利用开发的重要模式。它在满足了部分地区人防、地下交通等功能需要的同时，还对城市整体商业系统起到了积极作用，成为了缓解城市商业用地紧张与经济高速发展这一矛盾的主要解决方式。

地下建筑空间形式导致了其特殊的空间要求，地下街除了达到普通地下空间应有的基本照明需求外，也应针对其商业功能提升其空间环境舒适度，加强地下街的商业吸引力。有效地引入新型的地下采光技术与方式既降低商业成本与照明能耗，又提高空间质量，进一步顺应节能减排的国际形式。

1　地下商业街商业形态与照明需求

1.1地下商业街的主要业态

经济的高速发展造成了城市中心寸土寸金，地上商业空间已被高级写字楼与大型商场等业态所占据。作为商业体系中不可缺少的传统零售商业则大量进入了空间品质相对较差的地下街。在城市地下综合体面积中仅占1/4的地下街，却能产生其80%的商业价值。针对四川重庆两地的地下商业街的调查研究中发现，现有的地下商业街业态主要由中小型零售业所组成，采用巷道式布局，经营方式以分散租赁为主。因此在研究地下商业街照明需求时，应尽量针对零售业这一主要存在于地下商业街的商业形态进行分析研究。

图1　地下综合体面积配比与地下街面积配比

1.2零售业态的照明需求

由零售业态所组成的地下商业街其内部空间具有人流量较大，大部分销售人员需长期停留的特点。因此相对于其他地下建筑，地下商业街中人的活动较为频繁，对照明的需求也相应较大。但由零售业所组成的商业空间不同于大型的商业展示空间，其巷道式的销售布局与分散租赁的经营模式，决定了各个商业展示空间分散存在于各个独立店铺中，而各个展示空间的照明设计则需根据各零售业者自身需求进行独立设计。在地下商业街中统一的照明设计主要集中于交通、休息、辅助等公共空间，而此类空间并不承担商业展示的功能需求，因此其照明需求相对于商业展示空间也较低。

2　地下商业街采用天然采光技术的合理性论证

将天然光源引入地下建筑空间一直为近年来研究的热点问题，但由于功能需求的不同，地下商业街采用自然采光技术是否合理需进行近一步论证。以马斯洛需求层次为理论基础，下面通过对经济性、实用性、舒适性、节能性四方面需求进行分析研究，论证基于功能需求的地下商业街采用天然采光技术的合理性。

2.1经济性——降低商业成本

总所周知，大型商业建筑对于照明设计有着较高的要求，大部分商业展示空间的光环境基本依靠人工照明设计进行营造，并不采用自然光源。而创造高质量的商业展示空间，所带来的则是高昂的照明运营费用。相比而言，普遍存在于地下商业街中的普通零售业空间则与大型商业空间有所不同，在满足基本采光要求的同时，零售业主更加关注照明系统运营所带来的经济费用对自身的影响。在此基础上合理采用自然采光技术，可以大量降低零售业者在地下商业街中的商业运行成本，使地下商业街更加具备投资吸引力。

2.2实用性——满足基本需求

由于人类无法控制天然光源的变化，所以现有的大部分天然采光仅仅能作为人工照明的辅助方式，无法通过天然采光达到某些特殊的照明要求。地下商业街空间虽对照明需求较大。但其公共空间由于不承担商业展示的需求，因此采用统一照明设计的公共空间部分对照明质量要求相对较低。因此天然采光正适合于地下商业街公共空间对采光照明的需求。天然采光技术应用于零售业态的地下商业街具有很大实际操作意义与发展前景。

2.3舒适性——提升空间质量

调研表明，影响地下空间环境的因素中，对于自然光的需求被受访者列为主要因素。人们普遍认为人工光源无法代替天然光源，且人工光源并无太大变化，使空间显得沉闷枯燥。由于地下商业街人员密度与流动性较大，如果整个地下商业街无天然光源的引入，长期在此的工作人员会产生焦躁不安的情绪，也会使大部分顾客产生厌倦的心理阴影，从而降低整个空间的商业活力。因此在地下商业街的照明系统中引入部分天然采光技术，会使整个地下商业空间品质得到大幅度提升。

表1

2.4节能性——创造节能空间

我国照明用电在全国电能消耗中约占总用电量的12%左右。因此，在建筑中节约用电具有十分重要的地位。而在地下商业街中，照明能耗更是其总能耗的主要组成部分。天然光资源取之不尽用之不竭，利用清洁环保的天然光既有利于节约能源又起到保护环境的作用。因此在节能减排的形势下，地下商业街的照明应充分利用和开发天然光，创造低碳节能的地下商业街光环境。

综上所述，地下街采用天然采光技术将是未来趋势，并具有若干优势。而天然采光技术在实际工程中的应用常常会受到地下街的造价、形态、规模等种种因素的影响。因此根据实际工程情况合理地运用不同的自然采光方式是将天然光源引入地下街的关键。

3　低技术手段的地下街天然采光方式

现有地下街的天然采光技术以低技术手段为主，通过处理空间形态，巧妙地将天然光线引入到地下街空间。下面介绍几种目前应用较为成熟的地下街天然采光方式：

3.1天窗式

天窗式（图2）的适用范围为埋深较浅、地面空间为广场或绿地的地下街。通过在地下室底板设置天窗将自然光线引入地下街。采光效率高，使用也较为灵活是该方式的优势，并可根据内部功能的需求选择各种形式的天窗，如：线形天窗、锯齿形天窗等。为了打破线形商业空间的枯燥沉闷，大部分地下街通过设置中庭节点对其进行处理，通过玻璃顶棚引入天然光线，此方式也是天窗式的一种变体。但此方式对地下街商业热环境影响较大，造成能耗增加。

图2　天窗式示意图

3.2下沉庭院式

下沉庭院式（图3）常常存在于城市中心区的大型地下街，通过一部分的下沉地面，使地下广场出现空间形态变化，并且配合地下街，形成多层次的复合空间。通过下沉部分的立面侧窗为广场周围的地下空间提供大量的自然光线。此方式受部分地下商业街层高限制，且其引入的自然光源影响范围有限。部分地下商业街将此方式进行变形，形成中庭式的地下商业街。

图3　下沉庭院式示意图

以上为大量运用在现有地下商业街中的低技术自然采光方式，以上方式均能满足经济性、实用性、舒适性、节能性四方面的基本要求。但使用局限性较大，并不能普遍应用大量的城市地下商业街。

4　高技术手段的地下商业街天然采光方式

多数情况下，地下商业街没有足够的条件来满足低技术手段的天然采光，只能完全采用人工照明方式来满足其照明要求。随着科学技术的进步，近几年来一些新型的天然采光技术逐步在一些实际工程得到应用，并取得了较好的效果。其中导光管技术为现有地下空间天然采光的主要高技术手段。

导光管技术：

导光管技术是近20年内发展起来的一种新型有效的利用天然采光的照明技术。导光管技术的主要特点是在地下空间的使用中其局限性较小，并可有效地将天然光进行重新分配，不仅达到了节能环保的效果，也可避免直接引入自然光所产生的炫目与热不适等问题。针对地下商业街中的零售业态，导光管技术也可根据不同使用空间的采光需求将自然光源合理地分配到各个功能空间内。

导光管系统主要由集光器、导光筒和漫射器三部分组成。室外的天然光线透过集光器导入系统内进行重新分配，再经特殊制作的导光管传输和强化后由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效地照射到室内。依据采光方式的不同，现有的导光管技术主要分为主动式与被动式两种。

4.1主动式导光管

此类导光管系统主要依靠定日镜作为主要采光装置。定日镜（图4）是一种对阳光进行反射定位的装置，通过对太阳进行跟踪，它可以将阳光精确地反射到某一固定位置，由于这一特性，它在地下空间的天然采光方面发挥了极大作用。利用定日镜收集的阳光通过抛物镜和平面镜传输到光导管并送入地下街的采光系统，对解决地下街的天然采光问题十分合适。上方安装反光镜的定日镜模仿植物向日葵跟随太阳角度旋转，与向日葵不同的是它并不“正视”阳光，而是通过折射给将阳光传给反光镜，通过这样主动搜集的方式，阳光及其便利地被“输送”到地下街空间。

图4　定日镜

图5　被动式导光管

主动式导光管系统对天然光采集效率较高，且地下空间的采光效果也比较好。但相对而言该技术造价较为昂贵，且施工技术与后期的维护检修工作十分复杂，如不能保证后期的维护，此类技术的推广仍面临较大的实践挑战。

4.2被动式导光管

现在使用最为普遍的高技术地下街采光系统便是光导采光系统。其工作原理与主动式基本相同，不同处在于其采光装置，光导采光系统的阳光收集依靠聚光罩，其与光导管连接，并固定不动。聚光罩的材料主要为PC或有机玻璃，通过注塑而成，表面则安装三角形的全反射聚光棱。光导管可以实现地下街白天完全或部分利用天然光照明，因此大大节省照明能耗。相对于主动式，其技术难度与施工要求都大大降，后期的维护上也较为容易，劣势为其采光效率比主动式低。

依靠高技术手段实现的地下空间天然采光在我国仍属于起步阶段，由于造价与施工技术等种种原因，此类技术仍无法大量使用于实际工程中，但在部分试点项目中已取得了较好的成效。由于其采光方式较为灵活，并可根据不同的照明需要与经济额度合理地选择不同的采光、导光、漫射的装置进行组合。随着此类技术的成熟与完善，依靠高技术手段为地下商业街引入天然光源将会成为天然采光方式选择的主要趋势。

5　小结

地下街中很难完全依靠天然采光，即使最大限度地利用天然光也并不能完全满足其使用要求，在夜晚与阴天时仍需要借助人工方式来完成照明功能。特别在一些面积较大、限制性较多且功能复杂的地下街中，其建筑内部照明的主要方式仍会是人工照明系统。但天然采光与人工照明相结合的方式几乎在所用地下街中都可采用。在地下街中有效地引入各种新型的天然采光方式，不仅在绿色环保与经济效益等方面起到积极作用，对创造出更加舒适实用的地下街空间也是十分有利的。

[1]童林旭.地下建筑学[M].山东科学技术出版社，1994.

[2]童林旭.地下建筑图说100例[M].山东科学技术出版社，1994.

[3]暴伟，宗复芃，赵建平，等.地下空间采光及导光管系统的现状及应用展望[J].照明工程学报，2009，3.

[4]王保勇，束昱.影响城市地下空间环境的因素分析[J].同济大学学报，2000，12.

TU922

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1673-0038（2015）08-0013-03

2015-2-7

罗寅（1986-），男，助理工程师，硕士，主要从事建筑设计工作。