基于生態(tài)技術理念的建筑設計量化策略

金 熙，沈守云，解明鏡

（1. 中南林業(yè)科技大學 風景園林學院，湖南 長沙410004；2. 中南大學 建筑與藝術學院，湖南 長沙410083）

基于生態(tài)技術理念的建筑設計量化策略

金 熙1，沈守云1，解明鏡2

（1. 中南林業(yè)科技大學 風景園林學院，湖南 長沙410004；2. 中南大學 建筑與藝術學院，湖南 長沙410083）

綠色生態(tài)觀的全球普及，要求設計師沿著生態(tài)技術的路徑進行方案創(chuàng)作，這對當前設計產生了深遠的影響。通過理論闡述與實例分析，從氣候與建筑的生態(tài)耦合，技術與空間的生態(tài)對接，基于集成化生態(tài)思維的設計創(chuàng)作三方面，詳細闡述了生態(tài)技術理念在建筑設計中的具體量化，進而總結了基于生態(tài)技術理念的建筑設計創(chuàng)作思路，并從三個方面，對建筑師未來專業(yè)素質的培養(yǎng)提出相關的建議。

生態(tài)技術理念；氣候適應性；空間行為；集成化設計

在當代建筑走向“生態(tài)與綠色”的今天，以空間布局和形體塑造為特征的傳統(tǒng)建筑設計創(chuàng)作正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。建筑師通過生態(tài)發(fā)展的視野，利用生態(tài)技術構筑人們健康、舒適的生存環(huán)境，最大化降低自然環(huán)境負荷，并與周圍自然環(huán)境共生共享，使建筑成為真正的生態(tài)棲息地，這是21世紀建筑設計創(chuàng)作的主題。

國外的生態(tài)建筑設計理論體系相對成熟和完善，近年來以查理斯·柯里亞、楊經文、赫爾佐格為代表的設計師在綠色建筑領域進行了積極的實踐探索，誕生了帕雷克住宅、梅納拉大廈、對角住宅等一系列優(yōu)秀作品，具有很強的啟示意義；國內的生態(tài)建筑設計正處于起步階段，大都偏于課題研究，周若祁、劉加平研究了綠色建筑體系與黃土高原基本聚居模式；徐峰、張國強研究了湖區(qū)住宅公共基礎設施建設技術[1-2]，這些都是具有代表性的生態(tài)建筑設計研究課題。國內目前的生態(tài)建筑實踐領域，“重技術、輕空間”的趨勢較為明顯，或以技術參數為研究主體的工程分析，或以模擬評價為主體的純技術分析，這些背離了建筑設計以空間為主體的設計思維，從客觀上造成了生態(tài)技術與空間形態(tài)對接的難度。

生態(tài)技術的客觀量化，是未來建筑設計的發(fā)展方向，它不可避免的影響到了設計師的創(chuàng)作思維，對設計師提出了更高的要求。對設計師而言，如何沿著生態(tài)技術的路徑進行方案創(chuàng)作，并結合空間布局，調整細化創(chuàng)作思維，進而優(yōu)化設計方案，成為一個難題。

1 生態(tài)技術理念的核心

生態(tài)技術，即綠色技術，其核心理念是要求建筑師綜合用戶需求與地域特點，采用一系列主、被動控制技術，使建筑建造與運行維護達到最佳化，在保證健康、舒適生活環(huán)境的同時，最大化減少能耗、水耗、土地消耗等運營成本。

生態(tài)技術的介入，要求設計師將建筑看成一個系統(tǒng)工程，需要從環(huán)境影響、物理環(huán)境和全壽命周期投資等角度進行綜合分析，在設計中盡量做到 “四節(jié)一環(huán)?！保础肮?jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材，環(huán)境保護”，這也是生態(tài)技術的具體實現手段。設計師進行方案創(chuàng)作時，在滿足功能、空間和造型的前提下，強化設計中的技術因素，實現藝術與技術的完美融合。

2 生態(tài)技術理念對方案設計的量化策略

生態(tài)技術可以極大提升建筑功能，但是將技術與空間剝離，僅依賴技術推動力，建筑的負面效應將會大大增加，如果生態(tài)技術無法和創(chuàng)作本身融合，只是成為一種裝飾技術手段，其正面效應無法完全體現[7]。生態(tài)的實現，需要來自基于空間布局思維上的多維度集成。具體來講，生態(tài)技術理念可以從以下三方面對方案創(chuàng)作進行客觀量化。

2.1 氣候與建筑的生態(tài)耦合

建筑是氣候的產物，近年來，建筑的氣候適應性成為研究與設計的熱點。Andreasi和Ryozo分別研究了巴西濕熱氣候與日本寒冷氣候條件下，建筑氣候適應性問題[3-4]；同濟大學的呂愛明研究了大陸性氣候條件下應變建筑的設計策略[5]。這些都表明了，繼“形式服從功能”、“形式喚起功能”之后，當今的設計觀已轉變?yōu)槠厣鷳B(tài)的“形式遵循氣候”。一個方案在一個地區(qū)也許是經典之作，搬到另一個地區(qū)，由于氣候的不同，則很有可能會成為最蹩腳的抄襲。

同一類型的建筑，基于氣候差異性的空間塑造會截然不同，設計創(chuàng)作應充分考慮氣候特征，最大限度地利用自然采光、自然通風、被動式采暖制冷等被動式低能耗生態(tài)技術，結合空間布局，將氣候與建筑進行最佳生態(tài)耦合。如在寒冷地區(qū)，冬季保溫是重點，設計時應著眼于被動式集熱技術如何與空間布局更好的融合；南方濕熱地區(qū)夏季防熱是重點，設計應著重考慮在合理的利用遮陽和自然通風的生態(tài)基礎上，完善功能布局和空間的形體塑造。[6]

印度建筑師查理斯·柯里亞在帕雷克住宅（圖1）設計中，為解決干熱氣候下的遮陽和通風問題，在設計中強化了當地民居的“管式住宅”設計理念，其內部庭院由此演繹出兩種剖面形式：“冬季剖面”和“夏季剖面”[7]，通過冬季建筑空間的收縮和納陽措施，以及夏季建筑空間的開敞和通風，應對氣候變化。

圖1 冬夏兩季帕雷克住宅剖面的變化Fig.1 Section changes in summer and winter of Parekh house

夏季剖面為下大上小的A形，內部空間與外界的接觸面減少，有效降低了夏季陽光照射的強度，同時A形庭院豎向高度的增加強化了風壓通風，形成良好的空氣吹拔效果，很好的適應了對于當地夏季午后炎熱天氣；冬季剖面為下小上大的V形，室內空間面向室外開敞，大面積接受日光的照射，達到冬季保溫的目的。

柯里亞發(fā)掘印度當地建筑適應氣候的特性元素，就地取材，建立了一系列建筑空間和形態(tài)，完美的詮釋了氣候和建筑的耦合生態(tài)共生。中國有創(chuàng)作氣候適應性建筑的基礎，建筑師應深入分析場地的地理地貌、氣候變化，以及當地居民的生產生活習俗，以獨特的建筑詞匯和語法, 創(chuàng)造出具有氣候適應性的特色空間。

2.2 技術與空間的生態(tài)對接

不從建筑的主體-空間出發(fā)，而一味的進行所謂的“生態(tài)技術”的堆積，最終的結果必然是使建筑成為無意義的、高成本的技術堆積。就設計創(chuàng)作而言，作為實現建筑的手段，技術為輔、空間則是主，不能本末倒置。

空間行為，是指通過空間布局激發(fā)或引導人們在建筑中的行為，讓人們在獲得舒適感、愉悅感的同時，自發(fā)的以更健康的方式使用建筑，享受建筑，從而達到生態(tài)技術無痕植入的目的[8]。設計師應該創(chuàng)作中注重技術與空間的量化結合，具體制定出能引導空間行為的生態(tài)設計策略，從而順利實現技術與空間的生態(tài)對接。

2.2.1 “生態(tài)表皮”的運用—引導人們體驗技術的舒適感

目前，公共建筑體量有不斷增大的趨勢，原來的單一性功能建筑逐步演變?yōu)榫邆涠喙δ艿慕ㄖC合體。大體量、長進深不利于生態(tài)空間的形成。如何通過空間的設置，巧妙地引導室內的空氣對流、自然光線的滲透，利用一切可能的自然條件，最大化滿足空間的物理環(huán)境環(huán)境需求，使人們在感受建筑的同時，體驗技術帶來的舒適感，是生態(tài)設計的重點。給建筑賦予靈活的“生態(tài)表皮”，是建筑“生態(tài)化”的有效手段之一?？萍歼M步使得極具技術含量的建筑表皮在美化建筑形體的同時，成為對建筑的不舒適進行補償的有效手段，設計師可以通過對表皮的技術處理，在不影響正常的建筑功能的基礎上，改善室內主體空間的環(huán)境品質。

楊經文在設計梅納拉大廈時，通過植物、玻璃和遮陽鋼架，自下而上建構了雙層表皮。螺旋而上的立體綠化，帶來了遮陽和氧氣，南北兩側墻面的通透玻璃幕墻緩和太陽直射，炎熱的東西墻面，用鋁制散熱片和遮陽板進行微氣候調節(jié)，同時有意的空間開敞，使得自然通風得以順利進行。人們能自然的感受到生態(tài)技術在建筑內部帶來的舒適感（圖2）。

圖3 科學園的拱廊空間Fig.3 Arcade space of science institute

2.2.2 室內公共空間室外化

空間的本質就是人們交往、休閑、娛樂的場所，因此，公共空間在內部是必不可少的元素。隨著生態(tài)理念的植入，室內公共空間性質發(fā)生了外延，它既是連接內外的實體灰空間，同時也是氣候緩沖的物化空間。當前有很多的建筑，大量的將實體功能空間劃分出一定面積的公共空間，其目的就是作為氣候應變界面，來自動調節(jié)建筑微環(huán)境，形成生態(tài)效應。

同時，在公共空間室外化的基礎上，可利用溫室效應和自然通風，與建筑空間整合形成 “邊庭”的外圍護界面，積極應對氣候對建筑的影響，優(yōu)化室內的物理環(huán)境。

蓋爾森基興的德國科學園（圖3），在建筑西面設置了一條長300 m的“拱廊”邊庭空間，斜向玻璃墻在模糊室內外空間界限的同時，另一方面，通過拱廊上的隔熱窗扇的有機閉合和開啟，提供通風和朝向湖面的通道，為溫室效應和室內通風的形成，創(chuàng)造了條件（圖4）。

圖4 拱廊的溫室效應與通風分析Fig. 4 Analysis of greenhouse effect and ventilation of the arcade

2.3 集成化生態(tài)設計

傳統(tǒng)線性設計在生態(tài)理念的沖擊下，顯示出越來越多的弊端，多專業(yè)、跨學科交流，以及由此產生的集成化生態(tài)設計（圖5）已成為未來設計的趨勢。建筑生態(tài)效應的實現，需要多專業(yè)設計人員同時、同步設計，這要求建筑師從一開始就要樹立起集成化生態(tài)設計觀[8]。

集成化生態(tài)設計是從全生命周期來加以考慮和優(yōu)化建筑的過程，它把傳統(tǒng)線性設計所忽視的主動式和被動式技術整合到一塊，通過技術篩選，以較低成本獲得高性能和多方面的效益[9]。這種設計方法在形式、功能、性能和成本上把生態(tài)技術理念與常規(guī)建筑設計標準緊密結合，并且集成化設計越早介入設計，生態(tài)有效性就越高。貝丁頓零能耗社區(qū)，清華大學節(jié)能示范樓（圖6）的落成及實際產生的生態(tài)效果，證明了集成化生態(tài)設計的可行性和科學性。

圖5 集成化生態(tài)設計流程Fig. 5 Integrated ecological design fl ow

3 生態(tài)建筑設計素質的培養(yǎng)

生態(tài)技術理念的設計植入，對于習慣于傳統(tǒng)設計創(chuàng)作模式的建筑師而言，是一個全新的課題。若想在建筑設計中成功融入生態(tài)思維，實現客觀技術與主觀設計的合理對接，建筑師應加強生態(tài)建筑設計能力的培養(yǎng)。

(1) 設計創(chuàng)作模式的轉變。傳統(tǒng)線性設計因其固有的弱點已無法適應當今生態(tài)建筑設計的需要，設計創(chuàng)作模式也應與時俱進，完成向集成化設計的轉變，這就要求建筑師必須將建筑與生態(tài)技術進行同時、同步設計。

(2) 重視跨學科合作。隨著生態(tài)技術理念的普及，跨學科、跨專業(yè)的合作與交流必然會成為未來設計創(chuàng)作的主流。傳統(tǒng)的設備、材料和技術等專業(yè)，基本上是和設計脫節(jié)的。建筑師在設計過程中，應全方位了解生態(tài)技術及相關設備的知識，并努力使之與核心的建筑空間布局整合，形成全面、綜合的優(yōu)化建筑性能策略[10]。

(3) 建筑實體模擬工具的引入。生態(tài)技術思維的量化，沒有定量評價的生態(tài)技術理念，是沒有意義的[11]。設計師必須借助針對生態(tài)建筑開發(fā)的建筑實體模擬工具，如Ecotect Analysis，才能和相關專業(yè)工程師一起進行跨專業(yè)的深度合作，并為建筑設計方案提供定量的數據評價與量化指導，使得設計更具科學性。

圖6 清華大學節(jié)能示范樓集成生態(tài)技術Fig.6 Integrated eco-technology of energy-saving building in Tsinghua University

[1] 周若祁. 生態(tài)建筑體系與黃土高原基本聚居模式[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社. 2007.

[2] Xu Feng, Zhang Guoqiang. Inf l uence of site selection on natural ventilation in Chinese traditional folk house [J]. Journal of Southeast University (English Edition), 2010, 26(2): 28-31.

[3] Wagner Augusto Andreasi, Roberto Lamberts. Thermal acceptability assessment in buildings located in hot and humid regions in Brazil [J]. Building and Environment, 2010, 45: 1225-1232.

[4] Ryozo Ooka. Field study on sustainable indoor climate design of a Japanese traditional folk house in cold climate area [J].Building and Environment, 2002, 37: 319-329.

[5] 呂愛民. 應變建筑—大陸性氣候的生態(tài)策略[M]. 上海: 同濟大學出版社, 2003: 136-137.

[6] 金 熙, 沈守云, 秦 彥. 夏熱冬冷地區(qū)居住建筑綠化遮陽研究[J]. 中南林業(yè)科技大學學報, 2012, 32(3): 85-88.

[7] 冒亞龍, 何鏡堂. 適應地方生態(tài)氣候的建筑設計[J]. 工業(yè)建筑, 2010, 40(8): 49-53.

[8] 徐 峰, 張國強. 以建筑節(jié)能為目標的集成化設計方法與流程[J]. 建筑學報, 2009(11): 55-57.

[9] Rodrigo Mora, Girma Bitsuamlak, Miljana Horvat. Integrated life-cycle design of building enclosures [J]. Building and Environment, 2011, 46(7): 1469-1479.

[10] 金 熙, 沈守云, 高 波. 量化思維在綠色建筑設計教學中的應用研究[J]. 中南林業(yè)科技大學學報: 社會科學版, 2012,6(3): 149-152.

[11] 武 廉. 基于低碳綠色理念的城市建筑設計研究[J]. 湖南工業(yè)大學學報: 社會科學版, 2012, 17(3): 6-10.

Quantitative design strategies based on eco-technology idea

JIN Xi1, SHEN Shou-yun1, XIE Ming-jing2
(1. School of Landscape Architecture, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. College of Architecture and Art, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)

With the global outreach of green ecological idea, architects should combine their design works with green ecological technology, which has resulted in far-reaching inf l uence on contemporary architecture design. Through theories and examples analyses,the concrete quantif i cation of green building ideas in the design have been elaborated in detail, from three aspects: climate-building coupling, green ecological combination of technology and space, design and creation integrated ecological idea. Furthermore, the design strategies based on green ecological technology has been summarized, and several suggestions have been put forward aiming at cultivation of professional qualities from three aspects.

eco-technology idea; climate adaptability; space behavior; integrated design

S731

A

1673-923X(2013)02-0105-05

2012-07-27

國家自然科學基金資助（51108469）；湖南省教育廳科學研究項目（11C1308）

金 熙(1979-)，男，湖南益陽人，講師，博士研究生，主要從事生態(tài)建筑設計的教學工作

[本文編校：吳 彬]