自然光與現代建筑設計

摘 要：本文針對自然光對人的重要意義、現代建筑設計現狀以及自然光在現代建筑設計中的運用，并通過實例進行分析，希望為以后的建筑設計提供有價值的參考。

關鍵詞：自然光；現代建筑；建筑設計

前 言

由于我國建筑行業的不斷發展以及人們日益增長的物質精神雙重需求，建筑設計必須另尋思路、另辟蹊徑，盡量符合現代人提倡的自然環保理念，這就需要新的設計思想、新的環保材料，設計師要盡量在自然中尋找設計靈感，將自然光運用到建筑設計中，是建筑可持續發展可行之路。

1 自然光與現代建筑設計

1.1 研究自然光在建筑設計中運用的必要性

我國是世界上人口最多的國家，近二十幾年來經濟一直處于穩定發展狀態，面對能源緊張與環境污染嚴重的形勢，一方面依靠經濟轉型、引進先進技術取得了經濟和社會的共同進步，但是工業化和現代化的快速發展也嚴重的破壞了自然環境，同時還造成了大量的資源浪費，這些問題都是急需解決的。在當前社會中，怎樣保持社會、資源、環境和諧發展的同時又促進經濟發展是我國當前需要重視的關鍵問題。不同的時代，其建筑會由于社會背景、經濟情況、風俗習慣、地理位置的不同而不同，并且對建筑的設計、材料、設備等也有一定的影響。相同的，在現代建筑中自然光的存在形式也不可能是一成不變的。自然光在現代建筑中扮演不同的角色，因此我們必須給予它足夠的重視和思考，使其能夠充分發揮作用，否則終將淪為被忽略的自然物質。其可以用路易斯·康的話來形容自然光和建筑之間的關系，“自然光給予空間特性，自然光給予建筑生命，因為建筑憑借光的環境照射，而產生生命。基于此，除非給予他（建筑）生命（自然光），否則沒有一個空間是真實的……”。那些認為科技手法能夠解決所有問題的建筑師，只注重人為的創造，卻忽視了自然資源。為了可持續發展的環境，對于建筑設計中的自然光加以分析和運用，從而構建新的設計理念和方法是十分必要的。

1.2 自然光對人的意義

地球上所有生物的變化都是有規律的，追溯其根源，自然要素的地帶性分布規律是因為太陽輻射分布按緯度出現變化而導致的。陽光可以說是萬物之源，地球上的萬物得以生存和繁衍就是因為有陽光的存在，人類能夠認識世界、征服自然也是因為陽光的存在，如果沒有陽光。地球上也就不會有生命，所以說地球上的一切人和物對于陽光都有一定的依賴性。與此同時，醫學工作者研究證明自然光對人體有一定的潛在影響，人類對它有著本能的物理需求和心理依賴。

1.3 自然光在建筑中的作用

自然光是世界上最舒服的光源，為了能有更好更舒適的生活，我們就該盡量對自然光加以利用。緯度不同，自然光的強度和方向也會存在一定的差異，而人們對于自然光也有著不同的要求。每一個地方的居民一定會依據自身的需求，運用各自的方式去對待自然光，有接受的也有拒絕的，這一方面從建筑角度來說就是其形式的地方性差異。所以說，自然光會影響建筑設計的很多方面，它與建筑的聯系非常密切。

2 當前設計的現狀

一直以來，人們都關注著建筑環境的好壞，將其看做生活質量好壞的標準。當前，人們逐漸開始重視生活、居住空間的質量，在經過一個階段的發展，當實現量的目標之后，就會越來越重視質的目標。所以，在室內設計的范圍內，總是不斷產生一些新的需求，進而新概念的裝飾行業以及新的設計思路，而這也是社會發展的一個重要的反映。在這之中，由于我國的經濟發展，人民生活水平不斷地提高，人們逐漸開始追求居住空間的健康性。當前，建筑通常選用鋼筋混凝土結構建造，這樣就會使人們感覺居住在一張金屬網中，就像進入一個同自然電磁場隔絕的法拉第籠，遠離了電磁場，使人體感覺不到平衡，進而產生一種恐慌的情緒。隨著人們不斷地了解環境資源現狀，人們對人居環境的要求也越來越高。所以，在滿足了人們基本的居住條件后，鋼筋混凝土結構質的居住環境已經不是人們的追求對象，而回歸質樸與自然已經成為了當今人居環境的主流。因此，選用自然光采光的建筑已經開始慢慢受到人們的推崇。

3 自然光與現代建筑設計

3.1 自然光與建筑內空間的關系

可以說，自然光是建筑環境設計中一個非常重要的構成。通過采光口，自然光進入建筑空間，不但可以滿足光線的視覺強度，滿足生活工作的需要，還可以創造豐富多彩的空間效果。這種空間效果主要包含了方向性效果、立體感效果和空間的開敞性效果等。在建筑室內環境中，光的方向性占據了很大的地位。在被照射的空間中，若想創造出新穎的視覺效果，就要結合光的方向性與光的遠近、強弱等。通常的手法為：使室內空間的可見度加強；增強或者減弱明暗的比例；增強或減弱室內物體的立體感。在建筑室內光環境中，對光的方向性起著重要作用的是采光口的地點以及朝向，這種方向性效果主要影響著建筑功能、建筑室內界面、人物形象以及人們的心理反應。通過飾面材料的光學特性、質感、色彩以及采光口對光線的控制，可以表現出室內空間的表面、色彩、造型及裝飾效果。

在選擇室內表面的反光、透光和擴散特性材料時，應該考慮整體環境的氣氛，要與其風格盡量保持一致。在設計或布置一些家具或其它陳列物時，也應該對室內表面材料的外形大小以及質感等進行考慮。窗的布置會對自然光的環境產生直接的影響，舉例來說，利用茶色玻璃，可以對光進行過濾，進而創造出一種柔和的室內氛圍。

自古以來，很多的建筑師在營造建筑空間時，都利用了光照，也創出了很多的杰出作品。“光的教會”的空間由日本著名的建筑師安藤忠雄創造的一種建筑形態，他使靜止的建筑表現出一種難以言說的動感，他將靜止的材料在主觀上描述成有生命的物體，利用光的藝術感，給灰暗以及冰冷的墻體賦予活的生機。在建造教堂的時候，并沒有在墻體上懸掛或者建造十字架，而是利用墻體開鑿一個十字形的裂口，使得自然光透入，人們在黑暗的室內可以看到被光渲染的十字架，從另外一個角度使人的精神上升到另外一個境界，因此，在建筑設計中，將光變成了建筑中最重要的一個角色。不僅如此，還利用各種各樣的藝術手法，并不是讓光自然進入，也能獲得一定的效果。比如，在美術館展廳設計的時候，地板布置為黑色的花崗巖，內墻體選用灰白色調，使得空間變得寧靜以及沉穩，給人的感覺是整潔和厚重。同樣也讓燈光設計的非常到位，從而也使燈光的反射對人們欣賞展品也不會產生影響。如建筑中經常使用的紅磚材料，在夏天，紅磚由于陽光直射呈現淡黃色，但是在冬天，卻是赭色，在黃昏與早晨的弱光下，卻是桔紅或者古銅色。自然光就依托于上述材料，經過不停的色、質的變幻，表現出了親切自然、溫暖明朗的建筑風格。

3.2 外圍護結構的材料與自然光的運用

在自然界中，每一個事物只要呈現在自然光中都會呈現出自己的美感，從客觀上來說，也最容易被我們的視覺神經所感知和接受。光線對材料的反映程度非常高，因此，在選擇材料時，一定要考慮其與自然光相結合后所產生的效果。在我們的生活當中，材料是一個選擇度上來說都是一個比較容易，也比較能給建筑本身帶來美感，因此，建筑師在進行建筑設計時，根據材料的性能以及特點，將自然光和材料相結合并合理利用。對材料來講，光照射在材料的上面時，一部分被吸收另一部分被反射。通常根據材料的透光率劃分為透光和不透光以及半透光三種建筑材料。

3.2.1 透光質地的建筑材料

在當今建筑中被廣泛使用甚至是不能缺少的材料就是透光質地的材料，在對材料的優選性中也逐漸的替代了外層圍護的結構。顯著的例子就是玻璃的使用，其自身就有的屬性可以成為室外與室內交流的一個媒介。在實際的設計中，在追求建筑美感的時代里，也能將玻璃設計成很多色彩的材質，其透光和反射的能力的不同，表現出了豐富多彩的外表形態。同時，材料與光的合理利用，也對建筑的空間在相對于人們感覺中，能使空間得到一定的拓展，在伊東豐雄的設計理念中，將玻璃的透光性發揮的非常極致，與空氣、風和自然的結合運用到建筑設計中，呈現出了相當完美的效果。因此在起到擴展空間的作用方面是一個非常成功的設作品。其設計的仙臺媒體中心辦公大樓中，它讓整個建筑像是在陽光一樣淋漓于自然之中，自然光線從不同的方向投射到建筑物中的空間，有效的發揮自然資源的優點把建筑的“形”完全隱形了，使建筑的堅固性完全顛覆。且在伊東豐雄的空間以內，室內散布著失重的氣息以及跳動的天然光源與空氣。顯然在伊東豐雄的想法中，把現代透光材料的特點發揮的淋漓盡致，用獨特的新時代的創意表現出室內與室外保持光線特質，預示著自然光的利用不只是人與大自然之間的問題，顯示為人與建筑整體相處的世界，且自然光就是顯性因子，材料是表現運用的工具。（如圖1）

玻璃既能利用透明的特點把自身融合在周圍的環境中，同時可以通過其對投射在其表面的自然光的反射作用，把周圍環境中的建筑、綠樹、白云、行人顯現于眼前，和環境融合在一起。針對有關新老建筑相互融合的議題中，這種形式的特色具有超前的優勢，能夠充分體現其獨特的作用。法國里爾美術館新館就是一個很成功的例子，新館與老館互相應襯，建筑師的巧思妙想令人很佩服。就是由于玻璃透光、反光的特質。玻璃的強反射性很輕易的形成眩光，對視覺的沖擊與對環境造成的光污染，把周圍環境的和諧美完全打破，這種問題對建筑師來說在設計中也是至關重要的問題。

3.2.2 不透光質地材料

（1）低反射性材料。石材、木材、泥土是人們運用建筑材料中最早的，保溫、遮光性能優良，自然光只能以材料的縫隙或預留的窗口才可以進入建筑中去。在相對廉價的混凝土涌現后，在諸多的方面都可以完全取代天然材料。混凝土在通過各種的工藝加工以后，不但能表現出粗獷，還能體現細膩，甚至能表現大理石般的光澤。在六十年代時，高反射材料依據其材料與施工技術的發展開拓了人們的設計思路，不斷的滲入到人們的生活中，各個行業利用金屬材料發揮其不同的作用，例如：建筑行業應用金屬材料，由于其拋光金屬表面比玻璃表面對光線的反身性能更好，同時其還可以與自然相融合，反射出環境的色彩，給人們不同的感官感受，并且也體現出了現代高科技的時代感。此外，還有一些金屬材料，其具有其獨特的自身特點，廣泛應用在各個領域，比如纖細的金屬構件具有重量輕、透光性好的特點。

3.2.3 半透光質地材料

半透光質地材料是一種可以透光、折射光，但是卻不能透視，介于磚石與玻璃之間的材料，例如：磨砂玻璃、塑料、紙、紗、布等材料，該種材料通過自然光的投射給人一種朦朧的感覺，能夠營造出一種柔和、寧靜的空間氛圍，這種材料可以向室內提供大量的自然光，使建筑與自然相融合，這主要在于其采光尺度約束小。能夠充分體現這種材料的價值的建筑有坐落在東京西部中心區亞馬特大街上的澀谷區基督教堂。該建筑采用半透明玻璃和玻璃纖維疊加的手法，與城市的喧囂相隔離，充分與自然相結合，創造了全新的安靜、靜謐的圣堂。

4 在建筑設計中應用自然光的案例說明

隨著社會經濟的快速發展，人們的生活水平不斷提高，對建筑物的要求也越來越高，當今時期，人們越來越重視自然保護，同時對于建筑物追求節能環保，在建筑節能設計中，在采光方面，也鼓勵采用自然光，自然光不但具有其自身的功能性與藝術性，同時還給人們增添了很多色彩，因此，在建筑設計時，要遵循保護建筑生態環境、因地制宜、合理使用自然資源。而在建筑設計中，自然光的利用主要體現在建筑物的朝向、建筑體形設計方面，可以有效地進行保溫與采光。充分利用自然光，已成為建筑師考慮的重點。

（1）坐落于巴伐利亞文德堡修道院內的青年教育中心，其客房設計就采用了能夠增加南向吸收太陽輻射面積的小進深矩形體形。該建筑中一條較長的走廊將南側的客房區與北側的服務空間相聯接，南側面充分采用大面積玻璃，進行大量的采暖與采光，充分利用太陽能與自然光，這種大面積玻璃不僅有利于采暖與采光，而且也能夠讓人們欣賞到窗外的美麗景色，建筑與自然相融合。在夏天，大屋檐的陰影與墻上的遮陽設備能有效阻擋南面的眩光以及防止建筑受熱過度。其北面的空間是輔助性質的，使用頻率及使用時間都相對比較少，所以建造時運用不透明的建材與木質材料，窗戶的尺寸非常小，只需要將一套加熱迅速的暖氣系統安裝在對應的空間里。由此可知，如果設計的建筑是單一體形建筑，那么其建設地點、朝向、開窗數量及大小、用的建筑材料與隔光遮陽等方面，均將自然光在現今的建筑設計中的可能性與合理性體現出來。

（2）倫敦勞埃德船務注冊公司大樓。具有體積龐大、層數高等特點。由于一般建筑外采光面有局限性，所以運用采光井是比較常見的采光措施，這樣可以使建筑得到最大限度的自然光，進而實現建筑綠色節能，而且要達到住戶舒適的目的。在此大樓的設計時，建筑師經過精細規劃將此點詮釋出來：全玻璃盒子的建筑也能達到低耗能的效果。此建筑運用了雙層幕墻，在兩層幕墻間留有140mm的空間，空間里又設有百葉窗，可以將陽光的光射入量減少。建筑內的空氣經過天花板內的管道進入此空間，進而被換掉，從屋頂被排出建筑外。在建筑屋頂又裝有光敏設備，可以對陽光照射進行判斷與跟蹤，也可以監控百葉窗的調節和旋轉，進而對建筑內自然光進行調節，當百葉窗旋轉至完全閉合時，能反射熱，也將空調的耗能降低很多，室內的空氣流通很好，自然通風率也比一般室內高出兩倍左右。

5 結束語

綜上所述，在建筑設計中充分利用自然光具有非常重要的作用，自然光運用到建筑中，不僅會使人感覺舒適，而且會給建筑物自身增色不少，還在一定程度上節省能源，與現代建筑設計節能趨勢相吻合。建筑師在建筑設計中要多考慮自然光的運用，多借鑒國外著名設計師的杰作，加快我國建筑設計創新的步伐。

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作者簡介：劉存發，正高級工程師，注冊城市規劃師，國家一級注冊建筑師。