基于“文綠一體”理念的西部典型地域特征綠色建筑設計方法與實踐研究＊

景泉 賈濛 周曄

近30年來，伴隨著我國城鎮(zhèn)化建設的快速發(fā)展，綠色建筑理論和實踐逐漸向體系化邁進，建立了中國綠色建筑標準體系，開展了大量工程實踐與技術推廣。但同時，大量綠色建筑設計往往過于依賴設備技術，忽視地域自然環(huán)境，對氣候、地域及使用人群生活方式的關注較少，缺少對傳統(tǒng)地域營造系統(tǒng)的深度研究。地域文化傳承和綠色技術應用之間的協(xié)同性不足、關聯(lián)性不強，傳統(tǒng)地域建筑文化的多樣性活力未能充分體現(xiàn)。在此背景下，2017年由多家院校、設計院參與的科技部“十三五”重點研發(fā)計劃“基于多元文化的西部地域綠色建筑模式與技術體系”啟動。中國西部地域廣袤，地理環(huán)境瑰麗多姿，千百年來各族人民在生產生活中形成了具有高度地域適應性的建造技術。本研究力求在“地域文化”與“綠色技術”之間建立關聯(lián)，提煉理論與方法，形成設計模式與技術體系，并將地域綠色建筑理論、方法與模式在實踐中落實應用，為研究提供了有力的數據支撐（圖1）。

1 鄉(xiāng)土民居的傳統(tǒng)生態(tài)營建方法及轉譯

1.1 廣西西江流域鄉(xiāng)土民居及聚落對氣候因子回應分析

西部地區(qū)幅員遼闊，氣候特征各異，地形地貌的獨特性以及生產、生活方式的差異性，導致各地對應的建筑形制本身如出一轍，但又異彩紛呈。西部地區(qū)勞動人民因地制宜、趨利避害的生存智慧，創(chuàng)造和發(fā)展了多種具有強適應性和突出特點的地方營造技術和建筑文化，其積累的豐富技術經驗，是當今綠色建筑設計的寶貴財富。

研究首先明確宏觀區(qū)域內影響鄉(xiāng)土聚落的主導環(huán)境因子，并制定相應的聚落類型區(qū)劃；其次，將研究對象即代表性鄉(xiāng)土聚落分為觀察組和對照組。通過比較各個觀察組和對照組對不同強度、相同氣候主導因子的回應辦法，歸納總結各個氣候主導因子影響區(qū)域內的代表性鄉(xiāng)土聚落在選址布局、功能空間、構造材料等方面如何有效、明確地進行回應，提煉出生態(tài)理念、策略、措施，并通過分析人們在營造、使用、維護過程中產生的特有風俗、禁忌、觀念等，總結生態(tài)文化。2017—2019年期間，課題組以田野調查的方式對廣西村落進行了大規(guī)模調研，完成了對廣西、貴州、云南、四川、重慶市、新疆、陜西、甘肅、寧夏、青海等地的調研工作，梳理了129個代表聚落在民居、歷史、環(huán)境、形制等方面的特征及宏觀分布與日照、風力、降水三個氣候因子的關系。具體如回應風力方面，聚落在選址上通過山體（山地）和防風林（平地）控風引風；布局上，聚落為梳式結構，長邊通風、短邊防風，縱向墻面通透、開窗較大，具有通風特征。

1.2 基于性能模擬和數據分析的傳統(tǒng)民居設計轉譯

在此基礎上，重點研究了適宜該地區(qū)氣候的居住建筑遮陽設計模式。研究以能耗值為導向對生成的樣本進行性能分析，并以此為基礎數據，找到參變量、因變量之間的復雜關系，通過性能模擬和數據分析總結出符合該地區(qū)氣候特征的遮陽形體模式。在西江流域，居住建筑主要功能房間的南立面可采用水平遮陽或U形遮陽。采用水平遮陽時，與窗戶同寬即可，挑出距離是遮陽到窗臺距離的1.20～1.30倍左右，宜應用于外廊，如果是挑檐，挑出距離是遮陽到窗臺距離的0.64倍以上；如采用U形遮陽，垂直構件長度宜與遮陽到窗臺高度等同，出挑長度與遮陽到窗臺高度比值在0.55以上為佳。

1 研究技術路線

廣西地區(qū)夏季炎熱，合理的建筑布局能夠有效引導自然風在建筑體塊之間的流動，以強化室內自然通風，提升夏季、過渡季室內舒適度，降低空調能耗。研究采用風環(huán)境模擬軟件計算了園林藝術館在春、夏、秋季的室外風場，可以看出各展廳之間的風速較高，說明園林藝術館的總體布局能夠有效利用夏季和過渡季的盛行風，增強展廳之間的空氣流動（圖2-4）。以夏季為例，從圖5所示的建筑表面風壓分布可以看出，主導風在建筑的迎風面和背風面形成了風壓差，能夠起到強化夏季室內自然通風的作用。

除此之外，研究通過探索蟻群算法，對廣西壯族自治區(qū)的古村落路網結構進行模擬，找出路網形成的深層次算法和參數選擇，并用同樣的程序模擬南寧園博園的路網，得出“園博園路網結構在算法層次上融入了地域文化與村落肌理”的結論。

2 “在地生長”設計方法及應用

2.1 “在地生長”的設計思想

“在地生長”包含了在地性（Localization）和過程性（Process）兩層含義。在地性的旨趣，不僅僅局限于對“全球化”的再思考與“民族性”的重塑上，更多是關于地方特性的思考，是在現(xiàn)代化和全球化視野下對“地方性”的反求諸己。在遷流演變的歷史長河中，各地域、民族在一代代人與環(huán)境的不斷互動中逐漸形成了獨特的地方建筑。建筑師應對地方建筑所包含的知識內涵和文化傳統(tǒng)予以重新思考、挖掘和利用，也包含對地方自然、文化和經濟等多維度的理解。

過程性是指對于復雜建筑而言，設計并不是尋求確切方案，因為設計本身是一個連續(xù)發(fā)展的過程，一個清晰、嚴謹、自覺的理性主義創(chuàng)作過程。從建筑設計開始前的場地記憶，建設過程中業(yè)主、建筑師、施工方對新建筑空間所賦予的內涵，到建設完成后真實使用者對空間的利用，建筑空間意義一直在變化發(fā)展，正如建筑空間所處的世界本身就在不斷運動發(fā)展。

“在地生長”設計理論以“在地”和“過程”的視角，從“場”——西部地區(qū)的自然地理環(huán)境和人文社會環(huán)境、經濟技術條件出發(fā)，考察和研究西部地區(qū)民居營造傳統(tǒng)——“原”，從原理、原空間、原材料等多方面解析傳統(tǒng)營造之經驗智慧，總結民居生態(tài)營造策略，結合現(xiàn)代綠色建筑科技，對傳統(tǒng)營造策略進行原型提煉和現(xiàn)代轉譯，進而提出適應西部地區(qū)當代綠色營建的設計理念和方法。在這些理念和方法下開展建筑創(chuàng)作，最終實現(xiàn)“境”——綠色生態(tài)、環(huán)保經濟、自然天成的西部山水建筑境域氛圍的打造。

2.2 “在地生長”的設計實踐

研究通過示范工程等綠色建筑項目的建設和圍繞示范工程建成項目的技術測評，實現(xiàn)對設計理論的實踐和完善。在“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題執(zhí)行期內，課題組在我國西部地區(qū)完成了第十二屆中國（南寧）國際園林博覽會園林藝術館、西寧市市民中心兩項示范工程，并陸續(xù)完成了一批局部技術應用示范群。這些設計實踐基于西南多民族聚居區(qū)、青藏高原區(qū)氣候特點，回應并關注布局、遮陽、降水、通風、材料等自然、人文、技術的傳統(tǒng)營建智慧，將其轉譯為適宜性的現(xiàn)代技術。

2.2.1 西南多民族聚居區(qū)

西南多民族聚居區(qū)具有氣候濕潤溫和、地形地貌復雜、自然生態(tài)脆弱、民族文化資源多元、傳統(tǒng)技術豐富等特征。通過對西南多民族聚居區(qū)漢族、苗族、侗族、壯族等多民族傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑的研究，提煉適合示范工程利用的傳統(tǒng)建筑生態(tài)理念、策略和措施，探討科學化和技術化的現(xiàn)代應用。

（1）第十二屆中國（南寧）國際園林博覽會園林藝術館

2 園林藝術館展廳布局

項目位于廣西壯族自治區(qū)南寧市邕寧區(qū)，占地50 100m，建筑面積25 570m，作為國際園博會的主展館，主要功能為園林藝術與主題展覽。

3 園林藝術館夏秋兩季室外風速分布云圖

4 園林藝術館夏秋兩季室外風速分布矢量圖

5 園林藝術館夏季表面風壓

生態(tài)營建策略：1）隔熱方面，利用場地地形，將首層嵌入山體形成半覆土建筑，提升隔熱性能；2）通風方面，順應地形的下沉式聚落布局創(chuàng)造出自由開放的空間組織，同時更宜于形成半室外的良好通風街巷（圖6），并利用建筑內部空氣的熱壓差形成煙囪效應，頂部設置可開啟窗扇，進一步增強室內通風效果；3）遮陽方面，串聯(lián)展廳的聯(lián)系空間、公共休息空間被設置在“天幕”大屋頂下的灰空間中，成為無需空調的室外大廳，從而將大空間的能耗降到最低（圖7）。天幕屋頂上部設有528塊光伏發(fā)電組件（22個菱形單元），總裝機容量71.28kWp。南立面水平遮陽出挑長度與距離窗臺的尺寸比值約1：1時最佳，最好增加垂直遮陽構件，本遮陽系統(tǒng)懸挑長度與模擬計算結果大致相符。運用Ecotect模擬分析，采用曲面屋蓋后，夏季平均太陽輻射為2.87kW·h/m，相較無屋蓋情況下平均太陽輻射得熱量3.95kW·h/m，降低了27%，絕對值降低了1.08kW·h/m，遮陽效果明顯；4）材料方面，選用鋼結構體系，有效提升材料利用效率及可循環(huán)利用比例，就地取材也降低了建材生產運輸中的碳排放。

（2）東盟館

項目位于南寧園博園東盟園，跨越東盟灣，東對次入口和商業(yè)街區(qū)，西南毗鄰東盟展園，建筑面積7 400m。展會期間，東盟館展示東盟十國特色的園林園藝及非物質文化遺產、工藝品等。展會后，整個東盟園免費開放，并定位為冷餐、工藝品售賣等。

生態(tài)營建策略：1）布局因地制宜，保留現(xiàn)狀山坡地形，受廣西地區(qū)特有的“風雨橋”啟發(fā)，以一座環(huán)形的廊橋架于東西兩山坡之間，跨越東盟灣，建筑和水的關系也起到了降溫低碳節(jié)能的效果，同時以多個結構輕巧、低能耗小建筑塑造單元體的形式；2）架空通風，有效增加了通風效果；3）依據太陽高度角仔細推敲遮陽百葉，遮陽防雨的同時兼顧采光通風，營造良好的半室外環(huán)境（圖8）；4）建筑材料以鋼結構及金屬格柵系統(tǒng)為主，可循環(huán)利用。

（3）清泉閣

作為南寧園博園內主要的觀景建筑及核心景觀軸線的制高點，清泉閣與清泉湖相鄰，與賽歌臺遙相呼應，構建了延續(xù)古人登高望遠生活習俗的體驗性場所，建筑面積1 500m。

生態(tài)營建策略主要體現(xiàn)在通風及遮陽方面，設計原型來源于廣西獨特的鼓樓，閣身外圍為鋼結構支撐、全開放的層層金屬密檐，形成一個具有張力、高聳的密檐閣，無需空調等溫度調節(jié)設備依然提供了較為舒適的環(huán)境，實現(xiàn)了被動式遮陽和通風效果（圖9）。

（4）賽歌臺

項目為南寧園博園內一處開放式的表演中心，依水而建，以山水為舞臺背景，滿足園博會開幕的實景演出、民間賽歌表演、傳統(tǒng)節(jié)日演出和綜合服務等功能，建筑面積2 500m。

生態(tài)營建策略：1）布局上，設計打破傳統(tǒng)歌劇院封閉場館的概念，以完全開放的形式置入山水環(huán)境，好似榕樹下歌唱般，打造融入自然的開放空間，極大減少了空調等設備的使用（圖10）；2）材料上，依托西南民族地區(qū)傳統(tǒng)建筑“構造”方式，采用樹杈形鋼結構支撐體系，降低結構跨度，減少了結構材料對環(huán)境的破壞，看臺下部建筑及地面緩坡景觀采用當地本土的石材砌筑，最大限度實現(xiàn)了人與自然和諧共生。

6 園林藝術館聚落式布局

7 園林藝術館立體屋蓋

8 東盟館防雨百葉圍合展廳

9 清泉閣密檐和多層次的觀光平臺

10 賽歌臺形態(tài)演化過程

（5）南川游客集散中心

項目位于重慶市南川區(qū)大觀鎮(zhèn)，距離市區(qū)約75km，距離南川區(qū)約25km，緊鄰渝湘高速大觀出口，周邊自然生態(tài)環(huán)境優(yōu)越。

生態(tài)營建策略：1）布局上，設計充分利用原有山地地形，節(jié)地節(jié)材，使建筑與自然完美融合（圖11）；2）遮陽設計方面，為避免陽光直射造成內部集熱，在圓環(huán)外圍設置大進深屋面挑檐（4.3m、1.3m）及進深3～5m的外廊區(qū)，使室內空間始終處于陰影區(qū)，減少太陽輻射，并在外圍設置閉合的斜向格柵遮陽板，通過擇優(yōu)計算使格柵的旋轉角度達到夏季輻射得熱最小化與冬季輻射得熱最大化（圖12）；3）通風方面，內部功能島式布局，空間連續(xù)開敞，內部風阻較小，能夠促進自然對流；4）材料方面，采用當地材料，并以光伏材質設置一道玻璃通廊，不僅為建筑本身提供清潔能源，還增強了空間的互動性和趣味性，做到了“產業(yè)生態(tài)化，生態(tài)產業(yè)化”。

2.2.2 青藏高原區(qū)

青藏高原區(qū)具有嚴寒氣候、高原地形、交通不便等特征，設計充分研究區(qū)域內傳統(tǒng)建筑文化中的生態(tài)理念，并選擇性地引入和應用現(xiàn)代生態(tài)、綠色技術措施，形成同地區(qū)的示范工程。

西寧市市民中心位于西寧市南川新區(qū)，項目占地面積53 000m，建筑規(guī)模13萬m，功能涵蓋行政審批、市民服務、體育健身、文化展示、數據中心等。生態(tài)營建策略：1）布局方面，建筑繼承了青海傳統(tǒng)“莊廓”聚落空間組織特點，大尺度屋面整合主體功能，起伏的輪廓與環(huán)繞城市的山脈遙相呼應，小莊廓容納中小尺度“伺服”空間，與街區(qū)界面尺度相協(xié)調；2）采光方面，結合莊廓造型獲得較小的體形系數，體育文化館體形系數0.14，行政審批樓體形系數0.12，局部嵌入小型院落調節(jié)自然采光；3）通風方面，合理設置開窗，并通過中庭通風有效減少新風系統(tǒng)的使用，公共空間采用地面輻射供暖方式確保熱舒適性；4）降水方面，結合屋頂的自然曲面設置雨水溝，實現(xiàn)有效排水，利用地形高差設置排水溝、雨水調蓄池，提高水資源的收集與再利用（圖13）。

依托“在地生長”理論，本研究從自然、文化和經濟三個維度，考察建筑項目的場地特征和地域環(huán)境要素，以及包括當地民居在內的地域性傳統(tǒng)營造，探討為應對當地自然、文化和經濟因素而形成的適應性營造原理、獨特空間組織構成和地方性原材料使用等，結合現(xiàn)代建筑科技，將傳統(tǒng)營造策略通過原型提煉和現(xiàn)代轉譯，轉化為適應西部地區(qū)的當代綠色建筑營造理念和設計手法?！霸诘厣L”理論指導設計師運用這些融合傳統(tǒng)與現(xiàn)代的營造理念和設計手法，通過具體項目實踐打造出“文綠一體”的西部地區(qū)綠色建筑和自然天成的西部山水建筑意境。

11 南川游客集散中心利用山地地形布局

12 南川游客集散中心室內空間島式布局

13 西寧市市民中心回應氣候示意

3 建成運行效果評估及檢測

在運行效果檢測方面，從建筑本土化、經濟適用性、自然地理氣候適用性方面對示范工程進行綠色性能后評估測試與綜合評價，對示范成果開展實證性檢驗。園林藝術館于2018年11月建成并投入使用至今，通過專業(yè)機構跟蹤實測運行效果，其非供暖能耗比《民用建筑能耗標準》同氣候區(qū)B類商業(yè)辦公建筑能耗的約束值降低46.1%，比引導值降低28.1%，可再循環(huán)材料使用率為15.35%。除此之外，針對綠色建筑設計要點進行實測，對于項目中覆土被動式技術，選取一、二層上下相同位置、相同面積、相同墻體（石籠墻）的展廳進行對比測量。由圖14可知，在測試時間內一層覆土展廳的室內溫度比二層無覆土展廳室內溫度低1℃左右，且溫差在各個時間點上基本一致，證明了在夏季覆土對房間的隔熱作用，有效降低空調系統(tǒng)能耗。同時，傳統(tǒng)聚落布局有效地形成了風廊道，使得二層內街的通風效果明顯，相對較窄的通風廊道風速更高，體感相對舒適。建筑內部的煙囪效應明顯，覆土空間室內通風效果顯著，大大改善了室內通風環(huán)境。

在墻體隔熱性能測試中，南寧園博園園林藝術館充分利用傳統(tǒng)材料的良好隔熱性能，如圖15所示，在四種被測墻體中石籠墻隔熱性能最優(yōu)。在測試期間，基于傳統(tǒng)材料墻體的展廳室內溫度比水泥墻體的空間室內溫度低。各展廳的室內平均溫度在32℃以下，相對于室外最高可達45℃的高溫，傳統(tǒng)被動式墻體具有優(yōu)良的隔熱效果。

西寧市市民中心檢測能耗包括供暖能耗（熱源能耗和熱源的水泵輸配電耗）、空調系統(tǒng)能耗、通風系統(tǒng)能耗、室內照明系統(tǒng)能耗、生活熱水能耗、電梯系統(tǒng)能耗、辦公設備能耗以及建筑內供暖系統(tǒng)的熱水循環(huán)泵電耗、供暖用的風機電耗等。通過測試得出，該建筑室內中庭良好的通風、遮陽條件形成緩沖空間，使得溫度波動較為平緩，受室外溫度變化影響小，同時通風庭院有利于改善過渡季節(jié)的室內環(huán)境舒適度。除此之外，行政審批樓與體育文化館臨近天窗的區(qū)域內，自然采光照度均優(yōu)于國家標準規(guī)范限值。良好的自然采光設計、合理的遮陽措施，使室內在運營時間段內自然采光即可滿足要求，不需要額外人工照明。西寧市市民中心于2019年11月建成并投入使用至今，通過專業(yè)機構跟蹤實測運行效果，其供暖能耗比《民用建筑能耗標準》的約束值降低13.6%，非供暖能耗比《民用建筑能耗標準》同氣候區(qū)B類商業(yè)辦公建筑能耗的約束值降低38.7%，可再循環(huán)材料使用率比例為17%。

通過收集調查問卷與相關網站的使用評價以及媒體對該項目報道宣傳的反饋，園林藝術館被譽為“空間靈活、內外有序、溫度適宜、具有南寧特色”的綠色公共示范建筑。就西寧市市民中心，業(yè)主及市民對本土建筑文化的傳承創(chuàng)新、公共開放的空間場所反響強烈，示范效果顯著（圖16）。

4 結語

隨著我國“雙碳”目標的確立，綠色節(jié)能建筑設計成為推動我國綠色低碳發(fā)展的重要組成部分。綠色建筑設計以往就建筑談建筑，忽視對氣候特征、地域特征、居住文化的考量。本研究從基于“文綠一體”的“在地生長”設計理念出發(fā)，引導建筑師回溯傳統(tǒng)居住文化，學習特定氣候下鄉(xiāng)土聚落的生態(tài)策略，具有典型地域文化特征的綠色建筑傳統(tǒng)營造經驗，以及建構文化生態(tài)整合的綠色建筑體系。同時，重點探究傳統(tǒng)建筑生態(tài)策略的現(xiàn)代化轉譯與現(xiàn)代綠色建筑技術地域化轉譯問題，并通過調研、技術措施、性能模擬形成設計工具，最終構建“設計理論—設計策略—工程示范—效果后評估”的整體設計流程。

14 覆土與非覆土空間熱成像溫度分布

15 不同墻體內外壁溫差

16 園林藝術館和西寧市民中心點評數據詞頻分析

感謝清華大學莊惟敏院士及其他課題參與老師對本研究的悉心指導，以及課題組成員景泉、王力軍、崔海東、李靜威、賈濛、陸詩亮、林源、喻夢哲、李翔宇、李寧、李紫微、張鵬、徐寧、谷夢、呂文杰、徐慧敏、黨儒天、李磊、徐松月、周曄、杜書明、劉赫的參與。

＊ 本研究得到國家重點研發(fā)計劃“基于多元文化的西部地域綠色建筑模式與技術體系”（2017YFC0702400）之課題“西部典型地域特征綠色建筑工程示范與設計工具”（2017YFC0702405）資助。

1,6,7作者自繪

10-13,16作者自繪

2-5李紫薇、李翔宇、李寧繪制

8,9張廣源攝影

14,15張鵬、徐寧繪制