低碳理念的城市綜合體功能復合策略研究

■ 扈龑喆 Hu Yanzhe 李 樂 Li Le

低碳理念的城市綜合體功能復合策略研究

■ 扈龑喆 Hu Yanzhe 李 樂 Li Le

在高密度人居環(huán)境下，城市綜合體將會對周邊社區(qū)環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響，低碳理念下的綜合體綠色設(shè)計對于城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義?；诘吞祭砟睿瑢C合體不同功能間環(huán)境需求度的差異進行分析，并從裙房空間、高層空間、地下空間3個層面展開有利于綜合體綠色設(shè)計的功能復合策略研究，以期發(fā)揮對設(shè)計的指導作用。

城市綜合體；低碳；功能復合；被動式設(shè)計

0 引言

城市綜合體是當代高密度大都市發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，它以高度集約的建筑形式表現(xiàn)了都市生活的高效與多元。同時我們也必須看到綜合體作為巨大能耗體的現(xiàn)狀，其導致的光遮擋、高樓風、噪聲污染等環(huán)境問題對周邊社區(qū)與城市環(huán)境造成了生態(tài)破壞。研究表明，與單一城市功能區(qū)的熱島強度值相比，城市綜合體在白天和夜間時段的熱島強度值均處于較高水平[1]。綜合體作為“混合使用”與“城市·建筑一體化”思想的產(chǎn)物，以其功能多元復合的特征在生活方式、公共服務(wù)方面具有無可比擬的特色，在規(guī)劃及建筑設(shè)計上有不可忽視的特殊性。本文從功能復合的角度，探討城市綜合體如何通過功能的復合來適應環(huán)境要素的不均勻性，提升綜合體的生態(tài)效能，從而助力城市及周邊社區(qū)的低碳發(fā)展。

1 被動式設(shè)計體系下的功能復合

基于低碳理念的綜合體設(shè)計需要從整體思維出發(fā)，尋找空間生態(tài)效能與環(huán)境要素之間的關(guān)聯(lián)，以一種更務(wù)實的態(tài)度應對自然資源的消耗。可持續(xù)型城市建筑以被動式設(shè)計為其主要特征。被動式設(shè)計城市綜合體的目的是能夠減少供熱、制冷、采光設(shè)備的使用，以此節(jié)約建筑能源，將高質(zhì)量城市室外及室內(nèi)環(huán)境創(chuàng)造出來[2]。通過對 “功能復合”這一最本源、最樸素設(shè)計思想的討論進行低碳設(shè)計的思考。這是一種被動式設(shè)計體系的思考方式，強調(diào)在建筑設(shè)計前期將方案與可持續(xù)設(shè)計策略整合，同時這也是建筑師所擅長的本體設(shè)計工作。

功能復合是指在同一空間中多種功能的共存與交互。通過功能復合這種方法，創(chuàng)造出必要空間的同時，讓土地最大限度地回歸人類和綠色的自然環(huán)境（圖1）。

城市綜合體是指具有城市性、集合多種城市空間與建筑空間于一體的城市實體[3]。在城市綜合體中各個功能區(qū)域?qū)τ诃h(huán)境的要求存在差異性。購物中心通過人工化的技術(shù)手段，從光線、聲音、空間等方面營造出對消費者有吸引力的購物環(huán)境，對外界的環(huán)境要素要求較低，但需要在設(shè)計中考慮如何降低電耗、水耗等運營成本；辦公樓作為或租或售的功能類型，對于自然通風與采光這些關(guān)系到室內(nèi)空間品質(zhì)的環(huán)境因素有很高的要求；酒店不僅對自然的通風與采光有很高的要求，對聲環(huán)境的要求亦很高；公寓作為日常生活型空間，特別關(guān)注空間的采光、隔聲、保溫性能（圖2）。因此，某一特定環(huán)境對不同功能的影響存在著差異，而環(huán)境要素本身的分布也具有不均勻性。不同功能可以根據(jù)各自需求合理組織，使得各項功能各就其位、各取所需，以滿足差異化使用需求。建筑物在人類活動與生態(tài)環(huán)境之間，提供了一座良好的溝通橋梁，從而提高建筑物的人文關(guān)懷和人性化[4]。這樣，最終使城市綜合體的整體生態(tài)效能得到提升。

根據(jù)不同功能對環(huán)境要素需求之間的差異，可以將它們分為環(huán)境依賴型（辦公、公寓、酒店）、環(huán)境適應型（休閑、文娛）、環(huán)境獨立型（零售、餐飲、交通）3類。

環(huán)境依賴型功能屬于使用者長期停留的環(huán)境，對自然采光、通風以及安靜的聲環(huán)境和穩(wěn)定舒適的熱環(huán)境有較高的需求。

圖1 回歸人類與自然的城市綜合體構(gòu)想

環(huán)境適應型功能有適當?shù)淖匀徊晒饣蛘咄L就能滿足使用者的品質(zhì)要求，并且可以通過人為技術(shù)手段彌補環(huán)境方面的不足，其對外部環(huán)境的適應性較強。包括休閑類的運動場、健身房，文化類的教育培訓功能，會展類的展覽中心等環(huán)境獨立型功能主要分兩大類，一類是具有封閉性空間的使用功能，主要包括商鋪、超市、餐廳、電影院等，另一類屬于輔助功能，人在其中停留時間較短，主要是停車場及其他輔助功能。這些功能通過人工技術(shù)手段來獲得穩(wěn)定的人工環(huán)境，其對環(huán)境的依賴程度最低。

2 綜合體裙房空間的功能復合策略

城市綜合體近地裙房空間是容納城市居民交通、商業(yè)、文娛、休閑等公共活動的重要空間載體（圖3）。在滿足使用的前提下，裙房空間必然會以大體量、大進深的形象出現(xiàn)。 “大”的特征決定了裙房中部的許多空間無法自然采光與通風，同時在夏季也無法有效散熱，加重了空調(diào)的電負荷?；诔鞘芯C合體功能復合的特性，在設(shè)計中因地制宜地進行環(huán)境分析，從而對功能進行有針對性的布局調(diào)整。

圖2 功能復合促進低碳設(shè)計

圖3 上海IAPM的裙房

2.1 適應界面環(huán)境要素差異的功能組合

太陽輻射的時空間差異造成了環(huán)境要素在建筑物各個界面上的非勻質(zhì)性。例如，建筑物的南立面受到光照機會要遠遠高于北立面。因而，綜合體裙房不同朝向的外部界面其所需要應對的氣候資源具有較大的差異性。

依照建筑外部界面的環(huán)境要素差異性，可以將裙房空間的外部界面分成南界面、北界面、東界面、西界面、內(nèi)界面五大類（圖4）。在進行功能布置時，依據(jù)功能的環(huán)境需求與水平界面的環(huán)境要素相對應，因地制宜地布置在不同分區(qū)內(nèi)。

通過在大進深裙房空間中插入一些通高的中庭空間，創(chuàng)造內(nèi)部界面，將大體量空間化整為零，分割成一系列尺度適宜的空間。這樣就能通過內(nèi)部界面的透明性解決各個空間的采光，減少對人工照明的依賴，有助于減少裙房空間的采光能耗。

2.2 結(jié)合空間溫度分區(qū)的功能分區(qū)

功能間的差異必然導致人們的行為內(nèi)容各有不同，所以對于不同的活動要求空間的物理舒適度也不同。綜合體的設(shè)計過程中，應提倡功能分區(qū)與溫度分區(qū)相適應的原則。空間的溫度分區(qū)，可分為水平向的分區(qū)和豎向的分區(qū)。

依據(jù)太陽輻射熱的投射方向，建筑物在不同朝向上必然存在不同的溫度區(qū)域（圖5）。此外氣體受熱后的對流運動及建筑內(nèi)部各功能間產(chǎn)熱量的差異，必定導致了整體在垂直向度上溫度的差別。按照水平與垂直向度上的溫度差別，有效協(xié)調(diào)功能在三維空間內(nèi)的復合，有效提升生態(tài)效能。在垂直向度上，可以把裙房分為低熱、中冷和頂熱3個區(qū)域（圖6）。與城市基面聯(lián)系緊密的一層空間可將高端零售等高價值低人流業(yè)態(tài)布置在內(nèi)。同時借用綜合體與公共空間的連通口，將其補充為內(nèi)部空間向外的散熱通道。在中冷區(qū)域可以引入對空間物理舒適度要求較高的零售、休閑、餐飲等業(yè)態(tài)。最后，在裙房最高層安排電影院等輸出熱負荷小，同時對制冷需求較低的業(yè)態(tài)（圖7）。

圖4 依據(jù)環(huán)境要素差異的功能組合

適應溫度分區(qū)的功能組合，同時也能夠有效引導綜合體空間內(nèi)的人流分布。在裙房內(nèi)將以步行串聯(lián)的零售功能布置在一層，影音娛樂等功能設(shè)置在中部與頂部，在合理引導使用者流線的同時也可增加一層零售功能的人流量[5]。

3 綜合體高層主樓空間的功能復合策略

3.1 適應界面環(huán)境要素差異的功能組合

城市綜合體的主樓部分包括商務(wù)寫字樓、高級賓館、可出租公寓這三大系統(tǒng)以及一些服務(wù)輔助設(shè)施。對于有大量使用者長時間停留的商務(wù)寫字樓空間可布置在南向，能夠有效得到自然采光和通風。將使用效率不高，對空間物理舒適度要求不高的儲藏室、資料室、會議室等功能區(qū)域布置在西向，能夠利用熱輻射緩沖帶的作用，減弱太陽西曬的影響。

在相關(guān)規(guī)范要求下，公寓必須保證1間朝南的臥室。按照相同的規(guī)則，公寓的客、臥房間應該考慮放置在南向，而廚衛(wèi)、餐廳等使用時間不多，熱舒適性要求低的用房應可以布置在另一側(cè)[6]。

賓館客房作為需要保證一定空間舒適性的功能，主要布置在主樓的南向區(qū)域，以滿足自然采光和通風的需求。在酒店的配套設(shè)施中，根據(jù)各個功能間使用方式的不同可分為3種類型。餐飲空間、休閑設(shè)施布置在樓層南向，以獲取良好的光照與通風。對于使用者密集，自身發(fā)熱量較大的會議、娛樂等功能區(qū)域設(shè)置在北向。廚房、設(shè)備間對空間舒適度幾乎沒有要求，可作為緩沖帶布置在建筑東西兩側(cè)。

圖5 水平溫度分區(qū)

圖6 豎向溫度分區(qū)

3.2 適應高層體形的豎向功能分區(qū)

由于需要考慮其抗震、抗風以及結(jié)構(gòu)自重等建筑性能，高層建筑在設(shè)計中具有一定的自主性，相對裙房來說在設(shè)計上受建筑技術(shù)的影響和限制較大。從生態(tài)效能上來看，高層建筑的形體會對風環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響，通過合理的功能復合與高層形體有機結(jié)合，能夠減少形體所造成的下降風流，改善地面小氣候（圖8）。因此城市綜合體在高層部分的功能復合需要考慮高層建筑體形的影響，并進一步影響其生態(tài)效能。

超高層主樓由于在抗風、抗震等結(jié)構(gòu)方面的難度要求，其標準層平面常常隨著高度的增長而逐漸縮小，使得超高層主樓不同標準層間的平面尺度存在差異。辦公功能適應平面能力較強，在布置時有較大的自由度。酒店中一些大人流量的會議、商務(wù)設(shè)施一般和裙房結(jié)合設(shè)置，對景觀要求較高的餐飲和空中餐廳大多布置在較高的樓層中（圖9）。頂部空間尺寸狹小，電梯和輔助功能占據(jù)了大部分空間，但由于頂層的視線開闊，可以設(shè)置瞭望臺、空中餐廳等注重體驗的功能。

圖7 香港朗豪坊豎向功能分區(qū)示意圖

3.3 利用輔助功能的緩沖作用

輔助功能所占據(jù)的空間是使用者較少使用的空間，比如樓梯間、儲藏室、衛(wèi)生間、地下停車庫等，可作為主要空間的緩沖區(qū)。從降低輻射得熱的角度看，輔助功能可以將其沿主體建筑東、西向布置，以降低使用者主要活動空間的直接太陽輻射得熱。另外，當緩沖區(qū)設(shè)置在南向時，可利用自身輻射為周圍的主要使用空間提供熱量。當其朝向東、西、北時，它可以減少圍護結(jié)構(gòu)的熱損失。這些策略更多的是被動接受或直接利用可再生能源，沒有或者很少采用機械和動力設(shè)備[7]。

4 綜合體地下空間的功能復合策略

4.1 交通功能作為生態(tài)緩沖基礎(chǔ)

綜合體在高密度城市環(huán)境中作為人們開展工作、文化、藝術(shù)、休閑等活動的物質(zhì)載體，不可避免地要承擔城市部分的交通職能。這些為城市綜合體帶來人流的交通功能對地下空間的開發(fā)起到了基礎(chǔ)作用，其空間由于并非使用者長期使用的場所，故沒有嚴格的物理舒適度要求。常常將它們布置在地下環(huán)境品質(zhì)最低的底層空間，空間的混凝土結(jié)構(gòu)在深層土壤與建筑物樓地面間自然形成了氣候緩沖區(qū)（圖10）。通常在城市綜合體功能布局中，將出租車上下客區(qū)安排在地下一層，軌道交通站點設(shè)置在地下二層。

圖8 Sliced Porosity Block主體功能布局

圖9 環(huán)球金融中心功能豎向分區(qū)及平面演化

4.2 中庭作為商業(yè)功能的生態(tài)腔體

地下空間由于表面有熱惰性較好的覆土層，能夠有效地隔絕外部熱量傳導進入，因而相對地面層更為涼爽，適宜布置有大量使用者同時活動、產(chǎn)熱量巨大的商業(yè)功能。通過案例調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，地下一、二層以零售商鋪為主；地下二層設(shè)置餐飲區(qū)。這些使用者長時間停留的地下空間，由于空間位置所限，難以受到太陽直射，無法自然采光與通風。綜合體的中庭由于在維護結(jié)構(gòu)上常常選用透明性較高的材料，從而獲得了良好的導光性能，可以將自然光照導入到建筑的中心部。同時，其通高的剖面形式也易于進行熱壓通風，幫助地下一、二層空間進行自然通風。如巴黎OSMOSE車站項目，它是一個包括地鐵站、聯(lián)運樞紐、公共廣場、商業(yè)、辦公、休閑和居住等多項城市功能的交通樞紐綜合體。在該設(shè)計中，設(shè)計師提出：地鐵+混合使用+高密度+太陽=零排放的理念。利用一個符合空氣動力學的中庭，作為聯(lián)系地下線性的地鐵站空間與地面的生態(tài)腔體空間（圖11、12）。

圖10 生態(tài)緩沖基礎(chǔ)示意圖

圖11 巴黎OSMOSE車站的生態(tài)腔體中庭

圖12 巴黎OSMOSE站的剖面圖

5 結(jié)語

在環(huán)境和能源問題日益嚴峻，生態(tài)倫理得到廣泛尊重的今天，城市綜合體的低碳設(shè)計急需我們從學科視角和職業(yè)使命出發(fā)對這一話題不斷進行討論和思考。生態(tài)設(shè)計思想的核心內(nèi)容即：通過設(shè)計，最大限度地減少資源和能源的消耗，確保系統(tǒng)的整體生態(tài)效益最大[8]。從功能復合的角度進行探索，既能反映綜合體的共性特征，也利于在設(shè)計前期的低碳策略實施，希望通過對低碳綜合體設(shè)計的不斷探索，為改善社區(qū)環(huán)境，建設(shè)低碳城市做出貢獻。

[1]穆康,劉京,李芳芳,等.城市綜合體建筑人為排熱及熱濕氣候動態(tài)預測[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2015,47(2):31-36.

[2]王東,WangDong.關(guān)于城市綜合體建筑的可持續(xù)性設(shè)計分析[J].城市建筑,2014(26):13.

[3]董賀軒,盧濟威.作為集約化城市組織形式的城市綜合體深度解析[J].城市規(guī)劃學刊,2009(1).

[4]吳彥波.被動式建筑設(shè)計策略研究[J].城市建筑,2015(20):43.

[5]尹旭屹.城市建筑綜合體的可持續(xù)性設(shè)計研究[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2014(29).

[6]陳雪明.基于微氣候適應性的綜合體設(shè)計策略研究[D].天津大學,2013.

[7]宋曄皓,王嘉亮,朱寧,等.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.

[8]王楨棟,陳易.高密度人居環(huán)境下城市建筑綜合體布局中的生態(tài)策略[J].住宅科技, 2011,31(1):27-31.

Study on the Function Recovery Strategy of Urban Hopsca Based on the Low Carbon Concept

Urban hopsca in densely populated residential environment will have a huge impact on the surrounding community environment, while the green urban hopsca design based on low carbon concept has important realistic signifi cance for the sustainable development of the city. Based on the low carbon concept, the paper analyses the different environmental requirement scale for different functions among hopsca, and studies the function recovery strategy which is benefi cial to the green design of the hopsca from such three aspects as the podium space, high-rise space and underground space in order to play a guiding role for the design.

urban hopsca, low carbon, function recovery, passive design

2016-09-19）

扈龑喆，同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院講師、博士研究生、國家一級注冊建筑師，高密度人居環(huán)境生態(tài)節(jié)能教育部重點實驗室；李樂，同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院碩士研究生。