適老化建筑中的系統(tǒng)整合設(shè)計研究
——以i-Yard 2.0養(yǎng)老住宅為例

金怡淳 石磊 田碩 李珺杰 / JIN Yichun, SHI Lei, TIAN Shuo, LI Junjie

1 背景

隨著我國人口老齡化的加劇，65歲以上的老年人占比越來越大（圖1），社會養(yǎng)老負擔(dān)越來越重。同時，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對高品質(zhì)生活的追求，促使人們對適老化建筑的研究和探討也在不斷深入。人們意識到老年人需要的不僅僅是單純的養(yǎng)老，還有更加舒適、更加安全、更加宜人的高品質(zhì)養(yǎng)老環(huán)境（Angela Morrison，2016）。適老化建筑在滿足養(yǎng)老這個最基本需求的同時，更要考慮老年人生理和心理的雙重需求，從而提供一個全方位的更加適宜老人居住的建筑環(huán)境。

圖1 2005～2015年中國65歲及以上人口變化趨勢

圖3 一層平面①

2 適老化建筑的系統(tǒng)設(shè)計

建筑系統(tǒng)作為建筑的核心部分，對建筑的日常使用和控制具有決定性的影響。建筑系統(tǒng)并不是指某一個獨立的系統(tǒng)，它是一群子系統(tǒng)的集合體，通過將各個系統(tǒng)整合以及相互協(xié)調(diào)來實現(xiàn)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定和安全，最終創(chuàng)造出一個高品質(zhì)的建筑環(huán)境。在以彼得·庫克為核心的阿基格拉姆學(xué)派中，把使用建筑的人看成是“軟件”、把建筑設(shè)備看成是“硬件”，是建筑的主要部分，“硬件”可依據(jù)“軟件”的意圖充分為之服務(wù)（羅小未，2004），最終通過建筑的“硬件”優(yōu)化，滿足“軟件”的使用需求。但是對于老年人心理上的需求與把控，現(xiàn)有建筑系統(tǒng)依然存在大量空缺（閆英俊，2016）。一方面是由于建筑系統(tǒng)自身的局限性，作為物理層面上的產(chǎn)物，要通過外部物理因素直接對老年人的心理產(chǎn)生積極正面的影響，本身就比較困難。另一方面，也是最主要的，即適老化建筑在設(shè)計上缺乏對老年人心理訴求的考慮，現(xiàn)有適老化建筑絕大多數(shù)都以提高室內(nèi)居住“品質(zhì)”為主要導(dǎo)向，而對使用者——老年人的心理缺乏有效的設(shè)計，這就阻隔了建筑系統(tǒng)滿足老年人心理需求的可能。

因此，在適老化建筑的前提下，建筑系統(tǒng)設(shè)計必定需要更高的標(biāo)準(zhǔn)，更加快速的建造方式，更加適老、安全的智能控制系統(tǒng)，更加舒適的室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)，更加滿足老人心理需求的環(huán)境關(guān)懷系統(tǒng)。本文通過實際項目案例，從上述幾方面依次分析建筑系統(tǒng)所做的應(yīng)對策略。

圖4 二層平面

圖5 重鋼預(yù)制裝配式搭建

3 i-Yard 2.0適老化系統(tǒng)整合設(shè)計分析

本文依托筆者所在項目團隊參加的“2018中國國際太陽能十項全能競賽”（Solar Decathlon China 2018，以下簡稱SDC 2018）中一個以適老化為主旨的參賽作品i-Yard 2.0，將其作為研究對象，探討該建筑適老化設(shè)計中的系統(tǒng)整合方法。

i-Yard2.0的設(shè)計靈感來源于對中國當(dāng)下的環(huán)境惡化和老齡化社會問題的關(guān)注和思考，提出“新城鎮(zhèn)頤養(yǎng)社區(qū)”的概念，讓退休老人遠離城市，回到風(fēng)景優(yōu)美、雞犬相聞的鄉(xiāng)村生活中，讓他們在呼吸新鮮空氣、體味田園時光的同時，享受以太陽能等可再生能源利用為基礎(chǔ)的舒適、安全、健康的智能家居環(huán)境（圖2）。

i-Yard2.0是一棟高性能的適老化建筑，同時也是一棟符合建筑工業(yè)化發(fā)展的裝配式建筑。建筑分為兩層（圖3、4），由9個相同尺寸的模塊拼接而成，同時室內(nèi)空間圍繞中庭分布，設(shè)計上充分考慮對老人的關(guān)懷，包括符合工業(yè)化生產(chǎn)的建筑設(shè)計、適老化的回游動線設(shè)計、符合老年人舒適度的室內(nèi)物理環(huán)境環(huán)境設(shè)計、高效節(jié)能的智能控制系統(tǒng)等。

3.1 適應(yīng)新城鎮(zhèn)養(yǎng)老社區(qū)快速建造的建筑系統(tǒng)

建筑整體采用重鋼預(yù)制裝配式模塊進行快速拼裝建造（圖5）。在工廠提前設(shè)計安裝好使用模塊，再根據(jù)場地現(xiàn)狀、老年人使用需求，進行不同的組合拼接，實現(xiàn)在短時間內(nèi)完成建筑主體結(jié)構(gòu)的建造。

圖6 適老化空間布局：回游動線

同時選用與裝配式建造方式相契合的建筑系統(tǒng)：使用特殊的快插式金屬管件，實現(xiàn)模塊與模塊之間水管的快速安裝和拆卸；將暖通設(shè)備集中布置在幾個模塊之中，采用最短路徑排布進出風(fēng)管道；分區(qū)控制每個模塊內(nèi)部的電力系統(tǒng)，實現(xiàn)模塊之間的互不干擾。

3.2 以回游動線為核心的適老化智能控制系統(tǒng)

室內(nèi)采用適合老人生活起居的回游動線（圖6），實現(xiàn)老人在室內(nèi)生活行動時，不用回頭就可以到達建筑的每一個空間，實現(xiàn)空間的連續(xù)暢通性（徐建，2018；吳曉凡，2017）。同時，圍繞回游動線設(shè)置了多個智能控制系統(tǒng)：紅外線體感感應(yīng)燈，保證老年人在夜晚起床活動的安全性；電力導(dǎo)軌，保證老年人可以根據(jù)自己的使用習(xí)慣，隨意地增加或減少每個房間的插座數(shù)量；所有室內(nèi)燈光都可以通過智能APP以及無線物理開關(guān)控制，滿足習(xí)慣不同的兩代人的使用。

3.3 以優(yōu)化室內(nèi)物理環(huán)境為目標(biāo)的適老化環(huán)境控制系統(tǒng)

作為最能影響用戶體驗的因素，室內(nèi)物理環(huán)境直接影響著人們的日常生活，而對老年人來說，一個好的室內(nèi)環(huán)境甚至可以減少某些疾病的發(fā)病率，間接延長他們的壽命。一般來說，評價室內(nèi)物理環(huán)境主要有幾個指標(biāo)：溫度（℃）、濕度（%）、PM2.5濃度（ug/m 3 ）、CO2濃度（ppm）等。i-Yard2.0方案采用了 主動式調(diào)節(jié)和被動式調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式。

3.3.1 主動式的系統(tǒng)整合設(shè)計

主動式調(diào)節(jié)主要包括運用輻射膜技術(shù)的地暖系統(tǒng)、光伏直驅(qū)式多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)和余熱交換新風(fēng)系統(tǒng)。

圖7 電加熱的輻射膜輻射地板

圖8 光伏直驅(qū)多聯(lián)機空調(diào)機

（1）地暖系統(tǒng)（圖7）采用安全高效的電加熱輻射膜技術(shù)，同時采用電氣石+方解石的石材地板，一方面有利于提高傳熱效率，另一方面還可以吸附室內(nèi)微粒，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。地暖系統(tǒng)可以在冬天快速穩(wěn)定地加熱室內(nèi)空氣，使其保持在老年人最舒適的溫度區(qū)間，同時從下往上的傳熱方式，可以極大地改善老年人因血液循環(huán)不暢而導(dǎo)致的腳部異常冰冷的現(xiàn)象，間接改善老年人的體質(zhì)。

（2）空調(diào)系統(tǒng)采用高效節(jié)能的光伏直驅(qū)多聯(lián)機空調(diào)（圖8），并根據(jù)最短路徑集中布置進出風(fēng)管道，減少能源消耗。可以在夏天實現(xiàn)室內(nèi)快速降溫，使溫度達到老年人的需求，避免老年人產(chǎn)生中暑等一系列問題，同時采用上進上出的進出風(fēng)方式，避免冷風(fēng)直吹方式對老年人身體健康的不良影響。

（3）新風(fēng)系統(tǒng)（圖9）采用余熱熱交換技術(shù)。通過將室內(nèi)空氣排出，同時將室外新鮮空氣引入的方式，控制調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度、CO2濃度及PM2.5的濃度，使其一直保持在相對舒適的區(qū)間之內(nèi)，同時系統(tǒng)通過余熱交換系統(tǒng)，將出風(fēng)和進風(fēng)實現(xiàn)熱量的交換，減少能耗。

3.3.2 被動式氣候調(diào)節(jié)設(shè)計策略

被動式設(shè)計主要包括空氣集熱墻系統(tǒng)和可變中庭系統(tǒng)。

圖9 余熱熱交換的新風(fēng)系統(tǒng)

圖10 空氣集熱墻系統(tǒng)

空氣集熱墻系統(tǒng)（圖10）采用高效吸熱的藍膜技術(shù)。在冬季，通過太陽的直接照射，加熱空腔內(nèi)部空氣，再將加熱后的空氣通過空氣泵直接輸送到室內(nèi)，以此提高室內(nèi)溫度。同時配合地暖系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在冬季建筑全方位的加熱升溫。

在可變中庭系統(tǒng)中，一方面平臺采用氣凝膠玻璃，具有良好的保溫隔熱作用，另一方面中庭平臺的升降通過上下位置變化，實現(xiàn)中庭對局部微氣候的調(diào)節(jié)。

在夏季白天，室外溫度較高，將平臺升到二層避免陽光的直接照射；在夏季夜晚，將平臺降下，打開一層門窗和中庭頂部門窗，通過熱壓通風(fēng)實現(xiàn)室內(nèi)空氣和室外空氣的自然交換，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量并降低室內(nèi)溫度。

在冬季白天，將平臺降下，關(guān)閉二層中庭的門窗，利用溫室效應(yīng)，通過太陽輻射來提高中庭溫度，并影響到其周圍環(huán)繞的室內(nèi)溫度；在冬季夜晚，將平臺升起，減少房屋內(nèi)部熱量的流失（圖11）。

3.4 適應(yīng)老年人生活起居安全的智能控制系統(tǒng)

圖12 智能控制系統(tǒng)原理框架

由于生理機能的衰退，老年人的起居安全問題尤其需要重視。在適老化設(shè)計中，需要重點關(guān)注老年人行動能力下降、身體恢復(fù)能力下降、身體變得更加脆弱以及突發(fā)性疾病等問題。

因此，i-Yard2.0方案采用了一套由項目組自主研發(fā)的智能APP系統(tǒng)（圖12），將對老年人身體狀況監(jiān)控和緊急情況處理等一系列安全功能整合在一起，最大化地實現(xiàn)對老年人生命安全的保障。

智能APP主要分為身體狀況實時監(jiān)測系統(tǒng)、居家定位系統(tǒng)和緊急情況報警系統(tǒng)（圖13），3個系統(tǒng)都通過老年人手腕上佩戴的手環(huán)進行數(shù)據(jù)的獲取和傳輸。

身體狀況實時監(jiān)測系統(tǒng)：通過手環(huán)獲取老年人的身體數(shù)據(jù)，比如心跳、血壓、體脂率，等等，然后直接反饋在智能APP上，可以實時顯示老年人身體健康指標(biāo)變化的情況。

居家定位系統(tǒng)：通過GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）獲取手環(huán)的位置來定位老年人，方便家人實時了解老人在家中的活動情況（圖14、15）。

緊急情況報警系統(tǒng)（圖16）：在老年人發(fā)生緊急情況時，給親屬或者附近醫(yī)院發(fā)送緊急救助信息，減少安全事故的發(fā)生。

圖13 智能APP界面

圖14 居家定位系統(tǒng)

3.5 適應(yīng)老年人心理需求的環(huán)境關(guān)懷系統(tǒng)

步入老年生活以后，生理機能的衰退導(dǎo)致老年人的心理發(fā)生了極大的變化。對外界事物感知的弱化，和外界交流的能力和途徑減少，子女長期在外，這些都讓老年人內(nèi)心產(chǎn)生了孤獨感。同時老年生活的無力感，讓他們更加懷念年輕時的生活狀態(tài)，產(chǎn)生眷戀感。以上種種變化要求建筑設(shè)計需要更加關(guān)注老年人的心理健康，為他們提供有一個良好環(huán)境關(guān)懷的晚年生活。i-Yard2.0，主要采用室內(nèi)照明調(diào)節(jié)系統(tǒng)、魚菜共生系統(tǒng)、無水馬桶及家庭農(nóng)田來滿足老年人一定的心理需求。

室內(nèi)照明調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要采用雙路控制的方式，通過多種無線連接設(shè)備，實現(xiàn)遠程操作控制?？梢詫崿F(xiàn)無線物理開關(guān)和智能APP雙重控制，通過調(diào)節(jié)燈光亮度、燈光色溫、一鍵控制模式和夜晚起床應(yīng)急燈等來滿足老年人不同使用環(huán)境下的心理需求。比如，在廚房做飯的時候設(shè)置溫暖的色光；在離家、回家和睡覺的時候，通過啟用一鍵控制模式，方便快捷地控制房屋內(nèi)所有燈具；而應(yīng)激燈可以保障老人夜晚起床以后活動的安全性。

圖15 智能手環(huán)

圖16 緊急情況報警系統(tǒng)

魚菜共生系統(tǒng)將種植和養(yǎng)魚相結(jié)合，實現(xiàn)養(yǎng)分的循環(huán)利用，在中庭開辟生態(tài)空間，可以讓老年人的日常生活更加充滿活力，改善老年人的心理狀態(tài)；無水馬桶和家庭農(nóng)田，可以增加老年人生活的樂趣，讓他們充分參與到家庭的日常生活之中，調(diào)節(jié)老年人內(nèi)心的孤獨感。

4 結(jié)語

由于使用對象的特殊性，適老化建筑在設(shè)計方面需要更高的標(biāo)準(zhǔn)。而作為建筑中最核心的建筑系統(tǒng)部分，則更應(yīng)該關(guān)注老年人的生理和心理需求，從而達到適老化的目的（付力瀾，2018；馮文琪 等，2017；簡潔 等，2017）。因此，良好的建筑系統(tǒng)整合設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對老年人生理和心理需求的滿足，如在建筑最核心的部分——建筑系統(tǒng)，加入對心理層面的考慮和設(shè)計是今后適老化設(shè)計的核心內(nèi)容，同時也是最重要、最迫切需要解決的。因此，本文通過對適老化建筑系統(tǒng)的分析，依托i-Yard2.0實踐案例，提出適老化的系統(tǒng)整合設(shè)計思路。通過建筑系統(tǒng)提供一種新型建造模式，一個穩(wěn)定舒適的室內(nèi)物理環(huán)境，一個安全可靠的身體監(jiān)測報警系統(tǒng)，一個合理可行的心理關(guān)懷系統(tǒng)，一個方便快捷的智能控制系統(tǒng)，最終實現(xiàn)適老化的目標(biāo)。

注釋

① 圖2～16來源為中國國際太陽能十項全能競賽北京交通大學(xué)i-Yard2.0賽隊。