杨冀翼

摘 要：随着光谱能量分布对人体健康影响的发现，建筑内自然采光变得更为重要。导光管技术的出现和成熟为天然采光与当代建筑更紧密的结合指引一个可行的方向。本文以导光管在办公建筑中的运用提出探讨，分析其必要性及设计策略，强调艺术、技术与功能的结合。

关键词：自然采光；导光管；办公建筑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.088

0 引言

地面建筑的愈发拥挤和地下空间的开发让人们对人工光源产生了极大的依赖。近年来，非视觉光生物效应的研究发现，光谱能量分布会影响人体生物节律[1]。迄今为止，人工光源光谱能量分布仍不能完全模拟自然光源，如荧光灯光谱能量分布较窄，LED中蓝光光谱较多。长期处于人工光源光环境下，可能对使用者健康造成威胁[2]。

导光管作为当代新型建筑构件，从工艺上、运用上已取得长足的发展[3]。导光管与包括LED在内的混光照明系统不仅降低了建筑室内照明能耗，更减少了人工光源光谱对使用者健康的危害。本文以办公建筑为例，分析建筑各主要部分使用者采光需求，回顾该类型建筑自然采光案例，提出基于使用者光生物效应的导光管在办公建筑中的设计思路。

1 办公建筑自然采光需求

办公类建筑是供机关、团体和企事业单位办理行政事务和从事业务活动的建筑物的总称。一般由办公用房、公共用房、服务用房组成。办公用房通常具有较强的使用时间连续性；公共用房，如会议用房使用具有间断性；服务用房使用率较低。一般情况下，办公用房部分对自然采光需求最大，公共部分次之，服务用房最小。

随着城市的愈发密集，办公建筑呈现出空间集成性高，单层面积大的特点。出于减少建筑空调能耗需求，办公建筑的体形系数往往较小。特别是在一些单层面积巨大，且核心筒等服务用房位于外侧的建筑内，靠近外墙、拥有足够自然光资源的空间成为稀缺资源。通过室内空间布局调整无法满足所有的自然采光需求，大部分工作人员终日处于人工光源为主的光环境中，不仅降低办公效率，还影响其健康。同时，由于当代企业创新性、团队合作性诉求的加强，办公建筑还出现了由静态逐渐转向动态，由人体办公的便利性逐渐转向公共交流的引导性发展的态势。办公场所不再局限于办公室，而向走廊、咖啡厅乃至门厅、电梯厅拓展，使建筑各部分对自然采光有了更高的需求。

2 办公建筑自然采光案例分析

办公建筑自然光的运用，在于艺术性与功能性的结合。美国建筑师赖特在强生公司制蜡大楼设计[4]中，根据基地环境和建筑功能要求，采用天窗采光。大厅每根柱呈蘑菇状，顶端展开圆盘间运用玻璃细管连接，使得大厅在白天能大量获取自然光。该模式在解决自然光运用的同时，也带来屋顶的检修和采光光强控制问题。英国建筑师福斯特在香港汇丰银行大厦[5]中，运用位于建筑外立面的金属反光板系统将阳光导入中庭。反光板由钢骨架悬挂在空中，并会随着太阳的轨迹变换角度。该案例将艺术、科技与自然采光充分结合，但采光构件特殊，造价高昂，难以大面积推广。多米尼克·佩罗的梨花女子大学学生中心[6]几乎是一栋覆土建筑，设计师在运用大面积玻璃幕墙、玻璃隔断外，还将一个电梯井与采光井结合，使用反光金属饰面，让自然光经过几次反射进入花园下的室内。该手法将自然采光与建筑体本身结合更为紧密，维护费用更低，但仍未能实现产品化、构件化。

3 导光管的特性及发展现状

早在1880年，导光管便已出现[7]，经过一百余年的发展，其工艺技术已近成熟。作为日光偏转系统的一种，导光管通常通过安装在屋顶的光线收集器，来改变光线方向并传播到室内空间。该技术具有工业化程度高，检修更换便利，输送距离较长，输送路线适应性强，光通量较大、可控，寿命长等特点。

系统一般分为采光区、传输区及输出区。其中采光区可通过采光罩透镜弯折技术或镀膜技术，高效采集室外自然光，过滤掉对室内环境不利的光谱。采光罩有效采光面积是一般采光天窗的两倍以上，受日光照射角度影响较小。传输区采用特殊符合材料，反射性强，通常一次反射率能达到98%。管道弯折角度变化范围为0～90°，最大传输距离可在20m之内。输出方式分为末端输出和管壁输出两种，根据内部功能的需要，采取低眩光，高舒适度的输出方式。漫射器外形种类丰富，可制成不同形式，适应各种造型的需要。

相对传统建筑内部自然采光模式而言，导光管具有可批量生产推广，可更换及重复利用，成本相对较低等优势。目前，导光管在我国的运用主要为大型场馆，地下车库，工业建筑等，如北京科技大学体育馆、上海世博会电网馆等，在其他建筑类型中并未广泛运用。随着人们对自然采光重要性认识的不断提高，其在包括办公建筑在内的各类建筑中的使用将得到提升。

4 导光管在办公建筑中的设计策略

在办公建筑中，导光管的运用应注意功能性和美学的结合，在宏观、中观、微观三个尺度下进行设计。

宏观尺度是指从基地周边范围进行分析。首先明确基地所处的光气候分区。对日照时数充裕的I类II类分区来说，通常导光管的运用必要性不大，对于日照时数较少的V类光气候分区，则可能有迫切的需求。其次，须考虑基地周边障碍物遮挡情况等，从而确定导光管运用的可行性。同时，还须考虑导光管运用是否会对周边区域造成不利影响。

中观尺度是指光管系统与建筑体量布局协同考虑。在设计初始阶段，根据建筑空间进深，内部功能分布等确定采光区朝向、面积。由于在某些办公建筑中，仅设置屋顶采光区无法满足要求，还需布置立面采光区，使得设计时还需特别考虑采光构件在立面上的位置及造型设计。应整体思考采光区在立面上的影响，预留其所需空间，并使其成为建筑造型元素之一，丰富建筑细部。

微观尺度下，须考虑导光管系统在建筑内部的传输与输出方式。导光管传输通道须与空调、电气等通道协同整合，尽量降低对室内使用空间的占用。减少传输距离及转弯，提高传输光效。输出端应根据不同的功能场所及行为方式，采用与人工光源协调的可调模式，增强室内办公空间的光舒适性，多功能性。

5 结语

導光管是工业化、信息化背景下产生的绿色生态的建筑构件。其运用意义不仅在于能降低建筑照明能耗，更在于导入自然光谱对人体健康的积极影响。随着人们对光谱与健康关系认识的不断加深，导光管在办公建筑中的使用也必将更加广泛，为建筑师及室内设计师创造更多的机会与挑战。

参考文献：

[1]邵志栋.LED光谱及照度对人体非视觉的影响研究[D].华南理工大学，2015.

[2]杨公侠，杨旭东.人类的第三种光感受器（下）[J].光源与照明， 2006（03）：28-30.

[3]陈海阳，何飞，王传波等.天然绿色环保导光管采光系统应用研究[J].建筑节能，2016（12）：60-62.

[4]大师部.弗兰克·劳埃德·赖特[M].华中科技大学出版社， 2007.

[5]坦怀.香港上海汇丰银行大楼设计[J].建筑学报，1987（01）：80-84.

[6]赵鑫彧.浅析韩国梨花女子大学建筑风格[J].美术大观， 2012

（06）：123.

[7]宁华，杨蔚然.导光管的应用与发展[J].中国照明电器，2000（03）

：29-31.