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把日光带入下一步:日照分析是如何改变设计的?

  • 07:00 - 22 二月, 2016
  • Carl S. Sterner
  • Luye Yang 杨绿野
把日光带入下一步:日照分析是如何改变设计的?
把日光带入下一步:日照分析是如何改变设计的?, 10 DESIGN's Ashjar at Al Barari residential project. Image Courtesy of 10 DESIGN
10 DESIGN's Ashjar at Al Barari residential project. Image Courtesy of 10 DESIGN

直到最近,效果图仍是建筑师了解自己方案设计中的光线变化的原始工具—效果图,乃一种合理均衡的直觉。但新一代的日照分析工具,与新一代的日照指标一同出现,鼓励建筑师通过新的方式来看待日照设计—这对设计有极其重要的意义。

当一如往常进入日照分析时,总先会采用经验法则来设计,之后再通过渲染手段检验设计和交流意图。效果图已变为一种快速显现的艺术形式:精致的、令人回味的、伴随梦幻氛围般心情的、体验感真实的、出于对设计发自肺腑的感受。这并不是出于偶然的:光线变化如神奇元素般存在于建筑设计当中,为静态结构注入了动态感,为建筑注入了时光感,效果图正是捕捉显现上述元素的一种强大手段—对大多建筑师个人词典里不可少的硬朗黑线平面图和剖面图形成必要补充。效果图已及极大地拓展了我们交流设计想法的能力。它还同样在概念设计上拓展了我们的能力—特别是当在设计时把日光元素概念化的时候。

但这也缺失了一点:这正是效果图并不难轻易回答的关于与光线相关的重要问题。即时它们可以被矫正至合理正确的程度,但仍不够完整:在需要描述某一时刻的一瞬间时,它并不能提供该时刻是否独特唯一或是标准正常的信息。

10 DESIGN's Ashjar at Al Barari residential project. Image Courtesy of 10 DESIGN
10 DESIGN's Ashjar at Al Barari residential project. Image Courtesy of 10 DESIGN

这正是问题之所在,因为光线并不是充满诗意的---它是非常实际的。大多有采光需求的空间与我们要求的空间功能紧密相关。我的教室是否有足够的光线来读书和写字?我的办公室光线是否足够满足工作需求---但也不能采光过度以造成电脑屏幕反光强烈?当只有自然采光情况下一般需要多少采光量?

这些问题在无数考虑理由情况下显得愈发重要。采光的新好处正不断地被发现:天然采光提高了校园里的学习效率、提升了医院里的康复速度、提高了办公室的工作效率、提高了近乎每处的心理健康状况。同样它带来了节能的好处:自然天光可以代替电灯,因此我们得以节省开电灯的能源;但我们也消除了这些电灯释放的热能而减少开空调的次数。把天光当作营造诗意氛围是远远不够的—它同样有更多发挥余地。这也正是为什么要引入日照分析的原因。

10 DESIGN's Ashjar at Al Barari residential project. Image Courtesy of 10 DESIGN
10 DESIGN's Ashjar at Al Barari residential project. Image Courtesy of 10 DESIGN

日照分析曾是一种复杂的流程,需要新的三维模型技术、大量的投入、和显著的专业技术。但新的工具运行更快、效果更直观、能很好地与设计师的建模环境相集成—使每个设计师能在不同类型设计里快速上手使用日照分析。新的日照分析正好在制定新的评价日照标准时出场;因此我们测量分析日照的方式正好贴近新标准并更容易让用户上手。

若当前建造流程基于渲染工具的优势和局限性而出现变化时,这些新的分析工具和新标准会带来怎样的效果呢?它们将会为建筑界带来怎样的可能性呢?它们会促使概念设计出现怎样的新出路?日照标准分为好几种,便于建筑师在不同情况下理解日照设计,因此对针对不同类型的设计问题会给出对应的策略相当有用。我在此会考虑三种日照标准:整栋建筑的年度指标、年度日照可视化及定时日照可视化。

10 DESIGN's Ashjar at Al Barari residential project. Image Courtesy of 10 DESIGN
10 DESIGN's Ashjar at Al Barari residential project. Image Courtesy of 10 DESIGN

年度指标及目标比较

年度日照指标主要在一年时间内总结分析一座建筑的日照情况,该分析结合了设计、位置和天气因素。这些指标有助于回答此类问题:“我的项目设计区位该如何确定?结合最佳建筑实践、具体的日照目标或是另一个设计的因素?”诸如空间自主日照(sDA)和年度日光暴露(ASE)法则都简洁地概况了空间接纳足够日光的频率(sDA)或是是否有采光过多的风险存在(ASE)。

这些分析结果往往比你想象中的还要强大。最近的例子位于Al Barari的 Ashjar,它是由10DESIGN事务所设计的住宅小区,该事务所在设计中使用年度指标来了解整座建筑、通透比率及这样策略出现采光和眩光的可能性。可持续设计的负责人Sean Quinn说:“每个住宅类型具有独特和富于变化的审美特点。””我们的目标是实现快速响应式设计而不是重复的解决方案。特别是遮阳已成为决定设计的美观的关键性因素。这些年度日照标准与年度能源标准一同使用以在两者间取得权衡而协同效应。通过这种方式,这些标准开打了实际设计当中日照引入的可能性---形成最佳日照的制定性策略、就像建筑师建立了设计的流程关系、景观视野或是正式的合成。

Conceptual energy and daylight analysis. Image Courtesy of 10 DESIGN
Conceptual energy and daylight analysis. Image Courtesy of 10 DESIGN

年化可视化及决策

年度标准的缺点在于它们没法帮助建筑师理解一个设计项目应以某种方式运行的理由。这些看似高大上的数字实际上显得含糊不清:黑点在哪里及亮点在哪里?这些信息对有意塑造采光是至关重要的。这正是引入年化日光视觉化之所在:它们展示了日光在一年内的空间分布情况,可以对每个空间的光线程度进行详细研究。这些图片可以回应以下疑问:“我是否在目前采光水平和模式情况下感到舒服?采光问题区域在哪?我该如何提升采光设计?”

Sterner Design's Iowa residence. Image Courtesy of Sterner Design
Sterner Design's Iowa residence. Image Courtesy of Sterner Design

我公司Sterner Design事务所在爱荷华州设计的一个住宅项目可作为参考例子。一个半地下的住房带有显著的节能目标,对玻璃的谨慎使用对被动式太阳能供暖和室内引入相当足够的采光非常重要。早些时候我采用采光可视化策略来比较并选择不同楼层的日光渗透度。之后的研究集中于好的采光相当重要的主要起居区域的采光质量分析,这让我制定出快速的策略来提升采光,比如增加窗户高度、巧妙地放置天窗、或是从上层“借光”的巧妙策略。这种研究分析过程让我得以更好调整建筑形式、空间布局、并根据日照来采用以前未有的方式调整玻璃。

Annual daylighting visualization. Image Courtesy of Sterner Design
Annual daylighting visualization. Image Courtesy of Sterner Design

定时可视化通信

当年度指标和可视化成为有效的检验诊断和设计工具后,它们并未总能提供有关照明情况的最直观的理解。这些空间感觉如何?空间体验如何随时间而变化?冬日或夏日高度的光线情况如何?

这些问题正是定时可视化工具所能解决的。而其它指标往往基于宏观范围的比较—目标的达成、年度平均水平—它们和空间体验相关,然而可以量化效果图所不能量化的体验。

这正是建筑事务所Allan Joyce在设计改造位于英国Harrowgate的茶园时结合采用室内效果图及时间点分析的组合方式原因所在。该客户想了解设计项目是否能“实现”—哪些空间会更能实现计划中的改动。建筑师结合效果图和时间点量化工具来展示既直观又可检验的空间体验。“我们的客户感到很满意,”Allan Joyce建筑师Toby Evison说道,“他们可以迅速了解设计方案的效果,并迅速做出相关决策来。”

Renderings and time-of-day visualizations. Image Courtesy of Allan Joyce Architects
Renderings and time-of-day visualizations. Image Courtesy of Allan Joyce Architects

随着越来越多设计师使用这些新技术—组织日照的能力、客观性的咨询、定制目标并评估结果—这让根据日光条件来设计建筑越来越可能。该新技术可以让建筑师实现诗意创造和务实性的同步工作:轻松理解设计决策的审美和实用的意义。通过渲染可见的日光信息,建筑师能更好地与日光交互,塑造采光效果、制定目标,并最终达到更好的设计效果—可同时运作并产生激励效果的设计。

Carl S. Sterner, Assoc. AIA, LEED AP,是在Sterner设计公司的创始人和Sefaira公司的高级产品营销经理,Sefaira是一家专门从事性能化设计的软件公司。请在亚特兰大的友邦会展中心的2874号展台上访问了解Sefaira公司。

引用: Sterner, Carl. "把日光带入下一步:日照分析是如何改变设计的?" [Taking Daylight to the Next Level: How Daylighting Analysis is Changing Design] 22 2月 2016. ArchDaily. (Trans. Luye Yang 杨绿野) Accesed . <http://www.archdaily.cn/cn/782443/ba-ri-guang-dai-ru-xia-bu-ri-zhao-fen-xi-shi-ru-he-gai-bian-she-ji-de>