——关于北京国家大剧院外墙光反射的测量和统计
●王轩
“湖中明珠”是人们对举世瞩目的国家大剧院的美誉，是中国政府面向21世纪投资兴建的大型现代化文化设施，是国务院于1998年4月正式批准立项建设的。国家大剧院是我国新时代的标志性建筑，是国家最高艺术表演中心，是一座具有世界一流水平的大型艺术殿堂。它的玻璃外墙完全由曲线组成，银光闪闪，映照着粼粼波光，宛如一颗美丽的“湖中明珠”！它的造型新颖、前卫，构思独特，堪称传统与现代、浪漫与现实的完美结合。可是，当人们在尽情欣赏的时候，却发现这颗“明珠”周围温度很高。这是否是玻璃幕墙造成的呢？该现象是否是玻璃幕墙引发的“城市热岛效应”呢？
一、问卷调查
设计了一份调查问卷，对站岗人员、旅游参观人员及附近居民进行了调查。问卷共设4个方面的问题：（1）剧院周边温度情况；（2）剧院周边温度与普通地方的温度比较；（3）剧院建成前后温度比较；（4）在剧院周边活动时有哪些不适。调查结果表明，大剧院落成以后，其周围温度明显升高，并且人们常有头晕、大量出汗等状况发生。
二、研究过程
1.湿度的测定。方法：使用前先在盛水瓶中注入清水，并将湿球纱布浸入水中，保持纱布和瓶水的清洁。将盛水瓶放置在被测位置，记录干、湿度，并利用干湿计读取空气的相对湿度。2.温度、光照强度的测量。利用PicoScop软件测量温度、光照强度每隔10秒的图形，位置分别在水池边、距离水池边15米和距离水池边38米处。3.数据统计与计算。统计实验数据，并对下述测量值进行计算：（1）剧院的体积；（2）玻璃的散热量；（3）1匹空调冷却剧院玻璃幕墙每天释放的能量所需要的时间；（4）1匹空调冷却剧院玻璃幕墙每天释放的能量所需要的耗电量及花费的资金；（5）将剧院玻璃幕墙每天释放的能量用于北京三环路上所有路灯照明时，可照明的时间、节约的电量和资金。
三、研究结果
1．国家大剧院的整个壳体钢结构东西长212.20米，南北长143.64米，高约46米，中间无一柱子，钢结构总重约6750吨，壳体表面积约35000平方米。将大剧院看成一个椭球形，利用公式V=4πabc／3计算得到其近似体积为1.468×106立方米。
2．国家大剧院近7000平方米的弧形玻璃穹顶上，总共安装1126块玻璃幕墙。每块玻璃长4米，宽2.29米，总面积9.16平方米，重量达700多千克，壳体表面积约35000平方米。由公式Q=Cm△t（式中，C为比热容、m为质量、△t为温度差）计算2007年9月6～10日国家大剧院外壳玻璃幕墙通过光反射每天释放热量的平均值约为1.1×109千焦。
3．若用1匹空调冷却国家大剧院每天所释放的热量需要12088.20小时，耗电量达30220.50千瓦时，折合人民币多达14505.84元。若国家大剧院所释放的能量用于北京三环路上的照明，则照明时间可达18.89小时。
4．由城区和郊区七八月份的温度对比可知，郊区温度平均比城区要低1℃。
四、研究结果分析
1．城市建筑采用高反射光的建筑墙，带来环境污染问题。北京目前正处于发展阶段，玻璃幕墙已经得到大范围使用，这些玻璃幕墙产生的光污染给环境和人们生活造成很大的影响。光污染主要表现在，建筑物大面积使用玻璃装饰，当太阳照射到这样的建筑物的幕墙上时，便形成了一个很强的二次光源。强烈的反射光不仅给周围环境和人造成不利影响，临街的玻璃幕墙还会影响车辆和行人的正常通行，有的甚至会在瞬间干扰司机的视线，引发交通事故。所以应该限制玻璃幕墙的使用，特别是对地处城市道路两侧及居民区、学校附近的玻璃幕墙建筑进行限制。
2．国家大剧院外壳玻璃幕墙光照强，光污染严重。从光线、温度和能量等方面的数据综合分析可知，国家大剧院周围光线强、温度高、光污染非常严重。
3．为国家大剧院玻璃墙降温，耗费大量金钱，不符合国家“节能减排”的环保要求。如果为国家大剧院降温，不仅会浪费金钱，可怕的是很多热量都将释放到空中去了，使周围的温度骤然升高，给环境和人体带来无法估量的危害，所以必须想办法将这些能量利用起来。
4．城市大型建筑玻璃幕墙的设计容易造成城郊空气环流，进而引起城市气候的改变。由实验数据分析可知，在城市中过密地建设大型建筑，使人口集中，建筑物又大量使用玻璃幕墙，很容易导致“城市热岛效应”，进而引起城市气候的改变。因此，改变城市热岛现象刻不容缓。
5．发挥传统建筑的优势。传统建筑具有庄严、典雅、无光污染的优点，应把传统建筑和现代建筑有机地结合起来。
五、研究结论
1.国家大剧院外壳光照强度较强，光污染严重。
2.国家大剧院外壳玻璃通过光反射的散热量大，造成剧院周围温度过高。
3.大型建筑的玻璃幕墙设计容易造成城市、郊区空气环流，引起城市气候的改变，不符合国家“节能减排”的环保要求。
