基于功能需求的地下商業街天然采光研究

羅 寅，翁 季

(重慶大學建筑城規學院，山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶400045)

0 引言

地下商業街最早出現在60年代的日本，由于與地面商業街功能形態相似而得名，其最初形態為地下步行連接通道兩側開設的商店，隨著城市建設與功能需求的不斷發展，地下商業街已由單一的功能形式逐步發展為多種功能相結合的復合型城市商業綜合體。

伴隨著城市空間立體化與復合化進程的加快，城市地下商業街已逐步成為城市地下空間開發利用的重要形式之一。它不僅滿足了部分地區人防、靜態交通等功能的需要，還對地面商業系統起到了完善與補充的作用，是緩解城市經濟高速發展與城市中心區商業用地緊張矛盾的主要解決方式之一。

特殊的建筑空間形式決定了特殊的空間需求，地下商業街在滿足地下空間的基本照明需求的同時，也應針對其功能需求提高空間環境質量，從而加強地下商業空間的商業與投資吸引力。合理地引入新型的采光技術與方式不僅可以降低商業成本、提高空間質量，也可降低照明能耗，順應節能減排的國際潮流。

1 地下商業街商業形態與照明需求

1.1 地下商業街的主要業態

隨著經濟高速發展，城市中心商業區可謂寸土寸金，地上商業空間已被大型商場、高級寫字樓所占據。而零售業作為城市商業體系中不可缺少的部分則被擠入了內部空間品質相對較低的地下商業街。雖然地下商業街面積在城市地下綜合體中僅占1/4左右，但其產生的商業價值卻占80%左右。在對四川、重慶兩地的地下商業街的調查研究中發現，現有的地下商業街業態主要由中小型零售業所組成，采用巷道式布局，經營方式以分散租賃為主。因此在研究地下商業街照明需求時，應盡量針對零售業這一主要存在于地下商業街的商業形態(見圖1)進行分析研究。

圖1 地下綜合體面積配比與地下街面積配比

1.2 零售業態的照明需求

由零售業態所組成的地下商業街，其內部空間具有人流量較大，大部分銷售人員需長期停留的特點。因此相對于其他地下建筑，地下商業街中人的活動較為頻繁，對照明的需求也相應較大。但由零售業所組成的商業空間不同于大型的商業展示空間，其巷道式的銷售布局與分散租賃的經營模式，決定了各個商業展示空間分散存在于各個獨立店鋪中，而各個展示空間的照明設計則需根據各零售業者自身需求進行獨立設計。在地下商業街中統一的照明設計主要集中于交通、休息、輔助等公共空間，而此類空間并不承擔商業展示的功能需求，因此其照明需求相對于商業展示空間也較低。

2 地下商業街采用天然采光技術的合理性論證

將天然光源引入地下建筑空間一直為近年來研究的熱點問題，但由于功能需求的不同，地下商業街采用天然采光技術是否合理需進行進一步論證。以馬斯洛需求層次為理論基礎，下面通過對經濟性、實用性、舒適性、節能性四方面需求進行分析研究，論證基于功能需求的地下商業街采用天然采光技術的合理性。

2.1 經濟性——降低商業成本

眾所周知，大型商業建筑對于照明設計有著較高的要求，大部分商業展示空間的光環境基本依靠人工照明設計進行營造，并不采用天然光源。而創造高質量的商業展示空間，所帶來的則是高昂的照明運營費用。相比而言，普遍存在于地下商業街中的普通零售業空間則與大型商業空間有所不同，在滿足基本采光要求的同時，零售業主更加關注照明系統運營所帶來的經濟費用對自身的影響。在此基礎上合理采用天然采光技術，可以大大降低零售業者在地下商業街中的商業運行成本，使地下商業街更加具備投資吸引力。

2.2 實用性——滿足基本需求

由于人類無法控制天然光源的變化，所以現有的大部分天然采光僅僅作為人工照明的輔助方式，無法通過天然采光達到某些特殊的照明要求。地下商業街空間雖對照明需求較大。但其公共空間由于不承擔商業展示的需求，因此采用統一照明設計的公共空間部分對照明質量要求相對較低。因此天然采光正適合于地下商業街公共空間對采光照明的需求。天然采光技術應用于零售業態的地下商業街具有很大的實際操作意義與發展前景。

2.3 舒適性——提升空間質量

調研表明，在影響地下空間環境的因素中，對于天然光的需求被受訪者列為主要因素。人們普遍認為人工光源無法代替天然光源，且人工光源并無太大變化，使空間顯得沉悶枯燥。由于地下商業街人員密度與流動性較大，如果整個地下商業街無天然光源的引入，長期在此的工作人員會產生焦躁不安的情緒，也會使大部分顧客產生厭倦的心理陰影，從而降低整個空間的商業活力。因此在地下商業街的照明系統中引入部分天然采光技術，會使整個地下商業空間品質得到大幅度提升。

表1 影響城市地下空間環境的12個因素

2.4 節能性——創造節能空間

我國照明用電在全國電能消耗中約占總用電量的12%左右。因此，在建筑中節約用電具有十分重要的地位。而在地下商業街中，照明能耗更是其總能耗的主要組成部分。天然光資源取之不盡用之不竭，利用清潔環保的天然光既有利于節約能源又起到保護環境的作用。因此在節能減排的形勢下，地下商業街的照明應充分利用和開發天然光，創造低碳節能的地下商業街光環境。

綜上所述，在地下商業街中采用天然采光技術具有若干優勢。但在實際工程中，天然采光技術的應用往往會受到地下商業街的形態、規模、造價等諸多因素的影響。因此將天然光源引入地下空間的關鍵在于根據實際情況合理地運用不同的天然采光方式。

3 低技術手段的地下商業街天然采光方式

現有地下商業街的天然采光技術主要依靠低技術手段實現，通過對空間形態進行處理，進而將天然光引入到地下空間。以下幾種方式為目前應用較為廣泛的天然采光方式。

3.1 天窗式天然采光系統

天窗采光(圖2)適合于埋深較淺、地面部分為廣場或綠地的地下商業街。通過在頂棚設置天窗將天然光引入地下商業街。此方式采光效率高，使用也較為靈活，并可根據內部功能的需求選擇各種形式的天窗，如矩形天窗、鋸齒形天窗等。為了打破線形商業空間的枯燥沉悶，大部分地下商業街采用設置中庭節點的方式進行處理，在中庭采用玻璃頂棚引入天然光，也是天窗式天然采光系統的一種變形。但此方式對地下空間熱工環境影響較大，容易引起內部空間的熱不舒適。

3.2 下沉廣場式天然采光系統

下沉廣場式(圖3)常常存在于城市中心區的大型地下商業街，使地面一部分下沉一定高度，使廣場出現空間形態變化，并且結合地下商業街，形成多層次的復合空間。通過下沉部分的立面側窗為廣場周圍的地下空間提供大量的自然光線。此方式受部分地下商業街層高限制，且其引入的天然光影響范圍有限。部分地下商業街將此方式進行變形，形成中庭式的地下商業街。

圖2 天窗式天然采光示意

圖3 下沉廣場式天然采光示意

以上為大量運用在現有地下商業街中的低技術天然采光方式，以上方式均能滿足經濟性、實用性、舒適性、節能性四方面的基本要求。但使用局限性較大，并不能普遍應用于大量的城市地下商業街。

4 高技術手段的地下商業街天然采光方式

在多數情況下，地下商業街沒有足夠的條件來滿足低技術手段的天然采光，只能完全采用人工照明方式來滿足其照明要求。隨著科學技術的進步，近幾年來一些新型的天然采光技術在一些實際工程逐步得到應用，并取得了較好的效果。其中導光管技術為現有地下空間天然采光的主要高技術手段。

4.1 導光管技術

導光管技術是一種新型有效的利用天然采光的照明技術。導光管技術的主要特點是在地下空間的使用中其局限性較小，并可有效地將天然光進行重新分配，不僅達到了節能環保的效果，也可避免直接引入天然光所產生的眩目與熱不舒適等問題。針對地下商業街中的零售業態，導光管技術也可根據不同使用空間的采光需求將天然光合理地分配到各個功能空間內。

導光管系統主要由集光器、導光筒和漫射器三部分組成。室外的天然光線透過集光器導入系統內進行重新分配，再經特殊制作的導光管傳輸至系統底部的漫射裝置，把天然光均勻高效地照射到室內。依據采光方式的不同，現有的導光管技術主要分為主動式與被動式兩種。

4.1.1 主動式導光管系統

此類導光管系統主要依靠定日鏡作為主要采光裝置。定日鏡(圖4)是一種對陽光進行反射定位的裝置，通過對太陽進行跟蹤，它可以將陽光精確地反射到某一固定位置，由于這一特性，它在地下空間的天然采光方面得到了很好的應用。用拋物鏡和平面鏡將定日鏡收集的陽光通過光導管送入室內的光路設計，對解決淺埋地下或無窗建筑采光問題是較合適的。定日鏡的上方設有反光鏡。定日鏡像向日葵一樣跟著太陽轉，但不完全像向日葵那樣“正視”陽光，而是將陽光折射給定日鏡上方的反光鏡子，陽光被搜集過來，反光鏡朝下，陽光被“輸送”到地下空間。

主動式導光管系統對天然光采集效率較高，且地下空間的采光效果也比較好。但相對而言該技術造價較為昂貴，且施工技術與后期的維護檢修工作十分復雜，如不能保證后期的檢修與維護質量，此類技術的實踐與推廣仍存在較大的問題。

4.1.2 被動式導光管系統

此類導光管系統為現在普遍使用的光導采光系統(圖5)。其主要工作原理與主動式類似，區別在于其采光裝置為聚光罩，聚光罩和光導管本身連接在一起固定不動，聚光罩多由PC或有機玻璃注塑而成，表面有三角形全反射聚光棱。光導管可以實現白天完全或部分利用天然光照明，從而大大節省電能。并且在施工要求與技術難度上都大大低于主動式，后期的維護也相對比較容易，但采光效率較主動式偏低。

依靠高技術手段實現的地下空間天然采光在我國仍屬于起步階段，由于造價與施工技術等種種原因，此類技術仍無法大量應用于實際工程中，但在部分試點項目中已取得了較好的成效。由于其采光方式較為靈活，并可根據不同的照明需要與經濟合理地選擇不同的采光、導光、漫射的裝置進行組合。隨著此類技術的成熟與完善，依靠高技術手段為地下商業街引入天然光將會成為天然采光方式選擇的主要趨勢。

圖4 定日鏡

圖5 被動式導光管

5 小結

在地下商業街中很難完全依靠天然采光，即使最大限度地利用天然光也并不能完全滿足其使用要求，在夜晚與陰天時仍需要借助人工方式來輔助照明。尤其在部分功能復雜體量龐大且限制性較大的地下商業街中，人工照明系統仍然會作為建筑內部照明的主要方式。但在大部分地下商業街中均可采用人工照明與天然采光相結合的方式。如能在地下商業街中合理地引入各種不同的天然采光方式，既能在經濟效益與綠色環保等方面起到積極的作用，也能創造出更加實用舒適的地下商業空間。

［1］童林旭.地下建筑學［M］.濟南:山東科學技術出版社，1994

［2］童林旭.地下建筑圖說100例［M］.濟南:山東科學技術出版社，1994

［3］暴偉，宗復芃，趙建平，等.地下空間采光及導光管系統的現狀及應用展望［J］.照明工程學報，2009(3)

［4］王保勇，束昱.影響城市地下空間環境的因素分析［J］.同濟大學學報，2000(12)