熱帶·共生·永續(xù) 新加坡濱海南花園的技術(shù)策略

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熱帶·共生·永續(xù) 新加坡濱海南花園的技術(shù)策略

李澤 張?zhí)鞚?/p>

聚焦新加坡中央?yún)^(qū)核心新落成的濱海南花園，剖析其整合環(huán)境設(shè)計和建設(shè)服務的技術(shù)優(yōu)化策略：精確控制光照，既滿足冷室內(nèi)植物生長需求，同時限制熱負荷；選用氯化鋰干燥劑除濕系統(tǒng)，使制冷負荷降至最低；利用全島修剪樹木的園藝垃圾作為生物質(zhì)燃料，以其燃燒的廢熱供給空調(diào)需求。濱海南花園在技術(shù)層面實踐了“熱帶”、“共生”、“永續(xù)”等理念，示范了新加坡近50年來花園城市建設(shè)的新方向。

風景園林；公園綠地；城市公園；新加坡；濱海南花園；冷室設(shè)計；超級樹；湖泊系統(tǒng)規(guī)劃

新加坡版的“中央公園”——濱海南花園（Bay South，圖01）占地54hm2，位于市中心填海形成的國際金融商務新區(qū)，2012年竣工，全天候免費開放。新加坡政府在金融商務中心區(qū)花費巨資建造濱海南花園，基于多重考慮：（1）新加坡植物園已無法承受過量的訪客，需要為植物愛好者營造新的去處；（2）向公眾傳達植物的魅力,展示新加坡在綠化方面的卓越成就，增進環(huán)境永續(xù)意識；（3）據(jù)新加坡的一貫經(jīng)驗，要想成功打造勝地，需確保第一和最好；（4）增強新加坡特別是濱海灣地區(qū)的國際吸引力[1]。

濱海南花園北部坐落著目前世界上最大的玻璃冷室，培育展示著來自地中海和熱帶山區(qū)的奇異植物及繽紛花卉。它通過運用最新節(jié)能技術(shù)，比新加坡同等規(guī)模的商業(yè)建筑減少能耗達30%①。與其共生的18棵人工超級樹（supertrees）巧妙隱匿了冷室的服務設(shè)備及花園的環(huán)境系統(tǒng)，并輔以綠化構(gòu)筑起豎向空中花園。在壯美獨特的景象背后，濱海南花園整合了最先進的環(huán)境設(shè)計和建筑服務優(yōu)化措施，實踐了“熱帶”、“共生”、“永續(xù)”等理念，示范了新加坡近50年來花園城市建設(shè)的新方向。

1 濱海南花園的總體布局

濱海南花園由英國安德魯·格蘭特（Andrew Grant）領(lǐng)導的格蘭特景觀設(shè)計公司（Grant Associates）規(guī)劃設(shè)計，同威爾金森·艾爾建筑事務所（Wilkinson Eyre Architects）、阿特利爾（結(jié)構(gòu)）工作一室（Atelier One）和阿特利爾（環(huán)境）工作十室（Atelier Ten）工程設(shè)計合作。其平面布局（圖02）大體可以劃分為北、中、南3區(qū)。北區(qū)為兩座大型玻璃冷室和輔助性的金、銀色花園。中區(qū)為超級樹林，四周環(huán)繞著各種小型主題園林。南區(qū)為新加坡最大的開闊草坪和停車場，圍以樹林，可供舉辦露天音樂會、嘉年華、社區(qū)集會等大型活動?；▓@外圍由水體環(huán)繞，串聯(lián)著蜻蜓湖、睡蓮池、翠鳥湖等多處水景，形成天然的生態(tài)過濾裝置凈化水質(zhì)。

花園的結(jié)構(gòu)模仿了“蘭花”在主體結(jié)構(gòu)中生根、生長、繁衍的方式。主設(shè)計師安德魯·格蘭特在談及這一構(gòu)思時指出：“蘭花是新加坡的國花，從這一層面上看，選擇蘭花作為基本象征似乎有些膚淺。但隨著調(diào)查的深入，它變得越來越有趣和緊密相關(guān)。蘭花非常美麗，同時又是一種附生植物。它找到

某處扎根、生長，發(fā)育成為令人驚嘆的有機體，這象征著許多其它的深度和層面，以及各種有趣的方面，值得我們進一步探索和發(fā)展。[2]”蘭花的這些特點讓人聯(lián)想起新加坡社會多元文化共生的特質(zhì)。此外，蘭花也是受多種技術(shù)操控的物種，暗合了花園總是受人為干預的屬性。濱海南花園的蘭花結(jié)構(gòu)附生于由主體建筑物創(chuàng)造的特殊條件，并積極反應。兩座冷室是蘭花的生根處，葉子成為地形，莖干成為路徑，沿著它們游客會發(fā)現(xiàn)各座展示花園。這樣濱海南整體就形成了三維的網(wǎng)絡，靈活又可富于變化[3]。

2 玻璃冷室設(shè)計：

園區(qū)內(nèi)新基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的核心是玻璃冷室，設(shè)有兩座獨立結(jié)構(gòu)以分別容納干冷生物群落和濕冷生物群落。兩座冷室沿著東西向軸線排開，位于花園最北端，緊鄰濱海灣，旨在獲得最高的太陽曝光量。未來花園3面將被濱海灣新金融中心所環(huán)繞，盡管其形成規(guī)模還需較長時間，但若冷室選錯位置，開放初期尚能獲得充足的太陽光，但之后會逐漸因高樓遮蔽而失去太陽光，難以維持不同園藝品種的栽植。

兩座冷室由倫敦威爾金森·艾爾（Wilkinson Eyre）設(shè)計，形式相異但由相同的幾何形式產(chǎn)生，本身構(gòu)成了一種景觀，循環(huán)和輔助設(shè)施空間布置在它們之間或其中。干燥冷室 “花之穹頂”占地近20萬m2，高38m，再現(xiàn)地中海式春季的氣候條件，即白天溫和干燥，夜晚涼爽。潮濕冷室“云之森林”體量相對小些，高58m，模擬熱帶高山地區(qū)的氣候條件，那里的空氣溫度白天相對溫和，夜晚略覺寒冷，但晝夜?jié)穸人骄咏柡蚚4]。兩座冷室內(nèi)容納著約1 000種植物，來自除南極洲外的所有大陸（圖03）。植物配置上有意讓新潮和原始混合，營造出一種植物的侏羅紀復興奇幻景象，回應了“遠古的重生”和“未來的定位”兩大主題。

新加坡位于北緯1.37°，屬常規(guī)的赤道熱帶氣候。一年之中接近95%的時間氣溫在24～32攝氏度之間，濕度比在17～21g/kg之間。新加坡國家公園局在項目醞釀之初已認識到，在這樣的濕熱條件下要將溫度調(diào)節(jié)到想得到的范圍，通常會消耗大量能源，因此要求設(shè)計使用被動式和系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化來最大限度的減少能源消耗。之前，公園局攜手CPG顧問公司（CPG Consultants）和德蘭索納工程公司（Transsolar Energietechnik）花費了數(shù)年時間來測評目標生物物種所需的生長條件，并在園藝公園（HortPark）設(shè)計建造了6個原型冷室來研究植物在玻璃下的行為，以便指導濱海南花園內(nèi)的冷室設(shè)計[5]。

干燥冷室內(nèi)部的設(shè)計條件白天是25oC，相對濕度60%。晚間降至17oC，但相對濕度升至80%。每3個月中的1個月，每晚溫度降至13 oC，13 oC是研究所得的開花誘發(fā)溫度。這樣給植物一個信號，告訴它們冬天已經(jīng)過去，要準備春天開花，如此讓植物一年開花4次。潮濕

冷室內(nèi)的溫度管理體系基本相同，但濕度迥異。白天溫度25 oC，相對濕度80%或更高。這與干燥冷室相比，多含了近乎4g/kg的水分，或10kJ/kg的焓。夜間溫度降至17oC，相對濕度80%。同干燥冷室相似，每3個月中的1個月，每晚溫度降至16oC，相對濕度80%，以誘發(fā)植物開花[6]。

公園局及其技術(shù)團隊查閱了世界范圍的相似項目，經(jīng)過分析確定濱海南花園冷室立面的日光照度照度峰值為45 000 lux。研究證明，多于45 000 lux的光照并不會服務于園藝目的，反而會制造熱量，需要通過機械制冷過程驅(qū)散。新加坡的天氣炎熱多云，云層厚時光照較弱，但天空晴朗時日照強烈。如何在日照水平頻率和熱量要求之間取得平衡，是設(shè)計要面對的主要難題。因此，冷室的結(jié)構(gòu)和外表皮進行了廣泛的優(yōu)化，制定了復合式的解決方案，在求助于高能耗的主動系統(tǒng)前盡可能通過被動的方式增進太陽光穿透和太陽能控制（圖04）。

首先，冷室曲線、互補的外形源自雙曲線的幾何學，這樣能在相對小的表面積內(nèi)獲得大的容積。這一幾何形不僅讓結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，能夠營造較輕重量的無柱的內(nèi)部空間，同時在環(huán)境方面也運行良好，創(chuàng)造了一種堆積效果，即熱空氣上升，空間中的溫度分層。干燥冷室北立面增加了出挑，創(chuàng)造出向外傾斜的玻璃表面，其角度等于每年該方位太陽輻射峰值對應的太陽角度，因此這個立面完全處于陰影之中，避免了陽光直射。其次，外表皮的結(jié)構(gòu)設(shè)計得盡可能薄，以減少落于內(nèi)部植物上的陰影。選用了高選擇性的玻璃，盡最大限度的過濾掉太陽的熱量。此外，冷室外部的拱形結(jié)構(gòu)中還藏匿了可展開的遮陽裝置（圖05、圖06），可感應控制，應對太陽角度的變化，調(diào)節(jié)室內(nèi)太陽光照至最佳值[7]。滿足光照水平時，通過減少傳送的太陽熱量而節(jié)省能源（圖07）。據(jù)統(tǒng)計，遮陽裝置部分使用時能減少冷卻損耗達40%，全部開啟時達70%。這些遮陽裝置可以單個調(diào)節(jié)，除了為自然采光控制提供遮陽外，還用于定位的人體舒適度控制。它們能夠有選擇的開啟，在晴天為駐足其下的游客提供蔭庇，減少太陽暴曬，提高舒適度。萬一系統(tǒng)出現(xiàn)故障，它們還能夠提供額外的靈活度，能用于減小室內(nèi)的制冷負擔。

干燥冷室內(nèi)的展覽空間采用了兩種主要的制冷機制：冷卻組構(gòu)制冷和置換通風。潮濕冷室使用冷卻組構(gòu)，混合安排著置換通風與直接蒸發(fā)制冷和增濕。冷卻組構(gòu)是在生態(tài)群落區(qū)內(nèi)所有硬質(zhì)鋪裝地區(qū)的地板材料涂層下鋪設(shè)了聚乙烯管道（圖08）。這些管道形成環(huán)路，由中央能源中心供給冷水。系統(tǒng)運行主要是通過吸收太陽輻射，搶在它有機會通過空氣對流轉(zhuǎn)化為熱之前，如此減少需要降溫的空氣體積，大幅度縮減所需的風扇電力。鋪設(shè)了冷水管的地板同時也降低了游客所處的環(huán)境溫度，提高了舒適度。而且，該系統(tǒng)可以通過改變冷室的冷水供給溫度來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，滿足園藝培育的不同條件[6]。

3 能源中心設(shè)計

新加坡地處熱帶，若使用常規(guī)的除濕制冷技術(shù)需要消耗大量能源，因此濱海南花園優(yōu)先選用通過太陽能或廢熱能來除濕的方式。相對于新加坡的戶外空氣，供給冷室的新鮮空氣需要降低濕度，最終采用了干燥劑除濕法，其原理是通過干燥劑化學過程直接除去空氣流中的水蒸氣，減少了除濕過程中

的碳排放。使用氯化鋰鹽水等干燥劑除去空氣中的水蒸氣，有時會導致氣流升溫（蒸發(fā)制冷的反轉(zhuǎn)），但將鹽水同冷卻塔的自然冷卻連接起來，多余的熱量就可以不消耗額外能源的被吸收（圖09）。

液體除濕劑技術(shù)與常規(guī)制冷結(jié)合，能夠讓空氣控制在一定的測量點，比常規(guī)方法采用過度制冷和浪費性的再加熱會減少能量消耗。而且，它還提供了利用熱能驅(qū)動除濕過程的可能性，因此有機會使用來自再生資源的低級熱量來運轉(zhuǎn)整個循環(huán)系統(tǒng)。之前，新加坡修剪樹木的園藝垃圾是被填埋，但濱海南花園將其轉(zhuǎn)變成主動的能源供給，減少了公用能源的碳排放。濱海南花園使用生物質(zhì)鍋爐和渦輪機系統(tǒng)，它們需要遠離冷室，以最大程度的減小服務干擾，因此花園布置了一處遠程的能源中心（圖10）。該中心將供應生物群落區(qū)的電力、制冷和加熱，利用熱電聯(lián)合生物質(zhì)產(chǎn)生熱及電能，送入吸水井和常規(guī)的冷卻器，為生物群落區(qū)可變化溫度的冷卻水環(huán)路提供動力（圖11）。若滿負荷運行，每天需要1 250m3或14～16卡車的生物質(zhì)燃料，每晚從全島運送到能源中心。生物質(zhì)鍋爐產(chǎn)生的副產(chǎn)品為兩種灰燼流：一種是細灰，富含硝酸鹽等肥料復合物，同有機植物廢料混合后成為高質(zhì)量的肥料；另一種是較重密度的顆粒，可以混入混凝土或骨料，用于建筑工業(yè)[7]。

4 超級樹設(shè)計

濱海南花園的中心聳立著18棵高達50m的超級樹，分成3組布置，融設(shè)計、自然和技術(shù)于一體。其中12棵組成超級樹林，離場地能源中心最近，中央最大的兩棵隱藏了主要的鍋爐煙道，這樣燃燒產(chǎn)生的氣體能夠在高于園中生物棲居空間的位置被排放。同樣，由干燥劑再生產(chǎn)生的廢氣通過鄰近冷室的超級樹組排放。

環(huán)境系統(tǒng)功能之外，每棵超級樹的樹干都是讓人驚嘆的垂直花園，種植著蕨類、蘭花、藤蔓以及其它種類的植物，超過30m高，營造出美麗樹冠蔭蔽下的幻奇空間。最大兩棵超級樹設(shè)有電梯直達35～40m高的空中步道，連接著不同樹冠形成環(huán)路，引導游客俯瞰花園。

據(jù)主設(shè)計師格蘭特介紹，花園需要某些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來營造令人驚嘆的壯觀景象。時間不允許先種樹再等待它們慢慢長成。如果環(huán)顧周邊工程的規(guī)模和現(xiàn)有樹的尺度，會發(fā)現(xiàn)有必要來創(chuàng)造這種尺度的夸大。格蘭特還談到了他去澳洲探親的經(jīng)歷。他看到了澳洲西南部的變色桉，猶如地面冒出的巨人。那里普通的桉樹林高20m左右，而變色桉高達65～70m，這種尺度上的轉(zhuǎn)變留給他不可思議的深刻印象，也為超級樹的外形設(shè)計提供了有效參考[2]?；▓@中的超級樹創(chuàng)造出獨特的天際線，同時還為游客提供了必要的隱蔽，并配以大量的照明裝置，讓花園成為充滿驚奇的夜間游覽勝地（圖12）。

超級樹采用混凝土和鋼結(jié)構(gòu)，輕質(zhì)的鋼包層環(huán)繞著中空的混凝土核心筒。核心最上

端是“頭部”（圖13），包有膜材料，形成接近平整的表面。在新加坡，太陽能收集器的最佳角度是水平的，但純水平的面板會因需要清潔而帶來很重的維護負擔。因此，核心的頭部稍微傾斜以便降雨時能自動清洗。真空管太陽集熱器布置在幾棵超級樹的頂端（圖14），獲得的熱量用于部分的驅(qū)動干燥劑再生工序。它能比平板集熱器生成更高的溫度，因此能更有效的促進干燥劑再利用。超級樹還安裝了光伏板（圖15），以進一步抵消場地的碳排放[6]。

5 湖泊系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計

能源問題之外，濱海南花園也非常重視創(chuàng)造可持續(xù)的水循環(huán)?；▓@地處濱海水庫邊，這一受潮汐影響的入?？谝?008年濱海堤壩建成現(xiàn)已被轉(zhuǎn)換淡水蓄水庫。鑒于此，淡水保持、保護和凈化被列為關(guān)鍵設(shè)計理念。濱海南花園集水區(qū)內(nèi)的直接降水需要先進行過濾，去除掉花園運營過程產(chǎn)生的高含量的氮、磷及懸浮物后，才能排入濱海蓄水庫。但新加坡本地熱帶暴雨的極端“頂峰”性質(zhì)使得這項工作非常復雜，需要通過一系列相互連通的湖泊、過濾池和種植槽等水生景觀，來保持、釋放、矯正、處理收到的淡水。

濱海南花園的湖泊系統(tǒng)主要包含月亮湖、翠鳥湖、蜻蜓湖等，水面約5hm2，長約2km，水道環(huán)繞著花園的東、南、西3面。湖泊系統(tǒng)不僅是園區(qū)地景要素，同時也為園區(qū)周邊的新開發(fā)項目提供了濱水景觀。花園內(nèi)建筑物的屋頂及園區(qū)均設(shè)置了排水管網(wǎng)，旨在收集園區(qū)的所有雨水。湖泊系統(tǒng)作為花園集水區(qū)的組成部分，采用了水敏性景觀設(shè)計策略。該湖泊系統(tǒng)與北面的濱海灣蓄水庫連通（圖16）。平時，水從濱海蓄水庫泵入翠鳥湖，流向蜻蜓湖，當雨后蜻蜓湖水位上升，將反向溢入蓄水庫。湖水也用于灌溉花園，使水位相對穩(wěn)定，一方面保證視覺美觀，另一方面最大限度的減少藻類繁盛。湖泊還安裝了曝氣系統(tǒng)，以維持含氧量[8]。

湖泊系統(tǒng)的水生種植以水體過濾和處理為主要目標。它包括過濾床（一系列逐級而下的生物保持系統(tǒng)）和蘆葦床（沿著湖邊緣的生物保持系統(tǒng)），處理來自花園集水區(qū)的徑流。在徑流進入湖泊前，幫助減少懸浮固體物85%、氮45%、磷65%等。為進一步凈化水，湖中還引入了含有水生種植的漂浮島。通過設(shè)置漂浮島、保證湖泊較高的長寬比，實現(xiàn)水體和水生種植的最大面積接觸。在湖泊系統(tǒng)的兩端均布置了近岸濕地，一處采取沼澤花園形式，另一處為淡水濕地。淡水濕地還成為從濱海灣水庫取水前的預處理系統(tǒng)。除了水處理，湖泊系統(tǒng)中的漂浮島、過濾床、蘆葦床、濕地等，還為野生生物（特別是蜻蜓和鳥類）提供了城市中的庇護場所[8]。

湖泊系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計不僅考慮了水文學和生態(tài)學的功能，還嘗試寓教于樂，努力營造教育機會，增進人們對清潔水體的重要性、水生植物作為天然過濾器的認識。例如，沿著蜻蜓湖專門建造了2km長的木板人行道，讓人們能夠親近水，直觀感受熱帶水生植物的多樣性。同時還設(shè)置了一系列的解釋性多媒體，來介紹湖泊系統(tǒng)的水循環(huán)和關(guān)鍵特征。其中情節(jié)串連圖版支持智能手機及寫字板的多媒體播放，而觀看裝置通過放大現(xiàn)實特征讓觀眾能夠觀察周邊及湖面下的生態(tài)現(xiàn)象。

6 結(jié)論：

總體而言，濱海南花園不僅成功營造了一處園藝勝地，同時也充分展示了可持續(xù)能源和水處理技術(shù)的綜合運用。通過景觀、建筑、結(jié)構(gòu)和環(huán)境設(shè)計令人驚嘆的融合，實現(xiàn)了生態(tài)友好，能源高效，生物多樣性的保護等多重目標，升華了新加坡來之不及的花園城市的榮譽。

當然另一方面，在新加坡的熱帶氣候中建造如此巨型的花園，營造人工的環(huán)境，也許會問這是否是一個可持續(xù)的提案？但實際上任何新的開發(fā)都會面臨這一置疑。在技術(shù)

層面，濱海南花園盡最大可能的去減少對環(huán)境的影響?；趯Ρ镜貧夂蚝铜h(huán)境的詳盡深入分析，濱海南花園整合了能源、水處理等多方面的多種技術(shù)，發(fā)展出良性循環(huán)，令資源再利用或使用的效率實現(xiàn)最大化，成功將全島的園藝廢物流轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉春宛B(yǎng)分的資源流，示范了可持續(xù)設(shè)計的新方向。

注釋：

圖01、圖12 引自http://www.landezine.com/index.php/2012/07/ gardens-by-the-bay-by-grant-associates-landscape-architecture/（2013年6月15日下載）

圖02 據(jù)濱海灣花園官網(wǎng)地圖改繪，http://www.gardensbythebay. com.sg/en/the-gardens/gardenmap/map.html （2013年6月15日下載）

圖03～7、09～10、13 引自參考文獻[8].

圖08、14～15 引自參考文獻[7].

圖11 引自 "Q14: Can we build a green paradise on earth?"A+U, no.6(2012): 63.

圖16 引自參考文獻[9].

①引自濱海灣花園官網(wǎng)https://www.gardensbythebay.com.sg/en/ the-gardens/about-the-gardens.html#!/sustainability-efforts [EB/ OL]（2013年6月15日下載）

[1]Timothy Auger,Living in a Garden: The Greening of Singapore[M].Singapore:Published for National Parks Board by Editions Didier Millet,2013:174-175.

[2]Wong Yunn Chii. Interview with Andrew Grant[J].Singapore Architect,2007,(238): 120-125.

[3]Koh Buck Song.Perpetual Spring: Singapore's Gardens by the Bay[M].Singapore: Marshall Cavendish Editions,2012:49.

[4]Grant Associates.Grant Associates[J].Singapore Architect,2007,(238):36-45.

[5]Ong Boon Lay.Desiring Eden[J].Singapore Architect, 2007,(238):132-135.

[6]Meredith Davey,Patrick Bellew,Kenneth Er,Andy Kwek,Johnny Lim.Gardens by the Bay:High Performance through Design Optimization and Integration[J].Intelligent Buildings International,2010,(2) :140-157.

[7]Patrick Bellew,ed.Green: House, Green: Engineering: Environmental Design at Gardens by the Bay[M].Novato:Oro Editions,2012:42-43.

[8]Kenneth Er,Ng Boon Gee.Managing Water Quality in Gardens by the Bay[J].City Green,2012,(5):68-81.

李澤/1977年生/男/山東人/新加坡國立大學設(shè)計與環(huán)境學院博士/天津大學建筑學院講師（天津 300072）

張?zhí)鞚?1978年生/女/湖北人/新加坡國立大學設(shè)計與環(huán)境學院博士/天津大學建筑學院副教授（天津 300072）

Tropical, Symbiotic and Sustainable
Technical Strategies of the Bay South Project, Singapore

LI Ze ZHANG Tian-jie

The paper takes the newlyestablished Bay South project at the core area of Singapore’s Central Region as a case study and analyses the technical optimization strategies which integrating environmental design and building services. Firstly, its accurate daylight controls not only fulfill the natural light requirements inside the spaces but at the same time limit thermal loads. Secondly, it utilizes lithium chloride desiccant dehumidification systems so as to minimize system cooling loads. Thirdly, it turns horticultural cutting waste island-wide into biomass fuels so that waste heat from biomass can drive substantive portions of the conditioning requirements. Technically, the Bay Garden project practices the ideas of tropical, symbiotic and sustainable, demonstrating a new vision of Singapore’s 50-year garden city building.

Landscape Architecture; Park Green Space; City Park; Singapore; Bay South; Cool Conservatory Design; Supertree; Lake System Planning

TU968.8

A

1673-1530（2014）01-0142-08

2013-08-26

修回日期：2014-01-14