冬至前后的这几天正午时分，人们在北京故宫乾清宫前能看到一个奇特的景象：大殿内“正大光明”匾额及下方的五条金龙一改往日的暗淡，由西向东依次被阳光点亮，散发出耀眼的金色光芒。与此同时，人们也再度看到了颐和园十七孔桥“金光穿洞”和天坛公园“光照皇穹宇牌位”的奇景。这些每年冬至前后出现、被游客啧啧称奇的“冬至之光”现象，反映了古人在建筑采光方面的匠心独运，也引发了人们对古今中外建筑采光的好奇心。

阳光：建筑设计的自然财富

太阳光，又称日光、阳光。它在普通人眼里平常无奇，却是古往今来建筑师最青睐的设计语言。因为它不仅能带来光明，还给人以温暖的感觉，尤其是在寒冷的冬天。另外，建筑师可以掌控各种设计要素，唯独难以精准地把握阳光。阳光与固定不变的人工灯光不同，它总是随时随地变化着。四季更替、日出日落，每时、每日、每季、每年……阳光都以不同的强度、方向、质感，赋予空间千变万化的景象。

另外，阳光还有直射、散射、漫反射、折射、透射，还有明暗、光影、色彩等表现，让建筑的形体、空间、细部、界面肌理和装饰得以多角度的立体呈现，创造出丰富多彩的美学效果。更重要的是，阳光是大自然赠予人类的宝贵财富，安全高效且取之不尽、用之不竭，这为设计师利用阳光提供了无限可能。

利用阳光照明称为天然采光或自然采光，自然采光不一定是受到太阳的直接照射，更多的时候是利用阳光的散射和漫反射形成的散光。

房屋建筑的自然采光，即利用门窗等方式形成的直接采光。对于居住者，特别是老人和孩子，天然采光是必不可少的，除了满足照明、保暖等功能性需要外，更重要的还要满足人们的心理健康要求，舒缓情绪、减少压力，促进身心健康，这也正是目前各种设计规范中的建筑物采光标准所强调的。

对于采光量的多少，因为冬至这天白天最短，很多设计规范都把这一天的采光时长作为制定标准的底线。如国家标准规定：老年人的居住建筑冬至日照不应低于2个小时。不过受到相邻建筑物朝向和长度等环境因素，土地开发和容积率等经济因素，不同地区冬至所需日照时间不同等自然因素的影响，各地建筑的采光标准千差万别。

采光：从坐西朝东到坐北朝南

陕西省岐山县凤雏村西周宫室遗址复原图。

要想让更多的阳光照进房间，会受到很多因素的影响，如房屋的方位、窗的多少与大小、遮阳的考虑、太阳的运动规律等。其中方位问题，也就是房屋采光的朝向问题，是最重要的。

在中国，农耕文明在七八千年前已经相当发达，人们对于垒墙盖房子积累了足够的经验，发展出了人类建筑历史上自成一派的木构建筑。

因受到太阳崇拜的影响，中国早期的房屋很多都是坐西朝东，朝向日出方向。后来，随着人们对天文地理认知的加深，就不那么崇拜太阳了，因为太阳不仅会带来阳光和温暖，还会带来干旱和酷热。同时，人们也发现阳光最温暖的方向在南边，房屋方位就变为坐北朝南，把南窗作为最主要的采光来源了。

最能代表中国传统建筑文化形态的建筑是“合院”，比较典型的是东、南、西、北四面围合而成的“四合院”。根据考古发现，陕西省岐山县凤雏村西周宫室遗址的原建筑是我国目前发现的最早的四合院。这个院落正房坐北朝南，已经具有明确的中轴线，中轴线上由南至北依次是影壁、大门、庭院、前堂、后室。之后的3000多年，虽然随着时代的发展，四合院的建筑材料、规模等都有了很大变化，但主要的格局一直延续至今，特别是在中国北方，坐北朝南的四合院一直是民居的首选。

陕西省岐山县凤雏村西周宫室遗址反映了当时建筑的基本形制。中国古代对建筑的形制非常讲究，比如根据西汉前成书的《尔雅》对窗的记载，东北西三面为墙，北墙称为墉，东西墙分别称为东序、西序。东西墙一般不开窗，只有南北开窗，以南窗为主。至于四面开窗则属于天子明堂或贵族的高堂华屋。

关于四合院，有个鲜为人知的现象是，虽然北京地区大部分房屋或四合院的正房多是坐北朝南的，但考虑到取暖，需要尽早让阳光进屋，还要维持到正午前一直阳光充足，为此古人就将房屋的朝向从正南向东偏斜几度，比如北京中轴线就是南偏东2度多，我们的老祖宗称之为“抢阳”。“抢阳”后来更多成为传统建筑风水的一种讲究。现如今，虽然不讲究“抢阳”了，但“坐北朝南”还是首选，还要窗户大的，尽可能增加采光面。

西方古代建筑最经典的采光方向不是“南向”，而是“自上而下”，其中，用光最为精妙的现存古建筑是罗马万神庙。罗马万神庙顶端圆孔是整个建筑唯一的光源入口，自然光从中漫下，光线随着时间的迁移和距离的远近由亮及暗，将拱顶完美的弧线衬托出来，穹顶下的壁龛被勾勒出深浅有致的轮廓，壁龛的阴影在阳光的照射下显得更加立体，营造出一种庄严又神秘的氛围。

窗：演绎自然采光的道具

贝聿铭设计的带有“窗棂”元素的法国巴黎卢浮宫玻璃金字塔。

作为房屋自然采光最主要的方式“窗”，字形是“穴”下一个“囱”，说明“窗”字的概念形成于穴居时代，而“囱”字本源是指烟囱，地穴中火塘上面通向屋顶的缝隙和通风孔，成为最早的窗洞。东汉文字学家许慎编著的《说文解字》中说：“囱，在墙曰牖（音yǒu），在屋曰囱。”意为窗开在墙上叫“牖”，开在屋顶叫“囱”，演化为现在最为常见的侧面采光“南窗”和自上而下的“天窗”“天井”等，其功能最早是为了排烟，进而起到通风、采光的作用。

在没有玻璃、需要糊窗的古代，“窗”其实都是“洞”和格窗。出于安全和保温等考虑，即使格窗大了，也会通过并列或交叉的木棱做出大大小小的孔洞，让阳光穿过孔洞洒向室内。因此，在历史的演变中，窗户除了满足功能需求，也创造出了独特、别致的窗棂文化，雕琢的图案从繁复的几何图形到花朵、鸟虫、人物到历史故事……一窗一景，无不体现出中国传统文化和审美取向的变化。

宋元以后，中国文化的重心在南方。明清两朝，江南一带的民居风格明显区别于北方的官式建筑，体现出了当时的建筑特点，其中也包括用于采光的窗。受“天人合一”“道法自然”等哲学观的影响以及当地的环境特点，江南一带的建筑采光往往呈现出轻盈、柔和、淡雅、和谐的特点，讲求以虚破实、化实为虚、虚实交融，正如中国书法中的留白，疏密有致、相映生辉，这时，窗就成为演绎光的道具。据不完全统计，江南古代民居中，窗的纹饰有上百种，如冰裂纹、如意纹、梅花纹、风车纹……室外的白墙、芭蕉、紫藤、竹子以窗为“框”，如同一幅幅风景画；阳光透过各式各样的窗洒向室内，产生出生动有趣的光影，时隐时现、变化多姿，体现出光的艺术之美。

明清时期，天井作为江南传统民居建筑采光、通风、排水的另一种重要方式也被广泛应用。古徽州的天井被称作“明堂”，因为古人有“水为财”之说，下雨天，天井四周的水都流向民居建筑中心的小院，因此，天井也被称为“四水归堂”。人们往往会在天井下面种些花草、配以竹石，形成各式各样的景观小品。在这精心构建的方寸天地，给人一种“别有洞天”的奇妙之感。

西方古典民居的窗也非常重视进光、透气的功能。窗户越多越大越有利于采光通风，但会使夏天更热、冬天更冷，为了舒适就需要增加更多的降温和供暖设施，以至于居住的费用也会增加。据说在17世纪的英国，政府为了方便征税，想了一个办法——数窗户，按窗户的数量收税。因为窗户越多，房间就多，说明家里的人口越多，那么需要缴纳的税款也就越多。为了避税，有的人家干脆把部分窗户封起来，极端的甚至全封起来就只留一扇门。

从古代的棱窗，到几十年前还广泛存在的高粱纸窗；从小小窗框的玻璃窗，到如今的大玻璃窗、落地窗和玻璃幕墙……窗的变化，不仅展现着时代的进步，也体现出中西方建筑的交融。把光放在设计建筑第一位的“光影大师”贝聿铭，设计了法国巴黎卢浮宫玻璃金字塔，通过对光与玻璃出神入化的应用，完美实现了传统与现代、东方与西方、功能与艺术的平衡。从这座建筑中，不难看出“窗棂”与“天井”的影子，但却不刻意，就如他在《筑梦天下》的采访中所说：“对我来说，中国印记从未完全消失。我在美国住了七八十年，仍然觉得自己是中国人。”

“金光穿洞”：古代工匠的采光智慧

影响室内采光的因素除了方位与窗，还有遮阳问题及太阳的运动规律等方面。中国传统建筑都有屋檐，屋檐就是遮阳的方式之一。

中国古代建筑屋檐的设计会考虑太阳的运动规律，也就是会考虑不同季节的太阳高度角。设计时通常要保证两个时点的要求：在正午时分，夏至的阳光不进屋，保证室内阴凉；冬至的阳光须照亮堂屋地面，并通过反射照亮房间内部，以保证充分的采光和日照温暖。同时屋檐滴落的雨水要在台阶之外。这些要求决定了屋檐的高度和宽度。

故宫里的乾清宫坐北朝南的建筑方位与太阳照射的方位角相适应，有利于建筑内部合理采光。北京冬至日的太阳高度角最小，约为27度。乾清宫屋檐合理的高度、宽度以及屋顶的坡度，可使阳光恰到好处地照射到乾清宫深处的地面上，然后反射到殿内“正大光明”匾和五条金龙上，产生“点亮”的效果。需要说明的是，中国传统建筑屋顶的坡度一般在26度至30度之间，这个角度约等于冬至日正午时分的太阳高度角，这可不是巧合，说明当时的设计师已经根据太阳的运行规律进行设计了。另外，乾清宫殿内采用的是“金砖”铺墁，“金砖”不是黄金制成的砖，而是土质方砖的一种，因其土质细腻、坚硬，质量好且造价昂贵，被民间称为“金砖”，其表面如镜般光亮，因而产生很好的镜面反射效果。所以说，乾清宫内的“冬至之光”现象是中国古代设计学、采光学、天文学、材料学等知识的完美运用，反映了古代工匠卓越的智慧。

被“冬至之光”点亮的还有天坛公园里的皇穹宇“皇天上帝”牌位，其原理与点亮乾清宫“正大光明”匾一样，是一种巧妙的设计。

颐和园十七孔桥的“金光穿洞”原理则与这两处略有不同。每年冬至前后几天的下午，金黄色的落日光辉自西南方向射向东北方，通过静止的河面形成的强反射，穿过颐和园十七孔桥，将东侧洞壁全部照亮，呈现出格外壮丽的“金光穿洞”。形成这个奇观，除了时间因素，桥的方位和质量也很重要。十七孔桥并非完全东西向，而是东端略偏南、西端略偏北，方位角接近112度，而冬至北京日落的方位角为240度，经计算，这能使十七孔桥的多数桥孔均被全孔照射到，即使最小的桥孔也因光线的折反射和水面映射而显得光线充足。另外，十七孔桥的桥孔虽有大有小但都比较高大，且桥墩比较窄，很有韵律感，桥券石板尺寸均大而光整，具有比较高的反射率，为“金光穿洞”提供了有利条件，也凸显出十七孔桥的科学与精细。

建筑发展至今，技术和材料空前丰富，但对自然光的享受仍然是人类永恒的热切追求。

古人智慧

古代房屋布局有讲究

先秦时期的《论语·雍也》中记载：“伯牛有疾，子问之。自牖执其手。”为什么可以“自牖执手”呢？这是因为中国古代房屋的布局非常讲究，室内的四角空间因为采光通风的优劣有着不同的名称和利用。

成书于西汉前的《尔雅·释宫》里说到古代的建筑：房屋的西南角名为“奥”，西北角名为“屋漏”，东北角名为“宧（音yí）”，东南角名为“窔(音yào)”。另外，南面墙壁的东边为“户”，即门，西边为“牖”，也就是窗。

从阳光照射的情况看，门窗打开时，上午的朝阳能够照到西北角的“屋漏”，下午夕阳能够照亮东北角的“宧”。处于西南角的“奥”，紧挨着南墙西边的“牖”，窗户关闭时为幽暗之处，但敞开窗户则整天采光最好，是室内生活受到干扰最小的地方，也便于晒太阳和通风，因此成为身体活动不便老人的安居之处，年纪大的伯牛的卧榻就设于此处，孔子在屋外就可以通过“牖”与伯牛执手问候。

房间东北角的“宧”，日落之前有阳光照射，温暖可延续到夜晚，而且正对着屋门，此处是饭厅所在；西北角的“屋漏”比较安静，适用于卧室；最后，东南角的“窔”，因为位于门后，光线几乎照不到，所以成为放置簸箕、扫帚之处。从室内四隅的细分可以看出，古人对室内采光的利用精细又合理。

现代经典

国内外的“大师之光”

近现代，中外建筑设计师对自然采光格外重视，涌现出一批在自然采光方面有独到之处并留下经典作品的大师级设计师。

路易斯·康和金贝尔美术馆

通过对光的巧妙运用，金贝尔美术馆的混凝土屋顶有了丝绸般的质感。

美国的金贝尔美术馆是路易斯·康的用光代表作，这个由光创造的优雅空间，现在已经成为现代建筑爱好者的麦加圣地。

金贝尔美术馆的筒形拱顶上设有长条形的有机玻璃天窗，光线从中渗入空间，材料自己会发光，让游览者和馆内的绘画在自然光之中交会。砖石拱券和混凝土构架巨大而粗犷，编织出奇妙的光影效果，展示着精神的力量。为了防止紫外线有损绘画，路易斯·康在天窗内加了一层屏幕用以过滤光线，这种拦阻光的结构，被路易斯·康称为“滤光器”，它像翅膀一样悬挂在天窗下, 使光线从穿孔铝板反光片柔和地漫射到混凝土天花板上，产生暖暖的丝绸般的光泽。

马岩松和云洞图书馆

透过云洞图书馆弧形门洞引入室内的，不仅有阳光，还有蓝天白云下平静的水面和倒映着的椰树。

位于海口世纪大桥旁边的云洞图书馆是一个绝佳的“洞窟”观景地，这是马岩松设计的通体呈白色的建筑，造型采用“洞”的概念，令人想到了讲究“瘦、皱、透、漏”的太湖石，或者是奇幻的海底贝壳类生物，夜晚降临，月色之下，室内灯光通过每个洞窗闪耀如贝珠。

云洞图书馆都是从遍布周身的“洞”中纳入自然光线的，也完全消解了东西南北的方向感，让人们有一种回到穴居中的感觉，完全凭借阳光判断时间和方位。捧一本图书，洞中居一日，瞥眼间透过洞窗，人们不仅可以眺望世纪大桥和远处大海的波涛，还可以体验到时光穿梭、往事越千年的感触。（作者为北京建筑大学教授)

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编辑：任敏