自然光与现代建筑设计

【摘要】本文针对自然光对人的重要意义、现代建筑设计现状以及自然光在现代建筑设计中的运用,并通过实例进行分析,希望为以后的建筑设计提供有价值的参考。

【关键词】自然光；现代建筑；建筑设计

前言

由于我国建筑行业的不断发展以及人们日益增长的物质精神双重需求,建筑设计必须另寻思路、另辟蹊径,尽量符合现代人提倡的自然环保理念,这就需要新的设计思想、新的环保材料,设计师要尽量在自然中寻找设计灵感,将自然光运用到建筑设计中,走建筑可持续发展之路。

1　自然光与现代建筑设计

1.1　研究自然光在建筑设计中运用的必要性

我国是世界上人口众多的国家,近二十几年来经济一直处于稳定发展状态,面对能源紧张与环境污染的严重形势,虽然依靠经济转型、引进先进技术取得了经济和社会的共同进步,但是工业化和现代化的快速发展也严重的破坏了自然环境,同时还造成了大量的资源浪费,这些问题都是急需解决的。在当前社会,怎样保持社会、资源、环境和谐发展的同时又促进经济发展,是我国当前需要重视的关键问题。不同的时代,其建筑会由于社会背景、经济情况、风俗习惯、地理位置的不同而不同,并且对建筑的设计、材料、设备等也有一定的影响。同理,在现代建筑中自然光的存在形式也不可能是一成不变的。自然光在现代建筑中扮演不同的角色,因此我们必须给予它足够的重视和思考,使其能够充分发挥作用,否则将沦为被忽略的自然物质。其可以用路易斯·康的话来形容自然光和建筑之间的关系,“自然光给予空间特性,自然光给予建筑生命,因为建筑凭借光的环境照射,而产生生命。基于此,除非给予他（建筑）生命（自然光）,否则没有一个空间是真实的……”。那些认为科技手法能够解决所有问题的建筑师,只注重人为的创造,却忽视了自然资源。所以为了可持续发展的环境,对于建筑设计中的自然光加以分析和运用,从而构建新的设计理念和方法是十分必要的。

1.2　自然光对人的意义

地球上所有生物的变化都是有规律的,追溯其根源,自然要素的地带性分布规律是由于太阳辐射分布按纬度出现变化而导致的。阳光可以说是万物之源,地球上的万物得以生存和繁衍就是因为有阳光的存在,人类能够认识世界、征服自然也是因为阳光的存在,如果没有阳光,地球上也就不会有生命,所以说地球上的一切人和物对于阳光都有一定的依赖性。与此同时,医学工作者研究表明自然光对人体有一定的潜在影响,人类对它有着本能的物理需求和心理依赖。

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,为了能有更好更舒适的生活,我们就该尽量对自然光加以利用。纬度不同,自然光的强度和方向也会存在一定的差异,而人们对于自然光也有着不同的要求。每一个地方的居民一定会依据自身的需求,运用各自的方式去对待自然光,有接受的也有拒绝的,这一方面从建筑角度来说就是其形式的地方性差异。所以说,自然光会影响建筑设计的很多方面,它与建筑的联系非常密切。

2　当前设计的现状

一直以来,人们都关注着建筑环境的好坏,将其看做生活质量好坏的标准。当前,人们逐渐开始重视生活、居住空间的质量,在经过一个阶段的发展,当实现量的目标之后,就会越来越重视质的目标。所以,在室内设计的范围内,总会不断产生一些新的需求,进而产生新概念的装饰行业以及新的设计思路,而这也是社会发展的一个重要的反应。在这之中,由于我国的经济发展,人民生活水平不断地提高,人们逐渐开始追求居住空间的健康性。当前,建筑通常选用钢筋混凝土结构建造,这样就会使人们感觉居住在一张金属网中,就像进入一个同自然电磁场隔绝的法拉第笼,远离了电磁场,使人体感觉不到平衡,进而产生一种恐慌的情绪。随着人们不断地了解环境资源现状,人们对人居环境的要求也越来越高。所以,在满足了人们基本的居住条件后,钢筋混凝土结构质的居住环境已经不是人们的追求对象,而回归质朴与自然已经成为了当今人居环境的主流。因此,选用自然光采光的建筑已经开始慢慢受到人们的推崇。

3　自然光与现代建筑设计

3.1自然光与建筑内空间的关系

可以说,自然光是建筑环境设计中一个非常重要的构成。通过采光口,自然光进入建筑空间,不但可以满足光线的视觉强度,满足生活工作的需要,还可以创造丰富多彩的空间效果,这种空间效果主要包含了方向性效果、立体感效果和空间的开敞性效果等。在建筑室内环境中,光的方向性占据了很大的地位。在被照射的空间中,若想创造出新颖的视觉效果,就要结合光的方向性与光的远近、强弱等。通常的手法为：使室内空间的可见度加强；增强或者减弱明暗的比例；增强或减弱室内物体的立体感。在建筑室内光环境中,对光的方向性起着重要作用的是采光口的地点以及朝向,这种方向性效果主要影响着建筑功能、建筑室内界面、人物形象以及人们的心理反应。通过饰面材料的光学特性、质感、色彩以及采光口对光线的控制,可以表现出室内空间的表面、色彩、造型及装饰效果。

在选择室内表面的反光、透光和扩散特性材料时,应该考虑整体环境的气氛,要与其风格尽量保持一致。在设计或布置一些家具或其它陈列物时,也应该对室内表面材料的外形大小以及质感等进行考虑。窗的布置会对自然光的环境产生直接的影响,举例来说,利用茶色玻璃,可以对光进行过滤,进而创造出一种柔和的室内氛围。

自古以来,很多的建筑师在营造建筑空间时,都利用了光照,也创出了很多的杰出作品。“光的教会”的空间由日本著名的建筑师安藤忠雄创造的一种建筑形态,他使静止的建筑表现出一种难以言说的动感,他将静止的材料在主观上描述成有生命的物体,利用光的艺术感,给灰暗以及冰冷的墙体赋予活的生机。在建造教堂的时候,并没有在墙体上悬挂或者建造十字架,而是利用墙体开凿一个十字形的裂口,使得自然光透入,人们在黑暗的室内可以看到被光渲染的十字架,从另外一个角度使人的精神上升到另外一个境界,因此,在建筑设计中,将光变成了建筑中最重要的一个角色。不仅如此,还利用各种各样的艺术手法,并不让光自然进入,也能获得一定的效果。比如,在美术馆展厅设计的时候,地板布置为黑色的花岗岩,内墙体选用灰白色调,使得空间变得宁静以及沉稳,给人的感觉是整洁和厚重。同样也让灯光设计的非常到位,从而使灯光的反射对人们欣赏展品也不会产生影响。如建筑中经常使用的红砖材料,在夏天,红砖由于阳光直射呈现淡黄色,但是在冬天,却是赭色,在黄昏与早晨的弱光下,却是桔红或者古铜色。自然光就依托于上述材料,经过色、质不停的变幻,表现出了亲切自然、温暖明朗的建筑风格。

3.2　外围护结构的材料与自然光的运用

在自然界中,每一个事物只要呈现在自然光中都会呈现出自己的美感,从客观上来说,也最容易被我们的视觉神经所感知和接受。光线对材料的反映程度非常高,因此,在选择材料时,一定要考虑其与自然光相结合后所产生的效果。在我们的生活当中,材料是一个在选择度上来说比较容易,也比较能给建筑本身带来美感,因此,建筑师在进行建筑设计时,应根据材料的性能以及特点,将自然光和材料相结合并合理利用。对材料来讲,光照射在材料的上面时,一部分被吸收另一部分被反射。通常根据材料的透光率划分为透光和不透光以及半透光三种建筑材料。

3.2.1　透光质地的建筑材料

在当今建筑中被广泛使用甚至是不能缺少的材料就是透光质地的材料,在对材料的优选性中也逐渐的替代了外层围护的结构。显著的例子就是玻璃的使用,其自身就有的属性可以成为室外与室内交流的一个媒介。在实际的设计中,在追求建筑美感的时代里,也能将玻璃设计成很多色彩的材质,其透光和反射的能力的不同,表现出了丰富多彩的外表形态。同时,材料与光的合理利用,相对于人们感觉中,能使空间得到一定的拓展,在伊东丰雄的设计理念中,将玻璃的透光性发挥的非常极致,与空气、风和自然的结合运用到建筑设计中,呈现出了相当完美的效果,在起到扩展空间的作用方面是一个非常成功的设作品。其设计的仙台媒体中心办公大楼中,它让整个建筑像是在阳光一样沐浴于自然之中,自然光线从不同的方向投射到建筑物中的空间,有效的发挥自然资源的优点,把建筑的“形”完全隐形了,使建筑的坚固性完全颠覆。且在伊东丰雄的空间以内,室内散布着失重的气息以及跳动的天然光源。显然在伊东丰雄的想法中,把现代透光材料的特点发挥的淋漓尽致,用独特的新时代的创意表现出室内与室外的光线特质,预示着自然光的利用不只是人与大自然之间的问题,显示出人与建筑整体相处的世界,且自然光就是显性因子,材料是表现运用的工具。（如图1）

玻璃既能利用透明的特点把自身融合在周围的环境中,同时可以通过其对投射在其表面的自然光的反射作用,把周围环境中的建筑、绿树、白云、行人显现于眼前,和环境融合在一起。针对有关新老建筑相互融合的议题中,这种形式的特色具有超前的优势,能够充分体现其独特的作用。法国里尔美术馆新馆就是一个很成功的例子,新馆与老馆互相应衬,建筑师的奇思妙想令人很佩服,就是利用玻璃透光、反光的特质。但玻璃的强反射性很轻易的形成眩光,对视觉的冲击与对环境造成的光污染,把周围环境的和谐美完全打破,这种问题对建筑师来说在设计中也是至关重要的问题。

3.2.2　不透光质地材料

石材、木材、泥土是人们最早运用建筑材料中的,其保温、遮光性能优良,自然光只能以材料的缝隙或预留的窗口才可以进入建筑中去。在相对廉价的混凝土出现后,在诸多的方面都可以完全取代天然材料。混凝土在通过各种的工艺加工以后,不但能表现出粗犷,还能体现细腻,甚至能表现大理石般的光泽。在20世纪60年代时,高反射材料依据其材料与施工技术的发展,开拓了人们的设计思路,不断的渗入到人们的生活中,各个行业都利用金属材料发挥了不同的作用。例如：建筑行业应用金属材料,由于其抛光金属表面比玻璃表面对光线的反身性能更好,同时其还可以与自然相融合,反射出环境的色彩,给人们不同的感官感受,并且也体现出了现代高科技的时代感。此外,还有一些金属材料,具有其独特的自身特点,被广泛应用在各个领域,比如纤细的金属构件具有重量轻、透光性好的特点。

3.2.3　半透光质地材料

半透光质地材料是一种可以透光、折射光,但是却不能透视,介于砖石与玻璃之间的材料,例如：磨砂玻璃、塑料、纸、纱、布等材料,该种材料通过自然光的投射给人一种朦胧的感觉,能够营造出一种柔和、宁静的空间氛围,这种材料可以向室内提供大量的自然光,使建筑与自然相融合,这主要在于其采光尺度约束小。能够充分体现这种材料的价值的建筑有坐落在东京西部中心区亚马特大街上的涩谷区基督教堂。该建筑采用半透明玻璃和玻璃纤维叠加的手法,与城市的喧嚣相隔离,充分与自然相结合,创造出全新的安静、静谧的圣堂。

4　在建筑设计中应用自然光的案例说明

随着社会经济的快速发展,人们的生活水平不断提高,对建筑物的要求也越来越高,当今时期,人们越来越重视自然保护,同时对于建筑物追求节能环保,在建筑节能设计中,在采光方面,也鼓励采用自然光,自然光不但具有其自身的功能性与艺术性,同时还给人们增添了很多色彩,因此,在建筑设计时,要注重保护建筑生态环境,因地制宜,合理使用自然资源。而在建筑设计中,自然光的利用主要体现在建筑物的朝向、建筑体形设计方面,可以有效地进行保温与采光。充分利用自然光,已成为建筑师考虑的重点。

4.1　坐落于巴伐利亚文德堡修道院内的青年教育中心,其客房设计就采用了能够增加南向吸收太阳辐射面积的小进深矩形体形。该建筑中一条较长的走廊将南侧的客房区与北侧的服务空间相联接,南侧面充分采用大面积玻璃进行大量的采暖与采光,充分利用了太阳能与自然光,这种大面积玻璃不仅有利于采暖与采光,而且也能够让人们欣赏到窗外的美丽景色,使建筑与自然相融合。在夏天,大屋檐的阴影与墙上的遮阳设备能有效阻挡南面的眩光以及防止建筑受热过度。其北面的空间是辅助性质的,使用频率及使用时间都相对比较少,所以建造时运用不透明的建材与木质材料,窗户的尺寸非常小,只需要将一套加热迅速的暖气系统安装在对应的空间里。由此可知,如果设计的建筑是单一体形建筑,那么其建设地点、朝向、开窗数量及大小、用的建筑材料与隔光遮阳等方面,均将自然光在现今的建筑设计中的可能性与合理性体现出来。

4.2　伦敦劳埃德船务注册公司大楼,具有体积庞大、层数高等特点。由于一般建筑外采光面有局限性,所以运用采光井是比较常见的采光措施,这样可以使建筑得到最大限度的自然光,进而实现建筑绿色节能,而且达到住户舒适的目的。在此大楼的设计时,建筑师经过精细规划将此点诠释出来：全玻璃盒子的建筑也能达到低耗能的效果。此建筑运用了双层幕墙,在两层幕墙间留有140mm的空间,空间里又设有百叶窗,可以将阳光的光射入量减少。建筑内的空气经过天花板内的管道进入此空间,进而被换掉,从屋顶被排出建筑外。在建筑屋顶又装有光敏设备,可以对阳光照射进行判断与跟踪,也可以监控百叶窗的调节和旋转,进而对建筑内自然光进行调节,当百叶窗旋转至完全闭合时,能反射热,并将空调的耗能降低很多,室内的空气流通很好,自然通风率也比一般室内高出两倍左右。

5　结束语

综上所述,在建筑设计中充分利用自然光具有非常重要的作用,自然光运用到建筑中,不仅会使人感觉舒适,而且也会给建筑物自身增色不少,还在一定程度上节省能源,并与现代建筑设计节能趋势相吻合。综上,建筑师在建筑设计中要多考虑自然光的运用,多借鉴国外著名设计师的杰作,加快我国建筑设计创新的步伐。

注：原文发表在2014年3月下旬《中华民居》