談綠色建筑系館的設(shè)計(jì)

邱叢叢

(武漢大學(xué)城市設(shè)計(jì)學(xué)院，湖北 武漢 430000)

1 概述

建筑系館的設(shè)計(jì)隨著學(xué)科以及社會(huì)的發(fā)展經(jīng)歷了一系列的變化，到如今已是千姿百態(tài)，并將隨著社會(huì)的發(fā)展不斷優(yōu)化下去。不可否認(rèn)的是建筑系館與建筑教育息息相關(guān)[1]。真正意義上的建筑教育是從法國(guó)巴黎美術(shù)學(xué)院的“學(xué)院派”開始誕生的，此時(shí)建筑系館才應(yīng)運(yùn)而生[2]。隨著工業(yè)革命的進(jìn)步，德國(guó)“包豪斯”教育模式適應(yīng)了時(shí)代的要求，而由這兩種教育模式影響下的建筑系館也由最初的修道院式的封閉的圍合式院落發(fā)展為以克朗樓為代表的符合功能需求的新型建筑系館。到20世紀(jì)，“學(xué)院派”在美國(guó)得到了新的發(fā)展，并影響了國(guó)內(nèi)的建筑系館的設(shè)計(jì)。20世紀(jì)60年代前，建筑系館體量巨大、工藝精湛，如東南大學(xué)中大院；1980年—1990年，建筑系館的設(shè)計(jì)整體強(qiáng)調(diào)干凈的雕塑感，如清華大學(xué)建筑系館[3]。從2005年開始，建筑系館的設(shè)計(jì)進(jìn)入了折中主義時(shí)期，各種設(shè)計(jì)手法層出不窮，在這個(gè)時(shí)期建筑系館的公共空間成為了各大建筑師尋求突破的主題，如以“無(wú)盡的走廊”出名的麻省理工學(xué)院建筑與城市設(shè)計(jì)學(xué)院。而自從1987年《布倫特蘭報(bào)告》中提出可持續(xù)發(fā)展原則[4]，綠色建筑技術(shù)的發(fā)展又在新的歷史階段對(duì)建筑系館的設(shè)計(jì)提出了更高的時(shí)代要求，至今已經(jīng)有大量的設(shè)計(jì)師為此做出了嘗試，如充分應(yīng)對(duì)氣候條件的深圳大學(xué)建筑系館等。

2 建筑系館設(shè)計(jì)要求

2.1 建筑系館設(shè)計(jì)的影響因素

建筑系館不僅僅只是一個(gè)簡(jiǎn)單的教育建筑,它從一方面體現(xiàn)了其所處時(shí)代的社會(huì)文化環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，另一方面也體現(xiàn)了建筑教育的模式與理念。其設(shè)計(jì)應(yīng)注重以下幾個(gè)方面：

1)功能要求。建筑系館首要的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)就是客觀的功能要求，隨著教學(xué)模式的轉(zhuǎn)換，空間功能都有了不同的要求，與時(shí)俱進(jìn)的進(jìn)行這些空間的更新是建筑系館設(shè)計(jì)的首要標(biāo)準(zhǔn)。

2)地域環(huán)境與文脈。海德格爾認(rèn)為:“一切本質(zhì)的和偉大的東西,都源于這一事實(shí):人有一個(gè)家并且扎根于一個(gè)傳統(tǒng)”[5]。這反映了一個(gè)重要的地域性的概念，也是建筑系館另一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的方面。繼承傳統(tǒng)文脈，充分考慮周邊環(huán)境，才能讓建筑系館扎根在它所在的地域。建筑系館的設(shè)計(jì)只有充分塑造空間環(huán)境的文化意蘊(yùn)，才能不斷熏陶莘莘學(xué)子，培養(yǎng)出更優(yōu)秀的建筑師。

3)建筑技術(shù)的創(chuàng)新。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，會(huì)促進(jìn)學(xué)科的進(jìn)步，建筑學(xué)作為一項(xiàng)世界前沿的學(xué)科，更應(yīng)該緊隨時(shí)代潮流，對(duì)新技術(shù)了解的更早、更熟練，才能更好的應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中來，這就會(huì)對(duì)空間功能提出新的要求。如隨著BIM的廣泛應(yīng)用、AI大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，促使我們無(wú)法忽視建筑專業(yè)在計(jì)算機(jī)方面的教育，跨領(lǐng)域、多元化已經(jīng)是建筑學(xué)專業(yè)發(fā)展的共識(shí)，這就會(huì)要求建筑系館設(shè)計(jì)方便軟件學(xué)習(xí)交流的空間。而綠色技術(shù)也有了長(zhǎng)足發(fā)展，也成為了建筑設(shè)計(jì)不可忽視的一部分。

4)建筑系館與校園總體規(guī)劃的關(guān)系。建筑系館一方面要符合高校建筑的普遍性,服從于校園的整體規(guī)劃,與周邊校園和諧共生；另一方面應(yīng)該具有本專業(yè)的獨(dú)特性，體現(xiàn)建筑學(xué)教學(xué)理念的同時(shí)又滿足功能的需要。

2.2 建筑系館的基本功能空間組成

建筑專業(yè)的特點(diǎn)決定了建筑系館在功能上不同于一般的教學(xué)建筑，其主要功能如表1所示。

表1 建筑系館功能分類表

3 建筑系館的綠色技術(shù)策略

3.1 綠色技術(shù)簡(jiǎn)述

從古羅馬建筑大師維特魯威提出建筑三要素“堅(jiān)固、適用、美觀”[6]以來，近幾年“綠色”也被頻繁的作為一個(gè)重要的建筑要素被提及，甚至有些建筑學(xué)家認(rèn)為“綠色”的重要性要遠(yuǎn)高于“美觀”。由此可以看出，綠色建筑在未來的建筑設(shè)計(jì)中已經(jīng)成為不可避免的趨勢(shì)，而建筑系館作為培養(yǎng)未來建筑設(shè)計(jì)師的搖籃，更應(yīng)該抓住這個(gè)趨勢(shì)，在建筑系館的設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)綠色建筑技術(shù)，一方面可以節(jié)省建筑系館本身的能耗，另一方面使得建筑系館能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)師未來的建筑設(shè)計(jì)起到示范作用。

建筑系館的綠色設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到以下三點(diǎn):

1)在總體規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)中，充分考慮選址、布局、朝向、間距、綠化等方面,充分利用朝向、室外氣候及地形條件控制建筑的體形系數(shù),組織良好的自然通風(fēng)降低能耗。

2)建筑的外殼結(jié)構(gòu)的熱性能符合綠色設(shè)計(jì)的節(jié)能要求：控制窗口到墻的比率，使用合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，必要的遮光設(shè)施、屋頂隔熱等，以及建筑物安全性和節(jié)能玻璃窗戶、絕緣功能的大門。

3)使用合理的設(shè)備和系統(tǒng)，諸如節(jié)能空調(diào)和加熱器，以及集中太陽(yáng)能電熱水供應(yīng)或地?zé)岜谩⒖諝獗玫戎悄芗上到y(tǒng)和它們的產(chǎn)品，從而使設(shè)備的節(jié)能和建筑設(shè)計(jì)可以進(jìn)行有機(jī)結(jié)合[7]。

建筑的綠色技術(shù)有兩種方式：主動(dòng)式綠色技術(shù)和被動(dòng)式綠色技術(shù)，而在建筑系館設(shè)計(jì)中，目的就是通過被動(dòng)式的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，所以采取被動(dòng)為主、主動(dòng)為輔的設(shè)計(jì)原則。

3.2 綠色建筑系館設(shè)計(jì)過程及綠色技術(shù)

綠色建筑系館的設(shè)計(jì)相較于一般的建筑設(shè)計(jì)，除了要體現(xiàn)其獨(dú)一無(wú)二的教育意義，將綠色技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)相互融合，取得“1+1>2”的正向系統(tǒng)性結(jié)果是這個(gè)設(shè)計(jì)的最終目的。一般會(huì)有如下設(shè)計(jì)過程：

1)根據(jù)項(xiàng)目所在地進(jìn)行環(huán)境分析。根據(jù)《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》，我國(guó)共有7個(gè)主氣候區(qū)，20個(gè)子氣候區(qū)，不同的氣候區(qū)有不同的氣候特點(diǎn)。在進(jìn)行建筑系館的設(shè)計(jì)時(shí)，不同氣候區(qū)會(huì)有不同的熱工性能需求，這是環(huán)境分析的一個(gè)方面。其他的環(huán)境分析如地形地貌、歷史文脈、環(huán)境污染，以及上位規(guī)劃中所要考慮的用地、交通、人流等。

2)根據(jù)環(huán)境分析及功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑系館作為教育建筑，相較于一般的民用建筑，其功能空間對(duì)物理環(huán)境要求更高，包括充足的光照，遠(yuǎn)離噪聲污染、空氣污染，便捷的內(nèi)外部交通等，環(huán)境分析是功能布局的基礎(chǔ)。

3)引入建筑技術(shù)對(duì)方案進(jìn)行模擬。自2011年，計(jì)算機(jī)模擬引入建筑領(lǐng)域之后，提前預(yù)知建筑物理環(huán)境成為了可能。通過數(shù)字化的方式對(duì)不同的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，目前的算法不斷優(yōu)化發(fā)展，使得這種模擬方式越來越具有可信度。

4)優(yōu)化方案。根據(jù)具有可信度的模擬結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化是綠色建筑系館另一個(gè)重要設(shè)計(jì)過程。優(yōu)化建筑物理環(huán)境，使得到的建筑空間更符合人體熱舒適度，建筑對(duì)于人的最基礎(chǔ)的意義有了可靠的保障。

如此可以看出，綠色建筑系館在設(shè)計(jì)的過程中，每一步都與綠色技術(shù)緊密相關(guān)，通過一種新的維度來優(yōu)化建筑系館設(shè)計(jì)，使得建筑系館設(shè)計(jì)更符合節(jié)能減排時(shí)代的主題，也更宜居。

3.3 被動(dòng)式節(jié)能措施

被動(dòng)式節(jié)能措施具體包括在建筑設(shè)計(jì)過程中合理布置建筑的朝向，設(shè)計(jì)有利于自然通風(fēng)的建筑開口設(shè)計(jì)，設(shè)置一定的遮陽(yáng)措施和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱措施等。

3.3.1 自然通風(fēng)

自然通風(fēng)是被動(dòng)式節(jié)能措施中使建筑獲得最大節(jié)能效率的手段之一，在建筑系館的設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。

形成室內(nèi)自然通風(fēng)的方式主要有熱壓通風(fēng)和風(fēng)壓通風(fēng)兩種。熱壓通風(fēng)的影響因素主要與進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的溫度差、高度差有關(guān)，而風(fēng)壓通風(fēng)的原理是采用的伯努利效應(yīng)和文丘里效應(yīng)。這兩種自然通風(fēng)的方式在漢諾威博覽會(huì)26號(hào)館中有很精準(zhǔn)的體現(xiàn)。在漢諾威26號(hào)展廳項(xiàng)目中，新鮮的冷空氣從距離地面4.7 m高度吹進(jìn)，冷空氣緩慢下降后逐漸升溫上浮，由吹過屋頂?shù)娘L(fēng)帶走，此時(shí)屋頂形成負(fù)壓，進(jìn)一步促進(jìn)通風(fēng)，如圖1所示。

除了這個(gè)例子，形成熱壓通風(fēng)的方式還有改變室內(nèi)外的溫差。對(duì)此我們可以采取的措施有在進(jìn)風(fēng)口做遮陽(yáng)裝置、噴淋裝置、立面綠化等，此處進(jìn)風(fēng)口處有一個(gè)人工湖也會(huì)促使室內(nèi)外溫差的形成。

當(dāng)然室內(nèi)自然通風(fēng)的形成與室外的風(fēng)環(huán)境也有很大的關(guān)系，包括建筑系館的進(jìn)風(fēng)口朝向與風(fēng)向形成45°的夾角，使得室內(nèi)獲得人體感覺最舒適的風(fēng)速。

這些措施不僅影響建筑系館室內(nèi)的空間設(shè)計(jì)，它們對(duì)建筑系館的立面設(shè)計(jì)以及場(chǎng)地設(shè)計(jì)都具有非常重要的參考意義。

3.3.2 遮陽(yáng)

建筑物的遮陽(yáng)對(duì)于有遮陽(yáng)需求地區(qū)的建筑來說是極為重要的。對(duì)于建筑系館的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)可以根據(jù)四面不同的日照情況設(shè)置不同的遮陽(yáng)裝置。就夏熱冬冷地區(qū)而言，其中建筑的西面是造成室內(nèi)過熱最嚴(yán)重的朝向，可以采用全遮陽(yáng)的方式，如固定式綜合遮陽(yáng)板，但是該朝向的太陽(yáng)光又是最充足的，可以在建筑設(shè)計(jì)中加以利用，如采用可以追光的太陽(yáng)能板，既可以起到遮陽(yáng)的作用，同時(shí)又獲得了太陽(yáng)能用于建筑自身的能耗。在建筑的東向和北向太陽(yáng)光照時(shí)間較短，光線強(qiáng)度較低，可以采用半遮陽(yáng)的形式，如穿孔鋁板、木質(zhì)格柵等材料。而在南向，是建筑需要爭(zhēng)取的最大光照面，一方面需要滿足室內(nèi)的采光需要，另一方面需要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的除濕需求。

除了可以立面遮陽(yáng)，系館設(shè)計(jì)中可以采用屋頂綠化，形成類似“海綿城市”的雨水鏈。屋頂綠化不僅可以進(jìn)行遮陽(yáng)，給屋頂降溫，同時(shí)可以作為雨水的收集裝置，成為雨水收集的一部分，在下文詳細(xì)描述。

3.3.3 水資源回收利用

建筑系館作為一個(gè)教學(xué)建筑，適用人群大部分為老師和學(xué)生，而建筑專業(yè)的特殊性又使得系館的使用時(shí)間較普通教學(xué)樓時(shí)間長(zhǎng)(甚至是全天候的使用)，所以水資源的回收利用就顯得尤為重要。

在建筑系館的設(shè)計(jì)中，從采用屋頂綠化—雨水收集—落水管—植草溝—池塘等一系列的雨水收集方式(主要是室外場(chǎng)地的規(guī)劃設(shè)計(jì))，使得建筑能夠?qū)⒁徊糠钟晁Ａ粼趫?chǎng)地內(nèi)，又可以經(jīng)過中水處理后用于建筑內(nèi)部衛(wèi)生間等的使用。

3.3.4 采光

建筑的自然采光是教學(xué)類建筑設(shè)計(jì)中最為重要的一項(xiàng)，建筑系館在普通教學(xué)樓對(duì)采光需求的基礎(chǔ)上，又具有其特殊性。如一些展覽空間對(duì)太陽(yáng)漫射光的需求較高，而專業(yè)上課教室就需要大量的太陽(yáng)直射光，而一些實(shí)驗(yàn)室對(duì)光照的要求又有所不同。為滿足不同的采光需求，就要在立面設(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮內(nèi)部的功能，如為了-1層增加光照，可以采取下沉庭院的形式；在不易接受光照的部位可以采用凸面鏡對(duì)光照進(jìn)行反射利用等。

3.4 主動(dòng)式節(jié)能措施

主動(dòng)式節(jié)能措施也是建筑實(shí)現(xiàn)綠色化中不可或缺的一方面，所以在建筑系館的設(shè)計(jì)中也應(yīng)該盡可能的采用一些合理的主動(dòng)式節(jié)能措施。

3.4.1 太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

太陽(yáng)能作為一種基本零污染的清潔能源，從開發(fā)以來就被廣泛使用[8]。而近年來關(guān)于該能源的質(zhì)疑聲漸起——太陽(yáng)能板在生產(chǎn)過程中會(huì)釋放大量的污染物，遠(yuǎn)大于太陽(yáng)能利用過程中對(duì)環(huán)境的保護(hù)。就此觀點(diǎn)而言，作者認(rèn)為雖然在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生污染，但這并不是太陽(yáng)能這種能源本身的問題，而是生產(chǎn)工藝或生產(chǎn)技術(shù)的問題，我們要做的是改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)而不是拒絕能源利用。故此，在建筑系館的設(shè)計(jì)中采用太陽(yáng)能板依舊值得提倡，通過收集太陽(yáng)能用于建筑內(nèi)部的能耗。太陽(yáng)能板主要有集熱器和光伏電板兩種，可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能和電能兩種形式用于建筑內(nèi)部的能耗以及中水處理時(shí)所消耗的能量。太陽(yáng)能板的安裝位置需要設(shè)計(jì)師去設(shè)計(jì)，可以如前文中提到的安裝在立面上兩用，也可安裝在屋頂上以獲取最大的光照，這就涉及到建筑的立面設(shè)計(jì)和屋頂設(shè)計(jì)。

3.4.2 其他能源利用系統(tǒng)

對(duì)于不同的地區(qū)，其本地具有的可以利用的能源會(huì)有所不同，如炎熱地區(qū)可以利用太陽(yáng)能，高原地區(qū)可以利用風(fēng)能，地?zé)豳Y源較豐富的地區(qū)可以利用地?zé)崮艿?。在建筑設(shè)計(jì)中安裝不同的裝置，選擇最合適的能源加以利用，這是建筑系館得以起到示范作用的一個(gè)重要方面。

4 結(jié)論與思考

建筑系館的設(shè)計(jì)中采用綠色技術(shù)是不可避免的趨勢(shì)，通過對(duì)被動(dòng)式和主動(dòng)式的綠色技術(shù)措施的總結(jié)以及相關(guān)案例的研究，梳理了綠色建筑系館的設(shè)計(jì)以及可以采用的綠色技術(shù)，為綠色建筑系館的設(shè)計(jì)適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展和建筑學(xué)教育模式提供了啟示。