无光不建筑：由自然光推动的空间设计

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人类将近90%的时间在室内度过，包括在卧室的九个小时，相当于一天中约二十个小时处于封闭空间。这些空间的建筑布局并非随机生成，而是经过设计和思考，且在一定程度上受居住者和周边环境“引导”。一部分空间是根据居住者的需求和品位度身定制，另一部分则在最初针对其它功能的设计上加以调整，给可能早在使用者出生数十年前就存在的建筑赋以新的功能和意义。任意一种情况，设计决定着空间质量。

2019年10月9至10日，第八届 VELUX 自然光研讨大会在巴黎召开，重点通过富有趣味的自然光环境的视角，理解室内环境设计的重要性。本次会议有超过600位专家学者赴会，展示了一系列帮助定量定性地设计自然光的进入、管理和控制的更加可靠的工具和方法，重申了自然光在人居环境中决定性作用。



自然光对物理空间和人类生活的影响当今建筑师普遍认同自然光和新鲜空气是建筑和家庭生活基本条件。无论新设计还是改造建筑，合理调控自然光可以打造高密度的大城市难以提供的高品质生活。这样的论断看似老生常谈，但在资源和技术手段欠缺或有所限制的现实当中，对其它的问题考量往往优先于自然光。



人类能在没有食物的情况下生存三周，在没有水的情况下生存三天，但没有了空气，人类只能存活三分钟。采光通风差、环境嘈杂、过冷或是过热等不健康的空间还会导致相关健康问题，对个人和政府都会造成巨大损失。因此，如何正确采光比“加几个窗户”要复杂得多。开窗的布置需要对环境深入了解后，针对建筑空间和功能提出具体的解决方案。



ANMA 建筑事务所的创始人 Nicolas Michelin 就此展示了一系列的项目。在这些项目当中，自然光的运用和大型集会场所的设计相结合，充分考虑了使用者的空间体验。如在法国南锡（Nancy）ARTEM 大学校园项目中，建筑师设计了一个覆盖在700米花窗玻璃之下的自然通风的走廊。

被调控、遮挡的自然光创造了独特的集体空间。建筑师在项目介绍中解说道：“这条走廊不单是学生生活的中心，同时也提供了一个全新的公共空间和一个在尺度和空间质量上都独一无二的城市焦点。”



崔愷建筑设计工作室在2019年北京世界园艺博览会中国馆的方案设计中采取了类似的处理方式。钢结构太阳能光伏玻璃幕墙覆盖了建筑巨大的室内空间，吸收太阳能的同时还起到收集并储藏雨水的作用。在这个项目中，阳光不仅滋养和激活建筑的内部功能，还为使用者和周围环境提供了可持续发展的方案。







研究与新技术：专注于自然光环境的设计工具

与会学者展示了虚拟实境技术、模拟器、预测性软件、显著图和创新型测量系统等一系列最新的研究进展，帮助我们形成新的方法论定量定性地研究采光及其它项目相关的环境状况。尽管世界各地气候条件各异，诸如就读于比利时鲁汶大学的博士候选人 Clotilde Pierson 展示的研究则向我们说明：来自不同文化背景的人在对室内自然光的主观感知上并无显著差异。对人类行为的观察，测量工具的合理运用，再加上少许直觉可以对未来建筑设计提供重要参考。那么如何在未来建筑和自然光环境之间建立联系呢？





设计之环境导向



在题为“自然光可以塑造建筑吗”的演讲中，Aline Branders、Sebastian Moreno-Vacca 和来自 A2M 的建筑师着重展开了由能量、湿度和自然光等“流动元素”主导空间的重要性。他们提倡通过审慎的被动式设计，用现有的工具、技术和经验回应环境：

“新的工具和软件让我们能够从第一张草稿起就准确掌握建筑外围护结构的影响。我们致力于设计不依赖高科技和机械调节的建筑，而是注重于建筑空间的物理性质。这意味着充分发挥材料的物理性能，如保温、体量、遮阳、玻璃等，而不是供暖、散热、人工照明等机械系统。”



设计之创造健康空间

照明条件差的空间是微生物的完美温床。美国俄勒冈大学博士 Kevin Van Den Wymelenberg 分享了他领导的研究：“微生物群常见于建筑物的积灰角落、地板、墙和空气中。室内灰尘中包含有从空气中降落积淀的颗粒物，影响室内空气质量并提供微生物群在室内繁衍所必需的水分和营养。”



为了更深入地理解自然光和微生物群的关系，Van Den Wymelenberg 和他的研究团队创造了实验性的可控空间，模拟不同的温度、相对湿度和自然光照射调节。90天后，研究结果显示日光照射减少了微生物群中部分分类单元的成熟和繁殖。




设计之从人需出发

眩光和热舒适性差会对所有人的空间体验造成影响，除了通过遮阳帘等使用者可调节的系统来改变室内环境，自动化的响应式系统可以更加高效准确地调节室内空间的阴影量。



如在来自美国 Kinestral Technologies 的立面设计专家 Andy McNeil 所展示的障碍物映射中，建筑技术被用来检验太阳的实时位置从而判断特定窗户的阴影状况。“这些映射图能够协助动态立面设计，在窗户长时间处于阴影状态中时允许漫射自然光进入室内，从而提升使用者的舒适度。”除此之外，他们还提供了装置安装时日照状况的视觉记录。



对于行动不便者而言，软件程序能够识别空间内潜在的可视隐患并对其进行评估，帮助我们综合考虑不同程度的光照和阴影，从而设计更安全方便的环境。如一天中特定的时间，某个台阶的边缘会因光照条件导致的低对比度变得难以察觉，进而导致意外发生。这样的状况可以通过如美国印第安纳大学大学照明设计师及视觉无障碍空间设计小组（DeVAS）成员 Rob Shakespeare 展示的预测工具避免。




设计效率与利润
美国匹兹堡的卡内基·梅隆大学教授 Vivian Loftness 在她的演讲当中提出：“一定程度的量化对投资者来说非常重要，它能够帮助投资者选择高品质的自然光方案。”演讲的核心是用具体的数据来量化设计决策所节省下来的资源，如通过计算采取一个特定解决方式后投资成本的回收年限。“我们需要尽可能避免繁复的内部系统，创造可以每小时、每天、每月、每个季节都最好地拥抱自然环境的建筑。



同样地，精确定量不同室内环境所接收的自然光可以帮助提升利益率。来自美国剑桥麻省理工学院建筑技术项目的负责人 Christoph Reinhart 的研究显示：纽约曼哈顿光照良好的公寓在租期内创造的价值平均高出自然光照条件较差的公寓5%。研究中采用的度量方式是空间全自然采光（sDA），描述了接收足够自然光的可居住空间的百分比。“光照良好”的标准是空间必须在至少 50% 的使用时间内接收至少300 lux 的自然光。




暗环境的重要性
法国昂热大学（Université d’Angers）医学博士和教授 Suzanne Deoux 的演讲指出室内环境“暗”的程度和光照程度同样重要。自然光和我们的生理节律相同步，尤其是黑暗，对我们人体分泌调节睡眠和觉醒状态的褪黑素至关重要。夜间光污染和噪音污染对人类的身体健康有潜在威胁，会导致诸如乳腺癌、糖尿病或肥胖症等疾病。因此设计自然光时，暗环境的设计也必须被充分考虑，确保开窗让自然光进入的同时也能够提供充分且高质量的暗环境，让我们的生物钟能够正常运转。








人类将近90%的时间在室内度过，这样的状况会一直持续下去吗？

这个百分比像咒语一般重复，环境持续恶化、城市持续紧缩的现状暗示着类似的发展趋势。与此同时，我们在紧凑的室内空间的居住方式正在逐渐转向更开放的、更注重集体环境的建筑类型。对此，来自丹麦的未来生活实验室 SPACE 10 的联合创始人和总监 Carla Cammilla Hjort 展示了他们的研究项目“2030年，我们如何生活”。



对建筑之间相互作用、日光和自然环境条件的深入理解至关重要，这些理论和工具帮助我们正确引导建筑设计的主流趋势，确保至少为上百万持续将建筑作为他们的家园的人类提供高质量的居住和使用环境。