地域文化與綠色技術(shù)交融的綠色校園整體設(shè)計實踐研究

劉 驍，丘建發(fā)，包 瑩

（華南理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司 廣州 510641）

1 背景

從理論到實踐，國內(nèi)外都逐漸重視綠色校園的創(chuàng)建，并做了多年的研究和探索［1-4］。我國早期的大學(xué)校園節(jié)能減排領(lǐng)域，缺乏具體的實施路徑，直到2007年的我國節(jié)約型校園示范建設(shè)、2009年開始的校園節(jié)能監(jiān)管體系示范建設(shè)，開啟了我國大學(xué)校園的綠色發(fā)展之路。經(jīng)過數(shù)年的努力和發(fā)展，我國綠色校園建設(shè)正經(jīng)歷從“節(jié)約型校園”到“綠色校園”的升級，在2016年12月22日，教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心聯(lián)合國內(nèi)7 家高校建筑設(shè)計研究院共同發(fā)起成立“中國綠色校園設(shè)計聯(lián)盟”，發(fā)出《中國綠色校園發(fā)展倡議》，以解決越來越綜合的校園可持續(xù)設(shè)計問題，促進綠色校園全面發(fā)展。

2 理論基礎(chǔ)

何鏡堂院士針對當(dāng)前建筑創(chuàng)作領(lǐng)域現(xiàn)狀，提出并深入闡釋了“兩觀三性”的建筑創(chuàng)作理論，即建筑要堅持“整體觀”和“可持續(xù)發(fā)展觀”，建筑創(chuàng)作要體現(xiàn)“地域性”、“文化性”、“時代性”，成為整體設(shè)計方法的認(rèn)識論基礎(chǔ)［5］。

綠色大學(xué)校園設(shè)計引入“整體設(shè)計”理論具有必要性：一方面，“現(xiàn)代大學(xué)是一個綜合的系統(tǒng)，被認(rèn)為是社會上最復(fù)雜的機構(gòu)之一”［6］；另一方面，從國內(nèi)的綠色大學(xué)校園建設(shè)現(xiàn)狀和使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題來看，許多問題都是由于孤立地考慮校園某方面、某層面問題，而沒有以整體、聯(lián)系的思維設(shè)計造成的，因此無論從理論發(fā)展角度，還是現(xiàn)實需求角度，綠色大學(xué)校園設(shè)計都需要引入一套系統(tǒng)化、跨專業(yè)、綜合化的理論框架和創(chuàng)作方法［7］。

以“兩觀三性”設(shè)計理論為理論基礎(chǔ)［8-10］，針對地域文化與綠色技術(shù)的發(fā)展趨向，根據(jù)“文質(zhì)和諧、特色鮮明”的原則，探索當(dāng)代綠色技術(shù)在校園綠色建筑創(chuàng)作中的本質(zhì)規(guī)律和發(fā)展趨勢，整合地域文化的展示、時代精神的彰顯、綠色技術(shù)的應(yīng)用等多層面設(shè)計要素，建構(gòu)體現(xiàn)“地域性”、“文化性”和“時代性”的綠色校園整體設(shè)計策略（見圖1）。

圖1 地域文化與綠色技術(shù)交融的綠色校園整體設(shè)計Fig.1 Holistic Green Campus Design Integrating Local Culture with Green Technology

⑴地域文化的展示：地域性是建筑賴以生存的根基，文化性決定建筑的內(nèi)涵和品味。建筑創(chuàng)作扎根地域，適應(yīng)地方氣候、地形、地貌、場地、周邊環(huán)境等，同時延續(xù)歷史文脈，體現(xiàn)精神象征與紀(jì)念性意義，尊重宗教道德和經(jīng)驗習(xí)俗等，從而以校園建筑及環(huán)境的語言與形式展示地域文化內(nèi)涵。

⑵時代精神的彰顯：時代性體現(xiàn)建筑的精神和發(fā)展。以符合時代的審美情趣、藝術(shù)形式、空間構(gòu)成、功能配置等進行建筑創(chuàng)作，體現(xiàn)校園建筑及環(huán)境的傳承與創(chuàng)新。

⑶綠色技術(shù)的應(yīng)用：通過對節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、節(jié)地、環(huán)保等方面綠色建筑技術(shù)的研發(fā)與集成應(yīng)用，并以智慧協(xié)同的模式進行提升，取得校園建筑及環(huán)境各項性能的優(yōu)化［11］。

3 實踐分析

3.1 中山大學(xué)珠海校區(qū)優(yōu)化設(shè)計

中山大學(xué)廣州南校區(qū)坐落在珠江之畔，占地l.208 km2。以中央景觀軸為核心的校園布置，強調(diào)了校園的延續(xù)性和生長性。規(guī)劃布局及建筑風(fēng)格的地域化、人文化體現(xiàn)了中大校園深厚的文化底蘊，創(chuàng)造出獨特的校園空間特色（見圖2）。

中山大學(xué)珠海校區(qū)始建于1999年，自然生態(tài)系統(tǒng)良好，山水景觀豐富，但是新校園文脈缺失、缺少與老校區(qū)的聯(lián)系。建筑色彩和風(fēng)格樣式較多，缺乏統(tǒng)一的校園形象，地域特色不明顯，且局部體量參差不齊，空間圍合感不足。

優(yōu)化設(shè)計傳承了中山大學(xué)廣州南校區(qū)的傳統(tǒng)空間特質(zhì)，珠海校區(qū)以寬度40 m 的平整草坪從山地延伸到濱海沿岸，構(gòu)成了校園景觀骨架的長軸線，成為貫通全校的綠軸。通過對不同尺度、形態(tài)、圍合感的開放空間的推敲，創(chuàng)造具有集體記憶與情感的場所（見圖3）。

圖2 中山大學(xué)廣州南校區(qū)規(guī)劃分析Fig.2 Planning Analysis of SYSU South Campus

圖3 中山大學(xué)珠海校區(qū)優(yōu)化設(shè)計總平面圖Fig.3 Optimized Site Plan of SYSU Zhuhai Campus

校園景觀風(fēng)貌方面，校園長軸將中山像、牌坊、圖書館、教學(xué)樓、綠化中心帶等校園節(jié)點串聯(lián)起來，營造令人難忘的經(jīng)典意象和場所特征，提升中大校友的認(rèn)同感和歸屬感，使其成為校園中的經(jīng)典記憶。精心設(shè)計的人性尺度與空間密度，有利于提升校園的學(xué)府氣質(zhì)和文化底蘊，形成豐富的校園生活圖景。

校園建筑風(fēng)貌方面，提取傳統(tǒng)嶺南建筑的精華，結(jié)合現(xiàn)代建筑手法，呼應(yīng)中山大學(xué)廣州南校區(qū)中西合用的建筑風(fēng)格，比如建筑色彩遵循老中大的紅樓風(fēng)格，采用紅磚作為建筑主色；沿用老中大的經(jīng)典三段式構(gòu)圖，采用現(xiàn)代的建筑手法，重新詮釋老中大建筑細(xì)部中的檐口、墻身、柱廊等；借鑒嶺南傳統(tǒng)建筑園林和老中大的建筑布局模式，采用院落式布局，通過庭院、圍廊等建筑手法營造出老中大的校園氛圍（見圖4）。

圖4 優(yōu)化設(shè)計后的中山大學(xué)珠海校區(qū)景觀與建筑風(fēng)貌Fig.4 Optimized Landscape and Buildings in SYSU Zhuhai Campus

在做好文脈傳承與弘揚中大歷史文化精神的同時，基于海綿城市建設(shè)理念，結(jié)合校園現(xiàn)狀以及建設(shè)目標(biāo)，構(gòu)建校園低影響開發(fā)（LID）系統(tǒng)。該系統(tǒng)遵循“凈用為主，滲滯為輔，蓄排結(jié)合”的綜合模式，如圖5所示主要技術(shù)措施有：在校園步行道、廣場、車行道路等硬化路面采用透水磚、透水混凝土、碎石等透水鋪裝，提高雨水下滲能力；對校園林地、谷地旁的自然綠地進行改造，削減徑流產(chǎn)水量，進一步滯留雨水；將校園現(xiàn)狀景觀湖和水渠串聯(lián)，利用景觀水體作為雨水調(diào)蓄設(shè)施，提升校園雨水調(diào)蓄功能，同時雨水濕地凈化水質(zhì)；設(shè)置雨水花園、生態(tài)植草溝與生態(tài)樹池等生態(tài)滯留設(shè)施，對徑流雨水進行截留、下滲、凈化；建筑結(jié)合綠化屋頂設(shè)置雨水回收系統(tǒng)，將集中收集到的雨水進行處理及再利用，主要用于沖廁、室外綠化、景觀水體補水等；對校園水體堤岸進行生態(tài)護坡處理，保證水渠排澇能力［12］。

圖5 中山大學(xué)珠海校區(qū)海綿城市設(shè)計分析Fig.5 Analysis of Sponge City Design in SYSU Zhuhai Campus

3.2 南京某大學(xué)新校區(qū)設(shè)計

3.2.1 地域文化與綠色技術(shù)交融的設(shè)計理念

南京某大學(xué)新校區(qū)選址于南京市浦口區(qū)江浦街道新合社區(qū)，用地面積約167 公頃，總建筑面積約126 萬m2，一期立項單體合計72.98 萬m2。計劃建設(shè)成為人才培養(yǎng)與科學(xué)研究一體化的綜合性校區(qū)。

遵循人性化、集約化、生態(tài)低碳的現(xiàn)代校園建筑設(shè)計理念，力圖塑造具有濃郁深厚的地域特色、精簡凝練的文化神韻、莊重大氣的現(xiàn)代風(fēng)格的校園建筑單體。設(shè)計貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，構(gòu)建示范性的“綠色低碳校園”?；趯νL(fēng)、日照等方面的分析，采用適宜性生態(tài)低碳節(jié)能技術(shù)，保護環(huán)境，減少污染與碳排放，為師生提供健康、適用、高效的使用空間（見圖6、圖7）。

圖書館以“育”作為設(shè)計理念，發(fā)掘和傳承校園歷史文脈，建筑造型富有六朝古都的城市氣息。設(shè)計順應(yīng)校園主軸線，采用中間通透、兩側(cè)對稱的整體構(gòu)成，讓中軸線前后的景觀與空間序列得以連續(xù)。裙樓屋頂通過有機的橫豎分隔，配合不同植物，形成有趣的田園意向。建筑以簡潔現(xiàn)代的設(shè)計手法，延續(xù)中國傳統(tǒng)建筑特色。立面與屋頂抽象提取中國傳統(tǒng)瓦屋頂和木構(gòu)件原型，層層向上搭接；細(xì)部遮陽構(gòu)件，形成了漸變而具有韻律感的建筑形象。室內(nèi)通高中庭的核心空間為帶書架的連續(xù)坡道，結(jié)合跌級設(shè)置的學(xué)習(xí)平臺，整個中庭充滿知識的氛圍和空間的趣味。運用外立面種植與綠化邊庭、屋頂花園，最大限度引入自然采光，優(yōu)化建筑的生態(tài)主題與使用體驗。

圖6 校園中軸線建筑單體鳥瞰圖Fig.6 Bird's Eye View of Singular Buildings on the Central Axis of the Campus

圖7 圖書館綠色建筑技術(shù)分析圖Fig.7 Green Building Technology Analysis of the Library

公共教學(xué)樓采用院落式書院布局，與中心景觀環(huán)境相得益彰。既充分營造出濃郁的校園文化氛圍，又展示出融合創(chuàng)新的時代精神。建筑主體呼應(yīng)軸線中軸對稱，在體現(xiàn)莊重大氣的校園氛圍的同時，重現(xiàn)老校區(qū)逸夫樓的場所記憶。借鑒江南園林塑造庭、廊、園等空間的設(shè)計精髓。群體建筑采用園林式布局，將教學(xué)、休閑、展覽等功能綜合其中，開放共享的功能布局，適度的功能復(fù)合，有利于提升校園公共教學(xué)的活力和交流環(huán)境。建筑首層通過架空，將各園林空間串連互通，師生在陽光和綠色下穿行、休憩、討論交流，靈感在這里不斷迸發(fā)。

3.2.2 主要被動式技術(shù)與模擬分析

⑴局部架空通風(fēng)分析

設(shè)計中充分考慮建筑布局對場地風(fēng)環(huán)境的影響，對于體量較大的建筑，如公共教學(xué)樓（見圖8）、生命科學(xué)大樓、行政大樓等，在其首層設(shè)置大量架空、開放或半開放連廊等，并結(jié)合建筑功能需求，設(shè)計與室外相通的庭院或上部設(shè)置空中花園。通過CFD 軟件FLUENT 的模擬分析結(jié)果可知（見圖9），設(shè)計為建筑提供優(yōu)良生態(tài)環(huán)境的同時，改善了建筑內(nèi)部通風(fēng)及熱環(huán)境，提高師生的舒適體驗［13］。

圖8 公共教學(xué)樓優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計（開放/半開放連廊、庭院）Fig.8 Optimized Ventilation Design of Teaching Buildings（Open/semi-open Corridors，Courtyards）

圖9 公共教學(xué)樓通風(fēng)云圖Fig.9 Ventilation Cloud Diagram of Teaching Buildings（m/s）

⑵中庭熱壓通風(fēng)分析

除風(fēng)壓通風(fēng)外，設(shè)計還對圖書館等校園大型公共建筑充分考慮熱壓通風(fēng)，通過設(shè)置高大中庭，結(jié)合合理的首層進風(fēng)口及屋頂天窗設(shè)計，形成明顯的熱壓拔風(fēng)效應(yīng)，增強過渡季室內(nèi)通風(fēng)。其基本原理為：建筑內(nèi)部人員、燈光等熱源散熱，導(dǎo)致室內(nèi)空氣被加熱，密度減小，繼而在浮力作用下不斷上升，至屋面天窗處排出室外，由此在建筑下部進風(fēng)口處形成負(fù)壓，吸入室外新鮮空氣。由于上述過程不涉及風(fēng)壓作用，因此在靜風(fēng)條件下，仍可以形成良好的室內(nèi)通風(fēng)。熱壓通風(fēng)不僅可以增強室內(nèi)通風(fēng)，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，還有利于排除室內(nèi)熱量，降低空調(diào)能耗［13］。

圖10 圖書館垂直方向的壓力梯度Fig.10 Vertical Pressure Gradient of Library

圖11 圖書館在熱壓作用下的溫度梯度分布Fig.11 Temperature Gradient Distribution of Library under Thermal Buoyancy

圖12 圖書館首層溫度分布Fig.12 Temperature Distribution on Library - F1

圖13 圖書館2層風(fēng)速分布Fig.13 Wind Speed Distribution of Library - F2

圖14 圖書館首層通風(fēng)流線示意圖Fig.14 Ventilation Circulation Schematic Diagram of Library - F1

以CFD 軟件FLUENT 輔助優(yōu)化設(shè)計，模擬分析熱壓通風(fēng)條件下，圖書館內(nèi)部溫度、壓力情況，以及在熱壓梯度作用下的通風(fēng)情況如圖10～圖14所示。室外溫度取夏季通風(fēng)室外溫度31.2 ℃。建筑下部進風(fēng)口（主出入口及建筑側(cè)面開窗）、天窗排氣口初始壓力均為0 Pa。模擬結(jié)果顯示，在熱源的加熱作用下，室內(nèi)空氣在豎直方向形成規(guī)則的溫度梯度、壓力梯度。在熱壓作用下，圖書館首層～3層均可形成良好的通風(fēng)，風(fēng)速位于人感覺舒適度區(qū)間內(nèi)，并可帶走大部分室內(nèi)熱量，降低室內(nèi)溫度，減少空調(diào)能耗?？梢灶A(yù)見，隨著垂直方向高度向中和面趨近，熱壓效應(yīng)逐漸減弱，首層熱壓通風(fēng)效果最佳，至3層時仍可在室內(nèi)形成0.4 m/s左右的室內(nèi)風(fēng)速；排熱方面，首層室內(nèi)溫升可控制在2 ℃以內(nèi)，2層、3層室內(nèi)溫升分別約 3 ℃、4 ℃。

⑶采光分析

天然光營造的光環(huán)境以經(jīng)濟、自然、宜人、不可替代等特點為師生所習(xí)慣和喜愛。教學(xué)建筑中充分利用天然采光，在滿足室內(nèi)光環(huán)境舒適性要求前提下，最大限度地降低照明能耗，對于保障師生健康、節(jié)約能源、保護環(huán)境和構(gòu)建綠色健康建筑等，均具有重要重要意義［14］。

教學(xué)建筑中學(xué)生長期停留的室內(nèi)空間，其采光尤其重要，教室等主要功能房間宜采用大面積側(cè)窗采光，玻璃可見光透射比＞0.60。研究表明采光系數(shù)能較精確地預(yù)估房間內(nèi)可獲得的日光，是量化室內(nèi)日光的一種有效手段和工具［15］。因此，設(shè)計過程中對公共教學(xué)樓典型層采光進行模擬分析，綠建斯維爾的Dali 采光分析軟件結(jié)果顯示（見圖15）：教學(xué)樓各主要功能房間采光情況良好，整體采光系數(shù)滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：GB 50033-2013》要求的面積比例可達(dá)90%。同時，應(yīng)注意平衡采光與建筑得熱。對于必須采用人工照明的時段或空間，應(yīng)盡可能采用綠色照明系統(tǒng)。

圖15 公共教學(xué)樓主要功能房間采光系數(shù)模擬分析Fig.15 Simulated Analysis of Daylighting Coefficient in Main Functional Rooms of the Teaching Buildings

4 結(jié)語

本文以“整體設(shè)計”理論和“兩觀三性”設(shè)計理論為理論基礎(chǔ)，整合地域文化的展示、時代精神的彰顯、綠色技術(shù)的應(yīng)用等多層面設(shè)計要素，建構(gòu)了體現(xiàn)“地域性”、“文化性”和“時代性”的綠色校園整體設(shè)計策略。以中山大學(xué)珠海校區(qū)和南京某大學(xué)新校區(qū)的綠色校園整體設(shè)計實踐，論證踐行地域文化與綠色技術(shù)交融，設(shè)計一方面將延續(xù)百年的歷史文脈與應(yīng)合時代的創(chuàng)新發(fā)展相結(jié)合；另一方面將綠色生態(tài)的校園環(huán)境與高效適用的建筑空間相結(jié)合。

在應(yīng)對全球氣候危機、推動中國綠色創(chuàng)新發(fā)展的背景下，地域文化與綠色技術(shù)交融的綠色校園整體設(shè)計，將助力解決我國綠色校園實踐中的問題，指引大學(xué)綠色校園建設(shè)，以期保證綠色、生態(tài)理念與歷史傳承的實施落地，實現(xiàn)地域性、文化性、時代性和諧統(tǒng)一的可持續(xù)發(fā)展校園［16-18］。