極端氣候條件下綠色建筑研究的開拓者——記西安建筑科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師張群

■ 常齡

張群，西安建筑科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、學(xué)科帶頭人、國家一級注冊建筑師，中組部“西部之光”學(xué)者，中國建筑學(xué)會資深會員，日本建筑學(xué)會會員。長期致力于極端地域氣候條件下動態(tài)建筑設(shè)計方法、高性能建筑設(shè)計與建筑環(huán)境品質(zhì)提升、綠色建筑與建筑節(jié)能等方面的研究工作。累計主持完成自然科學(xué)基金面上項目2項、“十一五”科技支撐計劃課題1項，主持在研自然科學(xué)基金項目1項，參編國家標(biāo)準(zhǔn)1項、主編參編專著7部，獲批專利5件，完成重要工程設(shè)計10余項。

在國內(nèi)首次提出“極端氣候區(qū)建筑設(shè)計”概念并開展了系統(tǒng)研究；首次揭示了現(xiàn)代建筑設(shè)計理論體系的基本假定條件和操作模式；首次指出既有綠色建筑理論方法在極端氣候區(qū)應(yīng)用的缺陷；建立了適應(yīng)極端氣候條件的動態(tài)建筑設(shè)計的理論和方法……自 2016年國家自然科學(xué)基金委員會面上資助項目“極端氣候區(qū)綠色建筑動態(tài)設(shè)計模式和方法”獲批以來，在該項目負(fù)責(zé)人、西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院教授張群的帶領(lǐng)下，“極端氣候區(qū)綠色建筑動態(tài)設(shè)計模式和方法”課題研究取得了突破性進展。近日，筆者專程拜訪了張群教授，就該項目的選題背景、擬解決的術(shù)學(xué)問題、研究進展以及所作出的創(chuàng)新性突破等進行了交流。

聚焦極端氣候區(qū)綠色建筑動態(tài)設(shè)計

張群師從我國綠色建筑學(xué)科帶頭人——中國工程院院士、西安建筑科技大學(xué)教授劉加平，從2008年攻讀建筑設(shè)計及其理論專業(yè)博士研究生開始，他的研究重點就逐漸聚焦于解決極端惡劣地域氣候條件下建筑設(shè)計方法、建筑品質(zhì)提升與性能改善技術(shù)、動態(tài)綠色建筑設(shè)計方法等領(lǐng)域，在一系列國家級課題的支持下，研究工作達到了學(xué)科前沿水平。

在多次赴嚴(yán)酷地理與極端氣候區(qū)開展建筑調(diào)查基礎(chǔ)上，張群敏銳地發(fā)現(xiàn)既有建筑設(shè)計理論與方法在此類地區(qū)的應(yīng)用存在障礙，他意識到未來在極端氣候條件下開展綠色建筑研究必將是一個嶄新的領(lǐng)域。經(jīng)過反復(fù)醞釀準(zhǔn)備，他于2016年3月提交了“極端氣候區(qū)綠色建筑動態(tài)設(shè)計”立項計劃，順利獲得了國家自然科學(xué)基金委員會的立項支持，證明了該選題的前沿性、探索性和開創(chuàng)性。

INDIGO 酒店設(shè)計

課題實施以來，張群足跡遍及各類極端地理氣候地區(qū)，包括高寒高海拔的青藏高原、川西南干熱干冷山區(qū)、夏季臺風(fēng)侵襲頻繁的東南沿海、冬季極端低溫的東北地區(qū)、垂直氣候差異分布明顯的云南高山峽谷、高溫高濕的海南島礁、干熱干冷的西北內(nèi)陸、梅雨季節(jié)極端潮濕的長江中下游流域，開展了一系列系統(tǒng)研究工作，并取得了創(chuàng)新性成果。

多個“首創(chuàng)”，完善現(xiàn)代建筑設(shè)計理論體系

首次提出并定義了極端氣候條件建筑設(shè)計的概念范疇。極端氣候區(qū)是指氣象參數(shù)嚴(yán)重偏離人們生理環(huán)境舒適范圍的地區(qū)。這類地區(qū)的定居條件惡劣，氣候參數(shù)變化異常劇烈，經(jīng)常性地呈現(xiàn)出干旱、洪澇、高溫高濕、臺風(fēng)、暴雨和低溫凍害等極端不利氣候現(xiàn)象。極端氣候區(qū)在我國乃至全球所占的比例和絕對面積十分廣泛。與“極端氣候區(qū)”相對應(yīng)的是氣候溫和的廣大區(qū)域，如歐洲大陸、東亞地區(qū)、北美等地區(qū)，這里往往是人類早期文明的起源地、現(xiàn)代工業(yè)文明的發(fā)祥地，也是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)業(yè)高度發(fā)達的地區(qū)，孕育了現(xiàn)代建筑理論和實踐活動。

明確了在極端氣候區(qū)開展建筑研究和實踐活動的必要性。雖然由于氣候惡劣、自然生態(tài)條件脆弱，極端氣候區(qū)往往不具備開展常規(guī)的、大規(guī)模工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類聚居的理想條件，且加上人口稀少，人居環(huán)境建設(shè)長久以來沒有得到充分的重視和科學(xué)研究，建筑發(fā)展滯后。但是，這些極端氣候區(qū)卻往往是重要的資源富集地、能源生產(chǎn)地、軍事邊疆要塞、民族文化聚居地、地球環(huán)境科學(xué)研究基地。出于宏觀戰(zhàn)略安全考慮，研究發(fā)展針對極端氣候區(qū)條件的綠色建筑十分有必要。

首次揭示了現(xiàn)代建筑設(shè)計理論體系的基本假定條件和操作模式。既有建筑設(shè)計理論和方法都遵循了趨利避害的基本原則，人們總是愿意選擇那些氣候條件溫和、地形地貌平坦、物產(chǎn)資源富饒的地方聚居，進而形成了適應(yīng)各地自然氣候條件的豐富多樣的地域傳統(tǒng)建筑類型、空間形態(tài)和技術(shù)體系?，F(xiàn)代建筑設(shè)計理論和方法事實上也孕育和起源于氣候溫和的歐美大陸，將氣候條件視為常量，形成了完整的理論和方法體系，完美地解決了工業(yè)革命后大量涌現(xiàn)的嶄新的生產(chǎn)生活方式對建筑使用功能、空間、技術(shù)經(jīng)濟與造型風(fēng)格等的新要求，實現(xiàn)了建筑品質(zhì)的一次巨大飛躍?，F(xiàn)代建筑設(shè)計運用了現(xiàn)代工程技術(shù)普遍采用的“問題驅(qū)動”型操作模式，努力解決“功能-形式” 這一階段性關(guān)鍵問題，對設(shè)計要素和目標(biāo)進行了抽線和簡化，以工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方式提高了設(shè)計建造效率、顯著改善了建筑空間質(zhì)量和環(huán)境品質(zhì)、有效控制了建造成本，歷史意義重大。

陜西佳縣劉文西美術(shù)館鳥瞰圖

首次指出既有綠色建筑理論方法在極端氣候區(qū)應(yīng)用的缺陷。在現(xiàn)代建筑理論與方法體系衍生出來的既有建筑設(shè)計理論和綠色建筑技術(shù)不適合極端氣候區(qū)條件，直接應(yīng)用存在巨大隱患。具體包括以下幾點：一是極端氣候與溫和地區(qū)建筑設(shè)計理論的基本假設(shè)條件不同。既有建筑設(shè)計理論的假設(shè)條件往往將氣候當(dāng)作常量或既定條件，而將功能與形式當(dāng)作關(guān)鍵變量；而極端氣候地區(qū)惡劣的初始?xì)夂驐l件必然需要成為設(shè)計的核心問題和重要變量，在處理與氣候的矛盾關(guān)系過程中去形成建筑基本形態(tài)。二是建筑綠色化目標(biāo)與既有建筑理論之間存在理論上的錯位關(guān)系。既有建筑理論主要側(cè)重解決工業(yè)革命后建筑“形式與功能”的邏輯關(guān)系和矛盾，沒有將綠色性能當(dāng)作其理論系統(tǒng)的目標(biāo)、沒有建立與之對應(yīng)的方法，再加上現(xiàn)代建筑理論在極端氣候工況條件的理結(jié)構(gòu)性缺陷，簡單應(yīng)用現(xiàn)代建筑理論方法不能實現(xiàn)極端氣候地區(qū)建筑綠色化目標(biāo)。三是常規(guī)的綠色技術(shù)和方法在極端氣候區(qū)失效。對于一般溫和地區(qū)而言，只要在施工圖階段稍微注重材料選擇、設(shè)備系統(tǒng)和構(gòu)造做法等技術(shù)設(shè)計內(nèi)容，基本上可以實現(xiàn)城市建筑綠色化的階段性要求，也就造成了經(jīng)常忽略方案及前期設(shè)計對建筑性能的決定性作用，試圖通過利用“不綠色”的技術(shù)去獲得更高得分的不當(dāng)方法，根本沒有切中綠色建筑的要害。將這些常規(guī)做法放到極端氣候地區(qū)，顯然不能適應(yīng)極端氣候的特殊要求，技術(shù)失效。四是靜態(tài)的“線性”建筑設(shè)計方法不能滿足綠色建筑多元化的動態(tài)設(shè)計目標(biāo)。現(xiàn)代建筑體系出于提高設(shè)計生產(chǎn)效率、簡化工作類型的目的，各專業(yè)都設(shè)置了獨立的、靜態(tài)的目標(biāo)，造成不同工種和設(shè)計階段之間的信息互動受阻，技術(shù)方案的趨同化情況嚴(yán)重，難以實現(xiàn)綠色建筑的整體性、動態(tài)設(shè)計目標(biāo)和多元化；既有綠色建筑設(shè)計方法無法做到動態(tài)應(yīng)對千變?nèi)f化的環(huán)境條件和多元化實現(xiàn)綠色建筑的目標(biāo)，不能對建筑設(shè)計本身的思路和方法做出根本變革。

銀川掌政鎮(zhèn)堿富橋村塞上新村

建立了適應(yīng)極端氣候條件的動態(tài)建筑設(shè)計的理論和方法。在研究各類極端氣候區(qū)的基礎(chǔ)上，張群以應(yīng)對各種典型氣候困境為核心目標(biāo)，建立了環(huán)境、能耗、功能、空間、形態(tài)等要素之間的協(xié)同關(guān)系，形成了以氣候為導(dǎo)向的建筑空間與形態(tài)動態(tài)化設(shè)計方法，在全多個不同極端氣候地區(qū)得到了工程技術(shù)應(yīng)用，顯著提升了建筑性能和環(huán)境品質(zhì)。

為探索未來建筑發(fā)展提供新路徑

西安大唐不夜城高端酒店鳥瞰圖

張群在“極端氣候條件下綠色建筑”領(lǐng)域取得的創(chuàng)新性研究成果，顛覆了已經(jīng)使用百余年、人們習(xí)以為常的以“功能和形式”核心的建筑設(shè)計理論體系，建立了動態(tài)化的綠色建筑設(shè)計理論和方法，在設(shè)計之初就能積極應(yīng)對極端氣候條件，以營建舒適建筑性能為主要工作目標(biāo)，為科學(xué)確定建筑形態(tài)和空間格局提供了方法支持，大幅提升了建筑環(huán)境品質(zhì)、顯著降低建筑能耗，為探索未來建筑發(fā)展提供了新的路徑，對于補充和完善現(xiàn)代建筑理論具有重要的推進意義。