地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)方法探究*

楊艷紅 趙思源 熊燕妮 王新瑀,3**

(1. 天津城建大學(xué)城市藝術(shù)學(xué)院， 300384， 天津； 2. 天津城建大學(xué)建筑學(xué)院， 300384， 天津；3. 天津市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 300074， 天津∥第一作者， 教授)

GB/T 50378—2014《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)了對(duì)建筑全壽命期內(nèi)“節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境”等客觀指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，但缺乏對(duì)生態(tài)文化設(shè)計(jì)、綠色理念表達(dá)等主觀指標(biāo)的量化評(píng)估。為此，新版的GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》突顯了“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。地鐵車(chē)站作為城市地下交通網(wǎng)絡(luò)中的重要建筑物，其節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)與可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)亟待加強(qiáng)。地鐵車(chē)站地下空間綠色建設(shè)必將成為未來(lái)城市可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)。

1 地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)概述

1.1 研究背景

環(huán)境與發(fā)展是當(dāng)今國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的重大問(wèn)題?？沙掷m(xù)發(fā)展的綠色建筑設(shè)計(jì)理念是未來(lái)城市地下空間規(guī)劃設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想，也是城市地下空間走向低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必經(jīng)之路[1]。地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)可有效保護(hù)地面景觀環(huán)境、減少地面占用、提升居民生活質(zhì)量，是城市立體化發(fā)展的必然結(jié)果，也是城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

地鐵建設(shè)是城市地下空間開(kāi)發(fā)的核心動(dòng)力，可提高土地利用的集約化程度和使用效率，緩解城市用地壓力，滿(mǎn)足城市可持續(xù)發(fā)展的要求[2]。建立地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)體系對(duì)于定量分析城市地下空間開(kāi)發(fā)的建設(shè)水平和可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)具有重要意義。地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)以促進(jìn)地上、地下一體化發(fā)展為目標(biāo)，統(tǒng)籌布局地鐵區(qū)域、商業(yè)娛樂(lè)空間及地下管廊，以促進(jìn)城市立體集聚發(fā)展[3]。

1.2 發(fā)展方向

1.2.1 指導(dǎo)未來(lái)地鐵車(chē)站地下空間設(shè)計(jì)

地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)能有效指導(dǎo)未來(lái)地鐵車(chē)站地下空間規(guī)劃及設(shè)計(jì)的方向，明確設(shè)計(jì)的方法與重點(diǎn)，形成完備的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范相關(guān)制度政策，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)地鐵車(chē)站建設(shè)與綠色建筑設(shè)計(jì)的高度融合，進(jìn)一步優(yōu)化城市公共交通空間，塑造和諧人文環(huán)境，繼承和發(fā)揚(yáng)歷史文化。

1.2.2 改造升級(jí)既有地鐵車(chē)站地下空間

國(guó)內(nèi)早期地鐵建設(shè)的指導(dǎo)思想以戰(zhàn)備疏散為主，站內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施陳舊，內(nèi)部空間、功能布局和人性化設(shè)計(jì)較為落后，缺乏綠色建筑設(shè)計(jì)要素。地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)理念的提出，可積極引導(dǎo)我國(guó)老舊地鐵車(chē)站地下空間改造升級(jí)，有利于節(jié)約能耗、降低運(yùn)營(yíng)成本，重塑地鐵車(chē)站空間環(huán)境氛圍。

1.3 研究思路

首先，系統(tǒng)地梳理我國(guó)主要城市地鐵車(chē)站的地理位置、車(chē)站規(guī)模及承載功能等屬性，選擇具有代表性的地鐵車(chē)站點(diǎn)進(jìn)行深入研究；其次，從宏觀場(chǎng)地規(guī)劃、中觀建筑設(shè)計(jì)、微觀空間表達(dá)三個(gè)維度解構(gòu)地鐵車(chē)站綠色建筑設(shè)計(jì)的影響要素，結(jié)合GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的評(píng)價(jià)指標(biāo)，初步了解各項(xiàng)要素的影響方式及作用范圍；再次，以地鐵車(chē)站地下空間主動(dòng)式、被動(dòng)式綠色建筑技術(shù)等客觀要素為切入點(diǎn)，有機(jī)結(jié)合車(chē)站工作人員及乘客的主觀感知要素，采用定性與定量分析結(jié)合的研究方式，構(gòu)建地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并提出設(shè)計(jì)理論與方法。地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)的研究思路如圖1所示。

圖1 地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)的研究思路

2 地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

西方國(guó)家對(duì)綠色建筑關(guān)注較早，相關(guān)的評(píng)價(jià)體系也較為完備。其中，英國(guó)的BREEAM(英國(guó)建筑研究院環(huán)境評(píng)估方法)體系為多個(gè)國(guó)家建立綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供了借鑒和指導(dǎo)；美國(guó)LEED(能源與環(huán)境設(shè)計(jì)先鋒)體系被公認(rèn)為目前最完善、最具影響力的綠色建筑評(píng)價(jià)體系。國(guó)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)理論的研究多集中于探討地鐵車(chē)站的空間環(huán)境設(shè)計(jì)方法，如結(jié)合清潔能源利用、生物智能介入與計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算等前沿科學(xué)技術(shù)手段系統(tǒng)地研究地鐵車(chē)站場(chǎng)地規(guī)劃與空間設(shè)計(jì)。伊朗學(xué)者M(jìn).Mohammadi利用CRISP-DM(跨行業(yè)數(shù)據(jù)挖掘標(biāo)準(zhǔn)流程)模型，有效結(jié)合SA(模擬退火)、ICA(帝國(guó)競(jìng)爭(zhēng))算法，提出了一種綠色可持續(xù)的交通樞紐選址方法。

在地鐵車(chē)站綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方面，國(guó)外多以通用的綠色建筑評(píng)價(jià)體系對(duì)“綠色地鐵車(chē)站”進(jìn)行界定。如圖2所示，位于美國(guó)賓夕法尼亞州費(fèi)城的SEPTA Fox Chase地鐵車(chē)站(LEED銀級(jí))和馬里蘭州羅克維爾市的Twinbrook地鐵車(chē)站(LEED認(rèn)證級(jí))在地鐵車(chē)站內(nèi)外空間、功能組織、景觀植被等方面突出了綠色、低成本主題。

a) SEPTA Fox Chase站

b) Twinbrook站

SEPTA Fox Chase站和Twinbrook站均為地面站，可直接使用通用綠色建筑評(píng)價(jià)體系對(duì)其進(jìn)行綠色等級(jí)評(píng)定。但該評(píng)價(jià)指標(biāo)中缺乏了對(duì)站點(diǎn)自身文化屬性表達(dá)、空間氛圍營(yíng)造等主觀影響要素的評(píng)價(jià)，未能充分體現(xiàn)“以人為本”的建筑設(shè)計(jì)理念。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)在綠色建筑相關(guān)領(lǐng)域的研究注重從整體入手，通過(guò)地上、地下空間綜合開(kāi)發(fā)來(lái)探索節(jié)能與節(jié)地策略，動(dòng)態(tài)考慮地鐵車(chē)站建設(shè)和發(fā)展[4]。上海軌道交通17號(hào)線(xiàn)諸光路站被稱(chēng)為亞洲“最綠色”的地鐵車(chē)站，是亞洲第一個(gè)獲得LEED銀級(jí)認(rèn)證的地鐵車(chē)站。該車(chē)站建設(shè)項(xiàng)目在初期設(shè)計(jì)、中期施工、后期運(yùn)維階段都極力遵循綠色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該站在公共區(qū)域設(shè)置了高度超過(guò)20 m的巨大中庭，搭配玻璃天窗，極大改善了地下空間的采光問(wèn)題。車(chē)站內(nèi)部對(duì)噪聲控制、污水處理、渣土回填等細(xì)節(jié)把控到位，選用的建筑裝飾材料與智能傳感設(shè)備顯著優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

此外，諸光路站站內(nèi)的文化屬性表達(dá)也十分突出，站內(nèi)大型陶藝展品《諸光開(kāi)物》融合了萬(wàn)花筒、四葉草等傳統(tǒng)元素，充分展現(xiàn)了上海作為國(guó)際化大都市包容開(kāi)放、百花齊放的文化內(nèi)涵，在優(yōu)化乘客視覺(jué)感知的同時(shí)凸顯了站內(nèi)綠色建筑文化氛圍[5]。除傳統(tǒng)壁畫(huà)類(lèi)裝飾外，諸光路站還創(chuàng)新性地將站臺(tái)候車(chē)空間改造為小型“博物館”，成為了展示“上海文化”的重要窗口。2020年底開(kāi)通的上海軌道交通18號(hào)線(xiàn)的全線(xiàn)站點(diǎn)也將申請(qǐng)LEED認(rèn)證，這是地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)發(fā)展的良好開(kāi)端，對(duì)我國(guó)“綠色地鐵”規(guī)劃和建設(shè)起到了積極引導(dǎo)作用。

然而，無(wú)論是LEED體系還是其他傳統(tǒng)的綠色建筑評(píng)價(jià)體系，其影響要素構(gòu)成與權(quán)重占比均以地面建筑綠色建筑設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)，缺少對(duì)地鐵車(chē)站地下空間這一特殊類(lèi)型的差異化研究。此外，評(píng)價(jià)體系中的相關(guān)影響要素多以綠色建筑節(jié)能技術(shù)、環(huán)保材料、綠色施工等客觀指標(biāo)為主，忽視了對(duì)“文化內(nèi)涵”與“人性化設(shè)計(jì)”等主觀要素的探索與挖掘。

3 地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)影響要素

3.1 影響要素篩選原則

3.1.1 協(xié)調(diào)與耦合原則

地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)的影響要素應(yīng)不僅涵蓋現(xiàn)有綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)，還應(yīng)注重地鐵車(chē)站建筑設(shè)計(jì)的特殊屬性。例如，地上建筑對(duì)自然采光、通風(fēng)的較高標(biāo)準(zhǔn)，使用者可通過(guò)自然光線(xiàn)滿(mǎn)足自身生理需求與心理感知，而地下空間建設(shè)在客觀上很難達(dá)到同等要求，其設(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)著重關(guān)注使用者的生理和心理需求。因此，合理協(xié)調(diào)影響要素間的耦合關(guān)系至關(guān)重要。

3.1.2 客觀與全面原則

地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)的影響要素應(yīng)包含宏觀、中觀、微觀三個(gè)維度影響要素的解構(gòu)與拓展。影響要素篩選需注重選取方法的客觀性和全面性，確保其正確性與可操作性。既要定性描述各影響要素的內(nèi)在屬性，剝離原有綠色建筑設(shè)計(jì)中不適用于地鐵車(chē)站建筑的影響要素，還應(yīng)可定量計(jì)算其主導(dǎo)影響要素，采用定性描述和定量計(jì)算相結(jié)合的研究方法客觀選取地鐵車(chē)站綠色建筑設(shè)計(jì)的主導(dǎo)影響要素。

3.2 影響要素分類(lèi)

地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)影響要素的宏觀維度主要包含站點(diǎn)選址、地上和地下空間的連接度、地下空間綜合利用率等場(chǎng)地規(guī)劃影響要素；中觀維度包含地鐵車(chē)站地下空間采光照明、通風(fēng)供暖、能源再利用等建筑設(shè)計(jì)影響要素；微觀維度集中體現(xiàn)公共藝術(shù)、人文表達(dá)、人性化設(shè)計(jì)等室內(nèi)空間表達(dá)影響要素。各維度分別對(duì)應(yīng)了GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)將文化傳承納入評(píng)價(jià)范圍，如圖3所示。

圖3 地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)影響要素分類(lèi)

3.3 影響要素賦權(quán)方法

選取合適的賦權(quán)方法是地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)理論與方法研究具備合理性的關(guān)鍵前提與重要保障。

3.3.1 層次分析法

層次分析法是針對(duì)地鐵車(chē)站地下空間環(huán)境氛圍、空間感知、人性化設(shè)計(jì)等主觀影響要素的賦權(quán)方法?；趯?duì)乘客、工作人員及相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者的調(diào)研，將地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)的主觀影響要素分解、重構(gòu)為若干的層次和要素，梳理不同要素的相對(duì)重要程度，分析、計(jì)算各影響要素的權(quán)重。

3.3.2 熵值法

熵值法是針對(duì)地鐵車(chē)站地下空間節(jié)能狀況、能源再利用水平等客觀影響要素的賦權(quán)方法。影響要素的變異程度越大，信息熵越小，該影響要素提供的信息量就越大，其在地鐵車(chē)站綠色建筑設(shè)計(jì)方法中所起的作用和權(quán)重隨之也越大，反之亦然。

3.3.3 組合賦權(quán)法

組合賦權(quán)法針對(duì)主、客觀賦權(quán)法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可兼顧決策者的偏好，減少賦權(quán)的主觀隨意性，使屬性賦權(quán)達(dá)到主觀與客觀的統(tǒng)一，決策結(jié)果更加真實(shí)、可靠。

綜上所述，常見(jiàn)的主觀賦權(quán)法在根據(jù)屬性實(shí)際含義確定權(quán)重方面具有優(yōu)勢(shì)，但客觀性較差；客觀賦權(quán)法在不考慮主觀因素的情況下，在確定權(quán)重方面更具有優(yōu)勢(shì)，但無(wú)法體現(xiàn)決策者的主觀感受。因此，地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)影響要素的賦權(quán)方法在最終權(quán)重計(jì)算上應(yīng)采用主觀賦權(quán)與客觀賦權(quán)相結(jié)合的組合賦權(quán)法。

4 地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)理論與方法

4.1 地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在采用文獻(xiàn)研究、田野調(diào)查、專(zhuān)家評(píng)價(jià)、問(wèn)卷調(diào)研等相關(guān)研究方法，并結(jié)合人體信息采集設(shè)備、建筑環(huán)境模擬軟件等多種研究方式的基礎(chǔ)上，本文利用組合賦權(quán)法計(jì)算地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)體系中各影響要素的綜合權(quán)重及其總得分。權(quán)重計(jì)算如式(1)所示，最終分值計(jì)算如式(2)所示。

Wi=αai+ (1-α)bi

(1)

Q=∑WiQi

(2)

式中：

i——地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)的影響要素。i取值為1、2、3時(shí)分別代表宏觀場(chǎng)地規(guī)劃、中觀建筑設(shè)計(jì)、微觀空間表達(dá)的影響要素，i≥4表示其他影響要素項(xiàng)。

Wi——第i個(gè)影響要素的組合權(quán)重；

ai，bi——分別為第i個(gè)影響要素的客觀權(quán)重和主觀權(quán)重；

α——不同賦權(quán)方法的相對(duì)重要程度。應(yīng)根據(jù)決策者對(duì)不同賦權(quán)方法的偏好信息確定，0≤α≤1；

Qi——第i個(gè)影響要素的得分；

Q——地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)總得分。

4.2 地鐵車(chē)站綠色建筑設(shè)計(jì)方法探究

4.2.1 整體規(guī)劃與立體化開(kāi)發(fā)

地鐵車(chē)站選址應(yīng)結(jié)合周邊生態(tài)環(huán)境進(jìn)行整體規(guī)劃，既滿(mǎn)足地鐵車(chē)站設(shè)置的交通便捷要求，又注重車(chē)站與自然環(huán)境的有機(jī)結(jié)合。應(yīng)強(qiáng)調(diào)地鐵車(chē)站地上空間與地下空間的立體化開(kāi)發(fā)，探尋地上與地下、地下各功能分區(qū)之間的有機(jī)聯(lián)系。

4.2.2 空間整合與節(jié)能設(shè)計(jì)

以滿(mǎn)足使用者基本生理需求為基礎(chǔ)整合地鐵車(chē)站內(nèi)部空間的功能布局；以節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材為目標(biāo)，強(qiáng)化聲、光、電、熱等的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)；結(jié)合各類(lèi)能源回收與再利用方法，不斷探索地鐵車(chē)站地下空間整合與節(jié)能設(shè)計(jì)。

4.2.3 歷史文脈傳承與表達(dá)

基于地域特點(diǎn)，從歷史文脈傳承、地域文化營(yíng)造等主觀設(shè)計(jì)方面發(fā)掘具有地方特點(diǎn)的地鐵車(chē)站空間表達(dá)方式。在滿(mǎn)足功能需求、營(yíng)造舒適宜人空間氛圍的基礎(chǔ)上，將當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)文化要素應(yīng)用于地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑的設(shè)計(jì)中；同時(shí)，將歷史與當(dāng)代文化元素緊密融合，探尋歷史文脈傳承視域下的地鐵車(chē)站地下空間綠色文化氛圍營(yíng)造方式。

4.3 相關(guān)理論與方法的有效性檢驗(yàn)

可利用VR(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，結(jié)合眼動(dòng)儀、腦電儀等人體信息采集設(shè)備，對(duì)地鐵車(chē)站使用者主觀感知層面的抽象信息進(jìn)行可視化處理。對(duì)比地鐵車(chē)站地下空間改造前后的車(chē)站使用滿(mǎn)意度，驗(yàn)證綠色建筑設(shè)計(jì)理論與方法的有效性。

5 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)地鐵車(chē)站綠色建筑設(shè)計(jì)方面的相關(guān)研究成果和實(shí)例較為匱乏，缺少可直接借鑒的原始數(shù)據(jù)，整理分析資料難度較大。此外，將文化影響要素納入地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系的研究較少，相關(guān)研究文獻(xiàn)資料不足，這對(duì)地鐵車(chē)站綠色建筑設(shè)計(jì)方法及評(píng)價(jià)研究的科學(xué)性和客觀性有一定影響。因此，地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)體系的應(yīng)用和實(shí)踐任重道遠(yuǎn)，應(yīng)在前期理論與案例研究的基礎(chǔ)上不斷擴(kuò)充已有資料的廣度與深度，把握綠色建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)，運(yùn)用多學(xué)科交叉視角，持續(xù)完善地鐵車(chē)站地下空間綠色建筑設(shè)計(jì)體系。