生態(tài)智能建筑的內(nèi)涵特征及技術(shù)探析

李東和，李英杰

(1.山東建筑大學 建筑城規(guī)學院，山東 濟南250101;2.山東建筑大學機電工程學院，山東濟南250101)

0 引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展和城市化的加劇，人類社會面臨著一系列重大環(huán)境與發(fā)展問題的嚴重挑戰(zhàn)。人口劇增、資源耗竭、氣候異常、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等問題威脅著人類的生存和發(fā)展。

隨著人類環(huán)境保護意識的覺醒和加強，人們已產(chǎn)生共識:在城市的建設和發(fā)展過程中，必須優(yōu)先考慮生態(tài)環(huán)境問題，并將其置于與經(jīng)濟和社會同等重要的地位上;同時，還要高瞻遠矚，通盤考慮有限資源的合理利用問題，即要實現(xiàn)“可持續(xù)發(fā)展”，必須要改變以犧牲環(huán)境為代價、掠奪性和破壞性的發(fā)展模式，使其從傳統(tǒng)的資源型發(fā)展模式，走上良性循環(huán)的生態(tài)型發(fā)展模式——可持續(xù)發(fā)展，促使經(jīng)濟與社會、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。其中經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展是社會發(fā)展的前提與基礎(chǔ);社會持續(xù)發(fā)展是經(jīng)濟發(fā)展的結(jié)果與目的;生態(tài)環(huán)境持續(xù)發(fā)展是經(jīng)濟、社會發(fā)展的條件，建筑是三者的綜合體［1］。這種新的發(fā)展觀必然導致產(chǎn)生新的建筑觀——可持續(xù)發(fā)展建筑觀，保護提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、創(chuàng)造舒適、安全、可持續(xù)發(fā)展的人類生存環(huán)境是21世紀建筑師及建筑設計的主題和基本任務。生態(tài)建筑、生態(tài)智能建筑及其研究和實踐正是為實現(xiàn)這樣的目標而提出的。

1 生態(tài)智能建筑的內(nèi)涵

隨著世界生態(tài)環(huán)境問題日益突出，為了能夠較好地對生態(tài)環(huán)境問題做出響應的建筑，通常被稱為生態(tài)建筑或可持續(xù)發(fā)展的建筑，利用高科技手段創(chuàng)造的此類辦公建筑往往被稱為生態(tài)智能辦公建筑。

生態(tài)建筑又被稱為“節(jié)能建筑”、“綠色建筑”，嚴格地講都是不全面的?，F(xiàn)代意義上的生態(tài)建筑，是指根據(jù)當?shù)刈匀簧鷳B(tài)環(huán)境，運用生態(tài)學、建筑技術(shù)科學的原理，采用現(xiàn)代科學手段，合理地安排并組織建筑與其它領(lǐng)域相關(guān)因素之間的關(guān)系，使其與環(huán)境之間成為一個有機組合體的構(gòu)筑物［2］。

生態(tài)智能建筑是基于生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)原則，以“生態(tài)”經(jīng)濟為基礎(chǔ)，“和諧”社會為內(nèi)涵，“智能”技術(shù)為支撐，“綠色”環(huán)境為標志建立的一種新型建筑體系。生態(tài)智能建筑要賦予建筑以生命，它是一個能積極地與環(huán)境相互作用的、智能型的、可調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，是采用現(xiàn)代先進的傳輸、網(wǎng)絡、信息等技術(shù)，通過精密設計，優(yōu)化集成，補償建筑物硬件的不足，同時運用現(xiàn)代科學技術(shù)成果，合理設計建筑物內(nèi)外空間和能源利用，使其在系統(tǒng)內(nèi)部進行有序循環(huán)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)建筑物的節(jié)時、節(jié)能效果，從而達到高效、節(jié)能、環(huán)保、無污染、健康、安全、舒適等特點，以滿足生態(tài)平衡［3］。

以目前的科技、經(jīng)濟和人類認知水平還無法達到生態(tài)智能建筑或無法建設出真正意義上的生態(tài)智能建筑，但現(xiàn)在無法建設，并不代表以后也無法建設，相信我們一直在進步之中。就目前而言，一些學者或?qū)＜姨岢龅乃^“生態(tài)化、智能化”建筑最多只是在原有建筑的基礎(chǔ)上增加了一些生態(tài)因素和智能因素，然這遠非真正意義上的生態(tài)智能建筑。

真正的生態(tài)智能建筑，應該遵循中國古代“天人合一”的思想，并在此基礎(chǔ)上達到“人、環(huán)境、建筑”三者的合一，其追求的不僅僅是物質(zhì)上的高度發(fā)達，而且追求精神上的高度“發(fā)達”，其使人類在生活的過程中與自然，與建筑融合，使其成為一個有機的整體。

2 生態(tài)智能建筑的特征及發(fā)展趨勢

2.1 生態(tài)智能建筑的特征

生態(tài)智能建筑，是以智能建筑、綠色生態(tài)建筑為依托，以可持續(xù)發(fā)展的思想為宗旨，在合理利用信息化、網(wǎng)絡、控制、綠色生態(tài)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)居住環(huán)境的安全性、健康性和舒適性，最大限度地降低能源消耗、減少環(huán)境污染、提高建筑本身利用率的新型建筑。

智能綠色生態(tài)建筑是高于智能建筑和綠色生態(tài)建筑的現(xiàn)代建筑，具有如下的特征［4］:

(1)生態(tài)性:生態(tài)建筑其實就是將建筑看成一個生態(tài)系統(tǒng)，通過設計建筑內(nèi)外空間中的各種要素，使物質(zhì)、能源在建筑生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部有秩序地循環(huán)轉(zhuǎn)換，獲得一種高效、低耗、無廢、無污、生態(tài)平衡的建筑環(huán)境。

(2)智能化:生態(tài)智能建筑以智能化技術(shù)為手段，合理的集成及運用信息化、網(wǎng)絡、控制技術(shù)，實現(xiàn)建筑的健康、舒適、環(huán)保性。

(3)多目標優(yōu)化:生態(tài)智能建筑是一個大系統(tǒng)，需要多視角地考慮技術(shù)、管理、經(jīng)濟、人文環(huán)境等因素的大系統(tǒng)運行目標，并目調(diào)動各種手段使系統(tǒng)達到最優(yōu)的綜合目標。

(4)可持續(xù)性:從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略角度出發(fā)，注重生態(tài)平衡，保護環(huán)境，合理利用資源和節(jié)約能源，這是生態(tài)智能建筑發(fā)展的永恒主題。

生態(tài)智能建筑的實施要注重與環(huán)境的協(xié)調(diào)，采取各種積極手段和高科技措施，防止對自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)的破壞。同時想方設法提高能源效率，盡可能采用日光照明和太陽能等干凈能源，采用HVAC新系統(tǒng)，延長建筑物的可使用壽命、降低建筑物的運行維修費用。

(5)多因素相關(guān)性:生態(tài)智能建筑與社會信息化、深化經(jīng)濟發(fā)展、管理模式、裝備技術(shù)發(fā)展、政府導向等有著十分密切的關(guān)系。

(6)多學科綜合:生態(tài)智能建筑的規(guī)劃、設計、運行和管理所涉及的技術(shù)、經(jīng)濟、管理以及法律問題，需要應用各學科的知識成果。

(7)和諧性:要以人為本，生態(tài)智能建筑的最終受益者應該是其中生活、工作的人，其不應是單純的高新技術(shù)產(chǎn)品的簡單合成，而應是采用了高科技能滿足人的需求，改善和提高人工環(huán)境的品質(zhì)，更好地為人服務，達到舒適、和諧。

2.2 生態(tài)智能建筑的發(fā)展趨勢

國際上，生態(tài)智能建筑發(fā)展有兩個大的趨勢:一是調(diào)動一切技術(shù)構(gòu)造手段達到低能耗，減少污染，并可持續(xù)性發(fā)展的目標;第二，在深入研究室內(nèi)熱功環(huán)境和人體工程學的基礎(chǔ)上，依據(jù)人體對環(huán)境生理、心理的反映，創(chuàng)造健康舒適而高效的室內(nèi)生活環(huán)境［5］。

3 生態(tài)智能建筑技術(shù)案例分析

目前，歐洲的生態(tài)智能建筑技術(shù)走在了世界前列，國外成功的生態(tài)智能建筑較多。生態(tài)智能辦公建筑因其高舒適度和低能耗的特點，具有很高的價值和市場競爭力。生態(tài)智能建筑是21世紀建筑的方向，而光學纖維技術(shù)、納米技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)是發(fā)展生態(tài)智能建筑的關(guān)鍵技術(shù)之一［6］。

3.1 國外案例分析

(1)智能建筑一詞，首次出現(xiàn)于1984年［7］。人類歷史上第一棟理論意義上的智能建筑是在美國的康涅狄格州，是對一棟舊樓進行智能化的改造成果。當時，由美國聯(lián)合技術(shù)公司(UTC，United Technology Corp.)的一家子公司一聯(lián)合技術(shù)建筑系統(tǒng)公司(United Technology Building System Corp.)在美國康涅狄格州的哈特福德市改建完成的，名為City Place(都市大廈)的大樓;重點是使計算機對大樓的空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、防災和防盜系統(tǒng)、電梯設備、通信和辦公自動化系統(tǒng)、消防系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控;除可實現(xiàn)舒適性、安全性的辦公環(huán)境外，并具有高效、經(jīng)濟的特點，從此誕生了公認的第一座智能建筑。

(2)軟件大亨比爾·蓋茨的房子可以稱為是智能建筑的集大成者。蓋茨花了7a時間與心血建成一幢獨一無二的豪宅，在他下班回家途中就可在車內(nèi)利用電腦遙控家中浴缸，自動注入適當溫度的水供他回家后享用。房子里的電腦感應器能隨時應主人的喜好，控制室內(nèi)的溫度、燈光、音響和電視系統(tǒng);客人到訪時只要佩戴小型電子胸針，讓電腦識別他們的位置，便可為他們提供服務;為了實現(xiàn)家庭的智能化，蓋茨的住宅里共鋪設了52英里長的電纜。

比爾·蓋茨的房子也許正代表著一種趨勢:人與世界的關(guān)系正逐步受到由數(shù)字化處理的信號的控制，聲音和視像、思想和行動，全都可以加以數(shù)字化處理。

(3)位于德國杜塞爾多夫市的維多利亞保險公司總部大樓，是歐洲非常著名的一棟生態(tài)智能建筑。

這座建筑在2000年被德國權(quán)威機構(gòu)授予德國生態(tài)環(huán)保一等獎，它所采用的系統(tǒng)不是歐洲最尖端的，但是一整套相當成熟可靠的技術(shù)系統(tǒng)。此幢建筑最關(guān)鍵的技術(shù)有智能玻璃幕墻、置換式新風系統(tǒng)、建筑施工安裝等。

智能玻璃幕墻:智能玻璃幕墻建筑，技術(shù)上主要是通過雙層玻璃幕墻來實現(xiàn)。由于這幢大廈雙層幕墻沒有現(xiàn)成資料，在設計過程中為確定雙層幕墻的基本構(gòu)造，如通風形式、進風口大小、開窗形式、遮陽中間空氣層寬度等技術(shù)數(shù)據(jù)，首先做出1∶7的模型，委托亞琛大學專家進行了大量的實驗。在此基礎(chǔ)上完成了幕墻設計。因為大樓接近杜塞爾多夫機場，從機場安全考慮，要求降低大樓玻璃幕墻對雷達波的反射作用。所以在大樓面向機場方向上采用了加入纖細鋼絲的20mm厚膠合玻璃。

置換式新風系統(tǒng):進風裝置設在固定外側(cè)幕墻的豎框之內(nèi)，每一豎框內(nèi)側(cè)左右各設22個直徑60mm的圓形進風口，相當于每一窗扇單元有0.12 m2的進風面積。進風口內(nèi)側(cè)有特殊合成材料制成的防鳥網(wǎng)。出風口設在位于樓頂高度的水平方向百葉之中，高度450mm鋁合金百葉傾斜角37°，可以有效地防止雨水進入幕墻內(nèi)側(cè)。

建筑施工安裝:塔樓外立面是由約1800mm×3500mm大小、在工廠加工完畢的單元式雙層幕墻構(gòu)件組成，在工地上整體吊裝，因而能保證施工精度和簡短的安裝工期。每個單元構(gòu)成相對獨立的通風系統(tǒng)，安裝時垂直方向在樓板高度上完全封閉，單元與單元水平相接處為構(gòu)造變形縫，相互之間形成6°夾角。通過這一夾角使窗框和玻璃都是平面的雙層幕墻單元，能夠圍合成圓形的建筑體量。

3.2 國內(nèi)案例分析

(1)世界上首座可完全拆裝重建、可循環(huán)再利用的建筑物—“IN的家”，于2001年11月2日在香港建成。該建筑占地2000m2，匯集了世界上最新智能設計與高科技環(huán)保技術(shù)成果，目的是用來展示未來建筑的新概念。這一建筑的落成，預示著我國21世紀的建筑將朝著智能型生態(tài)化方向發(fā)展，生態(tài)建筑將成為我國新一輪城市建筑的主題［3］。

(2)深圳藍牙水晶是國內(nèi)較全面應用生態(tài)節(jié)能高科技的案例，這是由五合國際主持設計的作品。

藍牙水晶位于深圳市中心區(qū)重要樞紐地段，因此項目用地比較苛刻，建筑容積率非常高，接近8，所處位置規(guī)劃高度又有限制，并且大廈后面有一所學校和幼兒園，日照遮擋非常嚴重，如何解決這些問題成為建筑設計的關(guān)鍵。設計中比較了各種方案，最后確定，建筑由高150m的三角形塔樓和高100m的L形板樓組成，最大限度利用日照活動的范圍，高層板樓盡量遠離學校。在這個建筑設計中，涉及一個巨大懸挑的結(jié)構(gòu)，利用了結(jié)構(gòu)本身的特性和混凝土承壓、鋼結(jié)構(gòu)承拉的特點，設計出建筑的懸挑結(jié)構(gòu)。

此次設計中，利用十大生態(tài)智能技術(shù)保證建筑的高品質(zhì):能量活性建筑基礎(chǔ)系統(tǒng)、天篷柔和輻射制冷系統(tǒng)、分散式新風系統(tǒng)、第三代窗箱式裝配玻璃幕墻、隱蔽式外窗遮陽百葉、智能采光照明系統(tǒng)、高效太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、高效防噪聲系統(tǒng)、雙層架空地面系統(tǒng)以及給排水集成控制與水循環(huán)再生系統(tǒng)等。其中藍牙水晶的雙層玻璃幕墻，按照深圳的氣候特點專門設計，帶有隔音窗和百葉。

生態(tài)智能建筑技術(shù)的應用難點，在于需要參與各方付出額外工作與創(chuàng)新，承擔設計過程中的一定風險。技術(shù)的采用，不求最新最貴，重在系統(tǒng)的配合與有機互動。同時應該看到，新技術(shù)與新材料的應用為建筑設計提供了廣闊的發(fā)揮空間，需要建筑師更具廣泛深厚的技術(shù)知識。

4 結(jié)語

自然生態(tài)環(huán)境是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，對生態(tài)環(huán)境的保護理應成為人類必須遵守的行為準則。特別是進入21世紀后，隨著我國信息、智能、技術(shù)的飛速發(fā)展以及改造生態(tài)環(huán)境的迫切需要，建筑師應從全面、整體、綜合的角度出發(fā)，利用現(xiàn)代先進的科學技術(shù)，通過精密設計，優(yōu)化集成，創(chuàng)造出符合環(huán)保要求的高效、節(jié)能、健康、舒適的智能型生態(tài)建筑。生態(tài)智能型建筑是未來建筑設計和建設發(fā)展的必由之路，是改善生態(tài)環(huán)境最合理的方法，是人類重視環(huán)境、保護環(huán)境、節(jié)約資源、選擇可持續(xù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。

［1］吳荻，原穎.環(huán)境保護與綠色建筑［J］.林業(yè)科技情報，2010，42(1):24－26.

［2］利仕選.淺談生態(tài)建筑及智能建筑的發(fā)展［J］.科技資訊，2006，25(26):67.

［3］匡小平，周正華.21世紀智能型生態(tài)建筑將崛起［J］.湖南林業(yè)科技，2002，29(2):48 －49.

［4］王博，楊歡歡，李小利.淺談智能綠色生態(tài)建筑［J］.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報，2008，7(3):86 －89.

［5］沈時迪.國際上生態(tài)智能建筑發(fā)展趨勢［J］.住宅產(chǎn)業(yè)，2009(7):87－88.

［6］鄒寧宇.由智能建筑到生態(tài)智能建筑［J］.江蘇建材，2002(3):1－3.

［7］張琦.淺談生態(tài)智能建筑的設計［J］.江蘇建筑，2008(3):13－15.