中小型高铁客站候车空间天然采光优化设计研究

昝佳利

摘 要： 天然采光设计作为建筑整体设计的重要组成部分，不仅对建筑内部的空间品质有重要影响，同时也是降低建筑能耗的重要环节。对于高铁客站，其室内天然光环境的品质会直接影响到工作人员的工作效率及旅客的候车体验。通过对中小型高铁客站候车空间天然光环境现状及影响因素进行调研分析，借助ECOTECT软件进行模拟研究，提出相应的优化设计策略。

关键词： 天然采光 高铁客站 候车空间 软件模拟

中图分类号： TU113.5文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）02-0055-04

Research on Optimization Design of Natural Lighting of the Waiting Space for Small and Medium-Sized High-Speed Railway Passenger Stations

ZAN Jiali

（ Sichuan College of Architectural Technology， Deyang， Sichuan Province， 618000 China ）

Abstract： Natural lighting design， as an important part of the overall design of a building， not only has an important influence on the spatial quality of buildings， but also is an important part of reducing the buildings energy consumption. For the high-speed railway station， the quality of indoor natural light environment will directly affect the working efficiency of the staff and the waiting experience of passengers. This paper researches and analyzes the present situation and influencing factors of the natural light environment in the waiting space of small and medium-sized high-speed railway stations， simulates and researches with the help of ECOTECT software， and puts forward corresponding optimization design strategies.

Key Words： Natural lighting； High-speed railway station； Waiting space； Software simulation

目前我国高铁已经基本完成大型客站的建设，设计与建设的重心转向中小型客站[1]。本文通过对中小型高铁客站候车空间天然光环境现状及设计手法进行研究，试图发现其不足并对其进行优化，为今后中小型高铁客站候车空间天然光环境设计提出建设性意见。

1 我国中小型高铁客站候车空间天然采光标准和影响因素

1.1 候车空间天然光环境要求

根据《建筑采光设计标准》（GB 50033—2013），交通建筑的采光标准值不应低于表1的规定[2]。

对于本文研究对象“候车空间”来说，其采光等级为Ⅲ，侧面采光时，其采光系数标准值为3%，室内天然光照度标准值为450 lx；顶部采光时，其采光系数标准值为2%，室内天然光照度标准值为300 lx。

在满足以上视觉舒适标准值的同时，候车空间天然采光设计也应在外形美观、节约能源、降低能耗等方面提出相应的策略。

1.2 影响我国中小型高铁客站候车空间天然采光的因素

1.2.1 地理环境与建筑朝向因素

地理环境是影响建筑天然采光的重要因素之一。纬度越高、海拔越低的地区，其室外天然光照度水平越低，在进行天然采光设计时，应注意考虑如何将冬季的天然光更多地引入室内；反之，纬度越低、海拔越高的地区，其室外天然光照度水平越高，在进行天然采光设计时，应更留意其遮阳设计。

此外，朝向也是影响候车空间天然采光的重要因素。被调研客运站多是南北朝向，且南向是主要采光面。在夏季，南面会得到最大的天然光照射，通过技术手段甚至能获得更多太阳能，是最理想的采光立面。而北面尽管白天获得日照量少，在这种情况下使用漫反射天窗，也可以使北面具有良好的采光效果。而东西面由于较低的入射角，且天然光的变化性非常高，西立面在夏季还会受到巨大热量的侵袭，产生严重的眩光，因此在设计中，充分考虑候车空间的朝向问题十分必要。

1.2.2 客站形式

对于高铁客站来说，站房与站场相对位置的不同直接决定了其天然采光方式的差异。根据站房与站场之间的平面和立体关系，其站型有四种基本形式，即线侧式、线端式、线上式、线下式。

线侧式客站站房位于站场一侧，线端式客站站房位于站场的顶端；线上式客站站房位于站台及线路上方，也称高架形式；线下式客站站房位于站台及线路下方。

对于线侧式、线端式及线上式客站来说，其天然采光方式受约束较小，可根据实际情况设置天窗，天窗朝向、面积弹性较大。同时侧窗形式丰富，面积根据实际设计条变化灵活。而对于线下式客站来说，利用天窗采光可行性较小，且站房层高、进深受站台及线路高度、宽度的制约，其天然采光设计具有一定被动性，只能充分发挥侧窗在天然采光中的作用[3]。

1.2.3 规模及尺寸

客站规模也是影响候车空间天然采光的因素之一。在《铁路旅客车站设计规范》（TB 10100—2018）中，按照旅客最高聚集人数，将客货共线铁路客车车站规模划分为四个等级，如表2所示。

对于规模等级较高的客运站，其候车空间面积较大，为满足采光标准值则需要更多的采口面积，此时应增设一定面积的天窗；同时，对于进深较大的候车空间，则需要增设高侧窗将光线引入空间内部。

2 调研案例说明

2.1 样本客站候车空间天然采光调研情况说明

笔者随《铁路客运站站房公共空间体量合理性》课题组对全国多个中小型高铁客运站进行实地调研。结合本次研究目的，最终选择无锡东站、黄山北站、歙县北站、绩溪北站作为研究对象，分析其天然采光设计手法，并提出相应的优化策略。表3和表4分别是被调研车站天然采光设计情况及天然采光测量结果。

对照表1，由测量结果可知：歙县北站在10∶00—11∶00、黄山北站在13∶00—14∶00时间段内采光系数达到标准值3%，但黄山北站室内照度平均值未达到标准450 lx。同时参考表5可知，各站测量当天室外照度均高于阴天照度参考值，对测量结果产生一定影响，综合比较黄山北站测量结果有较大参考意义。 2.2 样本客站候车空间天然采光调研总结

通过对高铁客站候车空间进行实地测量分析，笔者发现其天然采光具有以下特点。

客运站候车空间常用的采光形式包括顶部采光、侧面采光及顶部侧面综合采光。对大型空间来说，顶部采光较侧面采光优势更为明显。其窗口朝向可以与建筑朝向无关，且窗口面积及布置形式有更大灵活性。候车空间利用天窗采光，可以作为白天整个建筑空间的主要采光源，给候车空间带来充足的光线。但同时，应避免顶部过强的太阳直射光线，这部分光线照射在光滑的大理石地面上，会形成使人不适的反射眩光。

对于进深较小的候车空间，侧面采光可以使其得到较为理想的天然光环境。但并非每个方向上的侧窗都能取得较好的效果。对于玻璃幕墙来说，通常只有位于北向的玻璃幕墙才能获得较为稳定、舒适的光线。而南向空间则会随着室外照度的变化产生较大的照度变化，形成不稳定的室内光环境。对于进深较大的候车空间，通常会增设高侧窗将光线更多地引入室内深处，以缓解室内照度不足的情况。

综合来说，顶部侧面综合采光的候车空间天然光环境较单一采光方式的候车空间天然光环境更优，室内照度稳定、照度充足。在空间的营造上也更易使人感到主次分明，顶部采光的空间为主，侧面采光的空间为辅。

3 中小型高铁客站候车空间天然采光设计优化策略

基于上述分析，候车空间天然采光设计可在以下几方面进行优化。

3.1 采光方式优化

经过简单模拟可知：对某一空间来说，顶部侧面综合采光的形式优于单一侧面采光。以歙县北站为例，当为歙县北站增加一扇面积为9 000 mm×16 000 mm（天窗面积参考绩溪北站）天窗时，其采光系数平均值增加为19.75%。且室内光环境更加均匀稳定，为空间营造出向心性，符合客运站建筑的光环境需求。故在条件允许的情况下，应尽量使站房利用顶部和侧面同时采光的形式[4]。

3.2 开窗形式优化

经过调研不难发现，既有客运站站房多采用大面积玻璃幕墙以增加空间进光量，但同时也增加了建筑能耗。在采光口面积相同的情况下，不同的开窗形式带来不同的采光效果，这里分别论述侧窗与天窗的优化方式。

3.2.1 侧窗优化

影响侧窗采光效果的因素很多，主要集中在侧窗形状、侧窗布置方式、侧窗间间距。

在形状的选择上，候车空间宜多采用长方形、正方形的侧窗。具体原因如下：建立47 m×28 m×10 m的空间模型，在采口面积相等（单面墙288 m2），窗间间距为（1 m）、窗台标高（1 m）一致的情况下，分别对其开竖窗、横窗及正方形窗，其模拟结果见表6。

由此可以看出，对于面积较大的候车空间来说，选择形状接近于正方形的侧窗更有利于天然采光，竖向侧窗次之。

对于侧窗的布置形式，这里讨论集中式、分散式以及高侧窗的设置对天然采光的影响。

同样建立47 m×28 m×10 m空间模型，在采口面积相等（单面墙288 m2），窗间间距（1 m）、窗台标高（1 m）一致的情况下，分别模拟4种侧窗布置方式下候车空间的采光系数，模拟结果如表7所示。

从模拟结果可以看出，分散式布置的采光效果优于集中式布置，有高窗时的采光效果优于无高窗时的采光效果，且增加了候车空间在纵深方向的采光均匀度。因而在条件允许的情况下，候车空间宜采用分散式有高窗的布置形式。

对侧窗间间距，同样建立47 m×28 m×10 m空间模型，在采口面积相等（单面墙288 m2）、窗台标高（1 m）一致的情况下，分别模拟间距0.73 m、1 m、1.8 m下的候车空间采光系数，模拟结果如表8所示。

从模拟结果可看出，当窗间的间距在0.73～1.8 m范围内时，空间采光系数平均值变化不大，间距1 m时略高。说明在相同采口面积下，窗间间距不是影响采光系数大小的主要因素。

综合以上三方面因素，候车空间宜选择顶部侧面综合采光方式，侧窗形状类似正方形，并采用分散式布置，根据实际条件设置高窗及适宜的窗间间距。

3.2.2 天窗优化

天窗采光是顶部采光的最常见形式，影响天窗采光的因素主要有自然条件、天窗的布置形式、天窗的形状和大小、建筑室内空间层高及选用的材料。

天气状况、日照时间、季节变化等自然条件是影响天窗进光量的基本因素，排除这些客观条件，这里主要就天窗的布置形式——集中式和分散式进行讨论[5]。

同样建立47 m×28 m×10 m空间模型，在保证天窗面积相同（9 m×16 m）的前提下，分别模拟其集中布置、分散布置时的采光效果。

模拟结果如表9所示。

从模拟结果可以看出，对于单层候车空间来说，集中天窗优于分散天窗。天窗呈矩形或正方形对采光系数变化影响不大。当分散布置时，天窗呈正方形且分散程度较大时，室内采光系数最大，且室内照度分布较为均匀。

4 结语

综上所述，对于单层候车空间来说，采用四角分散式天窗更有利于室内光环境的营造，而对于双层候车空间来说，呈横向分散布置的天窗更有利于其室内稳定的光环境。

参考文献

[1]谢法连寒地高铁客站候车空间天然采光设计策略研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2021.

[2]范征宇，徐若娈，刘加平.夏热冬暖地区中小型铁路客站候车厅自然采光优化设计：以海口某高铁站为例[J].建筑节能（中英文），2023，51（7）：1-7.

[3]徐若娈.基于空间形态的中小型铁路客站候车空间天然采光优化设计策略研究[D].西安：西安建筑科技大学，2022.

[4]马力国.我国既有大型铁路客运站候车空间设计浅析：以北京南站为例[D].天津：天津大学，2020.

[5]张兴艳，严建伟.高寒地区铁路站房天然采光模拟及其优化设计[J].重庆大学学报，2022，45（5）：52-66.