綠色化設(shè)計(jì)策略與綠色創(chuàng)新研究

張欣 徐征 胡若谷

中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限公司

目前，中國建筑業(yè)資源能耗十分嚴(yán)重，在這樣的背景下，未來中國的資源和環(huán)境形式將更加嚴(yán)峻。隨著政府與民眾對生態(tài)環(huán)境保護(hù)越來越重視，“綠色建筑”已經(jīng)成為未來中國建設(shè)領(lǐng)域的必然發(fā)展趨勢，“綠色建筑設(shè)計(jì)”將成為未來建筑設(shè)計(jì)的主導(dǎo)方向。在這一發(fā)展過程中，建筑業(yè)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段與建造技術(shù)已經(jīng)漸漸與之相悖。因此只有做出改變，向綠色建筑發(fā)展才是尊重自然、保護(hù)環(huán)境與人體健康的必由之路。綠色建筑，特別是綠色化設(shè)計(jì)、建筑技術(shù)以及運(yùn)行方式將是我國建筑業(yè)的發(fā)展方向。

綠色建筑是一種提倡在滿足環(huán)境舒適度的前提下，盡可能降低資源消耗和減少環(huán)境污染，追求以人為本的“低能耗舒適”的建筑理念。綠色化設(shè)計(jì)倡導(dǎo)的是從設(shè)計(jì)源頭開始，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員注重從人的需求出發(fā)，發(fā)揮建筑師的重要作用，賦予建筑天然綠色基因；注重降低建筑全生命周期的資源能耗；注重延長建筑壽命，有效延長資源利用時間，提高資源利用率；關(guān)注以信息技術(shù)為支撐，提升建筑的功能和服務(wù)水平，為建筑使用者提供便利。最終的目的是創(chuàng)造健康、舒適、自然、和諧的室內(nèi)外建筑環(huán)境。

1 綠色化設(shè)計(jì)策略體系

通過對不同氣候區(qū)、不同建筑類型的分類研究，標(biāo)準(zhǔn)院搭建了“五大建筑氣候分區(qū)×四大建筑物理性能×三大建筑類型”的綠色化設(shè)計(jì)策略體系，建立起一套“從分析各建筑氣候區(qū)對建筑建成環(huán)境的影響因素出發(fā)，進(jìn)而對各影響因素類型化，從建筑聲、光、熱、風(fēng)四大物理性能角度歸納菜單式的綠色建筑設(shè)計(jì)措施，并根據(jù)不同建筑類型的建筑特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先級的細(xì)化歸納”的標(biāo)準(zhǔn)化綠色建筑設(shè)計(jì)體系，為設(shè)計(jì)人員及業(yè)主提供了可供選擇的技術(shù)方法數(shù)據(jù)庫。

綠色化設(shè)計(jì)策略體系是以規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、景觀多專業(yè)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)軸X軸；以技術(shù)方法（建筑性能模擬、建筑節(jié)材、能效監(jiān)控、屋頂綠化、可再生能源利用等）為Y軸，形成綠建設(shè)計(jì)的技術(shù)層；以各設(shè)計(jì)階段（前期策劃、方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、整理申報）為Z軸；最終，形成了立體化的“綠色化設(shè)計(jì)”集成方式（圖1）。

1.1 綠色化設(shè)計(jì)策略

基于建筑氣候分區(qū)、建筑熱工分區(qū)和典型的建筑類型的特征，研究適宜于不同氣候區(qū)和建筑類型對應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)策略，形成指導(dǎo)綠色建筑設(shè)計(jì)的“數(shù)據(jù)庫”（表1）。

1.2 綠色化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)

綠色化設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)建構(gòu)體現(xiàn)綜合集成創(chuàng)新。由于綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)多且復(fù)雜，使用到的環(huán)保技術(shù)也比常規(guī)建筑多，因此設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需增加大量技術(shù)設(shè)計(jì)人員來完成設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)過程中，以建筑設(shè)計(jì)專業(yè)為核心，與規(guī)劃設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)等各專業(yè)協(xié)同工作，是保證綠色化設(shè)計(jì)體系完整性的基礎(chǔ)。

表1 綠色化設(shè)計(jì)策略匯總表

表2 綠色化設(shè)計(jì)流程

1.3 綠色化設(shè)計(jì)流程

綠色化設(shè)計(jì)融入到建筑設(shè)計(jì)的每一個階段，以不斷循環(huán)的方式推進(jìn)設(shè)計(jì)過程，保證了綠色建筑的整體性。通過對每個環(huán)節(jié)中綠色建筑與項(xiàng)目的參與度和匹配度進(jìn)行分析，總結(jié)歸納出綠色化設(shè)計(jì)流程（表2）。

1 綠色化設(shè)計(jì)策略體系圖

2 綠色化設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況

以廣華新城住區(qū)配套綜合體方案設(shè)計(jì)為例，分析在實(shí)際工程中如何落實(shí)綠色化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首先分析了項(xiàng)目的實(shí)際情況：廣華新城住區(qū)配套綜合體位于北京市朝陽區(qū)，屬于寒冷地區(qū)；項(xiàng)目周邊地勢平坦，西臨規(guī)劃配套教育設(shè)施用地，東側(cè)、北側(cè)現(xiàn)狀為住宅區(qū)；項(xiàng)目由高層辦公、商業(yè)服務(wù)設(shè)施、室內(nèi)文體活動中心、養(yǎng)老院及社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心組成（圖2，3）。

2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

廣華新城住區(qū)配套綜合體應(yīng)當(dāng)是一個滿足功能、適應(yīng)變化、便捷易用、環(huán)境友好、高效實(shí)用的現(xiàn)代化建筑。

（1）滿足功能：設(shè)計(jì)應(yīng)該保證辦公、商業(yè)、文體活動、養(yǎng)老托養(yǎng)等功能能夠順利運(yùn)行且滿足使用需求。

2 鳥瞰效果圖

3 功能分析圖

（2）適應(yīng)變化：房間應(yīng)該具有足夠的靈活性，以滿足不同的空間使用方式。

（3）便捷易用：項(xiàng)目應(yīng)該是一個人們可以便捷使用的空間，開敞的空間和充足的自然采光非常重要。

（4）環(huán)境友好：通過自然通風(fēng)或被動通風(fēng)，以及最大限度的自然光給人們創(chuàng)造舒適環(huán)境。

（5）高效實(shí)用：可持續(xù)性是建造和配置設(shè)備時減少生態(tài)影響的一個關(guān)鍵詞。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)該盡可能減少運(yùn)行成本，并讓員工以最高效的方式工作。

2.3 策略選擇

北京屬于寒冷地區(qū)，綠色化設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮場地內(nèi)外建筑日照、自然通風(fēng)與噪聲要求等方面，設(shè)計(jì)中僅僅考慮形體因素本身是不夠的，需要與其他因素綜合考慮。建筑形體的設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用場地的自然條件，綜合考慮建筑的朝向、間距、位置和比例等因素，使建筑獲得良好的日照、通風(fēng)和視野。在規(guī)劃與建筑單體設(shè)計(jì)時，宜通過場地日照、通風(fēng)、噪聲等模擬分析確定最佳的建筑形體。

建筑單體的尺寸和形狀設(shè)計(jì)應(yīng)考慮避免冬季風(fēng)對建筑物侵入，減小風(fēng)向與建筑物長邊的入射角度、建筑物高度、長度的變化對局部氣流和風(fēng)環(huán)境有較大影響。建筑單體設(shè)計(jì)時，在場地風(fēng)環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，宜通過調(diào)整建筑的長寬高比例，使建筑物迎風(fēng)面壓力合理分布，避免背風(fēng)面形成漩渦區(qū)。

建筑朝向的選擇，涉及當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地理環(huán)境、建筑用地情況等，需要全面考慮。寒冷地區(qū)朝向選擇的總原則是：在節(jié)約用地的前提下，要滿足冬季能爭取較多的日照，夏季避免過多的日照，并有利于自然通風(fēng)的要求；建筑朝向應(yīng)結(jié)合各種設(shè)計(jì)條件，因地制宜地確定合理的范圍，以滿足生產(chǎn)和生活的要求（表3）。

2.4 基于綠色化設(shè)計(jì)策略的方案設(shè)計(jì)

北京地區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候。夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，春秋短促；年平均氣溫11～13℃，月平均氣溫7、8月高于舒適溫度，需要通風(fēng)降溫；全年風(fēng)向?yàn)槎径辔鞅憋L(fēng)，夏季多東南風(fēng)，建筑以東南朝向優(yōu)先，建筑之間形成導(dǎo)風(fēng)夾角（圖4）。

廣華新城住區(qū)配套綜合體用地西臨規(guī)劃配套教育設(shè)施用地，東側(cè)、北側(cè)現(xiàn)狀為住宅區(qū)。設(shè)計(jì)應(yīng)注重建筑群體布局與周圍環(huán)境關(guān)系，充分考慮對學(xué)校和住區(qū)的日照、噪聲影響。根據(jù)建設(shè)規(guī)模要求，結(jié)合用地條件提出6種典型的可適用于項(xiàng)目的建筑形體，將風(fēng)、光環(huán)境的模擬作為方案設(shè)計(jì)的前提，對多個方案進(jìn)行比選（圖5，6）。

表3 寒冷地區(qū)不同建筑類型對應(yīng)的策略

4 氣候條件分析圖

5 周邊條件分析圖

6 方案體塊推敲

8 場地夏季風(fēng)環(huán)境模擬分析圖

第一，通過PHOENICS軟件對6種總平面布局方案的場地冬季風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析得出：方案二、三的冬季場地風(fēng)環(huán)境最優(yōu)，建筑高度1.5m處，人行區(qū)風(fēng)速約為2～4.1m/s，風(fēng)速適宜，建筑布局不影響室外行人的正常活動，有利于排出場地內(nèi)產(chǎn)生的污濁氣體；方案一的三個矩形建筑體塊之間存在狹管效應(yīng)而產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)；方案四的建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面的風(fēng)壓差較大，建筑物的冷風(fēng)滲透嚴(yán)重，能耗較高（圖7）。

第二，通過PHOENICS軟件對6種總平面布局方案的場地夏季風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析得出：方案二、三的夏季場地風(fēng)環(huán)境最優(yōu)，室外風(fēng)速大小適宜，氣流組織順暢，無明顯的旋渦區(qū)和風(fēng)影區(qū)，建筑布局可促進(jìn)夏季人行區(qū)的散熱；方案五、六的建筑體塊阻擋了夏季東南風(fēng)，在建筑背風(fēng)面和學(xué)校操場之間形成風(fēng)影區(qū)，不利于污染物擴(kuò)散（圖8）。

第三，通過Ecotect軟件對6種總平面布局方案的場地光環(huán)境進(jìn)行模擬分析得出：方案二的布局形式，場地西側(cè)操場、北側(cè)住宅區(qū)獲得的日照時間最長，遮擋較?。环桨肝宀捎玫陌迨浇ㄖ问?，上午時段對場地西側(cè)操場的日照遮擋影響較大，幾乎將整個操場置于陰影之中。綜合上述分析，得出了在多項(xiàng)模擬中均表現(xiàn)出優(yōu)勢的建筑形體方案，并以此為原型深化設(shè)計(jì)（圖9，10）。

通過對6種典型的可能適用于本方案的建筑形體的風(fēng)環(huán)境、光環(huán)境和場地遮擋情況的模擬，得出多項(xiàng)模擬中均表現(xiàn)出優(yōu)勢的建筑形體方案，并以此作為原型深化展開（圖11）。為了更好地降低新建建筑對西側(cè)操場的影響，在確定塔樓位置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)嘗試對建筑形體進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、倒角和退臺設(shè)計(jì)，以減少對學(xué)校操場的日照影響，削減學(xué)校方向的視覺壓迫感，同時也創(chuàng)造了豐富的建筑造型（圖12）。同時，設(shè)計(jì)在養(yǎng)老與托養(yǎng)部分引入屋頂生態(tài)庭園，改善自然采光、促進(jìn)自然通風(fēng)，同時為老年人提供了康復(fù)修養(yǎng)的活動場所，豐富城市的俯仰景觀。生態(tài)庭院位于屋頂平臺上，可以保證安靜與私密性（圖13）。

9 場地日照模擬分析圖

11 方案生成分析圖

12 建筑形體優(yōu)化分析圖

13 屋頂庭院

3 結(jié)語

本文以綠色化設(shè)計(jì)策略體系作為理論依托，通過廣華新城住區(qū)配套綜合體項(xiàng)目實(shí)例，分析了實(shí)際工程中的綠色建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目策劃階段建立明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并通過各階段各專業(yè)的反復(fù)研討，詳細(xì)分析達(dá)成這些目標(biāo)的可行辦法。該項(xiàng)目應(yīng)用了生態(tài)庭園、半室外空間、可調(diào)節(jié)式外遮陽、雙層呼吸式幕墻等被動式技術(shù)，以及太陽能熱水、智能新風(fēng)系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、雨水收集系統(tǒng)等主動式技術(shù)。綠色化建筑設(shè)計(jì)較常規(guī)設(shè)計(jì)具備更高的技術(shù)含量，雖然這些技術(shù)并不專指高科技技術(shù)，但仍給設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)尤其是建筑設(shè)計(jì)師帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。