基于軟件模擬的校園公寓綠色化改造設(shè)計(jì)研究
——以全國(guó)綠建設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)方案為例

孫豪 吳丹 雷婧資

西南科技大學(xué)/木工程與建筑學(xué)院 四川 綿陽(yáng) 621010

引言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)高等教育快速發(fā)展，高校的招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，配套公寓設(shè)施的需求也在快速增長(zhǎng)。而許多高校早期規(guī)劃未充分考慮到長(zhǎng)期發(fā)展的需要，導(dǎo)致校園內(nèi)配套設(shè)施與日益增長(zhǎng)的需求產(chǎn)生激烈矛盾。目前，大多高校選擇新建校區(qū)的方式來(lái)解決，但會(huì)面臨建設(shè)周期長(zhǎng)、投入資金大等諸多問(wèn)題。相較而言，對(duì)校園內(nèi)已有的老舊、廢棄宿舍進(jìn)行改造成為一個(gè)短期內(nèi)解決問(wèn)題的可行辦法。宿舍是集公共與私密為一體的空間，具有其特殊性[1]，也是校園建筑的重要組成部分。當(dāng)前的老舊宿舍在結(jié)構(gòu)安全、消防安全、節(jié)能措施、室內(nèi)舒適度等方面不能夠滿(mǎn)足大學(xué)生對(duì)居住品質(zhì)的要求，也不符合建筑綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)[2]。若粗暴地對(duì)其進(jìn)行拆除重建，既是對(duì)校園歷史文化的破壞，也會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上不必要的浪費(fèi)。對(duì)其進(jìn)行符合當(dāng)下居住要求和建筑綠色化節(jié)能改造是更為合理、有效的處理方式。

1 建筑綠色可持續(xù)發(fā)展理念

我國(guó)高速城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，同時(shí)也面臨著嚴(yán)峻的資源和環(huán)境挑戰(zhàn)，而發(fā)展綠色可持續(xù)建筑正是解決這些資源和環(huán)境問(wèn)題的重要戰(zhàn)略[3]。自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)大力推動(dòng)綠色建筑的發(fā)展，陸續(xù)編制和發(fā)布了綠色建筑相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系[4]。自2005年，我國(guó)頒布了第一部有關(guān)于綠色建筑的相關(guān)規(guī)范—《綠色建筑技術(shù)導(dǎo)則》[5]。經(jīng)過(guò)我國(guó)學(xué)者十多年的研究探索，在綠色建筑各個(gè)領(lǐng)域做出大量理論研究和實(shí)踐作品，取得了較大進(jìn)展。

綠色可持續(xù)發(fā)展的校園設(shè)計(jì)理念也在不斷發(fā)展，其中不僅包含對(duì)校園新建建筑的合理設(shè)計(jì)，也要將校園老舊建筑進(jìn)行綠色化的節(jié)能改造。綠色建筑由最初的從設(shè)計(jì)方面出發(fā)到現(xiàn)在從設(shè)計(jì)到交付使用全程把控，并基于數(shù)據(jù)可視化的軟件模擬實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)量化與控制，真正實(shí)現(xiàn)建筑綠色化、人性化和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

2 現(xiàn)狀研究

本次項(xiàng)目改造對(duì)象為地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)的綿陽(yáng)市高校公寓，該公寓總用地面積為1927m2，總建筑面積為3327m2，建筑密度32%，共五層。在采光保溫隔聲等方面，現(xiàn)有條件均不能滿(mǎn)足居住要求?，F(xiàn)因該建筑戶(hù)型單一、功能缺失、老舊惡劣居住環(huán)境、無(wú)獨(dú)立衛(wèi)浴、幾乎零綠化、無(wú)公共活動(dòng)、采光通風(fēng)差等問(wèn)題，已荒置。在了解既有建筑的區(qū)位性、氣候特征并進(jìn)行實(shí)地考察后，我們發(fā)現(xiàn)其存在以下問(wèn)題。

2.1 交通問(wèn)題

三條內(nèi)廊空間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致內(nèi)部核心交通空間采光通風(fēng)不足，對(duì)居住者的生理及心理上造成不適感。由于活動(dòng)空間缺失，走廊中堆積大量雜物，易造成消防隱患。且樓梯間數(shù)量設(shè)置不足。

2.2 總平場(chǎng)地設(shè)計(jì)不合理

基地中大片土地被荒置，未做具體規(guī)劃。且公共活動(dòng)場(chǎng)地?zé)o直接出入口，交通不便。

2.3 居住功能問(wèn)題

公寓內(nèi)部空間狹小，戶(hù)型單一，功能缺失。戶(hù)型未設(shè)置廚房，因此住戶(hù)自行改造陽(yáng)臺(tái)，易造成安全隱患。基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)法滿(mǎn)足居民的使用要求，公寓內(nèi)僅設(shè)置公共衛(wèi)生間浴室，對(duì)居民生活造成不便。低樓層戶(hù)型無(wú)封閉陽(yáng)臺(tái)，隱私性差。

2.4 建筑人居環(huán)境問(wèn)題

基于綠建斯維爾仿真模擬分析，建筑室內(nèi)外采光、通風(fēng)、隔聲等條件均不滿(mǎn)足要求。

3 改造措施

舊教師公寓建于1965年，沒(méi)有考慮較多節(jié)能措施，隨著時(shí)代發(fā)展，已經(jīng)越來(lái)越不符合綠建設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及居民的舒適度要求，現(xiàn)基以《既有建筑綠色改造評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51141-2015[6]中的要求為標(biāo)準(zhǔn)，從熱工、聲、光、風(fēng)四個(gè)方面進(jìn)行綠建改造技術(shù)。

3.1 熱工

3.1.1 外墻：為了維持建筑室內(nèi)的熱穩(wěn)定性，提供舒適居住環(huán)境，改善墻體外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能至關(guān)重要。本項(xiàng)目中，在建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)構(gòu)件上附加保溫層，使建筑不容易在溫度應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，不占據(jù)室內(nèi)空間，同時(shí)應(yīng)注意熱橋部位處理，此處保溫層采用25厚EPS保溫。

3.1.2 屋頂：設(shè)置坡屋頂，通過(guò)提高屋頂隔熱減少外界熱輻射影響，原屋面采用擠塑形聚苯板進(jìn)行倒鋪式屋面構(gòu)造，使防水層受保溫層保護(hù)，保持耐久性，在現(xiàn)坡屋面結(jié)構(gòu)層和防水層之間設(shè)外保溫結(jié)構(gòu)，由于坡屋頂坡度較大，需要對(duì)保溫層采取固定措施。坡屋頂與原屋面形成屋頂公共空間。

3.1.3 門(mén)窗：提高建筑外門(mén)窗材料的熱阻，用中空玻璃代替單層玻璃，在門(mén)窗框料中加入熱阻大的材料作為斷熱裝置，增強(qiáng)門(mén)窗密封性能，減少空氣流通。

3.2 建筑聲環(huán)境

通過(guò)前期調(diào)研，了解到居民反映該建筑隔音條件差的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)隔墻、門(mén)扇、樓板進(jìn)行改造解決：①隔墻：在隔墻雙側(cè)板材中留空氣間層，填入巖棉做吸聲材料；②門(mén)扇：在門(mén)開(kāi)啟縫兩側(cè)加入橡膠條，減少門(mén)扇開(kāi)關(guān)噪聲；③樓板：在樓板面層鋪設(shè)橡膠墊，用礦棉吸聲板做吊頂。

3.2 建筑光環(huán)境

在廊道交匯處設(shè)天井，在原建筑內(nèi)部光照條件最差區(qū)域引入自然光，同時(shí)改善原有戶(hù)型平面，縮短內(nèi)廊長(zhǎng)度，擴(kuò)大廊道窗戶(hù)面積，增加采光量。在西側(cè)立面采用可自動(dòng)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)板，通過(guò)調(diào)節(jié)遮陽(yáng)板角度與伸出長(zhǎng)度避免太陽(yáng)光直射。

3.4 建筑風(fēng)環(huán)境

①通高空間開(kāi)大窗，開(kāi)向夏季迎風(fēng)面，作為捕風(fēng)口引入氣流；②采取底層架空及設(shè)置捕風(fēng)口的形式消除旋渦區(qū)，將自然風(fēng)引向室內(nèi)和后庭院無(wú)風(fēng)區(qū)，造成良好場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境；③一層架空大空間與二層以上中庭小空間結(jié)合形成煙囪效應(yīng)，利用風(fēng)壓與熱壓效應(yīng)共同引入自然風(fēng)，改善室內(nèi)風(fēng)環(huán)境；④門(mén)、窗位置貫通，減少氣流流通的阻力；⑤窗外設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板改善室內(nèi)通風(fēng)（圖1）。

圖1 風(fēng)環(huán)境改造示意圖

3.5 空間設(shè)計(jì)層面改造

①針對(duì)場(chǎng)地荒廢用地問(wèn)題，重新合理規(guī)劃場(chǎng)地環(huán)境；②建筑一層架空，連通建筑后側(cè)廢棄庭院，既擴(kuò)大了原有活動(dòng)場(chǎng)地，也將自然風(fēng)引向后庭院，改善了原有室外風(fēng)環(huán)境；③在廊道交匯處設(shè)中庭與旋轉(zhuǎn)樓梯，緩解原有一個(gè)樓梯的疏散壓力，同時(shí)豐富住戶(hù)空間體驗(yàn)，增進(jìn)住戶(hù)交流；④建筑北向盡頭設(shè)錯(cuò)層通高空間，作為不同屬性交流學(xué)習(xí)空間。

3.6 經(jīng)改造后軟件仿真模擬

建筑經(jīng)改造后利用綠建斯維爾軟件進(jìn)行仿真模擬分析生成可視化圖譜[7]。由圖譜可知，經(jīng)改造后室外無(wú)風(fēng)區(qū)和旋渦區(qū)消除，并且室內(nèi)風(fēng)環(huán)境也得到大為改善（圖2）；建筑內(nèi)部引入了更多的自然光，室內(nèi)光環(huán)境顯著提高，并且建筑視野率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；建筑場(chǎng)地內(nèi)的平均熱島強(qiáng)度下降至0.39℃，住區(qū)熱環(huán)境改造十分有效；最終，經(jīng)建筑節(jié)能仿真模擬分析，各項(xiàng)均滿(mǎn)足綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范。

圖2 夏季（上）、冬季（下）室內(nèi)壓強(qiáng)云圖

4 結(jié)束語(yǔ)

學(xué)生，作為社會(huì)中一個(gè)特殊的群體，他們擁有自己心理和生理上的活動(dòng)規(guī)律[8]。而校園老舊公寓作為其居住空間，不僅僅需滿(mǎn)足學(xué)生的基本生活需求，更要立足于人性化設(shè)計(jì)的角度提高居住品質(zhì)。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)重心從增量向品質(zhì)的轉(zhuǎn)變，真正滿(mǎn)足于當(dāng)下時(shí)代的需求。并且，在環(huán)境挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻的今天，可持續(xù)發(fā)展的建筑設(shè)計(jì)理念已深入人心。我們既要注重高校歷史文化在建筑上的延續(xù)和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有資源的最優(yōu)化配置，也要減少建筑能耗。而現(xiàn)有建筑的綠色改造，是實(shí)現(xiàn)建筑可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要途徑[9]。