生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計的滲透

汪科進(jìn) (華東建筑設(shè)計研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230000)

生態(tài)建筑從早期的局限于對氣候、生物反應(yīng)的關(guān)注到今天的運(yùn)用新型替代能源、重視建筑生態(tài)高技術(shù)的研發(fā),人們對生態(tài)建筑的認(rèn)識在不斷突破與創(chuàng)新,由此引出生態(tài)建筑學(xué)話題,生態(tài)建筑學(xué)是研究人類建筑環(huán)境與自然生物共生關(guān)系的生態(tài)學(xué)。生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計中的滲透,與我國可持續(xù)發(fā)展的核心理念相符,故而廣大從業(yè)者應(yīng)對此予以高度重視,并立足實(shí)際進(jìn)行不斷地研究和探索。

1 生態(tài)建筑學(xué)的相關(guān)概述

從根本上來講,生態(tài)建筑學(xué)主要是以生態(tài)學(xué)和建筑學(xué)為理論基礎(chǔ),通過調(diào)節(jié)建筑與其他自然因素之間的關(guān)系,使建筑物和周邊環(huán)境形成一個有機(jī)系統(tǒng),避免建筑在建設(shè)和使用過程中產(chǎn)生過多的生態(tài)問題,實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。從這一方面來看,生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計中的使用,必須要考慮到整個工程項目的運(yùn)營有可能對周邊環(huán)境所產(chǎn)生的影響,包括環(huán)境作用于工程本身的因素。期間還應(yīng)注重加強(qiáng)綠色新型材料、清潔能源、節(jié)能技術(shù)等的使用,以最大限度發(fā)揮出各類資源的實(shí)用價值,減少資源浪費(fèi)和成本浪費(fèi),從而全面提升高層建筑項目的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。由此可見,應(yīng)用生態(tài)建筑學(xué)的核心目標(biāo)是打造出更多節(jié)能環(huán)保的高層建筑,使伴隨著我國建筑工程領(lǐng)域發(fā)展的環(huán)境問題得到有效緩解,同時也為廣大用戶提供一個健康舒適的居住環(huán)境。

2 基于生態(tài)建筑學(xué)的高層建筑設(shè)計原則

2.1 健康安全

在建筑工程領(lǐng)域,永遠(yuǎn)要將安全擺在首位。在社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步提升的同時,現(xiàn)代人的居住觀念也逐漸開始轉(zhuǎn)變,對建筑物的安全性、舒適性和美觀性提出了更高的要求。在高層建筑的設(shè)計階段,把控好整個建筑工程的宏觀因素是一項至關(guān)重要的任務(wù),在此基礎(chǔ)上還要考慮到建筑后期的使用情況,確保建筑物在投入使用后不存在安全隱患,而這一點(diǎn)也正體現(xiàn)了生態(tài)建筑學(xué)的基本理論。根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)來看,現(xiàn)階段的工作中主要借助計算機(jī)數(shù)字化技術(shù),對生態(tài)建筑設(shè)計進(jìn)行模擬和仿真測試,由此來識別設(shè)計方面是否存在不合理之處,并利用算法程序?qū)⒏黝愲[患消除,從而保證用戶居住的健康安全。

2.2 環(huán)境互動

近年來,我國各地區(qū)正在積極推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),在這種背景下,在高層建筑設(shè)計中融入生態(tài)建筑學(xué)理念也成為了一種必然現(xiàn)象。為了增加人與生態(tài)自然的互動性,實(shí)際設(shè)計中高度倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計方案,并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了無污染、可再生等綠色環(huán)保材料的實(shí)用價值。如當(dāng)前高層建筑設(shè)計中包含的廢氣、廢水循環(huán)再利用處理技術(shù),便淋漓盡致地體現(xiàn)了生態(tài)建筑學(xué)的應(yīng)用,這種設(shè)計方式有效避免了工程本身對周邊自然環(huán)境的破壞,也極大地縮減了對物料、電能、水資源等的使用量,符合國家提出的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略號召。因此基于生態(tài)建筑學(xué)的高層建筑設(shè)計,應(yīng)該也必須遵循環(huán)境互動的原則。

2.3 條件最優(yōu)

要想真正發(fā)揮出生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計中的作用,首先要確保對建筑工程的各項條件有一個全方位的把控,如現(xiàn)場的環(huán)境情況、施工中各類材料的實(shí)際需求以及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度、氣候要件等,據(jù)此才能更合理地設(shè)計建筑物的朝向,對太陽能、風(fēng)能等自然能源加以利用,提高各類資源的利用率。在此基礎(chǔ)上,還應(yīng)嚴(yán)格控制人工費(fèi)的支出和使用,尤其要對采購環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)把控和監(jiān)督,一方面保證原材料的數(shù)量、品質(zhì)等完全符合工程設(shè)計的要求;另一方面也規(guī)避經(jīng)費(fèi)超出預(yù)算的問題,以促進(jìn)高層建筑設(shè)計經(jīng)濟(jì)性的提升。

2.4 合理穩(wěn)定

在高層建筑設(shè)計中,合理穩(wěn)定同樣是設(shè)計人員應(yīng)該考慮的重點(diǎn)。雖然近年來我國建筑工程技術(shù)獲得了迅速發(fā)展,但因結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)所造就的安全隱患和安全事故仍然數(shù)不勝數(shù),這就要求我們應(yīng)該以高度專業(yè)、高度嚴(yán)謹(jǐn)和高度警惕的態(tài)度做好建筑設(shè)計這項工作,保證建筑設(shè)計的可行性。根據(jù)這一點(diǎn),生態(tài)建筑學(xué)理論與高層建筑設(shè)計的融合,要以合理性和穩(wěn)定性為基礎(chǔ),然后才是思考如何發(fā)揮建筑的生態(tài)環(huán)保價值。通過引進(jìn)新技術(shù)、新材料的使用適應(yīng)新時期下我國建筑行業(yè)的發(fā)展需求,實(shí)現(xiàn)對綠色建筑設(shè)計的全方位管控。

3 生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計中的滲透路徑

3.1 生態(tài)建筑學(xué)在建筑空間布局中的滲透

在生態(tài)建筑學(xué)視角下,高層建筑的空間布局要結(jié)合生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn),對周邊的自然環(huán)境和自然條件加以利用,從而在保證建筑整體效果的同時,維護(hù)工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性。在具體的設(shè)計階段,首先要對庭院、過道、生活空間、工作空間等進(jìn)行科學(xué)劃分,然后根據(jù)不同區(qū)域的特點(diǎn)構(gòu)建相對應(yīng)的景觀;其次,對于電梯、樓梯等的輔助空間,設(shè)計人員應(yīng)對通風(fēng)條件進(jìn)行周密地考量,不僅要保證內(nèi)部空間的通風(fēng)效果良好,也要為用戶提供清晰開闊的視野,從而提高用戶的滿意度;然后,要考察好建筑場地內(nèi)的土壤條件、植被狀態(tài)等,據(jù)此來完善高層建筑工程的綠化景觀設(shè)計,確保其能與周邊的建筑和環(huán)境融為一體,有效提高高層建筑整體的美觀性和宜居性;最后,針對高層建筑內(nèi)外墻等的施工材料的選擇,應(yīng)多使用新型環(huán)保材料,盡可能地減少對周邊環(huán)境的破壞,為廣大用戶的居住安全提供可靠的保障。

3.2 生態(tài)建筑學(xué)在內(nèi)部管道設(shè)計中的滲透

現(xiàn)代高層建筑的建設(shè)難度相當(dāng)之大,工程設(shè)計中涉及的內(nèi)容和環(huán)節(jié)較之從前也有了明顯的增加。在這種情況下,生態(tài)建筑學(xué)的應(yīng)用就需要考慮到更多的問題,如窗戶的面積怎樣設(shè)置最合理、建筑形狀系數(shù)和散熱比例的設(shè)計等,其中內(nèi)部管道作為高層建筑中不可缺少的一類基礎(chǔ)設(shè)施,同樣是設(shè)計過程中應(yīng)密切關(guān)注的一個重點(diǎn)。在現(xiàn)代高層建筑中,管道系統(tǒng)主要包括給排水管道、熱力管道、燃?xì)夤艿?、空氣管道和電線管道等,這些管道共同構(gòu)建成了一個錯綜復(fù)雜的管道網(wǎng)絡(luò),若設(shè)計存在一定的問題,那么后續(xù)施工中將很有可能出現(xiàn)管道錯位、管道交叉等的情況,影響到建筑的正常使用。而基于生態(tài)建筑學(xué)的管道設(shè)計,工作人員應(yīng)積極引入BIM 技術(shù)、CAD 等信息化手段,用來構(gòu)建整個管道系統(tǒng)的模型圖,據(jù)此審核管道設(shè)計中是否存在不合理之處,從而保證接下來施工活動的順利推進(jìn),使高層建筑的整體性能得到進(jìn)一步的優(yōu)化。

3.3 生態(tài)建筑學(xué)在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中的滲透

通過分析以往的工程案例,大部分高層建筑設(shè)計實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的路徑,主要是通過采用相應(yīng)的手段使建筑幕墻形成一個封閉式微型結(jié)構(gòu),由此降低建筑物的耗能總量。但這樣就出現(xiàn)了一個問題,在密閉性空間中,用戶想要生活得更舒適,就不得不依賴于空調(diào),然而經(jīng)常使用空調(diào)導(dǎo)致空間內(nèi)的空氣質(zhì)量越來越差,從而直接威脅到了用戶的身體健康。針對這一現(xiàn)象,生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計中的滲透,需要著重研究被動照明系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化,全面改造炎熱條件下高層建筑的通風(fēng)條件。例如,當(dāng)下高層建筑中使用比較頻繁的天窗、百葉窗等,均體現(xiàn)了對自然條件的充分利用,以達(dá)到自然通風(fēng)的效果,既能保證室內(nèi)的溫度、風(fēng)量適宜,也能避免長期使用空調(diào)對人體帶來的危害。除此之外,還可以生態(tài)建筑學(xué)理論為基礎(chǔ),對高層建筑工程進(jìn)行綠化包裝,以便在改善空氣質(zhì)量的基礎(chǔ)上,美化建筑的整體空間環(huán)境,運(yùn)用更科學(xué)自然的手法實(shí)現(xiàn)對高層建筑環(huán)境特性的改造,使其高度貼合用戶的使用需求。

3.4 生態(tài)建筑學(xué)在平面設(shè)計中的滲透

平面設(shè)計也是高層建筑設(shè)計非常重要的一部分,通過靈活應(yīng)用平面設(shè)計,能夠使建筑物理工程發(fā)生相應(yīng)的改變,如建筑物的外墻、樓板等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。然而根據(jù)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn),基于當(dāng)代人對建筑物美觀性要求日益提高的現(xiàn)狀,很多設(shè)計單位一味地強(qiáng)調(diào)對建筑物的美觀性設(shè)計,忽略了展現(xiàn)高層建筑的生態(tài)價值,該問題亟待得到進(jìn)一步的改善。高層建筑平面設(shè)計與生態(tài)建筑學(xué)的融合,應(yīng)該體現(xiàn)因地制宜的設(shè)計原則,如由于我國南北方地區(qū)在氣候條件上存在較大的差異,此時設(shè)計人員就需要基于這種差異實(shí)施平面設(shè)計。在北方:當(dāng)?shù)厮募痉置?冬季較長,并且氣溫極低,所以北方居民對墻體厚度、熱輻射的需求更大,這種情況下設(shè)計人員就應(yīng)該思考如何最大程度減少熱量的流失,可通過優(yōu)化管道和電梯朝向設(shè)計、合理安排建筑設(shè)施、在電梯間加裝房門等措施,減緩因漏風(fēng)帶來的熱量流失;而在南方:南方夏季的日常時間長,所以需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼陉柼幚?以大大降低熱量。因此在實(shí)際設(shè)計階段,就需要合理規(guī)劃室內(nèi)外的遮陽區(qū)域,可通過設(shè)計節(jié)能窗、采用遮陽系數(shù)高的建筑材料等方式提高遮光效果,如此既能滿足南方居民的居住要求,也減少了因頻繁使用空調(diào)所產(chǎn)生的能源消耗,對維護(hù)生態(tài)循環(huán)均衡具有一定作用。

4 對高層建筑生態(tài)建筑設(shè)計的幾點(diǎn)建議

4.1 合理利用空間組合,優(yōu)化建筑布局

高層建筑的設(shè)計需要考慮多方面的因素,既要突出建筑物本身的特點(diǎn),也要確保建筑設(shè)計能夠適應(yīng)外界環(huán)境的變化,使其功能性得到充分發(fā)揮。從這一方面來看,設(shè)計人員一定要利用好空間組合,基于高層建筑設(shè)計在生態(tài)方面的要求,以及居民對住宅建筑設(shè)計的實(shí)際訴求,進(jìn)行建筑設(shè)計的優(yōu)化。從我國房地產(chǎn)行業(yè)近幾年的發(fā)展形勢來看,大多數(shù)消費(fèi)者都非常關(guān)注房屋建筑的朝向問題,此時設(shè)計人員便需要以此為切入點(diǎn),根據(jù)太陽輻射、經(jīng)緯度等因素對建筑朝向的影響,思考如何實(shí)現(xiàn)對自然資源的最大化利用。在具體落實(shí)階段,為了達(dá)成建筑物最佳朝向的設(shè)計,設(shè)計人員應(yīng)該深入調(diào)查周圍的自然環(huán)境,根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)對空間結(jié)構(gòu)作出合理化的改進(jìn)調(diào)整,一來要確保建筑與周圍的植被相適應(yīng),從而提高建筑內(nèi)外的協(xié)調(diào)感;二來要提高對窗戶空間的利用率,以更好滿足用戶在采光通風(fēng)等方面的需求,以實(shí)現(xiàn)建筑整體布局的全面優(yōu)化。

4.2 突出綠化設(shè)計,提高建筑綠化效果

對于高層建筑而言,在融合生態(tài)建筑學(xué)理論的過程中,我們不僅需要考慮到建筑本身的生態(tài)價值,還應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前城市規(guī)劃的整體方向去調(diào)整設(shè)計內(nèi)容。根據(jù)近年來我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的要求,全面推進(jìn)園林景觀綠化工程的建設(shè)是眼下的重要任務(wù)之一,所以高層生態(tài)建筑中也必須突出綠化設(shè)計,盡可能地提高住宅小區(qū)內(nèi)部以及建筑物周邊的植被覆蓋率,使區(qū)域內(nèi)的微氣候逐步得到改善,凈化空氣污染,為廣大居民提供一個更安全安心的生活環(huán)境。在此基礎(chǔ)上,也可在高層建筑的陽臺處設(shè)置一些具有觀賞性的綠化景觀,一方面能夠?yàn)榫用駧硪粋€良好的視野;另一方面能構(gòu)建一個內(nèi)外環(huán)境結(jié)合的綠化循環(huán)結(jié)構(gòu),改善高層建筑局部過熱的問題,迎合新時期下綠色環(huán)保要求。

4.3 提高環(huán)保意識,嚴(yán)格控制能耗問題

高層建筑工程的建設(shè)往往伴隨著大量資源的浪費(fèi),生態(tài)環(huán)境也會遭到嚴(yán)重污染,這種現(xiàn)象不僅極大限制了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,也進(jìn)一步加劇了我國能源緊張的問題,所以廣大從業(yè)者必須重視起來。以生態(tài)建筑學(xué)理論作為指導(dǎo),設(shè)計人員應(yīng)該深刻認(rèn)識到以上問題的嚴(yán)重性,強(qiáng)化自身的節(jié)能環(huán)保意識,在高層建筑設(shè)計中要體現(xiàn)對能源的循環(huán)利用,嘗試有效方法減少污染物的排放,同時合理開發(fā)天然資源的利用價值。首先,應(yīng)該積極引入新型環(huán)保材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)建材,從而緩解環(huán)境污染,避免對人體健康造成威脅。其次,加強(qiáng)高層建筑中的水循環(huán)設(shè)計,通過收集和過濾雨水資源,實(shí)現(xiàn)對水資源的二次利用,從而提高水資源利用率。利用雨水處理供應(yīng)系統(tǒng)收集到的雨水,可用于灌溉、沖刷廁所等方面,滿足人們的多元化需求。最后,根據(jù)對我國高層建筑發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)在高層建筑設(shè)計領(lǐng)域經(jīng)常出現(xiàn)“鳥籠式”建筑,這種建筑的顯著特征是能夠?yàn)槿藗兲峁┑墓步涣骺臻g較小,容易產(chǎn)生二次污染,非常不利于人們的長期居住。因而這項問題同樣要與建筑的節(jié)能環(huán)保設(shè)計結(jié)合起來,協(xié)調(diào)好公攤面積設(shè)計與居民生活空間設(shè)計之間的關(guān)系。

4.4 生態(tài)建筑學(xué)在高層設(shè)計理念的滲透

針對高層建筑從決策、設(shè)計、建設(shè)、拆除整個生存周期,運(yùn)用生態(tài)學(xué)的自我調(diào)節(jié)理念進(jìn)行高層建筑設(shè)計,進(jìn)一步提高高層建筑的自我凈化、調(diào)節(jié)的能力,不斷提高高層建筑的整體功能完備性。例如,在高層建筑的設(shè)計中可以對通風(fēng)、溫濕度、采光等環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計,減少廢棄物的排放,推進(jìn)高層建筑的可持續(xù)發(fā)展,延長高層建筑的可使用周期。

通過考慮庭院空間的合理利用、布局特性以及設(shè)計空間需要考慮的經(jīng)濟(jì)性,以指導(dǎo)高層建筑空間組合設(shè)計。生態(tài)建筑學(xué)需要滿足舒適、節(jié)能的要求,實(shí)現(xiàn)對空間進(jìn)行合理的功能、動靜、采光以及通風(fēng)區(qū)域劃分。還需要考慮高層建筑設(shè)計中的經(jīng)濟(jì)性、熱工效應(yīng)以及均勻性。高層建筑多為南北朝向,在高層設(shè)計中需要綜合考慮樓梯、衛(wèi)生間等輔助空間的利用效果。

結(jié)語

建筑工程行業(yè)快速發(fā)展的同時,帶來的環(huán)境污染和能耗問題也逐漸暴露出來,影響我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)。在此背景下,對生態(tài)建筑學(xué)進(jìn)行深入研究,并加快該理論在高層建筑設(shè)計中的應(yīng)用,是解決以上問題行之有效的辦法。在設(shè)計階段,應(yīng)堅持健康安全、環(huán)境互動、條件最優(yōu)的原則,利用生態(tài)建筑學(xué)來實(shí)現(xiàn)高層建筑的節(jié)能環(huán)保設(shè)計,促進(jìn)設(shè)計水平的有效提升。從現(xiàn)階段的實(shí)踐成果來看,生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑的空間布局、管道設(shè)計、通風(fēng)設(shè)計等環(huán)節(jié)均得到了較好的使用,提高了高層建筑工程中自然資源的利用率,工程項目的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益均有大幅度提升,這對于推動我國高層建筑設(shè)計行業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義,故而值得被關(guān)注和倡導(dǎo)。