蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計策略淺析*

畢曉莉，陳 謙

（蘭州理工大學 設(shè)計藝術(shù)學院，蘭州 730000）

蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計策略淺析*

畢曉莉，陳 謙

（蘭州理工大學 設(shè)計藝術(shù)學院，蘭州 730000）

城市的集約型發(fā)展是中國城市化進程中的一個必然選擇，綠色生態(tài)建筑設(shè)計已然成為現(xiàn)代高層建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢。通過分析蘭州高層建筑本身的特點和生存環(huán)境，認識蘭州高層建筑在生態(tài)環(huán)境設(shè)計方面存在的問題，并提出該類型建筑的生態(tài)設(shè)計策略。

蘭州；高層建筑；生態(tài)設(shè)計

0 引言

高層建筑是城市形態(tài)發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物，是一種重要的城市建筑類型，其有利和有弊的方面均相當突出。因此，城市與高層建筑日趨緊張的矛盾是當前城市建設(shè)普遍存在的問題。在注重生態(tài)的建筑設(shè)計實踐中，尋求與“城市環(huán)境”共生的生態(tài)建筑類型已經(jīng)受到全世界建筑設(shè)計人員的關(guān)注。本文將對生態(tài)環(huán)境影響下的河谷型城市蘭州高層建筑設(shè)計進行研究，從內(nèi)部空間和外部環(huán)境兩方面入手，探究和分析蘭州高層建筑與城市的互動關(guān)系，尋求建筑與環(huán)境關(guān)系更加合理的解決方案，實現(xiàn)高層建筑與城市的共生。

1 高層建筑與城市環(huán)境的關(guān)系

在城市職能體系日趨復雜的今天，傳統(tǒng)城市沿著二維平面生長的方式浪費了有限的土地資源，城市功能不能很好地實現(xiàn)?；谥袊厣偃硕嗟幕久媾袛啵鞘械募s型發(fā)展是中國城市化進程中的一個必然選擇。高層建筑有利和有弊的方面均相當突出：由于高層建筑不僅在施工建造中會消耗大量的原材料，在使用過程中也會消耗不少的能源并且排放出較大規(guī)模的廢棄物，所以不符合環(huán)保節(jié)能的要求。但是因為城市土地資源緊張的形勢，高層建筑由于占地較少、能夠為城市建設(shè)提供更多的綠化空間，提高城市空氣質(zhì)量。特別是一些標志性的高層建筑，比如大本鐘、埃菲爾鐵塔等在城市人們的心中具有特殊的情懷，這些高層建筑的價值已經(jīng)超過建筑本身，因此其也具有有利的一面。所以，當前城市與高層建筑日趨緊張的矛盾是城市建設(shè)普遍存在的問題。

2 國內(nèi)外高層建筑生態(tài)設(shè)計現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2.1 國外高層建筑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

從18世紀末期到19世紀末期，歐洲和美國的工業(yè)革命為歐美等國帶來了先進生產(chǎn)力，促進了經(jīng)濟的繁榮發(fā)展。其城市化進程顯著提高，并造成城市人口規(guī)模的擴大，為了在較小的土地范圍內(nèi)建造更多的使用面積，建筑物不得不向高空發(fā)展。另一方面，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和電梯的出現(xiàn)則促成了多層建筑的大量建造。在1885年，真正的高層建筑——10層高的芝加哥家庭生命保險大樓建成。20世紀70年代初，雖然國際式高層建筑依舊在廣泛建造，不過一些建筑設(shè)計師已經(jīng)在探索新技術(shù)和新材料的表現(xiàn)力，有的在甚至研究幾何形態(tài)的無限潛力，而大部分建筑設(shè)計師已將重心放在建筑與人的和諧共存上。其代表人物如建筑師菲利普·約翰遜等。當前，這種探究和爭論仍然沒有定論，高層建筑正處于新古典、生態(tài)觀、高技派、解構(gòu)主義等多種流派共存的發(fā)展期。

在高層建筑的設(shè)計上，英國建筑師福斯特已經(jīng)為人們提供了一個成功的范例，比如其設(shè)計的德國法蘭克福商業(yè)銀行就比較典型。該建筑高達300 m，共53層，整個建筑分為4個組，每組共有12層的單元——“辦公村”，每個“辦公村”都帶有一個4層高的空中花園。這些空中花園被安排在3個不同方向的標高上，發(fā)揮著類似“煙囪”的風口的作用，保障了辦公空間的空氣通暢。此外，三角形平面的設(shè)計可以接收到更多的陽光，形成開闊的視野，同時能避免對北鄰建筑的遮擋。所以，該大廈有著“生態(tài)之塔”和“帶有空中花園的能量攪拌器”的美譽。

不少國外高層建筑在創(chuàng)作中形成了一種技術(shù)傾向，那就是體現(xiàn)生態(tài)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的觀念，很多高層建筑設(shè)計已經(jīng)向著“綠色”化發(fā)展，大量的建筑師都在建筑設(shè)計之中想方設(shè)法引入“綠色”技術(shù)。比如，應用到日光反射材料、光控遮陽構(gòu)件及各種新奇的控制陽光輻射和熱量進入的外墻做法，除了達到節(jié)能環(huán)保的要求外，而且還可以增加高層建筑物的美觀感，彰顯強烈的“科技感”。

2.2 國內(nèi)高層建筑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

我國高層建筑的發(fā)展軌跡與國外相似，都經(jīng)歷了一段從低到高，從一元到多元的發(fā)展歷程。隨著1977年廣州白云賓館建設(shè)，我國高層建筑的高度超過了100 m（33層），此后廣州花園酒店、南京金陵飯店、北京飯店，以及廣州白天鵝賓館等高層建筑物如雨后春筍般建造。尤其是在深圳、珠海特區(qū)，高層建筑開始就具有全新的概念和面貌，并在一定程度上成為這些新興城市的象征。例如，高160 m的深圳國貿(mào)中心大廈就是其中的代表作。進入20世紀90年代，高層建筑在國內(nèi)高速發(fā)展，這主要是城市對土地開發(fā)的經(jīng)濟利益的訴求和提升城市形象的需要。之后，我國高層建筑一直保持高速發(fā)展勢頭，如今已呈現(xiàn)“井噴式”發(fā)展。

相對于發(fā)達國家，我國的高層建筑的建設(shè)雖然起步較晚，不過在今天已經(jīng)獲得了不小的成就，以北京、上海、廣州、深圳等城市為代表的高層建筑代表著我國高層建筑的發(fā)展歷史。隨著資源短缺問題在世界各地的出現(xiàn)，高層建筑也必須注重環(huán)保節(jié)能上的設(shè)計，所以“生態(tài)型”建筑的概念也應運而生。就目前而言，“生態(tài)節(jié)能型”建筑已經(jīng)成為高層建筑設(shè)計中的共同要求。

3 基于寒冷氣候條件的蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計策略研究

3.1 蘭州城市環(huán)境現(xiàn)狀

蘭州地處西北地區(qū)，干旱少雨，氣候寒冷。建國60年來，蘭州主城區(qū)的面積從16 km2增長到221 km2，已擴張了將近14倍；市區(qū)人口從新中國成立初期的19.5萬增加到現(xiàn)在的210萬人。蘭州是黃河流域唯一黃河穿城而過的省會城市，黃河在境內(nèi)流程150.7 km。蘭州市由于在“兩山夾一川”的自然地形內(nèi)進行城市建設(shè)（圖1），城市用地局限性更大，城市建設(shè)表現(xiàn)出：典型的帶型城市形態(tài)；單一中心城市向多中心城市轉(zhuǎn)變；城市建設(shè)用地趨于飽和；交通問題突出；城市市政設(shè)施低效率運行；生態(tài)環(huán)境極度脆弱等特點。

圖1 蘭州自然地理特征（資料來源：自繪）

隨著城市規(guī)模的持續(xù)增長，在快速城鎮(zhèn)化進程中，蘭州城市空間已無法滿足未來發(fā)展的需要，進行三維城市規(guī)劃設(shè)計才能使城市高效發(fā)展。合理開發(fā)利用高層建筑，是解決蘭州目前土地資源緊缺、優(yōu)化城市環(huán)境的一個重要途徑。

3.2 蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計策略研究

蘭州因其特殊的地理位置和生態(tài)環(huán)境，近些年高層建筑的建設(shè)呈“井噴式”（圖2），目前有高層建筑近2 000棟，真正與生態(tài)環(huán)境結(jié)合考慮的設(shè)計卻很少，因此亦暴露出能源消耗大、環(huán)境影響大等諸多問題。這是因為地處西部經(jīng)濟落后地區(qū)在很大程度上制約了設(shè)計理念的創(chuàng)新和實施。

圖2 黃河明珠——蘭州

3.2.1 生態(tài)設(shè)計策略研究

認識到蘭州高層建筑在生態(tài)環(huán)境設(shè)計方面存在的問題，應該從以下幾個方面考慮進行蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計策略研究：

1）正確認識西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，認識寒冷氣候條件對高層建筑設(shè)計產(chǎn)生的制約因素，尋求與“生態(tài)環(huán)境”共生的城市空間環(huán)境應當引起設(shè)計人員的關(guān)注重視。研究寒冷氣候條件對城市空間設(shè)計方法的影響，建立西北地區(qū)城市空間系統(tǒng)化、生態(tài)化的高層建筑規(guī)劃設(shè)計方法體系，形成脆弱生態(tài)環(huán)境下高層建筑設(shè)計模式等3個高度關(guān)聯(lián)的方面開展深入分析和研究。

2）從建筑本身探討高層建筑生態(tài)設(shè)計的理念與手法，提出針對蘭州高層建筑的特點，進行豎向空間的生態(tài)化組織。同時研究分析外表皮在生態(tài)設(shè)計中起的作用，并研究如何應用數(shù)字化設(shè)計、能源利用等技術(shù)手段有助于高層的生態(tài)化。根據(jù)生態(tài)學上的理論，以高信息、低能耗、可循環(huán)性和自我調(diào)節(jié)性的設(shè)計理念構(gòu)建一個節(jié)能環(huán)保的系統(tǒng)，在高層建筑設(shè)計過程中強調(diào)技術(shù)手段及理念與地域相結(jié)合。建立城市高層建筑可持續(xù)設(shè)計的概念，為生態(tài)高層建筑的發(fā)展提供理論依據(jù)。

3）應充分運用資源環(huán)境帶來的條件，把生態(tài)策略貫徹落實到高層建筑設(shè)計中，實行針對性的建筑方式和工藝，創(chuàng)造出與西北氣候條件、生態(tài)規(guī)律相符合的建筑形態(tài)，從而構(gòu)建一種全新的、綠色的、富于生氣的辦公或居住的高層建筑設(shè)計模式。研究以相關(guān)生態(tài)學理論為基礎(chǔ)，秉持高信息、低能耗、可循環(huán)性和自調(diào)節(jié)性的設(shè)計理念去創(chuàng)造一個節(jié)能的系統(tǒng)，利用“技術(shù)性思維”來轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計觀念。

4）應從地域性出發(fā)分析寒冷氣候條件引起的能量變化，注重研究生物氣候條件和人類生物感覺之間的復合、整體關(guān)系，通過生物氣候要素、自然要素和人工要素的整合探討基于寒冷氣候條件的高層建筑設(shè)計策略；從環(huán)境的角度闡述高層建筑的生態(tài)設(shè)計手法，探討高層建筑的環(huán)境設(shè)計策略，引導城市環(huán)境良性循環(huán)，實現(xiàn)城市、人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2.2 具體研究方法

1）實踐調(diào)查：以西部典型的河谷型城市蘭州為示范性案例，從內(nèi)部空間和外部環(huán)境兩方面入手，運用城市規(guī)劃、建筑生態(tài)學、生物氣候?qū)W、建筑設(shè)計等學科的基礎(chǔ)理論，采用歷史分析與規(guī)劃設(shè)計和實踐相結(jié)合的研究方法，對生態(tài)環(huán)境制約下的蘭州高層建筑設(shè)計進行研究，研究其建筑布局、朝向、空間、材料等建筑設(shè)計要素的關(guān)系，探求其與城市自然環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展以及地域人文條件之間的內(nèi)在聯(lián)系。

2）比較分析：依據(jù)西北地區(qū)氣候特點，應用生物氣候設(shè)計從植物、水體、日照等方面分析影響城市綜合體建筑室內(nèi)空間、室外環(huán)境的規(guī)劃設(shè)計因素。分析氣候特點對人行為造成的影響。在生態(tài)層面給予充分考慮，并制定對應策略。建構(gòu)基于生物氣候條件的適宜于西部半干旱地區(qū)的蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計的理論依據(jù)。

3）環(huán)境評估：基于生物氣候條件的綜合體設(shè)計過程主要體現(xiàn)在設(shè)計開展的初期階段，設(shè)計人員首先應分析場地環(huán)境以及氣象條件等數(shù)據(jù)信息，并明確室內(nèi)開展活動的舒適條件。然后就是對比分析外界既存的氣候條件與滿足舒適需求的必備條件之間的關(guān)系，確定影響舒適條件的氣候因素等。

4）生態(tài)化技術(shù)應用：將適宜的被動式設(shè)計方針，比如太陽能采暖、外圍護結(jié)構(gòu)保溫、通風控溫等，包括具體可行的設(shè)計建議，連同經(jīng)濟、社會和美學因素，一同納入蘭州高層建筑設(shè)計構(gòu)思草圖及方案設(shè)計中，從而創(chuàng)造出一個可以適應地域氣候的高層建筑。生物氣候技術(shù)層面的解決是影響其發(fā)展的重要因素。

4 結(jié)語

高層建筑因其龐大的體量和綜合功能，能源消耗較一般建筑更為嚴重，對城市環(huán)境和生態(tài)的影響日益凸現(xiàn)。因此，綠色生態(tài)建筑設(shè)計已然成為現(xiàn)代高層建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢。研究其建筑布局、朝向、空間、材料等建筑設(shè)計要素的關(guān)系，探求其與城市自然環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展以及地域人文條件之間的內(nèi)在聯(lián)系，建構(gòu)基于寒冷氣候條件的適宜于西部半干旱地區(qū)的高層建筑生態(tài)設(shè)計的理論依據(jù)及設(shè)計模式。研究有助于正確認識蘭州脆弱的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，保障城市健康、可持續(xù)發(fā)展，解決蘭州高層建筑設(shè)計中存在的生態(tài)問題，為其他生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)的高層建筑生態(tài)設(shè)計提供借鑒和參考。

[1]卓剛.高層建筑設(shè)計[M].武漢：華中科技大學出版社出版，2012.

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[3]徐小東，王建國.基于生物氣候條件的城市設(shè)計生態(tài)策略研究[J].建筑學報，2007（03）.

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[5]涂靖.生態(tài)建筑學在高層建筑設(shè)計中的應用[J].城市建筑，2012（17）：50-52.

TU972

A

1673-1093（2015）01-0065-03

畢曉莉，就職于蘭州理工大學設(shè)計藝術(shù)學院。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.01.016

2014-08-27；

2014-09-07

甘肅省住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技項目資助（JK2013-22）