北京大學國際醫(yī)院建筑面積為440388.38㎡，主要包括門診、醫(yī)技、住院組成的綜合樓，獨立的感染樓，科研腫瘤樓，國際會議中心以及倒班宿舍和行政樓。其中住院樓為地上十層，設計床位 1800 張，是亞洲一次性建成單體量最大的醫(yī)院。該項目所有病房都是朝南的陽光房，確保每一位住院患者都能夠享受到最充足的日光。住院樓分3個結(jié)構單元, 每個結(jié)構單元15×3跨, 長度約120m, 寬度約24m。確保了住院患者的舒適空間，提供了安靜的養(yǎng)病環(huán)境。
模型及參數(shù)設置
模擬軟件及模型
模擬選用參數(shù)化建模軟件Rhnio與Grasshopper，模擬平臺Ladybug&Honeybee,搭載采光模擬引擎Radiance,設置北京地區(qū)氣候條件，對建筑模型進行全年采光情況模擬。
Ladybug&Honeybee模擬平臺
模型選取為北京大學國際醫(yī)院三人間病房，北京大學國際醫(yī)院的病房樓為弧形，弧度較緩，每個房間近似看做矩形，并且每個病房的主方向都為南向，房間中軸線與南向偏角最大不超過12度，柱網(wǎng)尺寸范圍為8.0m*6.5-8.0m。其病房采光口有兩種情況，分別是全幕墻采光和窗口采光，后面會針對這兩種形式的病房，分別進行優(yōu)化模擬。
北京大學國際醫(yī)院幕墻采光病房
北京大學國際醫(yī)院窗口采光病房
北京大學國際醫(yī)院病房案例尺寸
模型材質(zhì)的參數(shù)需要統(tǒng)一確定，擬定各個表面的材質(zhì)與反射比：頂棚一般采用大白粉刷，反射比為 0.75；內(nèi)墻橘色涂料，反射比為 0.7；地面水磨石，反射比為 0.5。玻璃采用雙層玻璃，透射率為 0.7。采光設計面采用標準高度800mm，由于病房的空間相對較小，計算網(wǎng)格采用500*500mm。具體參數(shù)及電池設置下圖。
模擬過程電池組設置
評價指標
有效采光系數(shù)（簡稱UDI）是指全年中由全自然光提供的照度在有效范圍內(nèi)的小時數(shù)，占全年總小時數(shù)的百分比。UDI通常將照度分為三個區(qū)間：UDI<100lax、UDI 100~2000lax、UDI>2000lax,小于100lax被認為照度不足，大于2000lax被認為照度過高。采光系數(shù)（簡稱DF）是指全陰天條件下，室內(nèi)參考面上的一點接收到的照度與室外同一時間同一地點無遮擋條件下接受到的照度的比值。建筑采光設計標準中提出采光均勻度為采光系數(shù)最小值與平均采光系數(shù)之比。眩光系數(shù)（簡稱DGP）,是指空間中光線對比過于強烈給人造成不適的可能性。普遍認為，眩光系數(shù)超過35%會使人察覺到不適。
眩光系數(shù)代表
針對病房空間的采光質(zhì)量，以及開窗情況，綜合運用有效采光系數(shù)、采光均勻度以及采光系數(shù)、眩光系數(shù)來對病房中采光質(zhì)量進行綜合評價，并對優(yōu)化措施的效果進行評定。
模擬優(yōu)化結(jié)果分析
幕墻采光病房優(yōu)化結(jié)果
北京大學國際醫(yī)院為地上十層，全部為南側(cè)采光，病房墻體厚度200m,房間寬度4m,室內(nèi)凈高3m。對選定幕墻采光病房模型進行有效光照（UDI）、采光系數(shù)（DF）、眩光的模擬，分別是設置北京地區(qū)全年氣候天空、全陰天天空、月平均天空（9月下午三點）進行模擬，得到房間內(nèi)的采光情況。模擬結(jié)果全年有效采光系數(shù)UDI65%,大于2000lux的UDI為32%，采光系數(shù)5.73，采光均勻度7.5%，眩光系數(shù)39.9%。由相關數(shù)值可知，幕墻采光的病房中由于采光面積過大，導致近窗照度過強、與內(nèi)部進深處反差較大，照明均勻度不好，眩光指數(shù)也過大。
優(yōu)化調(diào)整在幕墻的基礎上增加遮陽設施，以降低光照，為了最少地遮擋景觀視線，選擇板式遮陽，遮陽材料選擇白色漫反射的板材，寬度定位0.7m,分別模擬在四面板遮陽、兩側(cè)豎板遮陽和頂部遮陽三種方式對病房采光的影響。三種遮陽方式的優(yōu)化結(jié)果如表2，其中四周板式遮陽的有效光照情況最好，其次是頂部板式遮陽。主要是因為房間朝向為南向，光線最強的時候都是在南向上空。采光系數(shù)四周式最接近標準值，其他兩種都偏大；采光均勻度四周式最好，其他兩種相差不大。眩光指數(shù)四周式最低，其次分別是豎向板式遮陽和頂部板式遮陽。綜合來說四周板式遮陽采光表現(xiàn)最好，可以顯著提高室內(nèi)的有效照度面積，減少眩光，提高自然采光的均勻度。
窗口采光病房優(yōu)化結(jié)果
病房的窗口位置都靠西側(cè)墻體，病房墻體厚度200mm,窗地距離為0.8m,窗口寬度為2.4m.室內(nèi)凈高3m,房間平面尺寸見圖20。與幕墻采光一樣進行有效光照、采光系數(shù)、眩光模擬。模擬結(jié)果值全年有效光照UDI為73.5,%，采光系數(shù)為3.6，采光均勻度為7.6%，眩光指數(shù)為31%。表明窗口采光的情況有效光照面積較大，光照利用率較高。采光系數(shù)符合國家規(guī)定，室內(nèi)自然光利用率良好。普遍認為眩光指數(shù)超過35%認為有輕微的眩光，所以窗口采光整體采光質(zhì)量良好，只是采光均勻度不佳。
根據(jù)窗口采光的問題，調(diào)整采光口的位置，將采光口調(diào)整至中部，兩側(cè)留出0.8m的距離。調(diào)整后有效采光系數(shù)UDI100-2000為74.5%，采光系數(shù)3.7，采光均勻度8.9%，眩光指數(shù)29%。調(diào)整后床頭位置眩光明顯減少，提高了室內(nèi)采光均勻度。
作者：王艷 劉嘉慶 俞天琦
單位：北京建筑大學內(nèi)容來源于本刊2020年05期《病房采光優(yōu)化設計研究——以北京大學國際醫(yī)院為例》
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