綠色鐵路客站建筑方案設(shè)計的被動式設(shè)計策略應(yīng)用探討

王彥

（鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院工程師，北京100038）

綠色鐵路客站建筑方案設(shè)計的被動式設(shè)計策略應(yīng)用探討

王彥

（鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院工程師，北京100038）

綠色鐵路客站的建筑設(shè)計應(yīng)以被動式設(shè)計策略為基礎(chǔ)。分析綠色鐵路客站建筑設(shè)計策略的主動、被動兩種方式，結(jié)合案例和鐵路客站建筑設(shè)計的特殊性，探討被動式設(shè)計策略在綠色鐵路客站建筑方案設(shè)計中的應(yīng)用，以期推動被動式設(shè)計策略的運用發(fā)展。

綠色建筑；鐵路客站；建筑方案設(shè)計；被動式設(shè)計策略

0 引言

近年來綠色建筑越來越受到社會各界的重視，鐵路客站作為一類重要的公共建筑，其綠色度也倍受關(guān)注。鐵路客站作為公共建筑，包含了辦公用房、生產(chǎn)用房、商業(yè)用房、候車廳、售票廳、換乘廳等多種使用功能的空間，除“四節(jié)一環(huán)?！蓖猓踩?、快捷、高效等也是綠色鐵路客站評價需要關(guān)注的因素[1]。根據(jù)GB 50378—2006《綠色建筑評價標準》對綠色建筑的定義，可以把綠色鐵路客站定義為：在滿足鐵路客站設(shè)計及建設(shè)各項標準基礎(chǔ)之上，在建筑的安全壽命周期中，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能，節(jié)地，節(jié)水，節(jié)材）、保護環(huán)境和減少污染，為旅客及運營管理者提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的鐵路旅客車站建筑。

綠色鐵路客站建筑設(shè)計從能源的消耗方式來說，采用了主動、被動兩種設(shè)計方式。被動式設(shè)計是指在建筑方案設(shè)計過程中，根據(jù)建設(shè)地所在區(qū)域的氣候特征，遵循建筑環(huán)境控制技術(shù)基本原理，綜合建筑功能、形態(tài)等需要，合理組織和處理各建筑元素，使建筑物具有較強的氣候適應(yīng)和氣候調(diào)節(jié)能力[2]。被動式設(shè)計的概念是基于現(xiàn)代建筑對環(huán)境造成的污染與破壞而提出的?，F(xiàn)代建筑為了給人們提供舒適的環(huán)境，一直利用機械設(shè)備和外部不可再生能源輸入的“主動式系統(tǒng)”來控制改變環(huán)境狀況，高額的能源消耗維持著這一系統(tǒng)的運行。與之相對的“被動式建筑設(shè)計”則要求建筑師充分了解并尊重地區(qū)自然環(huán)境狀況（太陽光、氣候、地質(zhì)、風向、植被等），在不使用機械設(shè)備和外部能源輸入的前提下，完全依靠建筑本身的規(guī)劃布局、建筑造型、建筑材料等的設(shè)計，適應(yīng)并利用地區(qū)氣候地理特點，從而創(chuàng)造健康舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，進而達到節(jié)約不可再生能源的目的[3]。被動式設(shè)計是建筑節(jié)能的主要途徑之一，為綠色建筑的未來發(fā)展提供了一個方向。

1 綠色鐵路客站的建筑設(shè)計應(yīng)以被動式設(shè)計策略為基礎(chǔ)

綠色建筑的設(shè)計策略大致分為被動式設(shè)計策略和主動式設(shè)計策略。從廣義上，被動式設(shè)計策略主要是指“前空調(diào)系統(tǒng)時代”中，建筑設(shè)計采用合適朝向、蓄熱材料、遮陽裝置、自然通風等策略的設(shè)計類型。這種設(shè)計策略更多的是被動接受或直接利用可再生能源，沒有或很少采用機械和動力設(shè)備。相對而言，主動式設(shè)計策略則主要涉及依賴于石化等不可再生能源的空調(diào)和照明系統(tǒng)，也包括利用太陽能、風能等轉(zhuǎn)換的電能的方式，以及依賴于輔助機械和動力設(shè)計的太陽熱能利用設(shè)備[4]。

1.1 被動式設(shè)計策略符合我國綠色鐵路客站建設(shè)的特點綠色鐵路客站的建設(shè)與發(fā)展離不開主動式設(shè)計策略的進步，主動式技術(shù)可以高效、精確地控制環(huán)境參數(shù)、能源耗費，并為室內(nèi)環(huán)境健康舒適提供精密的保證，但也受造價不菲、維護成本高、對使用人員素質(zhì)要求較高以及技術(shù)更新?lián)Q代飛快的限制。我國綠色鐵路客站建設(shè)的特點是數(shù)量大、分布廣、技術(shù)條件復雜，而且其中大部分是中小型客站。這些中小型客站有的規(guī)模較小，有的位置偏遠，建設(shè)投資有限，后期的運營維護也不方便。面對這樣的現(xiàn)實，綠色鐵路客站建筑設(shè)計中應(yīng)充分重視和采用基于低技術(shù)的被動式設(shè)計策略。這種設(shè)計策略能夠結(jié)合中國傳統(tǒng)建筑設(shè)計理論和技術(shù)措施，通過精確的技術(shù)分析，因地制宜地進行建筑設(shè)計，使客站建筑對氣候、環(huán)境的適應(yīng)性增強，從而為主動式技術(shù)的高效利用提供一個良好的基礎(chǔ)，即設(shè)備減量。主動式技術(shù)可以看成是被動式技術(shù)面對短時間、極端條件下的一個技術(shù)補償措施。即使持續(xù)使用主動式技術(shù)，被動式設(shè)計策略能夠提供一個有利于節(jié)能綠色的坯子，為鐵路客站建設(shè)的前期投入以及后期運營維護節(jié)約費用。

1.2 被動式設(shè)計策略滿足綠色鐵路客站空間舒適度的要求

人體的舒適度主要受溫度、濕度、風速影響。被動式設(shè)計策略雖然不像主動式設(shè)計策略那樣精確、高效，但是如果對舒適度要求有一定彈性幅度，或者外界環(huán)境沒有那么嚴苛，被動式設(shè)計策略在較大程度上可以滿足人們的需求[4]。鐵路客站主要空間是候車廳、售票廳、換乘廳這樣的大型旅客集散空間，其特點是人流密集，通過性強，空間不易封閉，空間內(nèi)旅客分布不均。在這樣的空間中，旅客對舒適度的要求有限，而且室內(nèi)的溫度、濕度、風速的穩(wěn)定狀態(tài)容易被干擾和破壞。針對這種需求和條件，很適合采用被動式設(shè)計策略，可以使綠色鐵路客站在一年中的特定時間段削減甚至避免使用主動式技術(shù)，直接達到節(jié)能減碳的目的。

2 被動式設(shè)計策略在綠色鐵路客站建筑方案設(shè)計上的應(yīng)用

被動式設(shè)計策略在綠色鐵路客站的設(shè)計中已經(jīng)有所使用，而且節(jié)能成效顯著。但是在被動式設(shè)計策略的選擇和側(cè)重上還存在研究不夠充分、方式比較單一的問題。同時，鐵路客站建筑設(shè)計有其特殊性，也限制了被動式設(shè)計策略的選擇或效果。例如：鐵路客站建筑的朝向和位置由鐵路線路和城市道路規(guī)劃確定[5]，無法采取適應(yīng)主導風向與太陽方向的策略；作為主要空間的候車廳、售票廳等都是進深大的大空間，對風壓通風的效果會造成影響。被動式設(shè)計策略的重要特點就是因地制宜，根據(jù)不同的氣候類型選擇不同的設(shè)計策略。

2.1 適度的空間高度及形態(tài)

鐵路客站的功能決定了站房內(nèi)必然有大空間的存在。這些空間面寬和進深都在幾十米以上，選擇合適的空間高度很重要?？臻g過低會給旅客帶來壓抑感，并且影響自然通風的效果；空間過高會增加建筑的熱負荷。對于東北嚴寒地區(qū)、西北干寒地區(qū)以及青藏高原高海拔地區(qū)，自然通風效果不明顯，在滿足人的視覺空間舒適度的前提下應(yīng)該盡可能降低站房高度。其他區(qū)域可采取調(diào)整空間形態(tài)的方式，來達到既限制空間容積又滿足良好的自然通風的目的?？梢圆扇∷闹艿?、中間高的空間形態(tài)，坡屋面、弧形屋面等屋頂形式也就應(yīng)運而生。三亞站的建筑方案采用了有優(yōu)美曲線的坡屋頂，屋頂?shù)?個制高點覆蓋了主要的公共空間（候車廳、出站廳和售票廳），熱空氣自然集中并上升至屋面制高點，通過可開啟的電動天窗排出，形成熱壓通風。

2.2 合理的窗墻比

根據(jù)鐵路客站所在的氣候類型區(qū)，結(jié)合造型需要確定合理的窗墻比，是客站建筑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心內(nèi)容。窗墻比對建筑的整體熱工性能影響很大，是評價建筑節(jié)能設(shè)計最直觀的標準。在建筑創(chuàng)作中，玻璃幕墻往往被大面積地使用在候車廳中，雖然選用空氣間層厚、遮陽系數(shù)低的玻璃幕墻也能滿足熱工計算的要求，但是代價比調(diào)整窗墻比來說大得多。特別是在冬季需要采暖的地區(qū)，這一差別尤為明顯。采用適當?shù)膭?chuàng)意、運用合適的立面處理手法，從方案設(shè)計的源頭就控制窗墻比十分重要。大連站的造型以“海水雕琢巨石”為創(chuàng)意，建筑密實、方正又不失現(xiàn)代感，建筑創(chuàng)作與氣候特點巧妙地結(jié)合在一起，從而避免了大面積玻璃幕墻的使用。

2.3 建筑遮陽

建筑遮陽對于夏季需要防熱的地區(qū)具有重要意義。遮陽設(shè)計要依據(jù)太陽高度角來確定遮陽構(gòu)件的尺寸，不同朝向采用不同的遮陽策略，并與建筑造型融為一體。三亞站站房主立面朝南，屋頂在南北方向上有深邃的出檐，屋檐的出挑長度根據(jù)太陽高度角來確定。全年大部分時間挑檐能遮蔽豎向的玻璃幕墻，只有在冬季一些相對較冷的月份，太陽高度角較低，建筑南側(cè)室內(nèi)會有陽光直射。主立面墻體系統(tǒng)由石材基座、外側(cè)豎向木百葉、內(nèi)側(cè)玻璃幕墻組成。豎向的木百葉可以有效地遮擋清晨和傍晚的東西向陽光直射，而中午前后的陽光由于太陽高度角很高，則被出挑的屋檐有效地遮擋[6]。

2.4 自然采光

自然采光主要是針對候車廳進深特別大的站房，用天窗的方式來補充室內(nèi)照度的策略。一般候車廳進深在30 m以下的中小型客站，側(cè)窗或玻璃幕墻基本能滿足大部分采光要求。天窗是屋面構(gòu)造與熱工性能的薄弱環(huán)節(jié)，面積應(yīng)該控制在合理范圍內(nèi)，形式也要慎重選擇，并注意眩光。南京南站吸取中國的傳統(tǒng)建筑意象和木構(gòu)特點，采用了兩層疊次的大屋頂造型，天窗結(jié)合屋頂造型，設(shè)置在雙重屋頂之間，另外還設(shè)置了幾組藻井式天窗。天窗采用四面矩形天窗的型式，可以有效避免眩光。

自然采光還有一種針對高架候車室下站臺空間或站場高架橋的橋下空間的采光方式。例如，北京南站在候車廳地面設(shè)置了采光區(qū)，為站臺層增加采光；武漢站在站臺上設(shè)置了采光帶，為站場高架橋下空間增加采光。

2.5 自然通風

自然通風分為風壓通風與熱壓通風。在站房朝向與主導風向一致，且進深不算太大的中小型客站，風壓通風的效果才比較明顯。站房空間層高較高、溫度分層明顯，則非常有利于熱壓通風的組織。

三亞站的朝向與主導風向一致，南北立面部分玻璃幕墻設(shè)置為可開啟電動窗，來自東南向的夏季主導涼風可以從南側(cè)窗戶順暢進入室內(nèi)，形成風壓通風。同時設(shè)置可開啟的屋頂天窗，形成熱壓通風。這樣，全年大部分時間可以利用自然通風達到舒適的環(huán)境要求，大大降低站房的空調(diào)負荷。

南京南站候車廳寬150 m，長360m，室內(nèi)凈高在26m左右。對于這樣巨大的空間來說，風壓通風效果很不明顯，主要依靠熱壓通風策略來實現(xiàn)自然通風。因此，結(jié)合天窗設(shè)置了通風開口。經(jīng)測算：室外溫度低于22.04℃時，可完全采用自然通風。如果設(shè)定建筑空調(diào)季節(jié)為5月1日—9月31日，可降低候車層全年空調(diào)負荷的7.73%；如果將檢票口也全部敞開作為通風開口，室外溫度低于23.7℃時，可完全采用自然通風滿足室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性要求，可降低候車層全年空調(diào)負荷的14.5%[7]。

3 小結(jié)

綠色鐵路客站的建設(shè)離不開被動式設(shè)計策略的運用，需要參與客站建設(shè)的各界力量的共同推動。由于這種設(shè)計策略更容易與建筑創(chuàng)作融合在一起，建筑師更應(yīng)該重視這方面的研究，選擇并且發(fā)掘更多的設(shè)計策略，使被動式設(shè)計策略成為綠色鐵路客站建筑創(chuàng)作的出發(fā)點，甚至是出彩點。

[1]趙奕.建立中國綠色鐵路客站標準的必要性探索[J].鐵道經(jīng)濟研究,2010(3):1-3，17

[2]夏偉.被動式設(shè)計策略的適用性研究[J].建筑學報,2009(S1):9-11

[3]殷超杰.夏熱冬冷地區(qū)被動式建筑設(shè)計策略應(yīng)用研究——基于武漢市藝術(shù)家村規(guī)劃與建筑設(shè)計[D].武漢:華中科技大學,2007

[4]宋曄皓,王嘉亮,朱寧.中國本土綠色建筑被動式設(shè)計策略思考[J].建筑學報,2013(7):94-99

[5]盛暉,李傳成.綠色鐵路旅客站建筑設(shè)計探討[J].鐵道經(jīng)濟研究, 2010(1):24-30

[6]劉世軍,山農(nóng),王瑞.現(xiàn)代交通建筑的地域精神——三亞火車站方案設(shè)計[J].建筑學報,2009(4):67-69

[7]莊煒茜,田利偉.南京南站節(jié)能設(shè)計與建筑室內(nèi)環(huán)境分析[A].2011中國鐵路客站技術(shù)交流會論文集[C].北京:中國鐵道出版社,2012：380-389

（責任編輯：魏艷紅）

Green railway station architectural design is based on passive design strategies. This article analyzes two strategies -active and passive in green railway station architectural design, and discusses the current situation of application and the particularity of strategies selection by studying the cases, to expect passive design strategies to have a proper application in the green railway station architectural schematic design.

green building;railway station;architectural schematic design;passive design strategy

A

1004-9746（2014）03-0041-03

2014-05-18）