1居住建筑天然光环境设计目标
在居住建筑天然光环境设计中，面对不同室外环境特点和室内空间功能，首先应该立足的是居住建筑天然光环境的多目标性，即充分认识到居住建筑天然光环境丰富多样的内容，以及这些内容落实到建筑设计中的内在结构关系，这种认识对于任何居住建筑空间来说都是适用的，并在此基础上展开对不同目标功能性要求的分析，也就是从设计之初，就应该建立“多目标系统与多目标控制”的设计思路，突破专业和学科的界限，从更大的环境范围整体性地思考设计内容。明确这一思路，可以有助于系统化设计过程，突破传统的专业和学科界限，使得设计过程更加立体，设计结果更加精确。为了使抽象的概念层级与具象的设计目的相联系，本文对一般情况下，城市居住建筑天然光环境的设计内容和任务进行了总结，主要包括以下几点:1)要满足现有规范中对于天然光环境各因素的基本要求，主要有:卧室、起居室(厅)等居住房间以及厨房均应直接采光，以满足居住者生理、心理和卫生方面的需要;要有良好的采光窗朝向，最好为南朝向，东南或西南朝向次之，东、西朝向再次，最次为东北或西北朝向以及北朝向，目的在于获得足够的天然光;要满足《建筑采光设计标准》(GB/T50033-2001)对窗地面积比和采光系数最低值的要求;对有日照要求的房间，要满足《城市居住区规划设计规范》(GB50180-93)(2002年版)的要求［2］;窗户和建筑形式的设计要满足《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26-2010)对建筑体形系数、围护结构传热系数、窗墙面积比、建筑耗热量指标的要求。2)窗户面积的设置满足采光能效值的要求。3)窗户形状、位置的设计满足采光和视觉舒适度的要求。4)兼顾室内的景观和视野感受。完成了上述“基于多目标的居住建筑天然光环境优化设计”方法实践应用的第一步，就明确了设计的总体目标和思路，明确、细化了设计任务，为具体的设计内容提供了实践起点。
2居住建筑天然光环境设计目标的整合
在明确思路和设计任务之后，需要将这一思路与具体的居住建筑空间相联系，以形成具体化的设计任务，按照“整合目标”的实践步骤，首先需要确定每1项设计任务所需要的数据或资源信息，以及达到这些信息的具体设计手法。比如，朝向是天然光环境设计的主要内容之一，首先应该确定居住建筑户型，明确不同功能空间的朝向。但是居住建筑的朝向会受到不同因素的制约，在对居民的问卷调查中，普遍认为的住宅最佳朝向中南向占73%，东南向占18%，东向占9%(见图1)，居住者可以接受的朝向中南向、东南向、西南向占的比例最大分别占到28%、24%和27%，其次为东向占到12%，北向、东北向和西向占的比例最小均为3%(见图2)。而针对与朝向有关的居室布置的问题，当仅有2个房间可以占据一户中的最佳朝向时，59%选择了起居室与卧室，而选择双卧占据最佳朝向所占的比例为11%，15%选择了卧室与书房，11%选择了起居室和书房，可见大部分居住者希望起居室能占据最好的朝向位置。居民在回答调查问卷的问题时按照问卷填写内容倾向于从采光和日照的角度选择最佳朝向，由图3可以看出，窗外景观的重要性程度仅次于直射阳光和空间照度分布，而在实际的项目设计中，环境景观也是决定居室朝向的重要因素，此时需要综合采光和景观的要求，协调两者矛盾，根据项目实际特点确定居室朝向。这其中，居住者对于采光、日照和景观的要求即是该项设计任务的资源信息，而“整合目标”的步骤提供了完成这一设计任务的手段。在确定了居室朝向后，需要决定居室窗户的面积和形式，本文针对建立的天然光环境多目标优化设计模型以及对模型的求解也是1种“整合目标”的过程，其过程可由图4表示。
首先，窗户面积是影响建筑耗热量指标和室内天然采光质量的最直观的形式特征，也是影响居住者视知觉感受的直接的空间表象。在天然光环境优化设计中首先要确定建筑的耗热量指标，进而根据耗热量指标确定计算房间的窗户面积。《建筑采光设计标准》(GB/T50033-2001)和《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26-2010)中都对窗户面积提出了相应的要求和规定。《建筑采光设计标准》(GB/T50033-2001)要求在建筑方案设计时，对于类光气候区的普通玻璃单层铝窗采光，起居室、卧室、书房、厨房的窗地面积比可按1/7进行估算，卫生间、过厅、楼梯间、餐厅的窗地面积比可按1/12进行估算。其次，窗户的形状和位置是影响天然光在室内空间分布和视知觉感受的功能性特征，优化设计的重要内容即是根据室内空间的具体使用情况和使用者的个体特征确定窗户的形状和位置，窗户形式对于室内空间天然光的分布和视知觉感受并不是直观可知，且并不存在最佳的窗户形式。通过研究表明窗户的上沿高度与室内采光系数的相关度最高，因此可以通过窗高临界点结合视知觉感受和采光能效的研究结果的思路确定合适的窗户形式和位置。由图4可以看出，在这一过程中综合考虑了包括光气候条件、不同功能空间的采光能效值、窗户形式对采光系数的影响作用、窗户形式对视知觉感受的影响各方面的设计参考信息，形成了“窗户面积———窗户高度———窗户位置、形式”的设计过程，并在这一设计过程中有效的整合了各种参考信息的设计要求。突出了窗户作为天然光环境设计的主体地位，强调了采光与建筑耗热和主观舒适度的等设计目标间的相互影响作用，和对窗户形式、位置设计结果的影响作用。由此可见，在“多目标控制”的设计思路下，需要随时整合不同目标的设计要求，并根据项目实际特点做出相应的选择，使对目标的追求落实于实际的设计中。
3居住建筑天然光环境目标的完成
在完成了前2步设计过程之后，基本的设计内容已经完成，这时需要从整体的角度针对各项目标和任务进行计算和检验，适时地做出设计调整，对于通过建筑形式设计无法达到或在某些项目中无法协调的目标，可以选择适当的采光技术和先进的窗体和墙体材料进行补充，完成相应的设计目标和任务。
4结语
经过上述层层递进的设计和理解过程，可以得到一种全方位、系统、精准的设计结果，这些结果涵盖了居住建筑天然光环境所包括的各种角度，整合了与天然光环境相关的建筑设计和其它环境设计的设计过程和设计方法。因此，可以认为，依托于“明确目标→整合目标→达成目标”这3个实践环节，“居住建筑天然光环境多目标优化设计”可以顺利地应用于居住建筑的方案设计阶段，成为天然光环境设计实践的现实有效支撑。
作者：张滨 王书晓 单位：中国建筑科学研究院 建筑环境与节能研究院
