激发学生创作积极性的建筑采光实验探索

刘 炜

（四川美术学院 建筑艺术系，重庆 401331 ）

创作型人才培养不仅立足于建筑设计课程环节的改革与尝试，同时，建筑物理实验课程的创作型教学也是不可或缺的组成部分，其中增强学生的动手能力和主动思考能力显得尤为重要。

回顾中国大多数建筑物理实验课教学，许多高校建筑物理实验课内容设置千篇一律，学生进入实验室听教师讲解实验内容，按照教师规定的程序完成固定模式的实验操作，这是一种机械式的实验教学方法，也是与实际工程脱节的教学模式。改革传统的实验教学方法，使建筑物理实验融入创作思维，激发学生的探索欲是本课题需要深入探讨的内容。

笔者在教学中，为激发学生的创作积极性，对采光实验进行了教学改革，使学生更加深刻理解建筑设计与建筑光学的相互关系。

1 采光方案的多样性探索

人工天穹采光实验过程中，传统实验采用固定的房间模型完成实验教学，要求学生掌握建筑天然采光的基本原理，测定室内的照度分布，加深对采光系数的理解，了解侧窗采光房间采光系数的分布特性，检验实际采光效果是否达到规定要求。

图1 教室选取房间平面图

图2 教室平面照度测试布点图

针对艺术类院校建筑学实验教学，在教学改革中增加了学生创作环节。例如，采光实验以班级教室（图1、图2）为案例，在满足基本窗地比的条件下，不设其他前提条件，分组制作1:50的实验模型，每组可搭建3～6种不同组合的模型进行对比测试。小组成员集思广益，对如何提高室内采光均匀性，如何把表皮设计与采光设计相结合，如何通过窗边反光及遮阳系统改变室内照度分布，如何调整室内墙面的反射比提高室内照度等方面展开讨论，每组学生借助SketchUp、DIALux evo软件反复模拟对比，并选出自己满意的方案完成模型制作。图3是2013级、2014级建筑学专业学生搭建的部分教室采光模型，学生普遍希望采光系统在满足自己设计意愿的前提下，得到较为理想的测试结果。

2 探索表皮设计与室内采光的关系

丰富的表皮设计手法对室内采光产生不同的影响（图4），采光实验教学可结合主干设计课程的表皮设计，采用人工天穹采光实验验证建筑表皮与室内采光的关系，如教学楼、图书馆的设计。鼓励学生尝试创作富于变化的立面采光造型，包括不同形式的窗户、反光板、窗口形态等，测试不同朝向、不同遮阳形式对室内采光系数、采光均匀度的影响。该实验方式可突破传统的全云天模式下的实验范畴，将日照测量仪、人工天穹2个实验项目结合，完成学校建筑晴天、全云天模式下的实验，鼓励学生开展有利于改善室内天然光环境的建筑表皮创作。图5是学生做的表皮设计，通过反光板、提高窗户高度的方法把自然光线引入房间的深处。由于制作手段较为简单，学生一些复杂的想法尚不能实施，希望今后在模型制作方面配合参数化软件Rhino、Grasshopper实施复杂表皮的三维建模，并用3D打印技术建构实体模型。

图3 建筑学2013、2014级学生分组搭建的部分采光模型

图4 丰富的表皮设计手法对室内采光产生不同的影响

图6为针对表皮设计完成的室内采光测试与分析，左图为4个教室采光模型垂直于采光侧墙的A-I剖面采光系数分布图，右图为对应的平行于侧墙采光面的剖面采光系数分布图。这是一个实验小组完成的室内采光实验，并对实验结果进行了对比分析，从中总结了每个方案的优缺点。

3 探索室内墙面反射比与采光的关系

室内墙面反射比对室内采光状况产生一定的影响，反射比较高的墙面使室内工作面或地面的照度值更高。不过仅有理论的阐述往往使学生理解不够深刻。在采光实验中要求学生采用不同反射比的卡纸贴在模型的内墙面，学生为获得较明显的采光状况差别，多采用黑白两色的卡纸进行对比实验。通过实验，学生更加深刻理解了墙面反射比与采光状况的关系。图7为2个采光侧窗模型的室内不同反射比对实验模型，图8为2个采光侧窗模型及2种反射比状态下的采光系数对比分析。

图5 4个教室采光窗造型

图6 表皮设计与室内采光的关系和4个教室采光窗采光系数分析图

图7 室内墙面反射比与采光的关系

图8 室内墙面反射比与采光的关系

4 探索窗边反光板、遮阳板与室内采光状况的关系

采光实验中鼓励学生尝试通过设计窗边反光板或遮阳板，改变室内的照度分布和调节采光系数，图9为实验二组学生制作的不同形式的反光板、遮阳板模型及运用DIALux evo做的前期室内采光状况模拟，并把模拟和实际模型的室内采光状况做了对比分析。

5 软件模拟与实验教学交互验证模式

DIALux evo是一款功能强大的免费软件。并对很多灯具厂家开放相关灯具参数的接入，设计师可以直接调用国内外知名厂家相关型号光源与灯具的参数。教学中可以使用该软件完成光源与灯具的选择、照度与亮度的分布、晴天状态和全云天状态的室内采光模拟、自然采光和人工照明混合照明形式的分析等，使学生更加直观地感受到采光理论的应用方法，同时也可模拟手工模型精度不易达到的复杂窗边系统。图10是软件模拟与实验模型的交互验证案例。

6 结论

图9 窗边反光板、遮阳板与室内采光状况的关系

图10 DIALux evo软件模拟与实验模型的比较验证

通过以上实验教学的改革尝试，普遍提高了学生通过设计探索解决问题的积极性，使学生由被动实验转变为主动思考、主动创作。学生通过讨论、思考、模拟、模型制作，创造性提出各种采光组合模式，并探索实施解决问题的有效方法。通过教学改革，学生对采光相关理论的学习不只是停留在数字、公式、概念上，而是对采光理论与设计手法的结合有了更加深入的亲身感受。