作者: 斯蒂文·奥菲尔德 | 2016-04-06 16:19

奥菲尔德实验室：建筑的可持续性视觉环境营造

一座建筑之所以被称为“优质”，是不需要大量的理由和公众的过多褒赞的;然而，一座建筑之所以声名狼藉，则一定不是因少数人的决定就变成了“劣质”建筑——而一定是来自于大多数人的判断。

内布拉斯加大学芭芭拉·韦茨社区参与中心

对于社会公众来说，判断一座建筑、一个空间是好是坏是十分容易的，并且，人们会经常性地选择重返他们更加青睐的地方。然而，城市中总是存在着一些我们必须造访或使用的公共建筑设施——且无论我们对这些建筑的感觉是好还是坏。需要说明的是，在那些能够赋予我们绝佳使用体验和感官体验的优质建筑之中，是一定融合着极佳的心理感知科学、人为因素、工程技巧、建筑绩效、设计方法、管理指标和建筑建模等积极元素的。

然而，很少有建筑师或是接受过建筑工程培训的专业人员了解、明白这些建筑学领域的，能够应用合理工具来进行建筑建模和建筑绩效测量的建筑业内人士则更是少之又少。一些建筑专业院校会在毕业实训中对毕业生进行与“建筑绩效管理”相关的辅导，但是，即使是这类辅导也很少包含实用的研究方法和建筑设计测量技巧。奥菲尔德实验室(OL，Orfeild Laboratories)已潜心钻研数十载，不断地完善科研型(即基于科研、实验的)设计工具和设计流程，希望借此帮助建筑建造业内人士更好地设计、评估和检验空间和空间使用人的整体绩效。

“社区参与中心”项目

位于奥马哈市的内布拉斯加大学(UNO，The University of Nebraska at Omaha)意欲建造一处独立的设施，旨在将校园对周边环境造成的影响扩大到全国范围水平。“社区参与中心”(CEC，Community Engagement Center)，即是获得了提议并建造，应以测试该作用的位于高校与周边社区之间的延伸和连接区域。

为了创造出具备社区延伸区域和先进高校设施的项目研究必备条件，UNO将其校区周围一处面积为60,000平方英尺(约合5,574平方米)的建筑按照“社区互动、人的可持续性”的概念开发、完善成为CEC实践场所。奥菲尔德实验室亦参与其中，旨在通过科研型的设计方法和设计流程，为达成建筑体系的可持续性营造视觉环境支持——其中包括日光照明，照明设计，研究调查和相关测试等。虽然“设计”这一项看似与该项目不在同一范畴之内，但是“设计”本身可以对建筑绩效的多个关键元素带来直接影响，例如建筑自身的声学和温度舒适程度等。同时，由于UNO建筑设施管理体制中要求“所有的校方建筑设施必须获得(符合最低标准或更高标准)美国绿色建筑委员会(U.S. Green Building Council)的LEED评级认证”，所有该项目对下辖建筑设施的可持续性有着非常严苛的标准和非比寻常的关注。

社区参与中心大堂

社区参与中心工位

在2009年中旬，UNO的建筑工程与建设管理经理乔治·基里安(George Killian)亦开始参与到全新“社区参与中心”项目的设计工作中。作为UNO的领军建筑师，乔治从过去的诸多项目中汲取了大量的经验和教训——他发现，在大型的校区建筑和建筑使用人之间，往往存在着某种巨大的冲突和矛盾。如果说提高人的可持续性意味着将建筑的使用率质量和建筑本身相结合，那么校区建筑自身则必须具备吸引、保留学生群体，教室群体和社区群体的能力和优势。这个过程也将展现科研型设计是如何来完善和革新校区中的建筑和设施的。这种举措亦获得了UNO设施主管约翰·阿门德(John Amend)的大力支持。

奥菲尔德实验室与UNO的建筑设计师选拔委员会HBAO(Holland Basham Architects of Omaha，Nebraska，USA)合作，共同负责UNO的“社区参与中心”项目的客户咨询工作。

基里安通过以下两种方法来带入可持续性方案：

· 与负责具体工作的建筑师就完善出一个符合LEED标准的工作清单，以确保该项目至少能够符合基础LEED认证的具体要求。

· 决定对该项目中的采光和照明设计、建造采取格外紧密的关注——与UNO以往的诸多项目相比，这是第一个由专门化咨询团队辅助，并且计划通过照明感知和采光舒适度来达成人的可持续性作用的项目。

基里安打算打破常规，抛弃大多数LEED项目只专注于能源控制和可持续性材料应用的老旧路线，转而以全新的元素作为获取LEED认证的关键。

在此之前，奥菲尔德实验室被委任对UNO辖内的凯瑟大厅(Kayser Hall)进行照明整改工作的检查，该检查工作发现了如下问题：

· 某些本应得到更换的照明设施并未得到更换，以至于该照明整改工作实现的能源节约量并未达到预期标准。

· 通过对照明亮度的实际测量，我们发现：虽然整改结果在大体上得到了一定的改善，但实际的照明亮度并未达到奥菲尔德实验室预设的视觉感官舒适度。

所以，为使得整改成本不超出原始项目预算，相关的“问题照明设备”在经过具体的分析和批评之后得到了进一步改善或更换。

日光照明——设计研究和测试

在实际的设计工作开展之前，BCDM建筑事务所(BCDM Architects)对CEC项目进行了前期调研和考察，并设计出该项目的整体设计、建造大纲。在该信息和关联设计模型的基础之上，HBAO进一步完善出全新建筑设计的图解模型，以便各方能够更好地理解模型和日光照明绩效之间的有机关系。这也是奥菲尔德实验室咨询工作开始的时间点。(通常，具体的咨询工作会随着具体标准的应用而开展，这个时间点一定在设计团队开展设计工作之前。)

小憩的角落

随着我们开始讨论一座“面朝南侧，但大多数办公室都在北侧”的建筑，我们会发现如下的初始结论：

· 由于在建筑的前部存在着大面积、不对称的悬垂面，建筑南侧的日光穿透率和日光照明效果受到了极大地限制。

· 建筑自身并没有外部的日光遮挡设备，因而无法进行日光照明控制、热负荷降低和内部温度舒适度控制。

· 玻璃结构的装配标准、种类尚未决定，这是非常重要的问题之一。

· 在建筑的北侧表面，有面积相当巨大的外部区域使用不透明筋膜材料代替了窗户结构(出于美化角度考虑而设置)，这也极大地降低了日光照明。

· 建筑内部的大部分会议室都位于建筑核心、内部区域，没有任何的日光照明。同时这种会议室的位置也使得会议室自身处于吵闹的走廊和楼梯旁边。

· 建筑的高度和角度纵深使得其无法接收到充足的日光照明。可针对该状况改变建筑的纵深条件，可以在建筑纵向平面中心设置建筑中庭天井和天窗以及贯穿建筑东西方向的通道。这种设计方式同样可以帮助建筑内部会议室获得日光照明。

· 建筑北侧的公共区域由于停车设施的遮挡和建筑自身的不光滑表面，很难获取日光照明。

· 一些面积较大的房间形状极其不规则，这非常影响自然采光，并进而影响毗邻房间的日光照明。

日光照明的指导方案和“社区参与中心”CEC项目设计

对建筑内的日光照明情况进行分析主要出于这样几种动机：

· 建筑内部特定空间的日光照明量级。

· 日光照明进入建筑内部的纵深程度和玻璃幕墙的高度。

· 建筑内部空间的使用方式和日光照明带来的收益。

· 通过内部自动遮光设备控制刺眼日光。

在那些和CEC建筑内部空间类似的室内空间中，日光照明的优化可以通过穿透和反射策略来实现。通过这种策略应用，我们可以使得日光克服障碍物的影响、降低光反射度以及设计带有遮挡设备的开放式办公室来充分地利用日光照明，并降低其不利影响。

虽然日光照明的照度计算看似有趣，但是将日光的“总照度”通过目标表面转换为“净亮度”的过程则是十分复杂的。这种针对于日光“照度”的转换也将能够为电力成本的压缩带来十分巨大的贡献。

在一个一般型的开放式办公室中，在没有办公家具的情况下，其内部工作表面中承受到的净照明量大概为总照度的四分之一。这种照度在正常办公空间中的照度计算中甚至是微不足道的——因为日光照明效果会受到家具设备的巨大影响，被极大地削弱。我们可以这样认为：办公室中多数工作表面所承受的照明效果都是经过建筑内部多种表面反复反射之后的“被削弱光”。通过对建筑外部遮挡设备进行更为贴近建筑表面的设计和通过设置遮阳板进行光传输控制可以最大程度地提高日光照明的综合绩效。而在阴雨天气，来自各个方向的日光强度往往十分接近，所以，建筑的每一侧都要进行日光照明优化设计。

楼道里挂满了当地艺术家的作品

初始调查结果的应对方案：CEC建筑可按如下建议进行日光采光优化设计：

· 大幅度降低建筑南侧悬垂的面积。

· 根据提出的工程优化方式，使用外部遮挡设备来遮盖建筑外幕墙。

· 选择具有相对最低光反射率的建筑涂料和办公家具。

关于该方面的早期策略因为一处外墙设计上的不足对日光照明产生了十分巨大的负面影响，在该设计中，设计团队基于能源成本压缩方面进行设计，却无法保证后期建筑内部的充分采光。

值得令人宽慰的是，该问题出现在建筑建造工作尚未开始的阶段——建筑所处的位置与校园园区内部的纪念碑距离过于接近，因此建造位置被修改为园区中的另一端。在新的位置上，建筑师抓住这一全新的机会对项目建筑结构进行简化，使其能够最大程度上地利用日光照明，并在第一次设计的基础上使用了建筑外部遮光设施。

照明——设计研究和测试

CEC建筑开放式办公室的照明系统被设计成悬索系统以满足严格的视觉绩效标准，最大程度上地增加办公室的可使用空间。

由于亮度得到了良好的控制，照度可以被调节至可接受的最低标准。同样，因为CEC建筑中大多数开放式区域中的使用人都有专门的工作照明，照度同样可以被降至最低标准。在私人办公室，则通常会设置有可以使用开关或感应设备进行照度调控的相关设备。

CEC建筑中的自动化遮光

每一个项目都会带给我们一些经验和教训，CEC建筑项目亦是如此。虽然建筑师设定了“利用反射率相对最低的自动化遮光设备”的设计建造方案，但是内部设计师选择的遮光设备往往无法满足这一设定，这直接导致了日光照明效果的大幅降低。

最初的控制系统设计只专注于通过建筑周界可能发生的热量获得和流失来压缩能源成本，却很少关注建筑自身的视觉舒适带来的各种影响——唯一的传感器即是位于建筑屋顶的辐射测量计，通过测量和计算建筑各个垂直表面的热负荷来实现相应控制。而控制策略则仅仅是降低建筑总体的热负荷，并没有光度测量计来控制建筑内部的光亮程度。

遮光设备的开启程度调节量以25%递增——这种单次较大幅度的调节将毫无疑问为室内的光亮和热量程度带来较大影响，能够轻易地被建筑内部人员感知到，从而失去了稳定控制的意义。

通常来讲，人工遮光设备在白天的调节度为“全开”至“回缩至水平”以实现亮度控制。在商业建筑中，这个条件范围则更窄——可打开75%至50%，以使得建筑内部的光亮达到舒适程度。如果遮光设备材质能够具有一个理想的透射率(通常为5%至10%)，则可以维持亮度相对稳定的照明效果(直射光在通过遮光设备时被均匀地散射出去)。针对建筑不同方向的表面，我们也应该选择具有不同光传输特制的遮光设备——在南侧、西侧表面应用透光率较高的遮光设备以提高室内亮度和温度，并在其余两个方向采用透光率较低的设备以避免室内出现过高温度或刺眼的光亮。

在CEC项目中，这类问题已通过不同的控制策略得到良好的解决——我们的控制策略更为关注建筑内部的视觉感官舒适度、充分的自然采光和“不知不觉”的照明控制。总的来说，我们的CEC建筑中，遮光设备将开得更大，自然采光将更为优秀——人们的良好体验和舒适度是第一位的，而能源成本，只能、亦只应屈居第二。

(本文由IFMA国际设施管理协会授权发表，翻译/南天)

斯蒂文·奥菲尔德(Steven Orfield)，奥菲尔德实验室有限公司(Orfield Laboratories. Inc.，位于美国明尼苏达州的明尼阿波利斯市)的创始人，有着40年的建筑业和产品咨询领域从业经验。奥菲尔德先生的事业起步于对开放式办公室进行声学和照明方面的研究和设计，并进一步进入建筑产品研究以及建筑方法论评估领域。

(原载于《现代物业•设施管理》2014年第12期)