高層建筑生態(tài)化分析
——以2020塔為例的生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)踐與發(fā)展

文/許欣悅、于曉晨 山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院 山東濟(jì)南 250101

1、背景

在全球城市化快速發(fā)展的歷程中，人口與環(huán)境的關(guān)系越加緊張，對(duì)全球未來城市發(fā)展帶來了巨大的挑戰(zhàn)。近年來的不斷探索，各國將生態(tài)理念放到了高層建筑發(fā)展方向上。高層建筑空間大，不僅可以滿足人們生活的基本要求同時(shí)還可以處理好與環(huán)境的關(guān)系。生態(tài)建筑的本質(zhì)是將建筑作為生態(tài)系統(tǒng)，人類為系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)種群，通過合理調(diào)配系統(tǒng)內(nèi)外種種因素，使系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)、能源有序地循環(huán)轉(zhuǎn)換，構(gòu)建一個(gè)高效生態(tài)、低耗少排的生活或工作環(huán)境[1]。近年來，各種生態(tài)高層建筑案例使得全球?qū)ζ湮磥戆l(fā)展充滿了希望。

在21世紀(jì)初期，華盛頓的城市化已達(dá)到了鼎盛，面臨著用地緊缺資源消耗過度的問題。2001年，華盛頓國家建筑博物館委托Kiss +Cathcart建筑事務(wù)所為該館設(shè)計(jì)一個(gè)假想建筑。這個(gè)設(shè)計(jì)的提出是為了創(chuàng)建一個(gè)針對(duì)高層建筑的新生態(tài)理念，將城市的生活水平以及生活質(zhì)量提升至最高。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，事務(wù)所與工程師決定采用最先進(jìn)的技術(shù)，但該設(shè)計(jì)不僅是簡單的藍(lán)圖，而是一個(gè)在2020年前可以進(jìn)行實(shí)施的實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的建筑。

2、2020塔項(xiàng)目概況

2.1 建筑理念

2020塔是一座多功能用途的建筑，同時(shí)是一座150層樓高的生產(chǎn)性建筑，可以生產(chǎn)各種能源，處理和再利用水和廢物等物質(zhì)資源?？缮a(chǎn)的能源如太陽能和風(fēng)等，2020塔所獲得的太陽能和風(fēng)能可以維持整個(gè)建筑能源消耗的100%。同時(shí)建筑屋頂所收集到的雨水以及內(nèi)部使用過的廢水通過內(nèi)部處理系統(tǒng)可以滿足建筑內(nèi)部水消耗的90%。2020塔的被設(shè)定為一個(gè)垂直城市，集居住、商業(yè)以及娛樂為一體的建筑[2]。整個(gè)建筑可以容納近兩萬人，人口可以達(dá)到城鄉(xiāng)人口數(shù)量。在理念生成前期，Kiss + Cathcart建筑事務(wù)所希望2020塔有別于熟知的單一功能的高層建筑，而是將2020塔設(shè)計(jì)成多功能理念使之可以更有效的發(fā)揮功能。

2.2 功能分析

2020 塔被分為30個(gè)垂直單元，集商業(yè)、娛樂功能于一身，還包括了室外開放空間。在每單元的下一層設(shè)立了生物處理系統(tǒng)以及溫室等特色空間。溫室作為整個(gè)建筑的特色功能，不僅可以服務(wù)內(nèi)部人員，還可以美化整個(gè)建筑。每個(gè)公共樓層都有一個(gè)特色功能空間，有酒店、影院、大學(xué)、植物園以及動(dòng)物園等。在公共樓層的室外空間不僅是一空中公園，同時(shí)還有直升機(jī)著陸臺(tái)。在發(fā)生嚴(yán)重問題時(shí)，離救援不超過15層樓。居住空間的陽臺(tái)被利用起來做成室內(nèi)小型種植區(qū)域，種植方法主要通過水培技術(shù)或是普通的外掛技術(shù)，陽臺(tái)的種植區(qū)域可以滿足一部分家庭需要。

2.3 資源代謝與技術(shù)分析

在2020塔的設(shè)計(jì)中，所有當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)都被使用，在整個(gè)建筑內(nèi)部內(nèi)資源循環(huán)代謝體現(xiàn)得淋漓盡致。水循環(huán)、能源循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)等。

2.3.1 水處理技術(shù)

2020 塔內(nèi)部超過80%的建筑用水可重復(fù)使用。這得益于內(nèi)部的水處理系統(tǒng)以及建筑內(nèi)部的溫室以及種植區(qū)域。在每個(gè)公共樓層的下部都包含一個(gè)清潔和再循環(huán)廢水的生物處理系統(tǒng)，屋頂收集的雨水以及樓層內(nèi)生活污水匯集到每一層的水處理中心，處理后或用于澆灌植物或用于生活。

2.3.2 能源技術(shù)

2020塔內(nèi)部的平均能耗為每年50-60千瓦時(shí)/平方米，約為2001年標(biāo)準(zhǔn)建筑消耗量的四分之一。建筑物的外表皮采用的是最先進(jìn)的光伏薄膜模塊，超過15%效率和成本，同時(shí)從外觀看起來與涂層夾層玻璃相似[3]。建筑的窗戶采用的是透明的BIPV窗，它的耗能效率僅是不透明窗戶的三分之一，同時(shí)建筑內(nèi)部采用了不透明的溫控器，使得建筑總耗能減少了三分之二。

2.3.3 養(yǎng)分循環(huán)技術(shù)

建筑內(nèi)部的種植及溫室是養(yǎng)分循環(huán)的主要來源。2020塔的建筑表皮采用多層技術(shù)，可以適應(yīng)藤蔓或其他植物以及水培生長系統(tǒng)。垂直綠化的采用不及可以減少陽光直射所帶來的高熱量，減少蒸發(fā)冷卻，同時(shí)還可以提供種植空間，城市農(nóng)業(yè)概念也可以植入進(jìn)來，生產(chǎn)以蔬菜水果為主的植物，可以為建筑內(nèi)部人員提供自給自足的生活。

2.3.4 結(jié)構(gòu)新突破

建筑內(nèi)部采用了全新的鋼管網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在立面上形成自支撐梁，具有高度的抗壓性同時(shí)也易于拆卸。在不影響建筑完整性的情況下，可以被拆除。在建筑中，為了使得建筑可以獲得良好的自然通風(fēng)與采光，建筑設(shè)計(jì)了薄形建筑，該薄型技術(shù)增加了太陽能板的接觸面積，同時(shí)也增加了能源使用所覆蓋的面積。與具有單一核心和最小外圍的傳統(tǒng)建筑相比，此技術(shù)提供了更高質(zhì)量的空間，同時(shí)增加了多核心的便利性和安全性。

3、總結(jié)與未來展望

2020塔的出現(xiàn)是對(duì)于高層建筑來說一個(gè)全新的概念，與傳統(tǒng)高層建筑相比，占地面積不僅更小，還可以帶來更高質(zhì)量空間的經(jīng)濟(jì)效益（例如，窗戶辦公室與內(nèi)部空間的租金更高）以及更低的運(yùn)營成本以及更高的人力生產(chǎn)力。2020塔的設(shè)計(jì)目的是在運(yùn)行能源方面自給自足，包括建筑內(nèi)的加熱，冷卻，照明，制冷。采暖以及電力等。這對(duì)于我們未來高層建筑的發(fā)展有著更現(xiàn)實(shí)的意義。這反映出了對(duì)該項(xiàng)目與能源相關(guān)的環(huán)境影響的更有效的評(píng)估通過2020塔我們可以看出，現(xiàn)在全球高層建筑都處在一個(gè)飛速發(fā)展的階段，可持續(xù)發(fā)展理念在高層生態(tài)建筑中得到了很好的體現(xiàn)?，F(xiàn)如今土地資源緊缺，環(huán)境破壞嚴(yán)重，物質(zhì)資源消耗加快而高層生態(tài)建筑理念的提出，可以很好地解決我們面臨的問題。同時(shí)還能通過建筑本身的生態(tài)設(shè)備，減少物質(zhì)資源的消耗以及環(huán)境的破壞。因此我們應(yīng)該繼續(xù)研究高層建筑的生態(tài)化建設(shè)，同時(shí)與我國國情以及地域特色相結(jié)合，設(shè)計(jì)出最適合我國的高層生態(tài)建筑。