自然光對建筑設計的影響及其切割方式研究

王姿琦，張國峰

遼寧科技大學，遼寧 鞍山 114000

0 引言

隨著時代的發展，依托自然光源刻畫建筑是未來發展的重要設計方法。無論是路易斯·康的“設計空間是設計光亮”，還是柯布西耶口中的“光線賦予建筑正確的形狀，像是自然與建筑之間的神奇游戲”，都表明了光與建筑具有千絲萬縷的聯系。文章通過遮擋的方式對光源進行切割，對不同氛圍的建筑空間進行分析。

1 自然光源對建筑美學的影響

人們每天通過太陽的直射角度來計算時間，日出而作，日落而息。同時，光源可以運用在照明、警示、引導、心理醫療、傳遞信息等多方面。西方很早就開始對光影建筑的表現進行了理論化的研究，至今理論發展得較為成熟。不僅開始涉足生態節能的可持續發展建筑領域，而且已經上升到哲學層面。很多建筑大師更是推崇光影在建筑中的哲學和藝術作用。日本建筑師安藤忠雄的建筑作品中光影的處理，將日本虛空學表現得淋漓盡致。

光源塑造了建筑的空間結構。在提供照明外，經過藝術設計后的光影效果更能在不同時間段內給建筑本身帶來不同的視覺效果。通過光源的照射，使建筑凹與凸之間的關系展現得更加淋漓盡致[1]。在建筑中對自然光進行遮擋，體現建筑空間的形式美學、感官美學和象征美學。從形式美學上看，可以通過遮擋切割光源，在不同角度的遮擋后從幾何關系中尋找美。自然光具有層次性，在不同層次的投射中可以使建筑空間中的線條、色彩和體量感呈現出不同的形式，把建筑空間本身的秩序性轉化為多樣性，增強作品的感染力，傳遞美的信息，加強了觀賞者和建筑之間的融合感，逐漸與設計者在心理上產生共鳴（見圖1～圖4）。此種自然光營造的建筑空間能營造一種特殊的氛圍，這種氛圍不同于建筑藝術所構造的氛圍，而是自然光所營造出的場所精神從而引起情感上的感受，這種情感往往不會被消磨。

圖1 光之廳（耶魯大學英國藝術中心）

圖2 阿托查火車站紀念館

圖3 麻省理工小教堂

2 不同建筑對自然光的要求

2.1 圖書館

圖書館一類的建筑空間需要一種安靜純粹的氛圍，應用時間大多在白天，對自然光的設計引用占主導，自然光的引入和設計要具有專注、沉靜的氛圍[2]。

2.2 商場

商場類的公共場所需要大量的自然光，使人產生舒適之感。通常為了減少人工照明的損耗，大部分的建筑外面使用玻璃材質進行圍合。不同材質對光源也具有切割作用。

2.3 展館

展館類的建筑通常是墻面越多越好，但窗與展示墻又有沖突。展館類的建筑空間需要一定的主題氛圍，人工照明不能與自然相融合，自然光的引入成為設計的難點。因為既要追求更多的墻體面積，又要有準確的采光攝入，所以要對建筑頂部和外立面墻體以及窗洞所投射的自然光進行準確無誤的分割[3-4]。

2.4 教堂和佛寺

教堂及佛寺等建筑需要極大的光照來打造神圣和莊嚴的氛圍，要突出光在建筑營造上給人們的心理作用，因此要在教堂和佛寺的光源分割設計中賦予光照情感的意義。

2.5 車站

車站等戶外開放空間，人群聚集、空間較大、視野開闊，但又要具有遮擋的功能，在遮擋部分的設計上要使自然光具有引導性、流通性、秩序性、防眩光性。因此，車站等場所對光源切割要有針對性和準確性[5]。

3 自然光的切割方式

3.1 利用遮擋分割自然光

在建筑設計中，通常通過開設窗洞來實現自然采光的目的，在墻體上開窗就是對于自然光源的一種切割方式，可以通過墻體的遮擋來切割外界自然光進入室內的形狀、面積及強弱。阿爾瓦羅·西扎認為設計師在建筑設計中安設每一扇窗都需謹慎，要使建筑內有著相應的光照。

設計窗洞時，墻面的設計非常重要，其在光源切割設計中具有重要的功能，同時結合空間需求對自然光的特性進行分割。例如，在西扎設計的波爾圖大學建筑學院閱覽室中，窗被設計成一個棱柱，鑲嵌在室內空間中，光受到棱柱形狀的影響而集中在柱中[6]。棱柱形的窗戶把光源進行二次裁剪投射在閱覽室中，暗示墻后是敞亮的閱覽室。朗香教堂的窗洞從外部看很小，但根據墻面厚度，設計師柯布西耶對墻面進行挖空，設計了一個外小內大的矩形窗洞，自然光射入窗后，通過矩形窗洞的約束后傳輸到建筑內，之后以一種散開的形式滿布在教堂的內部。沒有了自然光直接照射的教堂環境，給人一種寧靜安定的感覺[7]。同時經過矩形切割后的自然光形成的光束給人一種心靈上的希望與指引，營造出了教堂的神圣感。在麻省理工學院的小教堂中，長筒型天窗對光源以及對光粒子在方向和形狀上形成束縛。長筒的形狀可以把光聚焦到建筑內部一個主要的圓形范圍內，而且具有一定程度上的向上指引的作用。可以將人們的視線吸引到一個焦點上，體現出建筑的功能性。在建筑中通過分割墻體的方式對光源進行約束的作品在古今中外屢見不鮮，例如古羅馬萬神廟穹窿的一束圣光，給人一種神圣肅穆而敬仰的感覺；中國古典園林中的漏窗，自然光通過花紋優美的漏窗投射進室內，給人營造一種美妙的意境；現代路易斯·康運用幾何構件，使光具有一種理性的感覺；卒姆托瓦爾斯溫泉浴場“中空式頭頂”間隙灑下來的光對“中空石頭”圍合空間的無聲附和。這些作品都是運用窗洞或墻體對光源進行切割，進而阻擋光粒子，從而讓自然光投射到特定區域上，上演光與建筑的表演。

3.2 利用遮擋材質對自然光形成漫反射

漫反射是由多次反射或者不同材質的遮擋過濾出來的效果。相比直射，反射光就像光源直射到被切割的鉆石上而反射出的色彩斑斕的光斑。漫反射光柔和，會對自然光進行分散，使光線出現微妙的變化，形成相對朦朧的光域，襯托空間氛圍。利用不同的遮擋材質對自然光形成漫反射也是一種光源的切割方式，已被廣泛應用于各種建筑設計中。

例如路易斯·康在金貝尓美術館的設計中，運用人型的玻璃窗在建筑頂部進行采光，拱頂下設有穿孔的鋁制曲面反射板，光線投射入天窗經由曲面板反射阻隔，大部分的光線被反射到拱頂側面，一小部分光線透過反射板使整個拱頂變成一面發光的光源，也給室內帶來一種適宜的天然光[8]。通過不同方式對自然光進行過濾和反射，直射的太陽光經過過濾后再投入室內時變成了柔和的光線，烘托了優雅的環境氣氛。同時在展廳的曲面板中部也有局部不透明的地方，目的是遮擋正午的直射陽光來防止眩光，同時通過條形把光源進行切割，可以讓建筑內部的人體會到自然光線隨太陽直射角的變化而變化，感受到時間的流淌[9]。如果說直射光可以營造強烈的光影效果，那么漫射光形成的是朦朧微妙的空間氛圍。

3.3 利用黑暗與光明的相互作用

光芒從何而至，黑暗就位于何處。人們之所以可以看到光是因為有影的襯托。黑暗就如同是一把可以切割光源的刀，把光切割成了不同的形狀，形成了不同的光束。這種對光源的切割方式使外界的自然元素和建筑本身的人為元素相融合，從而將自然與人相連接，通過這樣的設計手法可以讓自然光在建筑中給人不同感官體會[10-11]。

設計師安藤忠雄的光之教堂作品完美地利用了“光影交織”的方法。建筑內部的一面墻體中間被切割成一個十字形，光源透過十字形墻面投射到教堂內部，室內空間的照明從十字形的縫隙中投射進來。教堂是特殊活動場所，人們往往向往光明，逃避黑暗，但過度的光明難以展現教堂的功能性。因此，在光之教堂中，安藤忠雄特意設計了一個黑暗的環境，引起人本能上的不安全感，這樣一個四面墻筑起的封閉空間又像是心靈上的束縛和一個無法沖破的枷鎖。在光之教堂中，唯一能消除恐懼和壓抑的地方就是墻面上的十字形光帶，在這種不安下，十字光象征光明與希望[12]。十字形的光束分割了墻壁，產生了特殊的光影效果。這種強烈的發光感和生活中開闊亮堂的空間不同，與場所相適應的光源更能激發人們的情感共鳴，從而利用自然光展現了特殊的藝術魅力。

4 總結

通過以上方法對自然光進行多次的過濾遮擋及分割后，光能夠以潤物細無聲的方式建立人與建筑之間的關系。同時建筑設計師在設計建筑方案時也應把這種光源的處理方式放在首要位置。從成功的建筑作品里可以總結出自然光的應用在設計的過程中起到了重要的作用。在科技發展迅猛的時代，應該更多地從自然界中獲取靈感，再對自然因素進行藝術處理，塑造身邊的事物，從而營造出一種自然天成的、與人類社會相平衡的狀態。在市場與科技造就設計的時代，感性變得麻木。拯救精神的感性，真正從感性設計方面來理解感性，召回藝術，重塑建筑設計，成為時代迫切的要求。建筑設計需要把感性與理性二者相融合，借助自然界的光影藝術來突出建筑的設計感性。