劉 煒

（四川美術(shù)學(xué)院 建筑藝術(shù)系，重慶 401331 ）

創(chuàng)作型人才培養(yǎng)不僅立足于建筑設(shè)計(jì)課程環(huán)節(jié)的改革與嘗試，同時(shí)，建筑物理實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)作型教學(xué)也是不可或缺的組成部分，其中增強(qiáng)學(xué)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(shù)建筑物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，許多高校建筑物理實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容設(shè)置千篇一律，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室聽教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，按照教師規(guī)定的程序完成固定模式的實(shí)驗(yàn)操作，這是一種機(jī)械式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，也是與實(shí)際工程脫節(jié)的教學(xué)模式。改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，使建筑物理實(shí)驗(yàn)融入創(chuàng)作思維，激發(fā)學(xué)生的探索欲是本課題需要深入探討的內(nèi)容。

筆者在教學(xué)中，為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作積極性，對采光實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了教學(xué)改革，使學(xué)生更加深刻理解建筑設(shè)計(jì)與建筑光學(xué)的相互關(guān)系。

1 采光方案的多樣性探索

人工天穹采光實(shí)驗(yàn)過程中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)采用固定的房間模型完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要求學(xué)生掌握建筑天然采光的基本原理，測定室內(nèi)的照度分布，加深對采光系數(shù)的理解，了解側(cè)窗采光房間采光系數(shù)的分布特性，檢驗(yàn)實(shí)際采光效果是否達(dá)到規(guī)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(diǎn)圖

針對藝術(shù)類院校建筑學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在教學(xué)改革中增加了學(xué)生創(chuàng)作環(huán)節(jié)。例如，采光實(shí)驗(yàn)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(shè)其他前提條件，分組制作1:50的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，每組可搭建3～6種不同組合的模型進(jìn)行對比測試。小組成員集思廣益，對如何提高室內(nèi)采光均勻性，如何把表皮設(shè)計(jì)與采光設(shè)計(jì)相結(jié)合，如何通過窗邊反光及遮陽系統(tǒng)改變室內(nèi)照度分布，如何調(diào)整室內(nèi)墻面的反射比提高室內(nèi)照度等方面展開討論，每組學(xué)生借助SketchUp、DIALux evo軟件反復(fù)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(xué)專業(yè)學(xué)生搭建的部分教室采光模型，學(xué)生普遍希望采光系統(tǒng)在滿足自己設(shè)計(jì)意愿的前提下，得到較為理想的測試結(jié)果。

2 探索表皮設(shè)計(jì)與室內(nèi)采光的關(guān)系

豐富的表皮設(shè)計(jì)手法對室內(nèi)采光產(chǎn)生不同的影響（圖4），采光實(shí)驗(yàn)教學(xué)可結(jié)合主干設(shè)計(jì)課程的表皮設(shè)計(jì)，采用人工天穹采光實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證建筑表皮與室內(nèi)采光的關(guān)系，如教學(xué)樓、圖書館的設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)學(xué)生嘗試創(chuàng)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(tài)等，測試不同朝向、不同遮陽形式對室內(nèi)采光系數(shù)、采光均勻度的影響。該實(shí)驗(yàn)方式可突破傳統(tǒng)的全云天模式下的實(shí)驗(yàn)范疇，將日照測量儀、人工天穹2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合，完成學(xué)校建筑晴天、全云天模式下的實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生開展有利于改善室內(nèi)天然光環(huán)境的建筑表皮創(chuàng)作。圖5是學(xué)生做的表皮設(shè)計(jì)，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(xué)生一些復(fù)雜的想法尚不能實(shí)施，希望今后在模型制作方面配合參數(shù)化軟件Rhino、Grasshopper實(shí)施復(fù)雜表皮的三維建模，并用3D打印技術(shù)建構(gòu)實(shí)體模型。

圖3 建筑學(xué)2013、2014級學(xué)生分組搭建的部分采光模型

圖4 豐富的表皮設(shè)計(jì)手法對室內(nèi)采光產(chǎn)生不同的影響

圖6為針對表皮設(shè)計(jì)完成的室內(nèi)采光測試與分析，左圖為4個(gè)教室采光模型垂直于采光側(cè)墻的A-I剖面采光系數(shù)分布圖，右圖為對應(yīng)的平行于側(cè)墻采光面的剖面采光系數(shù)分布圖。這是一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組完成的室內(nèi)采光實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析，從中總結(jié)了每個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

3 探索室內(nèi)墻面反射比與采光的關(guān)系

室內(nèi)墻面反射比對室內(nèi)采光狀況產(chǎn)生一定的影響，反射比較高的墻面使室內(nèi)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(xué)生理解不夠深刻。在采光實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生采用不同反射比的卡紙貼在模型的內(nèi)墻面，學(xué)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(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更加深刻理解了墻面反射比與采光狀況的關(guān)系。圖7為2個(gè)采光側(cè)窗模型的室內(nèi)不同反射比對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，圖8為2個(gè)采光側(cè)窗模型及2種反射比狀態(tài)下的采光系數(shù)對比分析。

圖5 4個(gè)教室采光窗造型

圖6 表皮設(shè)計(jì)與室內(nèi)采光的關(guān)系和4個(gè)教室采光窗采光系數(shù)分析圖

圖7 室內(nèi)墻面反射比與采光的關(guān)系

圖8 室內(nèi)墻面反射比與采光的關(guān)系

4 探索窗邊反光板、遮陽板與室內(nèi)采光狀況的關(guān)系

采光實(shí)驗(yàn)中鼓勵(lì)學(xué)生嘗試通過設(shè)計(jì)窗邊反光板或遮陽板，改變室內(nèi)的照度分布和調(diào)節(jié)采光系數(shù)，圖9為實(shí)驗(yàn)二組學(xué)生制作的不同形式的反光板、遮陽板模型及運(yùn)用DIALux evo做的前期室內(nèi)采光狀況模擬，并把模擬和實(shí)際模型的室內(nèi)采光狀況做了對比分析。

5 軟件模擬與實(shí)驗(yàn)教學(xué)交互驗(yàn)證模式

DIALux evo是一款功能強(qiáng)大的免費(fèi)軟件。并對很多燈具廠家開放相關(guān)燈具參數(shù)的接入，設(shè)計(jì)師可以直接調(diào)用國內(nèi)外知名廠家相關(guān)型號光源與燈具的參數(shù)。教學(xué)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(tài)和全云天狀態(tài)的室內(nèi)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(xué)生更加直觀地感受到采光理論的應(yīng)用方法，同時(shí)也可模擬手工模型精度不易達(dá)到的復(fù)雜窗邊系統(tǒng)。圖10是軟件模擬與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕换ヲ?yàn)證案例。

6 結(jié)論

圖9 窗邊反光板、遮陽板與室內(nèi)采光狀況的關(guān)系

圖10 DIALux evo軟件模擬與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谋容^驗(yàn)證

通過以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革嘗試，普遍提高了學(xué)生通過設(shè)計(jì)探索解決問題的積極性，使學(xué)生由被動實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃铀伎?、主動?chuàng)作。學(xué)生通過討論、思考、模擬、模型制作，創(chuàng)造性提出各種采光組合模式，并探索實(shí)施解決問題的有效方法。通過教學(xué)改革，學(xué)生對采光相關(guān)理論的學(xué)習(xí)不只是停留在數(shù)字、公式、概念上，而是對采光理論與設(shè)計(jì)手法的結(jié)合有了更加深入的親身感受。