浅析现代建筑设计与自然元素的结合——以自然光为例

吴维维

武汉理工大学，武汉，430070

一、引言

自然光为自然元素的一种，是最常见的可再生资源，而被人类广泛使用。自然光也是现代建筑和建筑设计必不可少、高度重视的特别元素。在现代建筑设计中合理有效地利用自然光，减少能源消耗、降低运行、维修、管理成本，是现代及其未来建筑师必须重点思考和研究的问题[1]。将现代建筑与自然元素高度结合，对人类而言，是生活与居住要求的满足，也是促进可持续发展的重要手段。

二、现代建筑设计与自然光高度结合的必要性

随着社会的不断进步，建筑业也在不断发展，建筑设计的理念也在不断革新变化。“以人为本”是建筑设计的核心。现代建筑与自然光的高度结合是设计充分考虑人对建筑的要求，也是以人为本理念的具体体现，因此现代建筑融入自然光是非常有必要的。

1.人对自然光的依赖

（1）生理需求。自然光是人类重要的生理需求之一。首先，自然光的存在是人看到客观事物的必要条件，客观物体通过光的反射进入人的视网膜，从而形成影像；其次，自然光的变化，如白天黑夜，左右着人的生物钟，安排了作息时间；再次，自然光帮助人体形成维生素以及其他营养物质，能够提高人的健康水平；更次，太阳光中的紫外线可以杀死病毒以及细菌。

（2）心理需求。自然光也是人类不可或缺的一种心理需求。自然光的存在远远早于人类，从人类诞生到现在，光就一直伴随着人类，光是人类心理活动中不可缺少的一种物质。当人呆在黑暗中，可能会产生恐惧、惊慌、失落等心理情绪，这时候的人渴望光，这是因为光能带来安全感和自信心。

（3）象征意义。远古时代，人类对太阳、月亮、星星以及闪电等会发光的物象顶礼膜拜，于是这些发光的物体就被赋予了一定的含义，就如太阳象征勇敢、激情、光明那样。远古人类用光，也就是用火来驱逐野兽，保卫安全，从而促进了自身的进步。将自然光赋予象征性意义已成为各国重要的历史文化，因此也是中国传统文化的重要内容。

2.自然光对现代建筑与建筑设计的意义

（1）调节室内环境。自然光对调节室内环境有着至关重要的作用。当自然光进入室内，能够增强明亮度，这对缺少阳光照射的建筑，作用更为重要；自然光还能调节室内温度。随着四季的变化，人类对室内温度的需求也在变化，特别是在寒冷的冬天以及高纬度地区，自然光的利用特别重要。纬度较高的地区，因为冬季时间长，在以往，人们主要是通过燃烧煤炭或者木材来获取温度，这样常常会引起一氧化碳中毒，危害生命。就现代建筑而言，在高纬度地区，房屋设计基本上是将自然光作为调节室内温度的主要手段。

（2）能够推动建筑技术的发展。科学技术的进步不断改变着建筑设计的方法和材料的使用。自然光的利用是建筑技术的进步，重要的是能够改变以往落后、耗能的不良行为。自然光与现代建筑相结合，符合低碳节能理念和可持续发展策略，能够加快社会发展的步伐。

3.将自然光应用于现代建筑之中

当代社会是钢筋混凝土包裹着的时代，如何在枯燥的现代建筑中创造良好舒适的工作、居住环境成了现代建筑设计着力的重点。随着人们对环境资源现状的深入了解，对工作、居住环境的要求也越来越高。在满足了基本的工作、居住条件之后，钢筋混凝土结构的工作、居住环境不再是人们追求的目标，回归质朴与自然成了人们选择工作、居住环境的主要根据，采用自然光的建筑已经受到了人们的推崇[2]。

（1）自然光应用于建筑内部。自然光作为人类不可缺少的物质，就是生活的必需品。自然光与建筑空间共存。人类如果能够将自然光很好地运用于建筑内部，那么建筑就会摆脱钢筋混凝土的束缚，更好地融入自然环境之中。自然光应用于现代建筑内部主要体现在以下几个方面。

其一，自然光与建筑内部的功能。建筑功能是人们选择住房时的首要条件。自然光能够有效地优化建筑内部的功能，有效地调节室内的温度、湿度甚至建筑内部的结构与布局等。自然光直射的房间可以设置成客厅，于是就有了明亮、宽敞的效果；背光的房间则可以作为杂物房，用于储藏物品。

其二，自然光与建筑的内部结构。房间受自然光照射时间的长短、照射面积的大小等都会对房屋的内部结构产生影响。合理掌控自然光的分布，可以使内部的结构更为合理，而有助于住房的自然、环保、舒适。

其三，改变建筑的细节。建筑自然采光是最为常见的方式。在纬度较高的地区，由于寒冷时间长，建筑的门窗大都面向太阳，尽可能多地接收阳光的照射，提高室内的温度。在东京或香港这样的大都市，低矮房屋的光源被高层建筑所遮挡，便改为屋顶采光（见图1）。

图1 屋顶采光

（2）自然光应用于建筑外部。

其一，自然光与现代建筑外部形体结构的关系。建筑外部形体结构必须根据自然光照进行设计，自然光的强弱、照射角度等都影响着建筑的外形。在赤道地区，由于长时间受到太阳光直射，光照强烈并且时间长，建筑外部主要是用木头、稻草等材料制作；在中国传统民居中，中庭是将自然与建筑融合的范例。在中庭空间采用自然光线，利用自然光的漫反射，借助四季更替和朝暮实施自然改变。光与影的交织，形成似透非透、虚实对比、变化多端、生动活泼的效果，完全打破了置身于六面盒体空间中人所受到的封闭约束。北京四合院可以说是利用中庭采集自然光效果最为典型的建筑；著名建筑师安藤忠雄在1975年设计的住吉长屋（见图2），对外没有一个窗户，而是利用中庭引入自然光使室内变得明亮通透。为适应采光的需要，建筑会呈现细长型、正方形、圆柱形等外形，这就有力地说明了自然光对建筑外部造型有着重要的影响。

其二，建筑外形设计与自然光的采集。建筑外形的设计与自然光的采集有着密切的关系。即使建筑由简单到复杂、由低矮到高大的发展，但外形与自然光的采集却始终只有两种形式，也就是简单式与复杂式。

图2 住吉的长屋

第一种，简单式。简单式采光主要是借助前窗、侧窗以及顶窗，因此设计较为简单，反映在建筑外部就很单一。例如福建地区的土楼，以圆柱形为主，建筑中空，采光就主要依靠中部的空间。

第二种，复杂式。复杂式采光使用了先进的技术与设备，主要出现在高层建筑中。这一类建筑通过设置采光井、利用技术将光源引入建筑内部。其供配电系统则是利用太阳能光伏发电系统代替了传统的依靠外接电源的方式。

三、自然光与建筑材料的关系

1.透明材料与自然光。

玻璃是当下建筑透明材料中最为典型的一种。玻璃具有透明性，无论是用在建筑的内部还是外部都是非常好的材料，自然光可以透过玻璃照射进室内，带来亮度和温度；玻璃有多种颜色，在建筑外围中，利用彩色玻璃，通过自然光的照射，能够将建筑变成五颜六色，因此添加了建筑的色彩和美感。

2.不透明材料与自然光。

不透明材料主要是指建筑中的砖块、大理石等物品，这一类材料反射自然光的能力非常弱，却具有良好的吸热蓄热功能，起到了保温隔热的作用，如陕西地区，因为纬度高，冬天气温低，为了抵御寒冷，房屋的墙体都特别的厚，墙体吸热性能好，保温作用也强。

3.半透明材料与自然光。

半透明建筑材料在与自然光的结合中，起到了削弱自然光与散射自然光的作用。一般情况下，厕所的门窗玻璃、办公室的门窗玻璃等大都采用的是磨砂，这种半透明的玻璃能够削弱光的穿透性，从而保护了人的隐私。

四、结束语

综上所述，现代建筑与自然元素结合是当今建筑发展的必然趋势，也是人们要求建筑自然、舒适的必然选择。现代建筑设计有效地利用自然光，不仅实现了低碳节能、满足了使用者使用的需求，而且还能够推动建筑业的进一步发展。本文探讨了现代建筑设计中自然光的应用问题，目的是要为今后的建筑设计融入自然元素提供参考。

[1]徐纯一.光在建筑中的安居[M].北京:清华大学出版社，2010：9-10.

[2]余学伟.传统文化在现代建筑设计中的应用[J].美术大观，2012（06）：153.