從窗牗、模數(shù)制、燙樣談傳統(tǒng)文脈在被動式超低能耗綠色建筑中傳承與演變＊
——以雄安城鄉(xiāng)管理服務中心為例

白羽 錢嘉宏 劉郁林

北京市住宅建筑設計研究院有限公司

建筑是最大限度地利用自然條件滿足人們需求的場所，被人們篩選挑中的總是適合特定環(huán)境下生活需要（物質(zhì)和精神兩方面）的建筑[1]。通過建筑選址、朝向合理布局、遮陽設計、采光通風設計等被動式節(jié)能手段和建筑圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱節(jié)能設計，可以實現(xiàn)建筑與大自然的和諧共生。進入現(xiàn)代工業(yè)化時期，建筑功能需求、建筑材料、營建方式等都發(fā)生了很大變化。而中國建筑從中國文化萌芽時就一脈相承、從未間斷地發(fā)展到今天。本文從中國建筑傳統(tǒng)文脈的建筑元素、建造方式與設計方式三個方面，分別選取窗牖、模數(shù)制和燙樣，結(jié)合實際工程，分析被動式超低能耗建筑在中國傳統(tǒng)建筑文脈中的傳承與演變。

雄安城鄉(xiāng)管理服務中心項目建筑面積5 113m2，主要功能由展覽展示、城鄉(xiāng)管理綜合大廳和綜合辦公三部分組成。建筑共3層，一、二層的西側(cè)展廳主要用于展示雄安未來美好生活方式，二層東側(cè)為城鄉(xiāng)管理綜合大廳，三層是綜合辦公。項目打造了四個方面的集成優(yōu)勢：裝配式鋼結(jié)構(gòu)與超低能耗建筑的集成、內(nèi)裝工業(yè)化與智能家居的集成、BIM智能制造與EPC全產(chǎn)業(yè)鏈實施的集成、模擬城市與實體城市的集成。項目獲得“住建部超低能耗被動式示范項目”認證、滿足“德國能源署示范項目”認證，滿足“綠色建筑三星”設計標準，實現(xiàn)了雄安標準與國際標準的對接。

對比中國傳統(tǒng)建筑和現(xiàn)代被動式超低能耗建筑的主要特點，可以從其相似與不同點中看出被動式超低能耗建筑在中國傳統(tǒng)建筑文脈中的傳承與演變（表1）。

1 建筑元素——窗牖與高性能外窗、遮陽裝置

窗牖最早出現(xiàn)在《說文解字·穴部》中“在墻曰牖，在屋曰囪……窗，或從穴。”漢代劉熙《釋名》中解釋道：“窗，聰也，于內(nèi)窺見外為聰明也。”據(jù)考證，窗，同“囪”，開在屋頂上的稱為“囪”，開在墻上的成為“牖”，是建筑最初的排煙、通風與采光洞口。隨著時代演變，窗與牖通用，同指開在墻上的窗。窗牖在滿足通風、采光的基本功能前提下，隨著大眾審美和建筑技藝的提高，窗飾藝術(shù)從漢唐時期開始逐漸得到發(fā)展。明清時期以來，窗飾類型最為豐富，尤其在園林、宮殿、民居等建筑上，出現(xiàn)了可開啟的窗扇形式，如直欞窗、檻窗、支摘窗等（圖1）。窗牖通過開啟方式的演變，進一步改善室內(nèi)空間的天然采光和自然通風條件。

窗牖發(fā)展到今天，其形式從屋頂洞口-帶窗飾的墻洞口-紙糊窗牖-鑲嵌玻璃的窗牖-玻璃外窗（木框、鐵框）-鋁合金外窗、塑鋼窗-節(jié)能窗-高性能節(jié)能窗不斷演變。除了滿足采光、通風、遮風擋雨等最基本的功能之外，高性能節(jié)能窗逐漸提升了窗戶的高保溫隔熱性和高氣密性，有效解決建筑冬季冷風滲透、熱量損失的問題；夏季則通過在外窗外側(cè)設置可調(diào)節(jié)遮陽裝置，阻隔夏季室外熱量的射入，以減少太陽得熱。被動式超低能耗綠色建筑采用的高性能鋁包木外窗，是在傳統(tǒng)木窗基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新與改革，得益于木材較小的導熱性能，采用高性能隔熱玻璃、高性能隔熱條、提升窗框密封性能、改進開啟方式等方法，實現(xiàn)外窗傳熱系數(shù)≤0.8W/（m2·K）、氣密性等級不應低于8級、水密性等級不應低于6級、抗風壓性能等級不應低于9級。

表1 傳統(tǒng)古建筑與被動式超低能耗建筑主要特點對比（以北京地區(qū)為例，基于雄安城鄉(xiāng)管理服務中心項目）

雄安城鄉(xiāng)管理服務中心的外窗采用鋁包木內(nèi)開內(nèi)倒高效保溫窗（圖2）和木索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻。鋁包木窗玻璃為5+16Ar+5+16Ar+5三玻充氬氣雙Low-E加暖邊，整窗傳熱系數(shù)K=0.8W/（m2·K），SHGC≥0.45；木索結(jié)構(gòu)玻璃為6FT+16TPS.Ar+6PLT UN II+16TPS.Ar+5PLT UN II三玻充氬氣高透加暖邊，整窗傳熱系數(shù)K=0.8W/（m2·K），SHGC≥0.45；東、西、南向外窗均設置了可調(diào)節(jié)遮陽百葉；南側(cè)主入口設置具有光感追蹤和自動調(diào)節(jié)功能的機翼形遮陽板（圖3，4）。

1 中國傳統(tǒng)建筑窗牖

2 被動式超低能耗綠色建筑外窗與節(jié)點設計

3 中庭會議室天窗（鋁包木）+活動外遮陽

4 機翼型遮陽板

2 建造方式——傳統(tǒng)建筑模數(shù)制與裝配式建造

木框架結(jié)構(gòu)是中國傳統(tǒng)建筑的突出特征之一。梁思成先生在《中國古代建筑史六稿緒論》中提到：“我國古代木材框架結(jié)構(gòu)是裝配而成的，因此就要求構(gòu)件的標準化。這又很自然地要求尺寸、比例的模數(shù)化。”李誡在《營造法式（卷四·大木作制度一）》中開章明義：“凡構(gòu)屋之制，皆以材為祖；材有八等，度屋之大小，因而用之?！泵鞔_提出以“材”作為官式建筑的模數(shù)，根據(jù)建筑大小、體量、規(guī)模、建造部位選擇不同規(guī)格的“材”。按木材橫斷面的大小分為8個等級，木材的廣度和厚度之比一律是3:2?！肚迨綘I造則例》規(guī)定采用“斗口”和“檐柱徑”作為清代建筑的兩種模數(shù)，用材等級的大小決定建筑物各構(gòu)件尺寸的大小及建筑整體尺度的大小。模數(shù)制的應用大大加快了古建筑的建造速度，保障建造安全、提高經(jīng)濟效益。

隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的進步，模數(shù)制的建造方式理念得到更加深入的發(fā)展。通過更多模數(shù)制、部品化、機械化、快速化的建造方式，裝配式建筑應運而生。裝配式建筑在集成化設計、模數(shù)生產(chǎn)、裝配化施工等方面，與中國古代大木作建筑的模數(shù)制營造方式具有相同的特點；現(xiàn)代裝配式建筑在建筑設計、部品部件生產(chǎn)、施工安裝等方面，均采用基本模數(shù)與導出模數(shù)。

雄安城鄉(xiāng)管理服務中心項目采用裝配式鋼框架結(jié)構(gòu)體系，梁柱均采用國標H型鋼標準化構(gòu)件，圍護結(jié)構(gòu)采用蒸壓加氣混凝土（ALC）條板+巖棉板+鋁板幕墻系統(tǒng)。鋼柱柱距、外窗寬度和外墻條板均采用6m（600mm）為基本設計模數(shù)，建筑主要標準化構(gòu)件采用模數(shù)制設計（表2，圖5）。外圍護系統(tǒng)采用外掛方式，實現(xiàn)了外墻板布置的模數(shù)化，減少了裁切，施工速度快且節(jié)約成本（圖6～8）。

表2 雄安城鄉(xiāng)管理服務中心主要標準化構(gòu)件模數(shù)表

5 主要標準化構(gòu)件設計圖

8 干掛鋁板幕墻

3 設計方式——燙樣與BIM技術(shù)

中國建筑的設計方式早在春秋戰(zhàn)國時期已用圖畫表示，漢朝初期已使用圖樣。公元7世紀初，隋朝使用百分之一比例尺的圖樣和木制模型，按當時中央政府所定式樣進行建造。以圖樣和模型相結(jié)合，在三維空間內(nèi)表現(xiàn)設計意圖，這種傳統(tǒng)設計方式一直延續(xù)到清代末季。而燙樣作為一種建筑設計方式，具體指清代三維建筑模型，是最直觀的建筑設計表現(xiàn)手法。燙樣是根據(jù)建筑物設計圖紙所擬定的尺寸式樣，按一定比例做成的模型小樣，用紙張、秫秸和木頭等加工制作而成，通?？梢圆鹦?，各個構(gòu)件之間互不影響，彼此有所聯(lián)系又各自獨立，有單座建筑燙樣和組群建筑燙樣兩種類型。燙樣最大的特點是通過向皇帝展示擬建建筑的大樣，以縮微實體的方式來表現(xiàn)建筑樣式，顯示出建筑的整體外觀、柱和梁架結(jié)構(gòu)、內(nèi)部裝修、內(nèi)檐彩畫做法、室內(nèi)陳設品、細部尺寸等內(nèi)容，以便皇帝做出修改和定奪決策。我國現(xiàn)存有部分“樣式雷”制作的燙樣，包括圓明園、萬春園、頤和園、北海、中南海、大內(nèi)（故宮）、景山、天壇、東陵等。燙樣不但能記錄建筑的營建情況，還有助于從材料、尺寸、樣式、工藝等角度全面研究我國古代建筑的營造技藝（圖9）。

9 故宮博物院藏九洲清晏殿燙樣（尺寸為寬49cm、深42cm、高22cm，燙樣比例為1:50）

建筑信息模型（簡稱BIM技術(shù)），是現(xiàn)代化計算機虛擬模型的建筑設計方式。與燙樣相比，BIM技術(shù)是隨著現(xiàn)代化與信息化的社會發(fā)展，在計算機發(fā)展下延續(xù)并提升了建筑模型的表現(xiàn)手法與應用水平，更加清晰地展現(xiàn)了建筑形態(tài)、空間、功能、視覺場景表達以及建造準確性。BIM技術(shù)的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)為模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫，提高建筑工程的信息集成化程度，從建筑的全生命周期為工程項目的相關(guān)合作方提供了一個工程信息交換和共享的平臺，有效提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

BIM技術(shù)在雄安城鄉(xiāng)管理服務中心項目應用（圖10～13）包括：

10 BIM+三維仿真——管線綜合

11 BIM+三維仿真——展廳精裝

12 BIM+三維仿真——展廳精裝

13 BIM+能源管理平臺

（1）制定工作標準：企業(yè)間協(xié)調(diào)統(tǒng)一配合。

（2）模型運用：1）設計階段模型——BIM進行虛擬建造，設計驗證、效果表達；2）施工階段模型——深入與甲方、施工方進行項目現(xiàn)場探索，以BIM為工具，將設計成果落實建造；3）運營階段模型——提交雄安管委會歸檔，為打造運營服務平臺提供BIM信息數(shù)據(jù)。

（3）與EPC全產(chǎn)業(yè)鏈實施的集成：采用BIM技術(shù)，以信息協(xié)同為平臺，通過數(shù)字化設計實現(xiàn)虛擬建造解決工程難題，BIM技術(shù)融入建筑全周期實現(xiàn)智能精細化工程，從而實現(xiàn)EPC從總體策劃、采購、工程建設、運維等全鏈條實施。

（4）構(gòu)建全流程數(shù)據(jù)庫。

4 結(jié)語

本文從建筑元素、建造方式、設計方法三方面，分別對窗牖、模數(shù)制、燙樣在被動式超低能耗綠色建筑中的傳承與演變進行了分析，探索與總結(jié)出人為控制的綠色營建傳承與路徑。

（1）傳承的理念不變。建筑功能隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展而發(fā)生著多樣性的變化，但仍然秉承與大自然和諧共生和可持續(xù)發(fā)展的綠色理念。隨著新材料的應用和建造方式的改變，建筑始終要從因地制宜、適應氣候環(huán)境出發(fā)，最大限度地利用自然條件，滿足人們的使用需求。

（2）傳承的路徑多元化。隨著全球化與民族化、城鎮(zhèn)化與本土化、信息化與現(xiàn)代化等多元化交織的發(fā)展態(tài)勢，人們對建筑功能與建筑需求發(fā)生了轉(zhuǎn)變，演變出新的建筑元素、設計方法與建造方式。具體表現(xiàn)為：1）功能路徑愈發(fā)完善和提升，如窗牖由最初滿足采光、通風的洞口，發(fā)展到現(xiàn)代的滿足采光、通風、遮風避雨、節(jié)能的節(jié)能型外窗；2）營建路徑推陳出新，新材料與新技藝互相促進與發(fā)展，如裝配式建筑是在模數(shù)制傳承的基礎(chǔ)上，發(fā)展新材料與新建造方式相結(jié)合的技術(shù)體系，加快建造速度、提高經(jīng)濟效益；3）設計方法多樣化與現(xiàn)代化，從燙樣演變?yōu)锽IM，在詳盡展示建筑的基礎(chǔ)上，衍生出建筑模型的信息化應用，提高了建筑在全生命期的多元化共享。

（3）演變形式多樣化。在從古至今的社會發(fā)展中，隨著人們對建筑功能需求的改變，不斷探索出新材料和新的建造方式。高性能窗、保溫材料、墻體材料、幕墻、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑、裝配式混凝土建筑、BIM技術(shù)等應運而生，但共同的理念都是不斷堅持中國傳統(tǒng)文脈的傳承與弘揚。

圖表來源

圖1 來源于網(wǎng)絡；圖9 來源于文獻[3]；其余圖表均為作者自繪或自攝。