量化思維在綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用研究

金 熙，沈守云，高 波

（ 中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

量化思維在綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用研究

金 熙，沈守云，高 波

（ 中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

重形態(tài)分析、輕客觀量化的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)模式與當(dāng)今社會(huì)的綠色設(shè)計(jì)與可持續(xù)發(fā)展理念背道而馳。隨著綠色建筑設(shè)計(jì)思想的普及，如何在設(shè)計(jì)教學(xué)中強(qiáng)化量化思維，完善教學(xué)模式，是每一個(gè)教學(xué)工作者的義務(wù)和責(zé)任。通過反思與總結(jié)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)中的弊端，結(jié)合綠色建筑的核心設(shè)計(jì)原則，嘗試性的探索了引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生并形成量化思維的方法與規(guī)律。

量化思維；綠色建筑；線性設(shè)計(jì)；全壽命周期；被動(dòng)式設(shè)計(jì)

在提倡“建筑可持續(xù)發(fā)展”的今天，人們對(duì)于建筑的關(guān)注，已經(jīng)從原來的主觀藝術(shù)與客觀功能評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾曉O(shè)計(jì)的可持續(xù)性，設(shè)計(jì)的客觀量化，模擬評(píng)價(jià)等方面。這樣的轉(zhuǎn)型給設(shè)計(jì)教學(xué)帶來了巨大的沖擊, 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)模式已經(jīng)暴露出越來越多的問題和矛盾。

作為培養(yǎng)未來建筑師的搖籃，高校在完善設(shè)計(jì)教學(xué)，灌輸綠色建筑設(shè)計(jì)理念方面責(zé)無旁貸。綠色建筑設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)教學(xué)未來發(fā)展的重要領(lǐng)域，而且由于其明確性和科學(xué)性，它不但是是能幫助學(xué)生扎實(shí)有效地啟動(dòng)建筑設(shè)計(jì)、產(chǎn)生設(shè)計(jì)構(gòu)思和量化設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)，可更能使主觀抽象的空間設(shè)計(jì)變得具體，便于理解和評(píng)價(jià)，讓學(xué)生在積極主動(dòng)的思考和不斷解決問題的過程中提高設(shè)計(jì)思維能力，培養(yǎng)全局觀念[1]。

一、傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)教學(xué)模式的局限性

（一）線性設(shè)計(jì)教學(xué)模式的弊端

建筑設(shè)計(jì)教學(xué)經(jīng)歷了幾個(gè)重要的階段：古代的“學(xué)徒制”教學(xué)，“工作室”教學(xué)，以及“線性”教學(xué)。 由于職業(yè)分工與學(xué)科的不斷細(xì)化，在“工作室”教學(xué)中，由于就業(yè)的需要，許多建筑類院校是以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)建筑師技能為教學(xué)目標(biāo)，導(dǎo)致本應(yīng)該同步進(jìn)行的建筑研究和建筑設(shè)計(jì)被分離，從而分別形成了“理論”、“設(shè)計(jì)”兩條平行的線性教學(xué)主線，這也就是目前我國大部分建筑學(xué)專業(yè)所采取的傳統(tǒng)“線性”教學(xué)模式[2]。

傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)教學(xué)模式的核心是學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的要求，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行功能布局、空間利用以及造型推敲。

線性設(shè)計(jì)教學(xué)模式在設(shè)計(jì)的時(shí)序性、效率性方面有其固有的優(yōu)點(diǎn)：首先，階段性強(qiáng)：每個(gè)設(shè)計(jì)階段都有其明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)。其次，延續(xù)性強(qiáng)：前一階段的設(shè)計(jì)成果是后一階段設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)[3]。然而，在綠色建筑理念普及的今天，這種教學(xué)模式由于其不可逆的教學(xué)次序，體現(xiàn)出了越來越多的弊端。具體表現(xiàn)在：

1 .設(shè)計(jì)無法量化

建筑是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從圖紙到實(shí)物的建成，是包括設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備、維護(hù)等各方面的“合力”細(xì)化、量化的作用結(jié)果。各個(gè)專業(yè)都在各自領(lǐng)域研究解決自己的問題，缺乏交流和溝通，使得設(shè)計(jì)無法徹底化，因此，具有最好的建筑外觀設(shè)計(jì)方案可能具有極差的建筑性能。然而，這樣的結(jié)果，在大學(xué)學(xué)習(xí)階段，缺乏必要的量化設(shè)計(jì)手段，僅靠圖紙無法直觀地表現(xiàn)出來，造成大學(xué)里的建筑設(shè)計(jì)始終停留在“未完成”狀態(tài)。

2.重藝術(shù)、輕技術(shù)

從圖1可知，在傳統(tǒng)的線性設(shè)計(jì)流程中，技術(shù)性因素只有在初步設(shè)計(jì)及以后階段才會(huì)考慮，而由于學(xué)生在大學(xué)學(xué)期期間，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)集中在“方案設(shè)計(jì)”，因此，傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)教學(xué)主要集中在偏重于藝術(shù)性的“空間思維”與“圖紙表達(dá)”方面。這樣的設(shè)計(jì)方法雖然能賦予設(shè)計(jì)很大的自由度，但是它容易使學(xué)生沉迷于建筑外觀的處理和構(gòu)圖手法，而忽視了一些隱性的設(shè)計(jì)元素（如社會(huì)因素和技術(shù)因素），因此，當(dāng)新的建筑類型、材料和技術(shù)手段出現(xiàn)以后，學(xué)生無法將設(shè)計(jì)與具體的技藝手段融合，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法的局限性也逐步凸顯出來。

圖1 傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)流程

（二）教師知識(shí)結(jié)構(gòu)的缺陷

綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)在中國的普及，迄今只有十余年的歷史；另一方面，目前大多數(shù)建筑類院校從事在教學(xué)一線崗位的教師都是傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)教學(xué)模式下培養(yǎng)出來的，對(duì)于綠色建筑設(shè)計(jì)理念的理解，自身也存在著認(rèn)知上的不足，對(duì)于整個(gè)綠色建筑的教學(xué)框架，存在著結(jié)構(gòu)性的知識(shí)斷層，要完全消化、把握綠色建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)與理論，非一朝一夕之功，因此，客觀上造成了在教師層面上，綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)普及的難度。

（三）單一學(xué)科發(fā)展的缺陷

在綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中，《建筑構(gòu)造》、《建筑物理》等技術(shù)類課程是基礎(chǔ)。盡管建筑技術(shù)課程在整個(gè)建筑學(xué)中占有一定比例，然而多數(shù)情況下達(dá)不到教學(xué)的效果與要求。究其原因主要是，第一，課程相對(duì)枯燥。相對(duì)于設(shè)計(jì)，技術(shù)類課程理論性較強(qiáng)，并且牽涉到相關(guān)數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，有許多數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，直接導(dǎo)致了學(xué)生的興趣銳減；其二，課程相對(duì)單一。目前，大部分技術(shù)類課程是由偏重土木工程的純技術(shù)類教師（比如建筑設(shè)備、建筑力學(xué)的老師）傳授。由于不具備建筑設(shè)計(jì)的從業(yè)背景，教師無法將本來就略顯枯燥的技術(shù)理論與設(shè)計(jì)作品結(jié)合講授，導(dǎo)致學(xué)生無法在設(shè)計(jì)作業(yè)中實(shí)際運(yùn)用所學(xué)到的技術(shù)知識(shí)，技術(shù)學(xué)科的孤立，使得學(xué)生無法明白技術(shù)類課程的真正作用，最終成為學(xué)生的學(xué)習(xí)累贅，并在考試之后全然忘卻[4]。

二、綠色建筑設(shè)計(jì)理念的量化思維

面對(duì)建筑可持續(xù)發(fā)展的課題，研究如何將課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段建立在現(xiàn)代教育技術(shù)平臺(tái)上, 已成為當(dāng)前形勢(shì)下教學(xué)改革和發(fā)展的一個(gè)重要方向[5]。建筑設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)重新被認(rèn)識(shí)，在倡導(dǎo)“綠色設(shè)計(jì)”的今天，傳統(tǒng)的線性設(shè)計(jì)教學(xué)模式必將受到綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)模式的沖擊，主觀、藝術(shù)性的設(shè)計(jì)創(chuàng)作必然會(huì)融入客觀、量化的設(shè)計(jì)思維因素。。

綠色建筑的典型特征就是“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地和節(jié)材”[6]。因此，綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)的核心，就是在學(xué)生整個(gè)設(shè)計(jì)作業(yè)周期中老師要從設(shè)計(jì)思路上，將學(xué)生引導(dǎo)到這4個(gè)方面來，從草圖到正圖，在滿足功能、空間和造型的前提下，加強(qiáng)設(shè)計(jì)中的量化思維。

（一）節(jié)地與室外環(huán)境設(shè)計(jì)的量化

室外環(huán)境設(shè)計(jì)，即 “總平面設(shè)計(jì)”。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)中，關(guān)于總平面設(shè)計(jì)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，一般可以歸納為總平面的構(gòu)圖是否新穎，形式感是否較強(qiáng)，功能分區(qū)及交通流線是否清晰合理等。對(duì)于綠色建筑設(shè)計(jì)而言，室外環(huán)境微氣候的優(yōu)化是總平面設(shè)計(jì)的量化核心，因此在設(shè)計(jì)教學(xué)中，在遵循傳統(tǒng)總平面設(shè)計(jì)原則上，應(yīng)加入對(duì)地形地貌、植被景觀、建筑朝向等具體的量化思考。

對(duì)于地形地貌的設(shè)計(jì)量化，主要集中在基地的豎向設(shè)計(jì)上。一方面，在滿足規(guī)范的前提下，利用臺(tái)階、坡道等交通元素，自然消化基地內(nèi)的天然高差，使得基地的土方量總體接近平衡；另一方面，可以結(jié)合高差的漸變，營(yíng)造更多的地下、半地下的功能或灰空間，使得整個(gè)基地的空間序列層次豐滿。

對(duì)于景觀的量化思考，則不僅僅局限在平面的形式感及視覺美感上。對(duì)于軟質(zhì)景觀而言，著重要考慮植被的結(jié)合場(chǎng)地的常年風(fēng)向，通過植被的具體分布，樹種的變化與圍合，營(yíng)造出適合基地的風(fēng)環(huán)境；而對(duì)于硬質(zhì)鋪地，除開鋪裝設(shè)計(jì)多樣化之外，可滲透地面的分布，生態(tài)停車場(chǎng)等綠色鋪裝的平面布置與節(jié)點(diǎn)大樣圖應(yīng)是硬質(zhì)景觀量化設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。

（二）節(jié)能與被動(dòng)式設(shè)計(jì)的量化

“全壽命周期”是綠色建筑的一個(gè)重要概念，即人們應(yīng)該從建筑的“立項(xiàng)—設(shè)計(jì)—施工—使用維護(hù)—拆除再利用” ，整個(gè)建筑從生到消亡的過程來看待建筑。這就要求任何的建筑單體設(shè)計(jì)必須降低建筑能耗，而在目前的綠色設(shè)計(jì)體系中，被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)是值得在教學(xué)中大力提倡的。

被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是建筑對(duì)氣候和自然環(huán)境的順應(yīng)。在設(shè)計(jì)過程中，在不依賴主動(dòng)能源設(shè)備（空調(diào)、暖氣等）的前提下，遵循建筑環(huán)境控制技術(shù)的基本原理，綜合建筑功能和形態(tài)設(shè)計(jì)的要求，有理、有利的處理好空間布局、造型、環(huán)境等各種建筑元素。被動(dòng)式設(shè)計(jì)的貫徹，依賴于被動(dòng)式技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式設(shè)計(jì)的量化技術(shù)手段，主要包括體形系數(shù)的控制、遮陽、采光、通風(fēng)、保溫隔熱技術(shù)等。在目前全世界 “建筑綠色化”的大背景下，教師應(yīng)有責(zé)任、有義務(wù)在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段適時(shí)的灌輸相關(guān)知識(shí)，并結(jié)合基地的氣候與自然條件，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行被動(dòng)式設(shè)計(jì)的量化，有條件的話再通過相關(guān)軟件計(jì)算出模擬數(shù)據(jù)，使得設(shè)計(jì)方案更具說服力。

以作者所處的夏熱冬冷地區(qū)為例，這個(gè)地區(qū)最大的氣候特點(diǎn)是夏季悶熱、冬季陰冷、靜風(fēng)率高。 “夏季隔熱，兼顧冬季保溫”是該地區(qū)節(jié)能戰(zhàn)略的主導(dǎo)方針?！吨袊ㄖ?jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2007》指出，“中國南方夏季影響空調(diào)能耗的是太陽輻射, 節(jié)能的關(guān)鍵途徑為外遮陽和外表面通風(fēng)”。因此，夏熱冬冷地區(qū)建筑的夏季節(jié)能，通風(fēng)與遮陽被動(dòng)式設(shè)計(jì)與技術(shù)的實(shí)施是關(guān)鍵。

因此，隨著課程設(shè)計(jì)的深入，教師應(yīng)強(qiáng)化學(xué)生的被動(dòng)式設(shè)計(jì)理念。針對(duì)夏熱冬冷氣候，在滿足基本功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步組織優(yōu)化空間，通過建筑朝向的偏轉(zhuǎn)、灰空間的植入，庭院與天井的有機(jī)分布，加強(qiáng)通風(fēng)效果；通過建筑立體與平面的凹凸，形成建筑的自遮陽與互遮陽，通過遮陽構(gòu)件與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材質(zhì)對(duì)比，疏密對(duì)比，虛實(shí)對(duì)比，營(yíng)造出切合氣候的建筑形式美。

（三）節(jié)水與節(jié)材理念的設(shè)計(jì)量化

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)及實(shí)踐中，水體是為豐富總圖，增強(qiáng)總圖形式感而增加的景觀元素，然而，由于造價(jià)問題，設(shè)計(jì)師往往陷入主觀形式上的裝飾需求與造水高成本的兩難境地。在綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中，教師應(yīng)改變傳統(tǒng)觀念，對(duì)水體進(jìn)行針對(duì)性的量化設(shè)計(jì)，這不僅僅局限在形式感的強(qiáng)化上：如何通過可滲透地面、植被、樹木的適宜布局，來保護(hù)地下水。營(yíng)造水體的過程中，一方面通過營(yíng)造適宜的水景，滿足設(shè)計(jì)的藝術(shù)需求；另一方面，通過雨水和地下水的收集，結(jié)合相關(guān)設(shè)備，形成中水系統(tǒng)的循環(huán)再利用。結(jié)合水體，引入水源熱泵技術(shù)，強(qiáng)化被動(dòng)式技術(shù)的設(shè)計(jì)。對(duì)于材料同樣也是如此。教會(huì)學(xué)生學(xué)會(huì)從構(gòu)造和材料的角度去理解、剖析建筑設(shè)計(jì)，是目前建筑學(xué)專業(yè)較為薄弱，卻亟待發(fā)展的一個(gè)教學(xué)領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)教學(xué)中，隨著設(shè)計(jì)過程的深入，教師應(yīng)結(jié)合構(gòu)造、材料肌理等技術(shù)性因素，從材料的經(jīng)濟(jì)性、地域性和物理特性方面具體引導(dǎo)學(xué)生深化設(shè)計(jì)。

三、量化思維在設(shè)計(jì)教學(xué)中的實(shí)現(xiàn)手段

（一）建筑設(shè)計(jì)教學(xué)模式的改變

在傳統(tǒng)的線性設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，建筑學(xué)的學(xué)生不重視工程、設(shè)備等專業(yè)的學(xué)習(xí)，閉門造車，這樣的模式很難真正實(shí)現(xiàn)綠色建筑思維在設(shè)計(jì)中的量化。必須將建筑與其技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行同時(shí)、同步設(shè)計(jì)，即完成傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)教學(xué)向集成化。教師應(yīng)在設(shè)計(jì)最初階段引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)與技術(shù)設(shè)計(jì)的同步化，集成化，隨著集成整體設(shè)計(jì)的形成，建筑與工程設(shè)計(jì)可以同步實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，即完成傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)教學(xué)向集成化設(shè)計(jì)教學(xué)的轉(zhuǎn)型，這同時(shí)也要求專業(yè)教師完成設(shè)計(jì)教學(xué)思維的轉(zhuǎn)變。

設(shè)計(jì)模式是一種思維模式，一經(jīng)固定，就會(huì)變成學(xué)生整個(gè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)階段的慣性常態(tài)思維。因此，集成化設(shè)計(jì)教學(xué)必須在學(xué)生低年級(jí)接觸專業(yè)基礎(chǔ)課時(shí)就加以灌輸，經(jīng)過五年的反復(fù)強(qiáng)化與鍛煉，量化設(shè)計(jì)思維才有可能應(yīng)用在學(xué)生以后的設(shè)計(jì)實(shí)踐中。

（二）建筑模擬、評(píng)價(jià)等量化工具的介入

綠色建筑設(shè)計(jì)的量化，需要有客觀數(shù)據(jù)的支持，才能對(duì)其進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，否則沒有可信度與科學(xué)性。隨著綠色節(jié)能理念的全球普及，有越來越多的針對(duì)綠色建筑開發(fā)的模擬仿真評(píng)價(jià)軟件誕生，如Ecotect、Revit、Design builder等。掌握并使用這些工具，才能促使建筑師和工程師真正合作并為相應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)方案提供指導(dǎo)與評(píng)價(jià)。在教學(xué)過程中，教師除開基本的制圖軟件如CAD、Photoshop傳授外，還應(yīng)介紹相關(guān)的模擬評(píng)價(jià)軟件的作用、與設(shè)計(jì)的關(guān)系，促使學(xué)生有選擇性的學(xué)習(xí)并掌握至少1種模擬軟件，通過模擬與評(píng)價(jià)，一方面使得課程設(shè)計(jì)作業(yè)更直觀，同時(shí)也因?yàn)榱炕瘮?shù)據(jù)，使得設(shè)計(jì)更有深度。

（三）重視技術(shù)類與設(shè)計(jì)類課程的交叉式教學(xué)

針對(duì)技術(shù)類課程與設(shè)計(jì)類課程相互脫節(jié)的問題，應(yīng)重視并加強(qiáng)技術(shù)類課程，尤其是綠色技術(shù)課程與設(shè)計(jì)類課程的交叉式教學(xué)。

低年級(jí)學(xué)生應(yīng)仍以培養(yǎng)空間思維能力和圖面表達(dá)能力為主，但要適當(dāng)?shù)脑黾蛹夹g(shù)類的專業(yè)基礎(chǔ)課，如《建筑技術(shù)概論》，同時(shí)，在理論傳授的同時(shí)，同步進(jìn)行與建構(gòu)相關(guān)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，如小型建筑測(cè)繪；高年級(jí)的學(xué)生對(duì)于建筑空間、建筑功能已有較為明確的認(rèn)識(shí)，此時(shí)建筑結(jié)構(gòu)、材料、構(gòu)造知識(shí)將成為其設(shè)計(jì)的制約條件，對(duì)于這些知識(shí)的運(yùn)用，將決定其最終的設(shè)計(jì)效果，教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)可以通過合理的設(shè)計(jì)課程安排，強(qiáng)化技術(shù)的重要性，如以建筑節(jié)能技術(shù)實(shí)踐為特色的綠色建筑設(shè)計(jì)，以被動(dòng)式設(shè)計(jì)為主題的設(shè)計(jì)競(jìng)賽等[7]。

此外，教師須將設(shè)計(jì)交流作為一個(gè)必要環(huán)節(jié)[8]，推進(jìn)并加強(qiáng)各年級(jí)學(xué)生間的交流，通過高年級(jí)學(xué)長(zhǎng)的言傳身教，盡快幫助低年級(jí)學(xué)生樹立正確的技術(shù)觀，設(shè)計(jì)量化觀。

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Quantitative Thinking in the Teaching of Green Building Design

JIN Xi, SHEN Shou-yun, GAO Bo
(College of Landscape Architecture, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In traditional design teaching pattern, the building shapes and forms are more valued, while actual quantif i cation ignored, completely opposing to what sustainable ideas advocates. With the green building design popularizing, it is responsible and obligatory for every professional teacher to strengthen quantitative ideas and improve teaching patterns. By rethinking and summarizing the defects of traditional design teaching, based on essential green building design principles, positive methods has been explored experimentally for students to make quantitative ideas occurred in the design process.

quantitative ideas; green building; linear design; life cycle; passive design

G64

A

1673-9272(2012)03-0149-04

2012-02-16

2012年湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題：“基于BIM平臺(tái)的集成化建筑設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式的研究”（編號(hào)：XJK0 11CGD047）。

金 熙（1979-），男，湖南益陽人，中南林業(yè)科技大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院講師，博士研究生，研究方向：建筑設(shè)計(jì)與綠色建筑。

[本文編校：楊 燦]