對(duì)剖面空間設(shè)計(jì)的被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)策略的研究

史南

摘要：隨著人類的建筑建造對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重，被動(dòng)式綠色建筑越來越被人們所關(guān)注。建筑剖面從傳統(tǒng)意義上講是一種圖式表達(dá)，反應(yīng)了建筑的空間與結(jié)構(gòu)。但是在當(dāng)今的被動(dòng)式綠色建筑實(shí)踐中，剖面已成為了反映被動(dòng)式策略、甚至是推動(dòng)被動(dòng)式設(shè)計(jì)提升的重要手段。本文以建筑剖面為入手點(diǎn)，分析了建筑空間與被動(dòng)式綠色建筑的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：被動(dòng)式；綠色建筑；建筑剖面；設(shè)計(jì)空間

中圖分類號(hào)：TU111 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）11—130—02

前言

建筑剖面設(shè)計(jì)在建筑內(nèi)部空間的塑造上起到了決定性的作用，而建筑空間的好壞直接影響了其自然通風(fēng)、采光等效果。文章從空氣流動(dòng)、采光優(yōu)化、節(jié)約用地等方面，闡述了良好的建筑空間對(duì)于建筑內(nèi)、外環(huán)境的影響，同時(shí)表明了營造良好建筑空間與建筑剖面設(shè)計(jì)的必然聯(lián)系。

1被動(dòng)式綠色建筑與建筑剖面空間的基本聯(lián)系

1.1基于空氣流動(dòng)的角度

空氣在建筑空間中的流動(dòng)主要有兩種形式：熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)。熱壓通風(fēng)依靠室內(nèi)外空氣溫差所造成的空氣密度變小，從而產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，形成了熱空氣向上冷空氣向下的空氣流動(dòng)現(xiàn)象。風(fēng)壓通風(fēng)是因?yàn)榻ㄖL(fēng)面在風(fēng)的作用下壓力升高，因此與建筑背風(fēng)面產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，產(chǎn)生了風(fēng)由迎風(fēng)一面向背風(fēng)一面流動(dòng)的現(xiàn)象。

（1）溫室空間

建筑溫室空間的主要原理是“溫室效應(yīng)”.借助玻璃的物理屬性：普通玻璃允許通過的太陽光的波長是在0.4～2.5μm之間的短波，太陽短波通過玻璃進(jìn)入到室內(nèi)被室內(nèi)的物品所吸收，溫度升高的物品會(huì)再次輻射出波長大于2.5μm的長波輻射波，使室內(nèi)的溫度升高，但是波長大于2.5μm的長波不能透過玻璃輻射到室外。因此，太陽能的輻射熱就被留在了室內(nèi)。長時(shí)間的輻射可以使得室內(nèi)的溫度上升，這樣就形成了建筑的“溫室效應(yīng)”。建筑的“溫室效應(yīng)”有利于得熱，是一種常見的利用被動(dòng)式太陽能的設(shè)計(jì)手法。從空氣流動(dòng)的角度來講，太陽輻射使得該空間內(nèi)的空氣溫度升高，溫度高的空氣密度變小，從而產(chǎn)生了向上運(yùn)動(dòng)的趨勢。對(duì)于熱空氣具體的流動(dòng)方向，還是由這個(gè)“溫室空間”具體的位置和形態(tài)決定的?？梢宰钪庇^地表達(dá)這個(gè)空間的建筑圖示——剖面圖，成為了分析和設(shè)計(jì)此空間的重要的方法。

（2）煙囪空間

建筑煙囪空間的主要原理是“煙囪效應(yīng)”，其原理是由于建筑內(nèi)部的高差所形成的壓強(qiáng)差。所以建筑的煙囪空間的主要目是加強(qiáng)建筑內(nèi)部的通風(fēng)。盡管現(xiàn)代建筑的空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)非常完善了，但是借助機(jī)械設(shè)備來達(dá)到通風(fēng)目的的同時(shí)，或多或少會(huì)造成環(huán)境的破壞。利用自然通風(fēng)來達(dá)到建筑室內(nèi)的通風(fēng)要求則更加注重生態(tài)設(shè)計(jì)，是從建筑師的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)更加合理的空間，以達(dá)到充分利用自然通風(fēng)的目的。

建筑內(nèi)部空間的高差與其煙囪效應(yīng)的效果是成正比關(guān)系的，高差越大，則效果越明顯。煙囪空間往往存在于建筑內(nèi)部貫穿多層的豎向空間中，如中庭空間、通風(fēng)井、樓梯間等。建筑師可以通過對(duì)豎向空間的合理設(shè)計(jì)來提高煙囪效應(yīng)的效果。與風(fēng)壓通風(fēng)不同，煙囪效應(yīng)的應(yīng)用范圍更加廣泛，能適應(yīng)更加復(fù)雜的氣候環(huán)境。

剖面是單個(gè)豎向空間抽取的片段，將這些片段連續(xù)在一起，就可以表達(dá)豎向空間的整體設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)概念。在空間較為復(fù)雜的建筑中，剖面往往比平面蘊(yùn)含著更多的信息，而“煙囪空間”往往存在于復(fù)雜且貫通的空間。

（3）雙層表皮空間

雙層表皮是一個(gè)形態(tài)上的概念，我們把建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)三維化，含有多個(gè)層次或一定厚度的復(fù)合化的外圍護(hù)系統(tǒng)統(tǒng)稱為雙層表皮。建筑的雙層表皮的成因有很多種，如有的是為了把承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)分開，為了達(dá)到一種立面上的效果；有的是利用雙層表皮的空腔來達(dá)到空氣流通的效果；有的則是利用雙層表皮來達(dá)到保暖的作用。

表皮系統(tǒng)的空間既不是外部環(huán)境空間也不是室內(nèi)空間，表皮系統(tǒng)可以看作是建筑所處的環(huán)境中的除室外空間和室內(nèi)空間外的剩余空間。建筑的室內(nèi)空間始終和室外環(huán)境進(jìn)行著能量的交換，表皮系統(tǒng)則承擔(dān)起一個(gè)媒介的作用，即康所說的“服務(wù)空間”。然而，對(duì)于這個(gè)空間形態(tài)和比例的描述，我們一直缺少一種簡單而直觀的表達(dá)。如果我們從剖面的角度將雙層表皮的形態(tài)和空間進(jìn)行簡化，在得到清晰表達(dá)方式的同時(shí)，將會(huì)對(duì)其設(shè)計(jì)和分析起到很好的輔助作用。

1.2基于采光優(yōu)化的空間

（1）退臺(tái)空間

建筑的退臺(tái)空間指的是，建筑立面或是內(nèi)部的中庭空間呈逐層退進(jìn)或是逐層外挑。逐層退進(jìn)的目的是為了使建筑上層對(duì)下層盡量少的遮擋，讓每一層盡量多地接受自然采光，并加強(qiáng)熱量的獲得，對(duì)寒冷地區(qū)建筑的采光極為有利；逐層外挑的目的是為了讓建筑上層對(duì)下層有稍微的遮擋，避免炫光的產(chǎn)生，并加強(qiáng)建筑的遮陽效果，對(duì)炎熱地區(qū)的建筑比較有利。

由于太陽高度角和日照方向的不同，基于建筑采光優(yōu)化的退臺(tái)空間也不盡相同。而建筑剖面，則為退臺(tái)空間提供了一種“可調(diào)節(jié)”的設(shè)計(jì)方法。建筑南立面，為了防止其在夏季受到陽光強(qiáng)烈的照射，可以將其剖面外墻在沿太陽入射的方向進(jìn)行稍微調(diào)整。這樣一來，不僅解決了強(qiáng)光照射的問題，也沒有影響到冬季的采光（由于冬季太陽的入射角較低），而且可以縮短建筑之間的日照間距。

（2）中庭空間

對(duì)于大進(jìn)深或大開間的建筑，建筑難免會(huì)存在自然光很難照射到空間。這時(shí)，一般的解決方法是，在建筑跨度大的地方加入中庭空間，調(diào)節(jié)其周圍內(nèi)部空間的采光。光是由上至下射入建筑中，平面圖可以確定中庭的進(jìn)深和面寬，但不能從光的入射方向?qū)χ型サ呢Q向空間進(jìn)行調(diào)整。剖面是對(duì)空間的描繪，是將空間從二維提升到三維的一種圖示表達(dá)。剖面不僅僅作為一種結(jié)果，它更是一個(gè)過程、一種方法。若從剖面對(duì)建筑的中庭空間進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，必定會(huì)帶來更加準(zhǔn)確且有效的結(jié)果。

以頂部采光的中庭空間為例，其高度與寬的比值就決定了這個(gè)空間的類型與使用范圍。當(dāng)比值較小的時(shí)候，其空間較為低矮和開敞，有利于獲得更多的自然采光，可以解決進(jìn)深過大而造成的自然采光不足等問題，適用于寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)；當(dāng)比值較大的時(shí)候，其空間較為高大和狹窄，有利于減少太陽光的直接照射，減少熱量的獲得，較大的高度有利于溫室效應(yīng)的發(fā)揮，加強(qiáng)自然通風(fēng)的效果，適合于炎熱地區(qū)的氣候特點(diǎn)。此外，還可以根據(jù)當(dāng)?shù)夭煌奶柛叨冉窃谄淦拭嫔献龀鼍唧w的調(diào)整，如圖1所示。

2營造良好被動(dòng)式綠色建筑空間的剖面設(shè)計(jì)

2.1類型的選擇

按照建筑空間形式的不同，可以將被動(dòng)式綠色建筑的剖面空間大致分為四種類型，即：矩形空間、V形空間、三角形空間和不規(guī)則空間。

矩形空間是一種最常見的建筑空間，可以應(yīng)用于諸多類型的建筑當(dāng)中去，其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于布置的位置和比例關(guān)系。根據(jù)不同的要求，在剖面上安排不同的矩形空間，這些都關(guān)系到被動(dòng)式設(shè)計(jì)的效果。

V形空間是一種典型的適用于寒冷地區(qū)的空間形式，由于建筑的上層對(duì)下層沒有遮擋，可以使每一層都能充分地獲得自然采光。但由于下層建筑的進(jìn)深會(huì)越來越大，有可能會(huì)形成黑房間，不利于使用。

三角形空間與V形空間剛好相反，由于上部的空間比較狹窄，可以減少太陽光的直射。同時(shí)，由于文丘里效應(yīng)，上部組件縮小的形態(tài)可以強(qiáng)化煙囪效應(yīng)的產(chǎn)生，有利于自然通風(fēng)。適用于炎熱氣候地區(qū)的建筑形式。

異形空間指的是根據(jù)特定的功能需要所形成的不同于傳統(tǒng)造型的空間，如異形的采光井、通風(fēng)塔、雙層表皮等。

建筑剖面的空間往往與平面一樣也存在著復(fù)合的形式，即多個(gè)基本空間形式組合的復(fù)合空間形式。在實(shí)際的項(xiàng)目中，很少存在只有單一空間的建筑，所以在進(jìn)行剖面設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到各種各樣的空間形式，這樣才能達(dá)到最理想的效果。

2.2剖面設(shè)計(jì)與地形的結(jié)合

關(guān)于建筑場地設(shè)計(jì)的問題，平面設(shè)計(jì)要順應(yīng)地形設(shè)計(jì)，而剖面設(shè)計(jì)要結(jié)合地勢來設(shè)計(jì)。只有將兩者結(jié)合起來，才能形成豐富且富有特色的空間形式。正如查爾斯·柯里亞設(shè)計(jì)的考瓦拉姆海濱度假酒店，建筑師完全尊重當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?，建筑與山、建筑與海都形成了一種良好的呼應(yīng)關(guān)系，使得建筑就像是從場地里生長出來的一樣，達(dá)到了與場地的和諧統(tǒng)一（如圖2）。

2.3剖面設(shè)計(jì)與節(jié)地設(shè)計(jì)

人們之所以要對(duì)場地進(jìn)行整合，其目的是為了獲得一個(gè)最基本的建筑平臺(tái)。整合場地的方法一般有三種：填土、挖土和保持土地原貌（架空、懸挑等）。剖面圖可以作為對(duì)地形的坡度進(jìn)行分析的一種圖解方法，從豎向的角度，分析和整合基地，對(duì)建筑的土方量加以控制和協(xié)調(diào)，并結(jié)合地形對(duì)建筑的豎向空間進(jìn)行設(shè)計(jì)。舉一個(gè)簡單的例子，首先將一個(gè)45°坡九等分，通過上述的三種改造地形的方式將其進(jìn)行改造，可以得到如圖3所示的可能的改造圖示；接著根據(jù)我們對(duì)建筑功能及類型的需求來選擇適合的地形改造方案；最后，根據(jù)地形的剖面圖示生成建筑基本單元的組合體。

3結(jié)語

被動(dòng)式綠色建筑的設(shè)計(jì)往往體現(xiàn)在建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)層面上，其中剖面空間設(shè)計(jì)在被動(dòng)式設(shè)計(jì)上有其獨(dú)特的表達(dá)。無論是在基地整合、還是內(nèi)部空間的設(shè)計(jì)上，剖面都有其明確且直觀地表達(dá)。在剖面設(shè)計(jì)中有很多平常不容易發(fā)覺的被動(dòng)式設(shè)計(jì)因素是可以為我們所用的，可以提取出來為我們創(chuàng)造更加經(jīng)濟(jì)有效的被動(dòng)式綠色建筑空間。