引言

随着人们对舒适健康生活品质的深入关注以及能源与环境形势的日益严峻，追求良好的技术性能已成为建筑设计的重要目标[1-3]。研究表明，作为建筑设计起点的形体设计不仅对建筑的美学效果起决定性作用，对能耗、采光、通风、声音品质等技术性能也具有重要影响[4-6]。因此，建筑师在早期设计阶段进行建筑形体创作时必须将技术性能纳入考虑，不能仅依赖后期深化设计或设备系统。

近年来，随着数字建筑设计的理论与方法迅猛发展[7-9]。许多研究者尝试运用数字设计方法辅助建筑师将技术性能问题融入形体创作，例如：开发能够由计算机自动生成设计方案的参数化模型，减少建筑师将设计构思转化为设计方案的工作负担和时间延迟[10-14]；提出简化的模拟算法快速计算设计方案的性能指标，减少获得技术性能评价的时间延迟[15-20]；以某些性能指标作为目标，利用遗传算法等进化算法对设计方案进行自动寻优，找到设定目标下的“最优方案”[21-25]等。这些既有研究从多角度探讨了使用数字方法辅助建筑形体设计、提升技术性能的可能性，但对基于性能的设计导则提取关注较少。基于性能的设计导则即以技术性能作为依据对设计提出的要求或建议，其实质是对某个（或某几个）性能指标与某个（或某几个）形体特性关系的直观描述，例如：“体形系数较小有利于建筑节能”，“提高窗地比能够提升天然采光性能”等。通常情况下设计导则是直观的、非严格定量的，与建筑形体设计形象化、模糊化等特点相符，因此相较其它抽象、精确的辅助方式更容易被建筑师接受并在设计构思初期使用。

针对既有研究对基于性能的设计导则关注较少的问题，本研究尝试运用参数化模型、性能模拟等数字方法，以中庭这一常见的建筑中介空间为例，探讨基于技术性能的形体设计导则。实验设计思路为：选择圆形中庭与方形中庭这两种常见的中庭形式为研究对象，基于参数化模型分别生成多种中庭方案，而后使用性能模拟计算其天然采光性能，进而探讨天然采光性能受不同形体参数变化的影响强弱及作用方向，并据此提出设计导则。具体研究目标为：（1）构建一种基于数字设计方法的形体设计导则获取流程；（2）给出天然采光性能导向的中庭形体设计导则。

1 圆形中庭设计导则

1.1 确定性能指标与形体变量

如前文所述，设计导则是对某些性能指标与某些形体特性关系的描述，因此确定研究的性能指标（即因变量）和形体特征变量（即自变量）是第一步。由于形体设计是早期设计阶段的工作内容、需要对技术性能的总体掌控而非细节信息，因此在这里选择中庭的“总体采光系数贡献（DFTotal）”与“采光系数＞2%的面积（SDF＞2）”作为性能评价指标对中庭的天然采光贡献进行描述。

试验设5个处理，处理一：无肥对照，不施用任何肥料；处理二：常规无氮，按照本地常规施肥习惯施用磷钾肥，不施用氮肥；处理三：配方无氮，按照土壤供肥和作物需肥特点合理配方施用磷钾肥，不施用氮肥；处理四：常规施肥，按照本地常规施肥习惯施用氮磷钾肥；处理五：配方施肥，按照土壤供肥和作物需肥情况合理配方施用氮磷钾肥。

图6.b给出了对不同宽度的中庭而言，单位面积中庭贡献的SDF＞2与其平面长宽比例的关系。如图所示，其规律与单位面积中庭贡献的DFTotal相似，即随着比例的增加，所有中庭单位面积贡献的SDF＞2均下降，且中庭的宽度越大，下降趋势越明显。

(1)对照组:艾司唑仑治疗,口服2mg艾司唑仑片(广东台城制药股份有限公司,国药准字:H44021098),1次/d,睡前30min服用。(2)治疗组:佐匹克隆治疗,口服7.5mg佐匹克隆片(吉林恒和制药股份有限公司,国药准字:H19991411),1次/d,睡前30min服用。2组患者持续用药1个疗程,即2周。

 

它能表征中庭对室内天然采光效果的总体贡献。“采光系数＞2%的面积（SDF＞2）”被定义为当仅有中庭作为光源时、建筑内采光系数大于2%的总面积。通常认为，室内某处DF＞2%意味着该处天然采光能够满足照度要求，可以在白天不使用、或少使用人工照明，降低照明能耗，因此，SDF＞2能够表征中庭对室内照明节能的贡献[26]。

对层数较多的建筑，中庭即使贯穿到底层也无法起到良好的天然采光作用，反而占据了楼板面积，此时，只让中庭贯穿上面几层从技术层面讲是比较合理的。因此，中庭的贯穿层数问题同样值得探讨。

  

图1 本研究所定义的含中庭的建筑形体

1.2 参数化建模

其次是SDF＞2与中庭平面面积的关系。如图3a所示，SDF＞2同样随中庭面积的增大而增大，但有明显的增速变慢趋势。图3b反映了单位面积中庭贡献的SDF＞2（即SDF＞2/S中庭）与中庭面积的关系，可见随着中庭面积的增加，单位面积中庭贡献的SDF＞2呈线性下降的趋势，R2=0.963，极差约为40%。因此，以SDF＞2作为评价标准，则面积越小的中庭采光效率越高，且影响较为显著。

1.3 采光性能模拟

在Rhinoceros软件中使用DIVA软件自动调用采光模拟软件Radiance，对参数化模型生成的110个方案分别进行采光计算：首先计算出方案中各点的DF值（由于本研究中的形体是对称的，只需计算任意一条半径上各点的DF值即可获得整体DF值分布。实际计算中随机选取三条半径进行计算、并取平均值以减小误差，每条半径上的测点间隔距离为0.25m），进而根据定义计算出方案的DFTotal与SDF＞2，即可分别获得110个方案的采光性能指标。根据DF的定义，模拟计算使用CIE标准全阴天模型，参考平面高度为0.8m。

  

图2 DFTotal与中庭平面面积关系图

  

图3 SDF＞2与中庭平面面积关系图

  

图4 DFTotal/S中庭与楼层关系图

  

图5 SDF＞2/S中庭与楼层关系图

1.4 结果分析

（1）天然采光性能与中庭平面尺寸的关系

为什么会出现共同难题？主要因为立场利益的冲突或者观念、动机和工作方式的不一样，亦或由于生活经历和文化背景的差异所造成的。在我之前的工作中就因为我个人的沟通难题，使得我们整个组室成员关系紧张，整体效率低下甚至差点产生安全生产事故。

平面布置是形体设计中最基础的内容，在此我们暂时排除层数的影响，统一选择上文模拟中中庭层数为10的案例进行研究。由于中庭层数越多，能够通过中庭射入低层的光线越少，因此当中庭层数进一步增多后，中庭的天然采光贡献几乎不会再增加，故10层的案例能够代表某一平面尺寸中庭的采光贡献最大值。

幼儿园的课程以游戏为主，强调玩中学，学习内容直观、具体、形象。而进入小学后，学习成为了重头戏，集中课堂又多以老师说学生听为方式来进行，孩子动手操作实践的机会大大减少了。相比于幼儿园，这种学习方式较为单调、枯燥，容易造成孩子的不适应。

首先是DFTotal与中庭平面面积的关系。如图2a所示，DFTotal几乎与中庭面积保持线性关系，并带有增速减慢的趋势。图2b则反映了单位面积中庭贡献的DFTotal（即DFTotal/S中庭）与中庭面积的关系，可见在中庭面积约为60m2处，单位面积中庭的DFTotal达到最大值，并随着面积的进一步增大而下降，然而最大与最小的极差仅为10%左右。这表明，面积60m2（即半径4～5m）左右的中庭对室内天然采光的总体效果贡献效率最高，但相比其他情况的提高幅度不大。

基于2.1部分确定的形体特征在Rhinoceros软件中使用Grasshopper进行参数化建模，并通过枚举使其自动生成中庭半径在2～12m之间、1m为变化步长；中庭层数在1层到10层之间、1层为变化步长的全部建筑形体，共计110个。

（2）天然采光性能与中庭层数的关系

说我油瓶倒了不扶。唉，我还是等她们睡了再说吧。车里已经烟雾浓浓，老崔又点了一支烟抽起来，还扔了一支给冯一余。冯一余其实早已经戒烟，但他没有拒绝老崔的烟，和老崔一个车里一个车外，抽了起来。

在形体方面，本研究主要针对圆形中庭，选取平面半径（r）和中庭层数（F，即中庭从上至下贯穿的层数）为变量描述其形体特征，其中中庭半径变化范围为2m到12m、变化步长为1m；中庭层数变化范围为1～10层、变化步长为1层。为简化问题，中庭其它取值范围较小的参数设为定值：建筑层高限定为4m，其中楼板和吊顶的厚度总和为1.2m，中庭材质为单层玻璃（透光系数0.8）。此外，建筑的平面形态和建筑层数也是描述形体的重要参数，但只要楼板面积足够大（大于中庭有显著天然采光贡献的面积）、建筑层数不小于中庭层数，便不会对DFTotal和SDF＞2的值产生影响，因此不作为研究自变量，统一设定为半径24m的圆形平面、层数为10层，研究得到的结论将同样适用于其它平面形态和层数的建筑。为了排除侧窗采光的影响，建筑外立面均设为不透光墙体（图1）。

仍首先以DFTotal为评价指标。如图4a所示，无论面积如何，随着层数的降低，中庭在该层的DFTotal贡献均快速下降。特别是下降四层后，DFTotal的贡献已很低。图4b则单独选出中庭半径为2m（红色）、6m（绿色）、12m（黑色）的方案进行分析，可见，随着层数的降低，面积小的中庭对该层的DFTotal贡献快速下降，而面积大的中庭下降则相对较慢。

(2)在具体的课堂活动的开展过程中，老师要注意集体性辅导与个性化指导相结合，利用微课程积极倡导个性化学习，不浪费时间对个别问题进行解答，而是根据集中的普遍的问题进行解答，从而提高学习的效率和自主性.学生可以根据自己的学习情况在课堂时间结束后积极向老师寻求帮助，自己主动学习，老师只是起着辅助的角色，不做主要的讲解者，学生要自己去积极探索、去深化学习.

进而以SDF＞2为评价标准（如图5a、5b所示），能够得到相似的结论：随着层数的降低，中庭在该层的SDF＞2贡献快速下降，下降速度甚至快于DFTotal；面积小的中庭较面积大的中庭SDF＞2下降速度更快。

2 方形中庭设计导则

2.1 确定性能指标与形体变量

相比仅有一个平面尺寸的圆形中庭，方形中庭存在长、宽两个平面尺寸，其长宽比例同样可能对其天然采光性能有所影响，这即是本部分研究的内容。本部分研究选取平面宽度（即平面短边，a）和长宽比例（p）作为变量描述方形中庭的形体特征，其中宽度的变化范围为2～12m、变化步长为2m；比例的变化范围为1到3，中间取值包括1.1、1.2、1.3、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.7。中庭层数设为10层，其余参数的取值均与圆形中庭部分的研究相同（2.1部分）。

（3）对方形中庭而言，比例接近方形（即长宽比接近1）的中庭天然采光效率较高，而平面较扁（即长宽比较大）的中庭天然采光效率较低。

2.2 参数化建模

基于2.1部分确定的形体特征在Rhinoceros软件中使用Grasshopper进行参数化建模，并通过枚举使其自动生成全部可能的带有方中庭的建筑形体，共计60个。

2.3 采光性能模拟

在Rhinoceros软件中使用DIVA软件自动调用采光模拟软件Radiance，对参数化模型生成的60个方案分别进行采光计算，进而根据定义计算出方案的DFTotal与SDF＞2。考虑到方中庭的对称性，本研究仅计算1/4区域中各点的DF值，计算区域内测点的间隔距离仍为0.25m，模拟计算仍使用CIE标准全阴天模型，参考平面高度仍为0.8m。

2.4 结果分析

图6.a给出了对不同宽度的中庭而言，单位面积中庭贡献的DFTotal与其长宽比例的关系。如图所示，随着比例的增加（即平面更扁），所有中庭单位面积贡献的DFTotal均下降，且中庭的宽度越大，下降趋势越明显。

采光系数（Daylight Factor，DF）即建筑内某一点的天然采光照度与室外照度的比值，它不受时间、地点、人行为等因素的影响，只与建筑因素有关，便于建筑师使用[26]。“总体采光系数贡献（DFTotal）”被定义为当仅有中庭作为光源时、建筑内各点采光系数的面积积分，即：

3 导则获取

基于2.4及3.4部分的分析结果可获得以下天然采光性能导向的中庭形体设计导则：

尽管是白天，但别墅里的光线却格外晦暗。罗恬只感觉陈洋的眼睛灼灼地闪着光芒。陈洋轻轻抚着她的脸颊说：“那么多人死了，你不害怕吗？”

术中当病人HR＜50次/min，可静注阿托品0.5 mg；血压下降超过麻醉前20%或收缩压降低至90 mmHg，可静注麻黄碱6 mg。血压升高超过麻醉前20%或血压升高达160/95 mmHg，在确认麻醉镇静深度且增加瑞芬太尼靶浓度仍未缓解后，静脉推注乌拉地尔5 mg。若术中出现肌松过深而无法监测喉返神经功能，排除神经损伤后立即停止输注米库氯铵。

（1）面积较小的中庭具有更好的采光效率，这主要体现在SDF＞2的贡献效率更大；小中庭的DFTotal贡献效率也较高，但差别不大。因此，在中庭布置中，用多个小中庭代替大中庭能够获得更好的天然采光效果。

（2）中庭自上而下贯穿的层数过多（≥4层）对天然采光的意义不大，因为顶层以下四层及更低部分的中庭所贡献的DFTotal和SDF＞2均十分有限。

在性能指标方面，方形中庭部分仍采用总体采光系数贡献（DFTotal）与采光系数＞2%的面积（SDF＞2）对中庭的天然采光贡献进行描述。

（4）从天然采光角度讲，尺寸较大的中庭可以适当增加贯穿层数、但不宜采用较扁的方形平面形态；尺寸较小的中庭宜贯穿较少层数、但可以采用较扁的方形平面。

以上三点导则从采光性能角度对中庭的平面布置与层数设置提供了依据，以形象易理解的方式向建筑师展示了中庭的天然采光性能随形体特征的变化趋势，为寻找“较优”的形体设计提供了方向性指导，能够较好地融入设计过程并为提升设计的技术性能发挥作用。

虽然以上设计导则是基于简单的案例得出的，但正如2.1部分所述，其能适用于任何地点、任何平面形态、任意层数的具有圆形或方形中庭的建筑，因而具有一定的适用性。

  

图6 中庭天然采光性能与其平面比例关系图

结论

本研究运用参数化模型、性能模拟等数字方法，以中庭这一常见的建筑中介空间为例，探讨了其基于技术性能的形体设计导则。本研究的工作可以得出以下结论：

杭州画院是杭州市文学艺术界联合会直属全额拨款的公益性文化事业单位，是杭州市美术创作和研究的学术机构。画院坚持“两为”方向和“双百”方针。尊重文艺创作规律，尊重艺术家的创造性劳动。在美术创作、理论研究、学术交流和新人培养中发挥应有的作用。画院不断提高专职画师和行政人员的政治思想素质和专业技术水平，增强社会责任感。提升艺术创作实力，增强学术凝聚力，扩大社会知名度，为创造全国一流水平的画院而努力。

（1）本研究所采用的结合参数化模型、性能模拟的技术路线能够揭示建筑的技术性能与其形体特征的关系、是一种有效的设计导则获取方法。

（2）中庭的面积、贯穿层数、平面比例等形体参数对其天然采光性能具有显著影响，在中庭的形体设计中建筑师应参考设计导则、将天然采光性能纳入考虑，在与其它设计要求不冲突的前提下尽可能选择对天然采光性能有利的形体特征。

说来惭愧，此前我仅仅出版过一部杂文集，就是世纪之初长江文艺出版社为我出的那本《戏说红尘》。在它前后，我把自己的一些杂文收录到散文或文艺杂谈的集子里去了，那些集子多半是书商帮我出的，发行量也比较大，其中还有两本散文集被书商再版发行。

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文中图片均由作者绘制。

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