摘要 自然采光不但可以激发地下商业建筑的活力，提高商业环境品质，同时也是地下建筑可持续设计的一个重要方面。通过典型案例对比研究，结合现场实测对比结果，提出了地下商业建筑自然采光的设计策略和技术措施，同时以量化分析为先导，总结地下商业建筑自然采光的主要特点与优势，提出优化设计 方法，推动地下商业建筑的绿色发展。
关键词 自然采光 地下商业建筑 可持续设计 模拟
1 地下空间与自然采光
自然采光是地下商业空间中最常用的采光方式，地下空间位于地面以下，甚至是地下多层空间，使用人工采光很难满足人们对于空间舒适性的需求，因此自然光线对地下商业空间环境的营造来说非常重要。通常，地下商业空间可通过顶棚开窗和下沉广场两种措施来引入自然光线。
2 北京地区地下商业建筑的自然采光
2.1 下沉式自然采光在地下商业建筑中的应用
下沉式空间自然采光设计是通过地下空间自身部分形体的凹入进行采光的方式，常常存在于城市中心区的大型地下商业街，使其出现空间形态的变化，有利于形成多层次的复合空间，同时通过下沉部分的立面侧窗为地下商业提供大量的自然光线，但受部分地下商业街的层高限制，引入的天然光影响范围有限，具体方式包括下沉广场与下沉庭院。
（1）下沉广场采光比较适合结合地下商场入口设置，其开敞的空间形态不仅可以采光，还能形成地上与地下的缓冲地段，削弱人们进入地下空间的不良心理感受。北京Village SOHO地下商业即采用这种方式，通过楼梯和电梯将地下一层与地面层相连，并在地下一层四周设置大的展示窗，在广场中间设置景观、小品和水体，不仅可以使光线到达地下一层，同时也吸引人群在下沉广场中活动（图1）。
（2）下沉庭院是在商业建筑中凹入地下的一个室外空间，其在满足自然采光需求之外，所创造出的空间具有较强的围合感与较好的景观性。建外SOHO地下商业就使用这种采光方式，庭院周边的商业取得了自然采光和良好景观（图2）。
2.2 天窗式自然采光在地下商业建筑中的应用
天窗式自然采光的使用大部分在埋深较浅、地面部分为广场或绿地的地下商业街。此方式采光效率高，使用也较灵活。为了打破线形商业空间的枯燥沉闷，大部分地下商业街采用设置中庭节点的方式进行处理，但其对地下空间热工环境影响较大，容易引起内部空间过冷或过热，通常有3种方式来实现。
（1）地下商业顶棚设置采光天窗。
中关村广场地下商业空间多处结合采光天窗设计，形成明亮的核心空间，并结合地面绿地和广场布置，不遮挡视线（图3）。
（2）地面建筑顶棚设置天窗用于地下商业采光。
北京东方新天地地下商业空间中，通过设计若干上空空间与地面层相连，并设置天窗将光线引入地下一层，且可以增加商业面积（图4）。
（3）通过突出地面的玻璃采光顶进行地下商业采光。
金源珠宝古玩城地下商业中，阳光可以通过入口处的玻璃采光顶直接照射到地下二层，同时也起到了标志性作用（图5）。
3 北京CBD核心区地下商业区的自然采光设计
3.1 总体概况
北京CBD核心区位于光华路、建国路、针织路、东三环路4条道路围合起来的城市空间，西南侧是国贸桥。规划总用地面积11.771 ha，地下总建筑面积52万m2。地下空间主要是支撑地面空间的基础设施等，将计划建设地下5层的空间。研究主要针对CBD核心区中央广场地下商业区地下一层和地下二层的商业采光进行分析。
由于中央广场下的商业面积为52万m2，这么大的地下商业面积如果只使用人工光源，每年耗电量较大，所以设计引用了一部分自然采光系统（图6～9）。
3.2 自然采光设计
北京CBD核心区中央广场地下一层和地下二层的商业街为南北纵向布局，为了充分利用自然采光，西面设置下沉广场，东面布置天窗，使地下商业获得了光照和活力（图10）。
3.2.1 下沉广场
下沉广场自北向南共分为四进院落，其中南、北、西三面为直线，东面为靠近中心绿地的水波形曲线。南北向总长385m，东西向宽度最宽处30m，最窄处18m（图11，12）。
下沉广场两侧布置半开敞式的商业空间，作为本项目室内外空间的联系纽带，通过设置出入口可以方便室内外的空间穿插，并使地下一层获得自然采光、通风、景观环境和人员疏散的条件，使地下商业区更具活力。
同时下沉广场周边的墙体采用通透的玻璃幕墙体系，对水平空间进行区分和划定，可以从侧面引入更多的自然光线，使下沉广场周边一定范围内的地下公共空间、商业区域、设备管理用房等都能得到较好的自然采光。
3.2.2 采光天窗
中心绿地西面地下商业建筑中主要通道宽度为14m，层高7m。顶部结合地面中央广场的环境设计，在主要通道的上方设置与通道方向一致的天窗，并结合中庭进行采光设计（图13）。
在CBD地下商业空间中，内部购物通道是一条贯穿始终的直线型通道，长200多米，容易给人造成枯燥的空间购物感，通过结合地面景观设计的顶部采光天窗，除满足空间的采光需求，在室内还形成了一定的空间导向作用。核心区地面中央广场的景观位于地下一层商业空间上方，因此天窗主要结合景观和地下商业空间的布局进行设计。在布局上将条状天窗、面状天窗等多种形式组合。除满足地面景观的需求外，还根据地下一层商业空间中内部人行通道的流线进行设计，使得自然光能够通过地下一层到达地下二层的商业部分，创造一定的自然采光效果。
3.2.3 软件模拟优化设计
采用英国Square One公司开发的生态建筑设计软件Ecotect进行建模，从而对CBD核心区中央广场地面西侧下沉庭院与东侧采光天窗对地下主要功能空间自然采光的改善效果进行模拟分析，定量指标为考量采用合理措施后地下主要功能空间10%面积达到采光标准的要求。 3.2.3.1 边界条件
结合本项目各层功能区域设定，以及下沉庭院和采光天窗本身的设定影响，搭建模型，分析选取地下一层（B1）与地下二层（B2）的中心部分。通过采光模拟分析其在室外最不利情况下，为满足室内采光要求，研究玻璃的光学性能下限取值，并对建筑布局提出优化方案（图14～17）。
模拟计算中的相关设置：1）天空背景照度设置为CIE全阴天模式；2）室外临界照度设定为5000lux（北京）；3）B1、B2设置玻璃窗的围护结构部位其窗墙比为0.7；4）天窗、外窗玻璃可视透过率均为0.75；5）采光分析网格设定B1层为1.0m×1.5m，B2层为0.6m×1.0m；6）分析B1、B2层在自然采光下人员工作面（距该层地面0.8m高度处）室内照度情况。
3.2.3.2 模拟结果与分析
B1与B2主要功能区域的自然采光模拟结果如图18，19所示。
建筑采光标准中没有对商业建筑室内照度（自然采光系数）提出要求，在分析计算时参考办公室的标准，取采光系数2%作为低限要求。对达标面积统计计算结果如表1所示。
根据模拟计算分析结果，在地面天窗、下沉庭院外窗、室内隔断内窗可见光透过率均取0.7的情况下，主要功能区域23.2%的面积采光系数均≥2%，满足10%面积比例采光系数达标的建议值，目前的采光天窗与下沉庭院设置对地下主要功能空间的自然采光效果改善作用显著。
以全阴天5000lux为准，采光系数≥2%的功能区域总面积为10025m2，室内照明功率密度为7×10-3kW/m2。天然采光按照8：00～17：00（9h）计算，全年天然采光时间为9h×365=3285h，经计算全年节约电能总量约为23×104kW・h。
4 结论
自然采光在地下商业空间中一直处于至关重要的地位，不仅可以满足人的多种生理、心理需求，更能促进节能减排，而地下空间的自然采光是一种非常有效的节能方式。
以CBD核心区中心广场地下商业中天窗采光和下沉广场的应用为例，通过Ecotect软件对光照的模拟分析结果显示，满足10%面积比例采光系数达标的建议值。采光天窗与下沉庭院设置对地下主要功能空间的自然采光效果改善作用显著，且全年可节约大量电能，对地下商业建筑的自然采光设计起到了示范作用。
