贵州大学校园建筑日照分析

杨平芬，洪俊超，杨九春，李源永，邰诗萱，周长威

贵州大学生命科学学院，贵州 贵阳 550025

0 引言

随着中国经济、文化的快速发展，人们对教育的重视程度越发高涨，越来越多的学生进入高校。由于高校数量和学生人数的激增，高校建筑物的翻新和新建成了一种不可避免的趋势。老校区在尊重原有规划的基础上，不断融入现代元素，使其设计更符合社会发展趋势，更遵从以学生为本的理念方针[1]。学校建筑物的设计不仅需要满足广大师生的正常使用要求，还承担着文化载体的功能，需营造学校多元化的氛围，具备独有的特征[2]。因此，如何在有限的成本里，满足师生对校园建筑的舒适和安全性要求，成了近些年的研究热点。日照与建筑的关系密切，文章以贵州大学东、西两个校区为对照，对建筑光照是否满足师生身心健康需求展开了研究和论述。

建筑光照是根据阳光直射原理和日照标准来判断的。研究建筑日照的目的是充分利用阳光以满足室内光环境和卫生要求，同时防止室内过热。在寒冷季节，光进入室内，能起到提高室内温度，达到良好取暖的作用。建筑物的有效光照时间受到许多因素的干扰[3]，如建筑物的容积率、建筑物形状，不同地区、不同位置、不同朝向的建筑物都会影响建筑物受日照情况。因此，在开展建筑总体规划设计前，需要对校园建筑进行详尽的分析。

在我国，许多学者在早期就已探讨了建筑对光照的影响，并将研究结果用于指导园林植物的选择和配置。但由于当时数字技术及计算能力落后，对光照条件的分析还仅限于光照时数，其方法在定量应用层面上也受到一定的限制。

当前的科学研究中，相关数字软件的开发和计算机运算能力的提高，极大地满足了对光照模拟、分析、评价的需要。数字软件中，CAD和Sketch up系列软件可以模拟不同树木布局对建筑采光和通风的影响；光照和长波环境辐射模型（SOLWEIG）可用于模拟城市环境中的阴影格局、光照时数和平均辐射温度；地理信息系统（GIS）软件对模拟太阳辐射也具有较大的优势。但在实际的操作中，由于所使用的日照分析技术不一样，且各个单位对建筑日照分析的措施要求也不一样，测量得到的结果会存在差异[4]。文章基于光照分析软件、GIS空间分析功能对光照条件进行精确模拟和量化分析，结合校园建筑物的实地调查，对贵州大学东、西校区的教学区、生活区、行政区等建筑的光照日长进行定量分析。

1 研究方法

1.1 研究区概况

贵州大学位于贵州省会贵阳市花溪区，地理位置为东经106°39′10″、北纬26°27′9″，是国家“双一流”学科建设高校、“211工程”重点建设高校。截至2019年3月，学校占地面积为4 646亩，约3.1×106m2，有在职教职工3 940人、在校全日制本科学生33 064人、独立学院全日制本科生18 880人、研究生11 925人。贵州大学校内约有75栋建筑物，楼层高矮不一，生活区最高层为14层，属高层住宅，教学区最高层为6层。北校区建园较早，建筑物较密集；西校区为近年新建，建筑物样式较丰富。

1.2 建筑日照标准

根据《城市居住区规划设计标准》（GB 50180—2018），按照住宅建筑日照标准，将建筑气候区进行了划分，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ气候区，如表1所示。文章研究区属于第Ⅴ气候区，日照标准日为冬至日，日照时数为1 h，有效日照时间带为9～15 h，计算起点为底层窗台面。

表1 住宅建筑日照标准表

1.3 数据来源

此次研究的数据来源于贵州大学高分辨率遥感图像、GIS光照分析功能、光照分析软件。

2 结果分析

2.1 建筑物日照分析

采用阴影分析的方法模拟贵州大学所有建筑物冬至日日照情况，获得贵州大学所有建筑物的日照数据。模拟建筑物的日照时数范围为0～8 h，分为0～1 h、1～2 h、2～3 h、3～4 h、4～5 h、5～6 h、6～7 h和7～8 h 8个等级。贵州大学校内有75栋建筑物，不符合日照标准的有75栋，占总建筑物的100%。通过观察分析发现，建筑物的容积率、建筑物形状都会影响建筑物受日照情况。贵州大学部分建筑物不是单一朝向，形状不规则，这会导致不管从哪个方位观察建筑物都会发现不符合日照标准的情况。

（1）东、西校区建筑物日照情况分析。西校区建筑物共有48栋，建筑物的东南面是受日照最多的建筑面，能达到日照标准的建筑物有40栋，占总建筑物的81.63%；建筑物的西北面是受日照最少的建筑面，每栋建筑物西北面的日照时长都不符合日照标准。西校区建筑物日照情况如图1所示。东校区共有建筑物27栋，建筑物的西南面是受日照最多的建筑面，能达到日照标准的建筑物有24栋，占总建筑物的92.31%；建筑物的东北面是受日照最少的建筑面，每栋建筑物东北面的日照时长都不符合日照标准。

（2）三大功能区建筑物日照情况分析。将贵州大学建筑物分为三大功能区，分别为生活区、教学区、行政区。贵州大学校内所有建筑物东南、西南面受日照最多，西北、东北面受日照最少。生活区共有建筑物44栋，其中光照较多的面能达到日照标准的建筑物有44栋，占总建筑物的100%；教学区共有建筑物20栋，光照较多的面能达到日照标准的建筑物有13栋，占总建筑物的65%；行政区共有建筑物11栋，光照较多的面能达到日照标准的建筑物有7栋，占总建筑物的63.64%。所有光照较少的面均没有达到建筑物日照标准。

2.2 建筑楼层日照分析

因为建筑物本身会影响其他建筑物的日照情况，尤其是高楼层建筑，所以对贵州大学西校区和东校区的建筑物进行楼层分析。通过对建筑物的日照分析可以得出，建筑物东南面的光照时长比西北面的光照时长较长，因此文章统一分析东南面的楼层日照时长。

西校区教学区的14栋楼楼层为5层，1～5层日照时长为5～8 h。西二区生活区的17栋楼楼层为14层，其中11栋、12栋、13栋、14栋、16栋、18栋、20栋、21栋、22栋1～14层 日 照 时 长为5～8 h，15栋、17栋、19栋1～4层日照时长为3～4 h，23～27栋1～14层日照时长为5～6 h。西一区生活区有11栋楼，楼层最高为13层，其中4栋、6栋日照时长为7～8 h，1栋、2栋、3栋、5栋、7栋、8栋、9栋、10栋及西一区食堂日照时长为5～8 h。西校区6栋行政楼最高楼层为10层，1～10层日照时长为5～8 h。

东校区教学区6栋楼楼层最高为13层，1～13层日照时长为5～8 h。东校区生活区16栋楼最高楼层为9层，1～9层日照时长为5～8 h。东校区行政区5栋楼，最高楼层为4层，1～4层日照时长为7～8 h。

综上，西校区和东校区生活区、行政区和教学区的建筑物楼层东南面均符合日照标准，合格率为100%。

2.3 建筑物窗口日照分析

在冬至日的有效光照时间9～15 h内，通过光照分析软件对贵州大学东、西两校区的窗口光照情况进行模拟，可以得出两校区的窗口光照情况，如表2～表4所示。由表4可以看出，在分析的33 753个窗口中，符合日照标准要求的窗口有20 230个，占总窗口的59.94%，不符合日照标准的有13 523个，占40.06%。

（1）东、西校区建筑窗口日照情况对比分析。从表4可知，在西校区模拟的27 673个窗口中，符合标准的窗口有16 494个，占59.6%；不符合标准的有11 179个，占40.4%。东校区共模拟了6 080个窗口，其中符合标准的窗口有3 736个，占61.45%；不符合标准的有2 344个，占38.55%。总体上看，东校区符合标准的窗口的比例大于西校区，相较而言，东校区的建筑物窗口总体能接受的日照多于西校区。其中，西校区建筑物中窗口不合格率最高的为52.96%，如表2所示，而东校区不合格率最高的达54.13%，如表3所示，可见东校区虽然总体上窗口合格率高，但就某一建筑物的窗口来看，不符合日照标准的占比高于西校区。

表2 西校区不同功能区窗口日照情况

表3 东校区不同功能区窗口日照情况

表4 贵州大学东、西校区建筑窗口日照情况

（2）三大功能区建筑窗口日照情况对比分析。根据表4统计数据，绘制两个校区三大功能区总的窗口日照合格率占比柱状图，如图2所示。在模拟分析的所有窗口中，东校区行政区有559个，其中符合标准的窗口占51.52%；教学区有1 718个，其中符合标准的窗口占79.34%；生活区有3 803个，其中符合标准的窗口占54.83%。西校区行政区有1 748个，其中符合标准的窗口占61.04%；教学区有7 001个，其中符合标准的窗口占65.12%；生活区有18 924个，符合标准的窗口占57.43%。东、西校区的教学区的窗口合格率达65%以上，而生活区的窗口合格率不足60%，教学区能够较好地满足师生对光照的需要，生活区虽然窗口数最多，但达到标准的窗口数低于60%，不能很好地满足师生对光照的需要。

图2 三大功能区窗口日照合格率占比

第一，两校区生活区窗口日照情况对比分析。从表4来看，西校区和东校区的窗口合格率总的比例都超过50%，其中西校区生活区符合日照标准的建筑物窗口占57.43%，不合格率占42.57%，而东校区生活区合格率仅为54.83%，两者差值为2.6%。相比而言，东校区的生活区建筑物总体接受的日照少于西校区。生活区作为师生日常生活中所在时间相对较长的地方，其日照合格率理论上应高于行政区与教学区，但实际生活区日照窗口合格率大部分低于教学区与行政区。

第二，两校区教学区窗口日照情况对比分析。从表4来看，在分析的东校区教学区1 718个窗口中，合格的窗口有1 363个，占79.34%；在西校区模拟分析了7 001个窗口，其中合格的有4 559个，占比为65.12%。可见两处满足日照标准的窗口合格率相对较高，相比之下，东校区高于西校区。因此，东校区教学区更满足师生对日照的需要，比较适宜进行生活、办公等活动。

第三，两校区行政区窗口日照情况对比分析。从表4来看，共计分析东、西校区行政区的窗口数分别为559个、1 748个，其中东校区行政区符合日照标准的窗口有288个，占51.52%；西校区行政区的有1 067个，占61.04%。可见，在西校区行政区中可以接受的光照高于东校区。就单个建筑物而言，东校区行政区建筑物中窗口不合格率最高为54.13%，西校区则为45.47%，相对来说西校区行政区能较好地满足师生对光照的需求。

3 结束语

文章通过对贵州大学建筑物的日照分析，可以得出建筑物东南面的光照时长比西北面的光照时长较长。从建筑物楼层的日照分析来看，西校区与东校区生活区、行政区和教学区的建筑物楼层东南面均符合日照标准，合格率为100%。从建筑物的窗口来看，东校区符合标准的窗口的比例大于西校区，相较而言，东校区的建筑物窗口总体能接受的日照多于西区。总体来看，贵州大学大部分建筑的日照可以满足师生学习生活的需求。

需要说明的是，文章在对校园建筑物窗口进行分析时，缺少对地形因素的考虑以及忽视了窗口日照增长变化的趋势，且因模拟效果与实际建筑物存在差异，因而分析结果并不完美，有待进一步研究。