黃險(xiǎn)峰，韋尚佑

(廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院；廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530004)

博物館的展示效果在很大程度上取決于其建筑采光設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，良好的采光設(shè)計(jì)不僅可賦予展品最佳的色彩還原，還可為觀眾帶來(lái)舒適愉悅的觀賞體驗(yàn)。隨著綠色理念的深入和建筑技術(shù)的發(fā)展，自然采光在博物館設(shè)計(jì)中越來(lái)越受到重視。由于天然光環(huán)境與博物館展示空間的設(shè)計(jì)存在著必然的聯(lián)系，不同展品的展示空間有著不同采光要求，應(yīng)首先掌握博物館的采光設(shè)計(jì)方法和天然光功能的關(guān)系[1]，根據(jù)展示空間的實(shí)際光環(huán)境狀況，進(jìn)行合理的采光設(shè)計(jì)，在提高視覺舒適度的同時(shí)，大幅度減少人工照明的能耗。這就要求設(shè)計(jì)者要對(duì)采光的效果和有效性進(jìn)行充分預(yù)測(cè)[2]。由于天然光和人工光是構(gòu)成博物館展示空間光環(huán)境的兩個(gè)要素，若同時(shí)從天然采光與人工照明兩方面分析博物館光環(huán)境[3]，則其室內(nèi)的采光(或照明)均勻性預(yù)測(cè)存在一定困難而難以評(píng)價(jià)，為此Saraiji等[4]采用標(biāo)準(zhǔn)化采光性能指數(shù)(NDI)來(lái)表示室內(nèi)光環(huán)境參量的變化特征。為了適應(yīng)特定地區(qū)光環(huán)境下，針對(duì)炎熱地區(qū)的光氣候特點(diǎn)，F(xiàn)asi等[5]通過設(shè)計(jì)實(shí)例，在滿足照明需求的同時(shí)，應(yīng)用采光系數(shù)和不舒適眩光指數(shù)來(lái)評(píng)介室內(nèi)光環(huán)境、節(jié)能和熱舒適的平衡關(guān)系。而Wonuk等[6]在考慮室外氣溫與照度值關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上，建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型, 描述室內(nèi)光環(huán)境和熱舒適的關(guān)系和照度值隨節(jié)能率的變化趨勢(shì)。

博物館建筑中使用自然采光，具有節(jié)能、無(wú)污染、可再生、心理舒適、晝夜周期、色彩自然等被廣泛接受的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于博物館中陳列的展品而言，Pinilla等[7]認(rèn)為采光既是一種生態(tài)和可持續(xù)能源的合理利用，也是展品內(nèi)在藝術(shù)性的組成部分。另外，根據(jù)視覺特性進(jìn)行采光設(shè)計(jì)，可凸顯綠色環(huán)保和人文關(guān)懷。但因其采光量難以準(zhǔn)確控制、采光效果難以正確評(píng)估而使其備受爭(zhēng)議。另一方面，由于博物館建筑一般存在大面積采光窗和玻璃展柜，應(yīng)合理選擇采光窗玻璃面積，這不僅確保博物館展廳內(nèi)的光舒適，還能實(shí)現(xiàn)一個(gè)可持續(xù)的光環(huán)境，減少在特定區(qū)域的眩光影響[8]，Acosta等[9]通過實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)：室內(nèi)某區(qū)域的采光系數(shù)(DF)與周圍除了窗戶之外的玻璃表面面積成正相關(guān)。所以，若設(shè)計(jì)不當(dāng)或缺乏有效控制天然光的方法，可能會(huì)造成室內(nèi)局部區(qū)域亮度過高、采光均勻度差，致使觀眾視野范圍內(nèi)產(chǎn)生直接眩光和反射眩光，嚴(yán)重影響人們的觀賞體驗(yàn)。研究表明[10]：人們對(duì)眩光所產(chǎn)生的視覺不舒適感是受多種因素影響的，且隨時(shí)間而不斷變化，其中各類眩光是影響博物館內(nèi)光環(huán)境質(zhì)量的主要因素，也是一直普遍存在而又難以克服的問題，其原因之一在于如何評(píng)價(jià)室內(nèi)眩光。Collinge等[11]強(qiáng)調(diào)應(yīng)由博物館的參觀者通過評(píng)價(jià)試驗(yàn)來(lái)判別采光空間中的視覺不舒適原因，Osterhaus等[12]、Sharp等[13]、Bouekri[14]、Tregenza等[15]和Matusiak等[16]通過辦公建筑的天然光環(huán)境研究提出了不同的眩光評(píng)價(jià)指標(biāo)，并歸納出各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性，這些眩光評(píng)價(jià)指標(biāo)可為博物館采光設(shè)計(jì)所借鑒。面對(duì)博物館建筑存在著天然光環(huán)境較差和眩光現(xiàn)象較嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)，運(yùn)用量化分析手段對(duì)博物館建筑光環(huán)境進(jìn)行客觀的分析與優(yōu)化十分必要。通過對(duì)博物館建筑展示空間光環(huán)境進(jìn)行仿真模擬，獲取相應(yīng)的采光參數(shù)，再通過對(duì)這些采光參數(shù)的合理分析，實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部天然光資源的科學(xué)運(yùn)用和有效控制。

營(yíng)造博物館建筑良好的天然光環(huán)境，應(yīng)著重于改善其采光質(zhì)量，提高對(duì)眩光的關(guān)注度，運(yùn)用量化手段對(duì)眩光進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和預(yù)測(cè)，再根據(jù)計(jì)算和預(yù)測(cè)結(jié)果制定對(duì)應(yīng)的控制措施，最大程度降低眩光對(duì)展示空間造成的影響，目前這已成為博物館建筑采光設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。因此，本文將根據(jù)展品的具體特性，對(duì)各類展示空間進(jìn)行合理的采光設(shè)計(jì)，契合觀眾更喜愛在天然光環(huán)境進(jìn)行觀賞的心理和習(xí)慣，同時(shí)營(yíng)造舒適的光環(huán)境。為了避免光環(huán)境的不當(dāng)設(shè)計(jì)和有效地改善博物館的光環(huán)境質(zhì)量，剖析和研究由采光所引起的眩光原因。提出應(yīng)從基于控制眩光、采光系數(shù)和采光均勻度等參數(shù)的角度來(lái)探索展示空間的適宜采光形式和改進(jìn)采光構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)采光設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略。

1 博物館采光現(xiàn)狀調(diào)研

為了掌握博物館的采光現(xiàn)狀，筆者對(duì)南寧、廣州和深圳3個(gè)城市的主要博物館建筑進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，調(diào)研內(nèi)容如表1所示。目的在于了解這些博物館的展示空間形式、采光現(xiàn)狀、展品類型、陳列布局方式等內(nèi)容，通過親身體驗(yàn)這些博物館的觀賞感受，歸納出典型的展示空間形態(tài)。

表1 博物館的采光調(diào)研內(nèi)容Table 1 Field trip on daylighting of museums

續(xù)表1

在分析博物館采光調(diào)研結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)目前在博物館天然采光設(shè)計(jì)方面存在幾個(gè)問題：1)其設(shè)計(jì)切入點(diǎn)大多集中于自然光對(duì)于展品呈現(xiàn)的藝術(shù)及美學(xué)表達(dá)等方面，較少涉及結(jié)合展品特性與陳列布局形式等進(jìn)行的采光設(shè)計(jì)；2)一些陶瓷、字畫展廳仍然是僅有照明，而無(wú)采光的“黑暗展館”；3)對(duì)光環(huán)境質(zhì)量控制方面缺乏對(duì)眩光的量化分析，對(duì)展示空間中的直接或反射眩光控制不夠。因此，有必要基于展示空間的采光質(zhì)量(照度分布和眩光強(qiáng)度等)情況，針對(duì)不同展品的要求進(jìn)行采光設(shè)計(jì)。在分析調(diào)研數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，表2是對(duì)展示空間進(jìn)行的具體分類。

表2 展示空間分類Table 2 Classification to exhibition spaces

2 采光仿真與采光模型

2.1 仿真方法

根據(jù)表2所示的展示空間類別，采用建筑性能分析軟件(Autodesk Ecotect Analysis)與光環(huán)境模擬分析軟件(Radiance)交互協(xié)作的工作模式[17]，對(duì)表1所示的各類展示空間的天然光環(huán)境進(jìn)行仿真分析。天然光環(huán)境的采光參數(shù)包括：采光系數(shù)、采光均勻度、亮度分布與不舒適眩光指數(shù)DGI(Discomfort Glare Index)，其仿真分析流程見圖1。

在仿真計(jì)算中均采用博物館所在地的光氣候參數(shù)。在此先以獨(dú)立式陳列的雕塑展示空間光環(huán)境仿真分析為例，說明博物館采光設(shè)計(jì)優(yōu)化過程。

圖1 展示空間采光設(shè)計(jì)仿真流程Fig.1 Flow chart of daylighting design simulation in an exhibition space

2.2 采光模型

采光口按位置的不同一般分為3種形式：低側(cè)窗、高側(cè)窗及天窗。低側(cè)窗采光是常見的采光形式，在視線范圍內(nèi)的過亮的低側(cè)窗易產(chǎn)生直接眩光；當(dāng)窗墻比較高，展品采用玻璃罩保護(hù)時(shí)，所產(chǎn)生的一次和二次反射眩光將嚴(yán)重影響對(duì)展品的辨識(shí)，難以看清其中細(xì)節(jié)。因此，必須對(duì)博物館陳列室的側(cè)窗和展柜進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì),以消除或減弱直接和反射眩光。矩形展示空間則適合采用條形的采光帶。展墻一般會(huì)沿著采光帶的走向安排展示活動(dòng)，線性的光照特征加強(qiáng)了空間流線的引導(dǎo)性。有些展示空間則會(huì)采用整體的采光頂棚。或由密集的采光口及采光帶構(gòu)成的采光面進(jìn)行采光。在整體采光項(xiàng)棚的展室空間，大面積的采光口所提供的漫射光使得展示空間的氛圍更加均質(zhì)化。圖2所示為陳列雕塑的展廳采光工況：分別低側(cè)窗、高側(cè)窗和平天窗3種，其采光口參數(shù)如表3所示。

圖2是在Ecotect中建立該展廳的建筑模型，其尺寸為9 m×6 m×4.5 m(開間×進(jìn)深×層高)，開窗面積相同，朝向設(shè)定為南北向。人像雕塑高度2.2 m，并置于展廳中部位置。

圖2 展廳的采光口Fig.2 Opening for daylighting in exhibition halls

工況窗口形式窗口尺寸(寬×高)窗口位置窗臺(tái)高度/m窗地比1低側(cè)窗3.6 m×3 m北墻面0.90.22高側(cè)窗7.2 m×1.5 m北墻面2.70.23平天窗3.6 m×3 m頂棚3.00.2

表4為展廳內(nèi)表面的光反射比。根據(jù)各視點(diǎn)高度確定仿真位置，模擬從觀眾的角度對(duì)展品觀賞過程中的視覺體驗(yàn)，并做出評(píng)判。雕塑展廳的視點(diǎn)設(shè)置如圖3所示，觀賞過程以360°環(huán)繞中部區(qū)域的雕塑進(jìn)行，由正東向順時(shí)針依次編號(hào)為1～8。

表4 展廳內(nèi)表面及雕塑的光反射比Table 4 Reflectance of interior surface and statue

圖3 視點(diǎn)的平面布置Fig.3 Plane layout of viewpoint

3 仿真結(jié)果分析

將所建立的采光分析模型輸至Radiance光環(huán)境模擬軟件進(jìn)行相應(yīng)采光參數(shù)指標(biāo)的計(jì)算，獲取采光系數(shù)、采光均勻度、亮度和DGI的分布情況。

3.1 采光參數(shù)的計(jì)算

3.1.1 采光系數(shù)與采光均勻度 展廳內(nèi)部的采光系數(shù)計(jì)算結(jié)果如圖4所示。平天窗的采光系數(shù)在中部區(qū)域較高，向四周墻角區(qū)域逐漸遞減；低側(cè)窗的采光系數(shù)在近窗側(cè)位置較高，隨著進(jìn)深增加而迅速降低；高側(cè)窗的采光系數(shù)隨進(jìn)深增加出現(xiàn)先緩慢增加，沿進(jìn)深方向到達(dá)某一位置后，再逐漸減小的現(xiàn)象，側(cè)窗采光均表現(xiàn)出不同程度的采光單向性特點(diǎn)。

圖4 各類窗采光系數(shù)的平面分布Fig.4 Daylighting factor plane distribution

將仿真計(jì)算區(qū)域劃分為觀賞區(qū)與全局區(qū)(見圖3)，通過計(jì)算展廳內(nèi)部的平均采光系數(shù)和采光均勻度(見表5)以掌握采光系數(shù)在不同區(qū)域的分布情況。

表5 不同采光窗的平均采光系數(shù)和均勻度Table 5 Day-lighting factor and uniformity under different windows

比較表5中各種采光形式的平均采光系數(shù)和均勻度得知：在平天窗下的采光環(huán)境,其采光系數(shù)和均勻度都是最高，這說明平天窗是最有利于此類展品(獨(dú)立陳列的雕塑)的展示的采光窗。

3.1.2 亮度分布 圖5為以亮度分布的偽彩圖，選取視點(diǎn)3(代表觀賞的主要視線方向)的亮度圖像來(lái)分析各采光窗下的展示效果。

圖5 各類窗在視點(diǎn)3的亮度分布Fig.5 Luminance distribution at viewpoint 3

根據(jù)圖5可知，平天窗采光條件下視野范圍內(nèi)的亮度分布最為穩(wěn)定，各視點(diǎn)的亮度分布基本一致，且展品與環(huán)境的亮度對(duì)比較??；低側(cè)窗和高側(cè)窗情況下，在面對(duì)側(cè)窗時(shí)展品與窗口的亮度對(duì)比過于強(qiáng)烈而易產(chǎn)生直接眩光，看不清展品細(xì)節(jié)，并導(dǎo)致眼睛疲勞。

3.1.3 不舒適眩光指數(shù)DGI 窗的DGI采用式(1)計(jì)算[18-19]。

DGI=10lg∑Gn

(1)

其中

(2)

(3)

p=exp[(35.2-0.318 89a-1.22e-2a/9)10-3β+

(21+0.266 67a-0.002 963a2)10-5β2]

(4)

式中:Gn為眩光常數(shù)；Ls是窗亮度，通過窗所看到的天空、遮擋物和地面的加權(quán)平均亮度,cd/m2；Lb為背景亮度，觀察者視野內(nèi)各表面的平均亮度,cd/m2；ω是窗對(duì)計(jì)算點(diǎn)形成的立體角,sr；Ω為考慮窗位置修正的立體角,sr；p為古斯位置指數(shù)；α是窗對(duì)角線與窗垂直方向的夾角；β表示觀察者眼睛與窗中心點(diǎn)的連線與視線方向的夾角。

各視點(diǎn)的DGI計(jì)算值如表6 所示。低側(cè)窗在視點(diǎn)3，高側(cè)窗在視點(diǎn)2、3、4的DGI值均超標(biāo)，其中平天窗各視點(diǎn)的DGI均未超標(biāo)，且在分布最為均勻，說明展廳在平天窗采光的環(huán)境下觀賞雕塑展品時(shí)受眩光干擾為最小。

表6 不同窗戶的眩光值DGI計(jì)算Table 6 DGI value under different types of windows

3.2 采光形式的優(yōu)化

根據(jù)表5、表6中3種窗戶的采光均勻度及DGI值繪制了圖6和7，通過對(duì)每種采光形式的光環(huán)境參數(shù)進(jìn)行比較與分析，再確定雕塑展廳的合理采光形式。

圖6說明了無(wú)論是觀賞區(qū)或全局區(qū)域，高側(cè)窗采光條件下室內(nèi)照度的分布最為均勻，平天窗次之，低側(cè)窗的采光均勻度最差。其中，高側(cè)窗的觀賞區(qū)均勻度與全局區(qū)域均勻度差異最小，表明高側(cè)窗在不同區(qū)域的采光照度分布較為均勻。比較圖7中3種窗的DGI分布曲線發(fā)現(xiàn)：平天窗的DGI分布曲線較為平穩(wěn)，各點(diǎn)的DGI值均分布在10附近，處于較低水平。低側(cè)窗眩光曲線視點(diǎn)1～5的DGI值較高，在視點(diǎn)3時(shí)達(dá)到峰值且超過臨界值，在視點(diǎn)7時(shí)達(dá)到最低值，曲線的變化相對(duì)平穩(wěn)。高側(cè)窗眩光曲線視點(diǎn)1～5的DGI值較高，基本超過臨界值并且有兩個(gè)峰值點(diǎn)(視點(diǎn)2與視點(diǎn)4)，視點(diǎn)6～8的DGI值迅速下降，在視點(diǎn)7達(dá)到最低值，曲線的變化率較大。由此可見：當(dāng)采用側(cè)窗采光時(shí)，人眼在面對(duì)窗口的觀賞區(qū)域，會(huì)隨著視野內(nèi)窗口面積的增大逐漸產(chǎn)生刺眼的感覺，當(dāng)視線正對(duì)窗口時(shí)眩光感基本達(dá)到最大程度，其中高側(cè)窗的眩光感較強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；而視線背對(duì)窗口時(shí)，眩光感消失，整個(gè)觀賞過程視覺感受具有較大的波動(dòng)，易產(chǎn)生視覺疲勞。而在平天窗采光情況下，8個(gè)視點(diǎn)均無(wú)眩光感產(chǎn)生，各視點(diǎn)視覺感受差異不大。

圖6 展廳各工況下的采光均勻度Fig.6 Daylighting uniformity under different windows

圖7 展廳各工況下的DGI值Fig.7 Discomfort glare index under different windows

綜上所述，平天窗的采光效率高，采光均勻度較好，在主要視點(diǎn)無(wú)眩光產(chǎn)生且視覺感受較為一致。因此，對(duì)于獨(dú)立式陳列的雕塑展廳，采用平天窗是最適宜的采光形式。

4 采光構(gòu)件優(yōu)化

由于在平天窗采光條件下，采光系數(shù)和DGI值均可滿足要求，而采光均勻度也是描述展廳空間光環(huán)境質(zhì)量的重要參量之一[20]，下一步通過改善采光均勻度達(dá)到優(yōu)化采光構(gòu)件之目的。

由于在雕塑正上方集中設(shè)立的矩形平天窗導(dǎo)致室內(nèi)中部區(qū)域較亮、四周區(qū)域較暗，為使室內(nèi)照度分布更為均勻，考慮在保持窗地比不變的條件下，將集中式的矩形平天窗拆分成3個(gè)小型條狀平天窗，分散布置于頂棚面，采光面積相同，天窗中線間距為3 m。此分散式開窗的展廳模型如圖8所示。

圖8 展廳中的分散式平天窗Fig.8 Discrete top light in an exhibiting hall

對(duì)分散式開窗的展廳進(jìn)行采光仿真分析，獲得相應(yīng)的采光均勻度和DGI值，并與原來(lái)集中式平天窗的采光方案的采光均勻度和DGI值進(jìn)行比較分析。原方案與優(yōu)化方案的采光均勻度及DGI值的比較見表7、8和圖9。

表7 不同平天窗采光方案的采光系數(shù)、均勻度Table 7 Daylighting factors and uniformity of different windows

表8 平天窗采光方案優(yōu)化前后的眩光值DGITable 8 DGI value before and after daylighting optimization to the flat toplight

由表7可知，在相同的采光口面積相同的情況下，將原來(lái)集中式平天窗進(jìn)行分散布置，觀賞區(qū)與全局區(qū)域的采光均勻度均有大幅改善，其中觀賞區(qū)均勻度達(dá)到0.77，大于采光要求的0.7，提高約30%，全局區(qū)域均勻度提高約34%，可見采用分散式平天窗有利于改善采光均勻度。圖9顯示，在優(yōu)化方案中，其觀賞過程中的DGI值較原方案雖略有所高，增幅在3～5之間，DGI峰值點(diǎn)為15.45，但由于優(yōu)化后的DGI整體曲線仍然處于較平穩(wěn)的狀態(tài)，各視點(diǎn)的DGI分布均勻，且遠(yuǎn)小于DGI的限值20，所以并未引起人眼的眩光感覺，所以視覺感受波動(dòng)不大，產(chǎn)生視覺疲勞的可能性不大。綜上分析，對(duì)于獨(dú)立式陳列布局雕塑展廳，當(dāng)采用平天窗進(jìn)行采光時(shí)，可將集中式平天窗改為分散開窗的形式。這有利于提高采光均勻度，且眩光DGI的值雖有增加，但仍然保持在合理的水平，使室內(nèi)的天然光環(huán)境更為舒適宜人。

圖9 平天窗的DGI值Fig.9 DGI values under flat toplight

5 其他類型展廳的采光優(yōu)化

應(yīng)用上述方法對(duì)博物館的門廳和字畫展廳進(jìn)行采光設(shè)計(jì)優(yōu)化。

5.1 門廳

現(xiàn)代博物館門廳的一般分為中庭式與開敞式(大面積窗體)兩種，可作為展出主題展品的展示空間。本文的中庭式門廳平面為矩形，朝向?yàn)槟媳毕?，入口設(shè)于首層南面，其尺寸為50 m×44 m×18 m。中庭上部開設(shè)平天窗；開敞式門廳平面也為矩形，南北朝向，尺寸為40 m×27 m×18 m，形成通透開敞式的門廳空間。展品的尺寸為4.2 m×2.5 m，為集中式陳列。圍繞展品一周設(shè)8個(gè)視點(diǎn)。經(jīng)采光仿真分析，確定中庭式門廳宜采用平天窗采光，開敞式門廳采用“大面積天窗+大面積側(cè)窗”的采光組合。兩種門廳的采光系數(shù)、均勻度和DGI見表9和圖10。

表9 不同門廳采光系數(shù)最低值、均勻度計(jì)算Table 9 Daylighting factors and uniformities in different foyer

圖10 不同門廳的DGI值Fig.10 DGI values in different foyer

由表9和圖10可知，兩種門廳的采光系數(shù)均可滿足采光要求，觀賞區(qū)都具有較高的采光均勻度，且無(wú)明顯眩光產(chǎn)生。相對(duì)而言，采用大面積側(cè)窗和大面積天窗的開敞式門廳，其室內(nèi)的照度分布更為均勻；中庭式門廳在四周的照度低，而中部的照度高，這種照度分布有利于形成視覺焦點(diǎn)，起到突出主題展品的作用。在2種門廳的采光優(yōu)化方面，應(yīng)注意控制進(jìn)入門廳的天然光，尤其是開敞式的展廳，由于開窗面積較大和采光系數(shù)較高。為了避免過量的太陽(yáng)直射光所引起室內(nèi)過熱，需采用低透射率的窗玻璃或設(shè)置導(dǎo)光板等遮光措施。

5.2 字畫展廳

由于一些字畫對(duì)光線較為敏感，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮光線對(duì)展品造成的損害，在保證展示要求的前提下，應(yīng)控制在展品上的光暴露值。本文中的字畫展廳為南北朝向，尺寸為12 m×9 m×4.5 m。在室內(nèi)的側(cè)墻上布置展品。在觀賞流線上設(shè)置12個(gè)視點(diǎn)，由東北向順時(shí)針依次編號(hào)為1～12。由于書畫展品一般需要近距離觀看。其采光形式有平天窗、低側(cè)窗、高側(cè)窗和鋸齒形天窗四種，其采光系數(shù)、采光均勻度和DGI計(jì)算值見表10和圖11。

表10 字畫展廳的采光系數(shù)和均勻度Table 10 Daylighting factors and uniformities in the galleries under a variety of window

續(xù)表10

圖11 各類采光形式的DGI值Fig.11 DGI values under different kind of daylighting

由仿真結(jié)果可知，平天窗和鋸齒形天窗的采光系數(shù)高于低側(cè)窗與高側(cè)窗。這4種窗的采光均能在懸掛式的書畫展品表面形成較為理想的亮度，即保持展品亮度略高于背景墻的亮度，有利于突出展品的展示效果。平天窗與高側(cè)窗的采光均勻度要高于低側(cè)窗和鋸齒形天窗，其中平天窗在觀賞區(qū)的采光均勻度最高，但全局采光均勻度卻較低，表明觀眾在觀賞區(qū)域和非觀賞區(qū)域之間切換時(shí)，易引起視覺疲勞；高側(cè)窗的觀賞區(qū)和全局采光均勻度較為一致，其觀賞環(huán)境較為適宜；而鋸齒形天窗所形成的采光均勻性最低，這是由于此類窗的采光方向性強(qiáng)所造成的。由圖11可見：低側(cè)窗采光在各視點(diǎn)的DGI起伏波動(dòng)最大，其次為鋸齒形天窗，然后是高側(cè)窗，而平天窗的DGI值在各視點(diǎn)較為平穩(wěn)，且DGI值均處于較低水平，說明在所有視點(diǎn)上無(wú)眩光產(chǎn)生。因此，對(duì)于懸掛式陳列的書畫展廳來(lái)說，平天窗或高側(cè)窗是較為合適的采光形式?？紤]到當(dāng)通過平天窗的太陽(yáng)直射光直接照射展品時(shí)，其照度變化幅度大，且難以控制，可能會(huì)對(duì)展品造成損害。另外，就室內(nèi)照度的分布而言，高側(cè)窗在觀賞區(qū)與全局均能形成較高的照度均勻度，因此，高側(cè)窗更適宜于該類型展廳。由于側(cè)窗采光的方向性強(qiáng)，室內(nèi)進(jìn)深較大區(qū)域的照度較低，因此需要設(shè)法將更多光線引入距窗較遠(yuǎn)的區(qū)域，如考慮將高側(cè)窗設(shè)計(jì)成凸窗形式，高側(cè)窗下端的凸出表面和頂棚刷光反射涂料，將天然光反射至展廳深處。

按照上述同樣方法在對(duì)表1中所示的各類展示空間進(jìn)行采光設(shè)計(jì)優(yōu)化，確定各類型展廳適宜的采光形式，再進(jìn)一步優(yōu)化采光窗等構(gòu)件，由此提出相應(yīng)的采光優(yōu)化策略，以有效改善室內(nèi)采光均勻度，抑制和減弱直接和反射眩光的產(chǎn)生。即可獲得如表11所示的各類展廳的采光設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。

表11 各類型展廳較優(yōu)采光設(shè)計(jì)優(yōu)化策略Table 11 Daylighting optimization strategy to a variety of exhibiting hall

6 結(jié)語(yǔ)

為了避免僅注重照明而忽略采光的“黑暗博物館”現(xiàn)象，應(yīng)考慮同時(shí)采用采光和照明的均衡設(shè)計(jì)來(lái)營(yíng)造展示的光環(huán)境。展示空間設(shè)計(jì)是博物館設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，而其中的采光照明設(shè)計(jì)又是展示空間設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，本文通過對(duì)博物館采光現(xiàn)狀的調(diào)研，對(duì)其中的展示空間進(jìn)行歸納分類，通過建模仿真計(jì)算各類展示空間在不同采光形式下的天然光環(huán)境的采光系數(shù)、采光均勻度、亮度分布及DGI值等采光參數(shù)指標(biāo)。在對(duì)比和分析各類展廳自然光環(huán)境狀況后，獲得各工況下展示空間的采光綜合評(píng)價(jià)，確定各類型展廳最佳的采光形式，然后進(jìn)一步優(yōu)化相應(yīng)采構(gòu)件(窗、反射板和遮陽(yáng)設(shè)施等)的構(gòu)造、尺寸以及材料特性等。由此獲得博物館中雕塑、門廳、書畫、陶瓷等各類各類展廳的最為適合采光形式。這樣可協(xié)助建筑師在博物館建筑展示空間的采光設(shè)計(jì)上充分結(jié)合展品的特性，合理的運(yùn)用自然光，提高博物館的光環(huán)境質(zhì)量，以達(dá)到有效改善室內(nèi)照度均勻度，抑制和減弱直接和反射眩光的產(chǎn)生之目的。

由于人眼在天然光條件下視看舒適自然，視度高，因此,在博物館建筑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮在展示空間中有良好的采光設(shè)計(jì)，本文通過定量的方法論述了博物館采光設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程，提出相應(yīng)展示空間的采光優(yōu)化策略。即根據(jù)展品特性、陳列布局和建筑環(huán)境等提出針有對(duì)性的采光設(shè)計(jì)方案，使不同類型展示空間獲得適宜的天然光環(huán)境，并在一定程度上避免博物館疲勞綜合癥。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姜萌. 博物館自然采光的設(shè)計(jì)與研究[D]. 北京：中央美術(shù)學(xué)院, 2010.

JIANG M. A study on day-lighting design of museum[D]. Beijing:China Central Academy of Fine Arts, 2010.(in Chinese)

[2] GALATIOTO A , BECCALI M. Aspects and issues of daylighting assessment: A review study [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 66:852-860.

[3] 王璐. 視覺特性下博物館空間光環(huán)境的應(yīng)用與研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué),2013.

WANG L. Application and research of visual conditions in museum exhibition design light environment[D]. Xi'an:Xi'an University of Architecture and Technology,2013.(in Chinese)

[4] SARAIJI R, AL Y, SAFADI M,et al. A comparison of scale-model photometry and computer simulation in day-lit spaces using a normalized daylight performance index [J]. Energy & Buildings, 2015, 89:76-86.

[5] FASI M, BUDAIWI I. Energy performance of windows in office buildings considering daylight integration and visual comfort in hot climates[J]. Energy & Buildings, 2015, 108:307-316

[6] WONUK K, YONGSEOK J, YONGCHAN K. Simulation-based optimization of an integrated daylighting and HVAC system using the design of experiments method[J]. Applied Energy, 2016, 162: 666-674.

[7] PINILLA S M ,MOLINI D V, FERNANDEZ - BALBUENA A A, et al. Advanced daylighting evaluation applied to cultural heritage buildings and museums: Application to the cloister of Santa Maria El Paular [J]. Renewable Energy, 2016, 85: 1362 -1370.

[8] HEE W J, ALGHOUL M A, BAKHTYAR B, et al. The role of window glazing on daylighting and energy saving in buildings[J].Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2015, 42:323-343.

[9] ACOSTA I, MUNOZ C, CAMPANO M A,et al.Analysis of daylight factors and energy saving allowed by windows under overcast sky conditions[J]. Renewable Energy,2015,77:194-207.

[10] ALTOMONTE S, KENT M G, TREGENZA P R,et al. Visual task difficulty and temporal influences in glare response[J]. Building and Environment, 2016,95: 209-226.

[11] COLLINGE W O, LANDIS A E, JONES A K, et al. Productivity metrics in dynamic LCA for whole buildings: using a post-occupancy evaluation of energy and indoor environmental quality trade-offs[J]. Building and Environment, 2014,82:339-348.

[12] OSTERHAUS W K E. Discomfort glare assessment and prevention for daylight applications in office environments[J]. Solar Energy 2005, 79(2):140-158.

[13] SHARP F, LINDSEY D, DOLS J, et al, The use and environmental impact of daylighting[J]. Journal of Cleaner Production,2014, 85: 462-471.

[14] BOUBEKRI M. Daylighting, Architecture and Health[M]. First edition. Oxford, UK: Elsevier, 2008.

[15] TREGENZA P R, Wilson R. Daylighting [M]. Oxon, UK: Routledge, 2011.

[16] MATUSIAK B S. Glare from a translucent facade, evaluation with an experimental method[J]. Solar Energy, 2013,97: 230-237.

[17] 周書兵,王永超,葉曉青,等.重慶居住建筑凹槽自然采光設(shè)計(jì)參數(shù)研究[J].建筑科學(xué),2016, 32(4):151-154.

ZHOU S B, WANG Y C, YE X Q,et al. Study on natural lighting design parameters of residential building grooves in Chongqing[J]. Building Science, 2016, 32 (4): 151-154,158.(in Chinese)

[18] 建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):GB/T 50033—2013[S]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2013。

Design standard for building daylighting:GB/T 50033-2013[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2013.(in Chinese)

[19] NAZZALl A. A new evaluation method for daylight discomfort glare[J]. International Journal of Industrial Ergonomics, 2005, 35:295-306.

[20] CARLUCCI S, CAUSONE F, DE ROSA F, et al. A review of indices for assessing visual comfort with a view to their use in optimization processes to support[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2015,47:1016-1033.