激發學生創作積極性的建筑采光實驗探索

劉 煒

（四川美術學院 建筑藝術系，重慶 401331 ）

創作型人才培養不僅立足于建筑設計課程環節的改革與嘗試，同時，建筑物理實驗課程的創作型教學也是不可或缺的組成部分，其中增強學生的動手能力和主動思考能力顯得尤為重要。

回顧中國大多數建筑物理實驗課教學，許多高校建筑物理實驗課內容設置千篇一律，學生進入實驗室聽教師講解實驗內容，按照教師規定的程序完成固定模式的實驗操作，這是一種機械式的實驗教學方法，也是與實際工程脫節的教學模式。改革傳統的實驗教學方法，使建筑物理實驗融入創作思維，激發學生的探索欲是本課題需要深入探討的內容。

筆者在教學中，為激發學生的創作積極性，對采光實驗進行了教學改革，使學生更加深刻理解建筑設計與建筑光學的相互關系。

1 采光方案的多樣性探索

人工天穹采光實驗過程中，傳統實驗采用固定的房間模型完成實驗教學，要求學生掌握建筑天然采光的基本原理，測定室內的照度分布，加深對采光系數的理解，了解側窗采光房間采光系數的分布特性，檢驗實際采光效果是否達到規定要求。

圖1 教室選取房間平面圖

圖2 教室平面照度測試布點圖

針對藝術類院校建筑學實驗教學，在教學改革中增加了學生創作環節。例如，采光實驗以班級教室（圖1、圖2）為案例，在滿足基本窗地比的條件下，不設其他前提條件，分組制作1:50的實驗模型，每組可搭建3～6種不同組合的模型進行對比測試。小組成員集思廣益，對如何提高室內采光均勻性，如何把表皮設計與采光設計相結合，如何通過窗邊反光及遮陽系統改變室內照度分布，如何調整室內墻面的反射比提高室內照度等方面展開討論，每組學生借助SketchUp、DIALux evo軟件反復模擬對比，并選出自己滿意的方案完成模型制作。圖3是2013級、2014級建筑學專業學生搭建的部分教室采光模型，學生普遍希望采光系統在滿足自己設計意愿的前提下，得到較為理想的測試結果。

2 探索表皮設計與室內采光的關系

豐富的表皮設計手法對室內采光產生不同的影響（圖4），采光實驗教學可結合主干設計課程的表皮設計，采用人工天穹采光實驗驗證建筑表皮與室內采光的關系，如教學樓、圖書館的設計。鼓勵學生嘗試創作富于變化的立面采光造型，包括不同形式的窗戶、反光板、窗口形態等，測試不同朝向、不同遮陽形式對室內采光系數、采光均勻度的影響。該實驗方式可突破傳統的全云天模式下的實驗范疇，將日照測量儀、人工天穹2個實驗項目結合，完成學校建筑晴天、全云天模式下的實驗，鼓勵學生開展有利于改善室內天然光環境的建筑表皮創作。圖5是學生做的表皮設計，通過反光板、提高窗戶高度的方法把自然光線引入房間的深處。由于制作手段較為簡單，學生一些復雜的想法尚不能實施，希望今后在模型制作方面配合參數化軟件Rhino、Grasshopper實施復雜表皮的三維建模，并用3D打印技術建構實體模型。

圖3 建筑學2013、2014級學生分組搭建的部分采光模型

圖4 豐富的表皮設計手法對室內采光產生不同的影響

圖6為針對表皮設計完成的室內采光測試與分析，左圖為4個教室采光模型垂直于采光側墻的A-I剖面采光系數分布圖，右圖為對應的平行于側墻采光面的剖面采光系數分布圖。這是一個實驗小組完成的室內采光實驗，并對實驗結果進行了對比分析，從中總結了每個方案的優缺點。

3 探索室內墻面反射比與采光的關系

室內墻面反射比對室內采光狀況產生一定的影響，反射比較高的墻面使室內工作面或地面的照度值更高。不過僅有理論的闡述往往使學生理解不夠深刻。在采光實驗中要求學生采用不同反射比的卡紙貼在模型的內墻面，學生為獲得較明顯的采光狀況差別，多采用黑白兩色的卡紙進行對比實驗。通過實驗，學生更加深刻理解了墻面反射比與采光狀況的關系。圖7為2個采光側窗模型的室內不同反射比對實驗模型，圖8為2個采光側窗模型及2種反射比狀態下的采光系數對比分析。

圖5 4個教室采光窗造型

圖6 表皮設計與室內采光的關系和4個教室采光窗采光系數分析圖

圖7 室內墻面反射比與采光的關系

圖8 室內墻面反射比與采光的關系

4 探索窗邊反光板、遮陽板與室內采光狀況的關系

采光實驗中鼓勵學生嘗試通過設計窗邊反光板或遮陽板，改變室內的照度分布和調節采光系數，圖9為實驗二組學生制作的不同形式的反光板、遮陽板模型及運用DIALux evo做的前期室內采光狀況模擬，并把模擬和實際模型的室內采光狀況做了對比分析。

5 軟件模擬與實驗教學交互驗證模式

DIALux evo是一款功能強大的免費軟件。并對很多燈具廠家開放相關燈具參數的接入，設計師可以直接調用國內外知名廠家相關型號光源與燈具的參數。教學中可以使用該軟件完成光源與燈具的選擇、照度與亮度的分布、晴天狀態和全云天狀態的室內采光模擬、自然采光和人工照明混合照明形式的分析等，使學生更加直觀地感受到采光理論的應用方法，同時也可模擬手工模型精度不易達到的復雜窗邊系統。圖10是軟件模擬與實驗模型的交互驗證案例。

6 結論

圖9 窗邊反光板、遮陽板與室內采光狀況的關系

圖10 DIALux evo軟件模擬與實驗模型的比較驗證

通過以上實驗教學的改革嘗試，普遍提高了學生通過設計探索解決問題的積極性，使學生由被動實驗轉變為主動思考、主動創作。學生通過討論、思考、模擬、模型制作，創造性提出各種采光組合模式，并探索實施解決問題的有效方法。通過教學改革，學生對采光相關理論的學習不只是停留在數字、公式、概念上，而是對采光理論與設計手法的結合有了更加深入的親身感受。