探析響應(yīng)海南氣候的建筑與綠化一體化設(shè)計

摘 要：綠化作為一種生物性手段，在對環(huán)境進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償、提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能效益、改善室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量等方面具有獨(dú)特的作用，建筑與綠化的一體化設(shè)計一直是建筑師進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新的重要領(lǐng)域。文章結(jié)合實(shí)例，對綠化與墻面一體化設(shè)計的類型做了簡要介紹。

關(guān)鍵詞：氣候響應(yīng);建筑綠化;一體化設(shè)計

基金項(xiàng)目：本文系三亞學(xué)院人才引進(jìn)項(xiàng)目“響應(yīng)海南氣候的建筑與綠化一體化設(shè)計策略研究”（USYRC19-14）研究成果。

一、建筑界面生態(tài)修復(fù)的思考

建筑界面是室內(nèi)外環(huán)境相互作用的媒介，更是眾多生態(tài)設(shè)計手段集成設(shè)計的載體，其物理、生物特性可對室內(nèi)外環(huán)境之間的能量流動過程產(chǎn)生重要的影響。綠色植物與建筑界面的整合設(shè)計意義重大，綠化作為一種生物性手段，在對環(huán)境進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償、提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能效益、改善室內(nèi)外環(huán)境質(zhì)量等方面具有獨(dú)特的作用。建筑界面與綠化的一體化設(shè)計可視為一種生態(tài)修復(fù)工程，通過生態(tài)補(bǔ)償性設(shè)計可增加人居環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，最大限度利用其生態(tài)服務(wù)功能來改善居住環(huán)境的生態(tài)質(zhì)量。綠化也可視為一種特殊的建筑材料，利用遮陽與蒸騰作用來調(diào)節(jié)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面溫度、室外空氣溫度與平均輻射溫度等熱環(huán)境參數(shù)，顯著減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽輻射和熱量，進(jìn)而獲得優(yōu)于常規(guī)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能和生態(tài)效益。據(jù)上海植物園的相關(guān)研究，在夏季高溫時段，屋頂綠化可使建筑外表面溫度下降24.6℃，內(nèi)表面溫度下降3～5℃，壁面綠化墻面溫度可比無綠化時低5～14℃，室溫可相應(yīng)降低0.5～5℃[1]。

海南地處亞熱帶氣候區(qū)，夏無酷熱，冬無嚴(yán)寒，氣溫年較差小，光、熱、水資源以及地方鄉(xiāng)土植物物種與資源較為豐富，遮陽、通風(fēng)、隔熱、防臺風(fēng)和暴風(fēng)雨是海南建筑氣候適應(yīng)性設(shè)計的重點(diǎn)問題。建筑與綠化一體化設(shè)計技術(shù)利用植物的自然生態(tài)過程來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外微氣候環(huán)境的調(diào)控，這是海南城鄉(xiāng)人居環(huán)境建設(shè)積極響應(yīng)地域氣候、體現(xiàn)椰風(fēng)海韻特色的基礎(chǔ)性研究工作，也是一個具有廣泛應(yīng)用前景的建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

二、建筑與綠化一體化設(shè)計技術(shù)

作為一種獨(dú)具魅力的建筑語言，建筑綠化得到了越來越多建筑師的青睞，尋求綠化與建筑整合設(shè)計之道一直是建筑師進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新的重要領(lǐng)域。綠化不僅是建筑結(jié)合自然的一個語言載體，而且還通過對陽光、風(fēng)雨的過濾形成了舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境。馬來西亞建筑師楊經(jīng)文在高層建筑設(shè)計中結(jié)合熱帶氣候建構(gòu)了生物氣候?qū)W理論，他不僅分析了植物在美學(xué)、生態(tài)學(xué)與能源保護(hù)等方面的作用，還創(chuàng)造性地將綠色植被引入高層建筑，充分挖掘了高層建筑與立體綠化一體化整合設(shè)計的潛力，空中花園、階梯式平臺綠化、螺旋式立體綠化是楊經(jīng)文常用的設(shè)計手法。在新加坡EDITT Tower設(shè)計之初，他就非常關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的自然演替屬性，利用特色鮮明的綠化組織方式形成了連續(xù)的空中綠化景觀坡道，從地面蔓延到建筑頂層，既有利于物種遷移，又與雨水利用系統(tǒng)緊密結(jié)合，還改善了建筑界面的生態(tài)環(huán)境與微氣候環(huán)境（圖1）。在印度古爾岡Manesar千禧之巔信息技術(shù)園的Spire Edge大樓設(shè)計中，他也運(yùn)用了類似的設(shè)計手段，其主要設(shè)計特色也是通過連續(xù)的綠色坡道從地下室延伸到屋頂花園，雨水經(jīng)景觀坡道過濾后匯入地下室儲水箱，將雨水收集與再利用循環(huán)系統(tǒng)與建筑形式語言融為一體（圖2）。日本東京奈良塔的方案設(shè)計，結(jié)合旋轉(zhuǎn)平面的設(shè)計手法，在建筑外立面上形成形式新穎的螺旋式連續(xù)立體綠化，既有利于形成連續(xù)穩(wěn)定的植物群落，又將雨水收集系統(tǒng)巧妙地寓于其中，整個系統(tǒng)設(shè)計具有較強(qiáng)的創(chuàng)造性（圖3）。上述一系列工程實(shí)踐立足于生態(tài)系統(tǒng)的視角，超越了形式語言的表象，遵循著深層生態(tài)邏輯，全面展示了建筑與綠化進(jìn)行深層生態(tài)整合設(shè)計的可能性。

三、綠化與墻面一體化設(shè)計的類型

從生態(tài)視角來看，住區(qū)環(huán)境綠化的設(shè)計目標(biāo)是對內(nèi)創(chuàng)造舒適宜人的微氣候環(huán)境，對外架構(gòu)人與自然環(huán)境實(shí)現(xiàn)親和的友好橋梁。環(huán)境綠化在住區(qū)微氣候環(huán)境調(diào)控方面的作用主要體現(xiàn)在溫濕度、風(fēng)環(huán)境與遮陽等方面，加強(qiáng)綠化設(shè)計的整體性、注重挖掘綠化在節(jié)能設(shè)計中的潛力已成為當(dāng)前住區(qū)規(guī)劃設(shè)計新的發(fā)展方向。墻面綠化是立體綠化中占地面積最少，而綠化面積最大的一種形式。與天然土壤相比，墻面綠化的生境較差，而且因朝向、位置、高度與表面材料的差異形成了多樣化的生境條件，需要結(jié)合區(qū)域氣候特點(diǎn)與建筑功能要求，選擇適宜的植物類型與技術(shù)方法，以降低后期養(yǎng)護(hù)成本。根據(jù)綠化與墻面的整合形式可分為攀援類綠化、設(shè)施輔助類綠化、構(gòu)造整合類綠化、工業(yè)部品類綠化。

（一）直接攀援類綠化

直接攀援類墻面綠化利用攀援植物的吸附、纏繞等特性，使其在生長過程中直接依附于建筑墻面。墻面表層材料是攀援植物吸附的基礎(chǔ)，墻面越粗糙越有利于植物生長吸附，如清水磚墻、水泥拉毛墻面等。該綠化類型有破壞墻面構(gòu)造、攀援高度受限、綠化周期長等弊端。據(jù)重慶建筑大學(xué)的相關(guān)研究，植物直接附著于墻面不利于墻體散熱[5]。為避免上述問題，可分層設(shè)置種植槽和輔助固定措施，在綠化和墻面之間形成通風(fēng)間層，一方面可避免植物根系對外墻的破壞，另一方面可增強(qiáng)隔熱與通風(fēng)散熱效果。同濟(jì)大學(xué)行政樓改造項(xiàng)目采用了工字鋼結(jié)構(gòu)支承種植槽，同時輔以繩索、遮陽網(wǎng)作為植物輔助攀援設(shè)施（圖4），該方法也可用于既有住宅建筑的改造工程。

（二）設(shè)施輔助類綠化

設(shè)施輔助類墻面綠化利用支架來輔助植物攀援生長，該綠化類型在墻面設(shè)置各種形式的構(gòu)架以支持綠化模塊，并有配套的灌溉系統(tǒng)，通過綠化與建筑的一體化設(shè)計，可取得較好的建筑立面效果。對于多層和高層建筑可在外墻上分段設(shè)置種植臺，如重慶天奇花園住宅在西墻上分層設(shè)置了種植臺構(gòu)件與自動灑水裝置，在綠化與墻面之間預(yù)留有一段距離，此舉可提高墻面遮陽和通風(fēng)散熱效果（圖5）。日本某建筑利用墻體之外55cm處耐腐蝕性的穿孔板作為藤蔓植物攀爬的裝置，創(chuàng)造了與植物一體化的建筑形象（圖6）。

（三）構(gòu)造整合類綠化

該綠化類型將綠化作為建筑創(chuàng)新設(shè)計的形式語言，通過合理的構(gòu)造措施為綠化提供良好的生境條件。日本著名建筑師藤森照信設(shè)計的“蒲公英之家”是構(gòu)造整合類綠化類型的經(jīng)典實(shí)例，它以石飾面板與載土鋼架作為綠化載體，并運(yùn)用穿孔金屬板來解決土壤排水與通風(fēng)問題，這些構(gòu)造措施為綠化與建筑和諧共生創(chuàng)造了條件（圖7、8）。隨著綠化技術(shù)的發(fā)展，日本許多綠化公司已研發(fā)出多種多樣的工業(yè)化綠化構(gòu)造技術(shù)，用土壤容器和供藤蔓植物攀爬的金屬網(wǎng)形成系統(tǒng)化的組件，在鑲板與外墻之間預(yù)設(shè)維護(hù)通道，便于工業(yè)化施工（圖9、10）。這些產(chǎn)品形式充分利用工業(yè)化技術(shù)體系、施工工藝與構(gòu)造措施，為綠化與建筑一體化整合設(shè)計提供了廣闊的應(yīng)用前景。

（四）工業(yè)部品類綠化

隨著體系化、輕質(zhì)化的成套產(chǎn)品不斷問世，綠化技術(shù)的集成化與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)一步推動了一批新技術(shù)、新材料的迅速發(fā)展，通過工業(yè)化途徑以體系化的施工方法將綠化產(chǎn)品與構(gòu)件進(jìn)行整合，為建筑界面的生態(tài)修復(fù)提供了成套的復(fù)合型綠化產(chǎn)品與技術(shù)支撐體系。日本垂直森林墻技術(shù)將基盤與植物整合為一體，該產(chǎn)品土壤穩(wěn)定，既解決了墻面植物固定與風(fēng)速過大的問題，又為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化快速施工創(chuàng)造了條件。綠化鑲板技術(shù)將不銹鋼種植箱與人工輕質(zhì)土、植物整合成一體化的產(chǎn)品單元，利用特制土壤袋形成穩(wěn)定的生長基質(zhì)，綠化通常采用耐寒、耐濕、耐干、耐病蟲害且木質(zhì)化較快的地柏，維護(hù)極為方便。為了解決荷載限制、土壤固著、綠化日常管理等問題，鹿島開發(fā)了一種可用于坡面屋與垂直墻面的人工輕質(zhì)綠色模塊，厚約5cm，以蛭石為主要成分，添加緩釋肥料，基盤較輕，通過鋁制框架安裝到混凝土墻面上能快速實(shí)現(xiàn)綠化覆蓋效果。

四、結(jié)語

在《中國（海南）自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)總體方案》的指導(dǎo)下，海南將更加積極主動地貫徹生態(tài)文明和綠色發(fā)展的總體要求，人居環(huán)境的綠色發(fā)展與生態(tài)修復(fù)技術(shù)必將成為新的熱點(diǎn)問題。其中，在城鎮(zhèn)人居環(huán)境生態(tài)修復(fù)的眾多技術(shù)手段中，建筑與綠化一體化設(shè)計技術(shù)將會成為響應(yīng)海南地域氣候、體現(xiàn)椰風(fēng)海韻特色的一個基礎(chǔ)性研究工作。目前，生態(tài)修復(fù)研究領(lǐng)域?qū)κ軗p山體植被修復(fù)的相關(guān)技術(shù)比較成熟，建筑綠化領(lǐng)域的技術(shù)成果也頗為豐碩，這些技術(shù)都將為建筑界面的生態(tài)修復(fù)提供技術(shù)上的保障。建筑師應(yīng)立足于海南亞熱帶城市人居環(huán)境建設(shè)的現(xiàn)實(shí)問題，以節(jié)能技術(shù)為切入點(diǎn)，以推動地方植物物種資源及其產(chǎn)業(yè)化為手段，綜合運(yùn)用相關(guān)學(xué)科的研究成果，結(jié)合建筑界面的生境特點(diǎn)與功能要求，在滿足建筑基本功能與審美需求的同時，充分利用自然調(diào)和的能量轉(zhuǎn)換機(jī)制，將建筑界面的生態(tài)與氣候調(diào)節(jié)功能進(jìn)行集成整合，使之真正融入到建筑設(shè)計創(chuàng)作的技術(shù)體系之中，這是一個具有廣泛應(yīng)用前景的建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡永紅.城市立體綠化的回顧與展望[J].園林，2008（3）：14.

[2][3]世界華人建筑師協(xié)會，地域建筑學(xué)術(shù)委員會.永恒的反叛：當(dāng)代地域建筑創(chuàng)作方法[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010：183，185.

[4]理查茲.T·R·哈姆扎和楊經(jīng)文建筑師事務(wù)所：生態(tài)摩天大樓[M].汪芳，張翼，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005：71.

[5]周鐵軍，王雪松.面向生態(tài)的住區(qū)綠化設(shè)計[J].世界建筑，2001（4）：32-33.

[6]周鐵軍.氣候是不可移植的地方特征[J].時代建筑，2006（4）：62.

[7][10][11]NIKKEI ARCHITECTURE.最新屋頂綠化設(shè)計、施工與管理實(shí)例[M].胡連榮，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007：140，137，174.

[8][9]包慕萍.東京蒲公英之家，日本[J].世界建筑，2001（4）：40-45.

作者簡介：

吳耀華，博士，三亞學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院講師。研究方向：綠色建筑與城市設(shè)計。