可持續(xù)住宅設計綜合策略研究

文／黃滔 李樂天 中機中聯(lián)工程有限公司 重慶 400039

張曦 重慶大學建筑規(guī)劃設計研究總院有限公司 重慶 400045

1、可持續(xù)住宅簡介

住宅是保障人民福祉最重要的場所。住宅主要為居民提供住宿、備餐、飲食、衛(wèi)生等方面的場所和設施，以躲避惡劣氣候和天氣。人們還在家里進行其他活動，如兒童保育、護理、交流、娛樂和學習。此外，信息技術的進步正在增加在家工作的人數(shù)。

同時，住宅與各種環(huán)境問題密切相關。通常，家庭能源使用和房屋的建造和拆除是氣候變化、自然資源消耗和浪費的重要原因。此外，氣候變化造成的當前和未來影響正成為對人類活動和人民福祉的嚴重威脅。因此，這種新出現(xiàn)的威脅要求住宅設計加強住宅的功能。

可持續(xù)住宅的設計需要最大限度地提高居民的福祉，最大限度地減少環(huán)境負擔。將這兩個不同的方面結(jié)合起來實現(xiàn)可持續(xù)性是一項目標導向的任務。控制科學可以應用于所有目標導向的任務，并在許多領域產(chǎn)生了非凡的成果，特別是工程。因此，應用控制科學，我們在可持續(xù)住宅設計的研究中不斷取得進展。利用這些研究成果，清晰地展示出可持續(xù)設計指南和可持續(xù)發(fā)展清單的制作和修訂過程。此外，根據(jù)這一演示過程，對設計指南進行了最新的修訂[1]。

2、促進可持續(xù)住宅設計的控制系統(tǒng)

控制的目的是實現(xiàn)“可持續(xù)性”。可持續(xù)性模型表明，可持續(xù)性既需要內(nèi)部穩(wěn)定，也需要基本穩(wěn)定，才能在有限的全球環(huán)境和自然資源或絕對限制下實現(xiàn)全人類的長期福祉或最終目標。內(nèi)部穩(wěn)定意味著社會和經(jīng)濟的穩(wěn)定;內(nèi)部穩(wěn)定的條件是“健康”、“安全”、“相互幫助”和“自我實現(xiàn)”，這對人類的福祉至關重要。另一方面，基本穩(wěn)定意味著環(huán)境穩(wěn)定和必需品的穩(wěn)定供應;基本穩(wěn)定的條件是“環(huán)境保護”和“自然資源的可持續(xù)利用”。

在現(xiàn)實中，受控對象既是“新家園”也是“現(xiàn)有家園”。“參與設計的人”，如業(yè)主、建筑師、室內(nèi)設計師和房屋施工方，通過利用“可持續(xù)設計指南”和“可持續(xù)發(fā)展清單”，將控制變量調(diào)整為他們想要的值。設計指南和檢查表都具有幾乎相同的結(jié)構，即元素、變量及其所需值。然而，創(chuàng)建檢查表是為了方便地將測量或估計的變量與期望值進行比較，并搜索控制變量[2]。

當對象是新住宅時，首先，通過“可持續(xù)設計指南”，“參與設計的人”可以獲得所需價值的信息。相關人員制作“圖紙和規(guī)范”，這樣房屋元素的變量就可以盡可能地達到他們想要的價值。

當現(xiàn)有的住宅是對象時，設計過程從“檢查”作為對象的住宅開始?！皡⑴c設計的人”通過參考“可持續(xù)性檢查表”來衡量或估計房子的每個元素的變量。檢查完成后，參與人員通常會做出“圖紙和規(guī)范”進行改進，使控制變量盡可能滿足其期望值。

3、設計指南和檢查表的制作和修改過程

首先，系統(tǒng)設計者通過三個階段的過程產(chǎn)生或修改指導方針和檢查表。接下來，系統(tǒng)用戶利用指南和檢查表。在此之后，居民們使用按照指導方針和檢查清單設計的實際住宅[3]。

3.1 設計指南和檢查表的制作過程

設計指引及檢查表的制作過程包括三個階段:(1)確定與住宅相關的環(huán)境、社會和經(jīng)濟問題;(2)確定可持續(xù)住宅設計的要求;(3)確定設計指南和清單中的要素、變量及其期望值。

3.1.1 查明與住宅有關的問題

指導方針的編制首先要查明與住宅有關的環(huán)境、社會和經(jīng)濟問題。觀察與住宅相關的問題的理解趨勢，系統(tǒng)設計師尋找應該被識別的問題。確定的基礎是，這些問題影響到六種穩(wěn)定條件，即健康、安全、互助、自我實現(xiàn)、環(huán)境保護和自然資源的可持續(xù)利用。在識別問題時，系統(tǒng)設計師要同時考慮他們所在地區(qū)或國家的全局/一般性問題和局部/特殊問題。全球性/一般性問題的例子是全球變暖和氣候變化、自然資源耗竭和浪費。同時，地震造成的破壞也屬于局部/特殊問題。

3.1.2 確定可持續(xù)住宅設計的要求

第二階段，系統(tǒng)設計師根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的與住宅相關的問題，確定可持續(xù)住宅設計的要求。例如，如果“自然資源耗竭”和“浪費”在第一階段被確定為問題，那么“延長住宅壽命”和“使用節(jié)約資源或防止浪費的材料”通常被確定為要求。這兩項要求與“自然資源的可持續(xù)利用”有關，“自然資源的可持續(xù)利用”是六個穩(wěn)定條件之一。同樣，“地震造成的破壞”需要“更高的抗震能力”，這與另一個穩(wěn)定條件“安全”有關。此外，觀察“對可持續(xù)住宅的理解趨勢”也有助于系統(tǒng)設計師識別此類需求[4]。

3.1.3 元素、變量及其期望值的確定

第三階段，將可持續(xù)住宅設計的要求轉(zhuǎn)化為指南和清單的“要素-變量-期望值”結(jié)構。這種轉(zhuǎn)換的目的是方便實際世界中的用戶?！霸?變量-期望值”的結(jié)構顯示了住宅各部分的設計目標;因此，用戶可以很容易地理解應該設計什么以及設計的過程。

3.1.3.1 元素

以往的一些學術研究提出了一種選擇住宅重要元素的方法，基于兩個主要因素:“材料”和“空間”?！安牧稀睂⒎课菀暈榭蚣堋⑼鈮?、保溫、門窗、室內(nèi)、管道、利用自然能源的設備等材料要素的集合體?！翱臻g”認為住宅是房間、區(qū)域等空間要素的集合。此外，材料元素和空間元素相當于房屋的實際部分。因此，在設計、檢查、評估或檢查房屋時，系統(tǒng)用戶可以很容易地將指導方針和檢查清單與實際房屋或圖紙進行比較。

3.1.3.2 變量

在選擇要素之后，系統(tǒng)設計師會檢查各個要素之間的關系以及相關的穩(wěn)定性條件，以及可持續(xù)住宅設計的相關要求。隨后，他們確定了可以表示穩(wěn)定程度的元素變量。

只選擇一個元素，即“框架”，本部分的其余部分將展示如何確定變量。系統(tǒng)設計者研究“框架”和“自然資源的可持續(xù)利用”之間的關系，相關的穩(wěn)定性條件，以及“房屋壽命的延長”和“資源節(jié)約或防止浪費材料的使用”的相關要求。因此，他們可以確定“耐久性”和“材料”，“自然資源的可持續(xù)利用”的指標，作為“框架”的變量。此外，如果該國家或地區(qū)處于地震易發(fā)區(qū)，系統(tǒng)設計人員會考慮“框架”與“安全”之間的關系，以及相關的穩(wěn)定條件，以及“更高的抗震能力”的相關要求。隨后，他們可以確定“抗地震”，一個“安全”的指標，作為一個額外的變量[5]。

3.1.3.3 所需的值

在確定變量后，系統(tǒng)設計者設置這些變量的期望值，使其滿足相關的穩(wěn)定性條件。設置變量的期望值需要觀察現(xiàn)實世界中的兩個項目:“與住宅相關的技術趨勢”和“與住宅設計相關的系統(tǒng)趨勢”。觀察技術的發(fā)展趨勢對于確定物質(zhì)元素的期望值具有重要意義。同時，觀察與房屋設計相關的系統(tǒng)的趨勢對于設置大多數(shù)變量的期望值是必要和有用的。在這方面，與住宅設計有關的制度包括強制性制度和自愿性制度。強制性制度是建筑規(guī)范和規(guī)章;自愿系統(tǒng)是典型的評估和評級系統(tǒng)、標準和設計指南。

同時，如果“抗地震”被確定為“框架”的一個變量，那么期望的值是一個足夠的防止地震造成的破壞的水平。在地震多發(fā)的國家，抗震標準通常在建筑規(guī)范中規(guī)定。但是，如果系統(tǒng)設計人員認為建筑規(guī)范中規(guī)定的標準值不夠，則會對標準值進行補充，以達到期望值。另一方面，如果他們認為標準值適合于期望值，他們就可以按原樣使用。在后一種情況下，變量及其期望值可以從指導方針和清單中省略，因為人們自然會遵守強制性的建筑規(guī)范。

3.2 設計指南和檢查表的修改過程

“可持續(xù)發(fā)展設計指引”和“可持續(xù)發(fā)展清單”需要修訂，以適應不斷變化的情況，并提高準確性和方便使用。修正過程可分為三個方面:第一，理論世界的變化；第二，實踐世界的變化；第三，用戶反饋。從以上三個角度進行準備后，系統(tǒng)設計人員對指南和檢查表進行了修改。

3.2.1 理論世界的變化

隨著時間的推移，理論界的顯著變化有必要反映在指導方針和檢查表中。首先，在搜索穩(wěn)定性條件的問題的最近變化后，系統(tǒng)設計者可以修改問題列表。根據(jù)修改后的問題清單，系統(tǒng)設計者還可以修改可持續(xù)住宅設計的要求清單。在修改這兩份清單時，還需要觀察“對住宅相關問題的認識”和“對可持續(xù)住宅的認識”的最新趨勢。之后，系統(tǒng)設計者考慮對指南和檢查表的“元素-變量-期望值”結(jié)構的修改。

3.2.2 現(xiàn)實世界的變化

除了理論世界的變化，實踐世界的變化也需要反映?，F(xiàn)實世界中的變化包括“與住宅相關的技術變化”和“與住宅設計相關的系統(tǒng)變化”。

為了尋找“與住宅相關的技術變化”，系統(tǒng)設計師需要關注住宅行業(yè)，定期觀察與住宅相關的產(chǎn)品。與房屋相關的產(chǎn)品與指南中的材料元素緊密相連。因此，如果住宅相關產(chǎn)品出現(xiàn)顯著的技術變化，通過安排相關物質(zhì)要素的變量及其期望值，這些變化可以在指南中順利進行。

與此同時，與住宅設計相關的現(xiàn)有系統(tǒng)也發(fā)生了變化。這些變化包括對強制性系統(tǒng)(包括建筑規(guī)范)和自愿系統(tǒng)(如評估和評級系統(tǒng)和標準)的修訂或變更。系統(tǒng)設計者可以在指導方針中包含這樣的更改，通常是通過修改相關變量的期望值。

3.2.3 用戶反饋

其次，“系統(tǒng)用戶反饋”和“居家居民反饋”也是需要考慮的。系統(tǒng)用戶的反饋是關于對指南和檢查表的反應的信息，包括對這些系統(tǒng)的有效性和用戶友好性的評論。這些資料被用來作為改進這些系統(tǒng)的基礎。與此同時，住宅居民的反饋是關于人們對按照指導方針和清單設計的住宅的反應。這些信息，包括對住宅的便利設施和可持續(xù)性表現(xiàn)的評論，對系統(tǒng)的改進也很有用。

4、制作和修改設計指南的插圖

4.1 生產(chǎn)的設計指南

我們制定了可持續(xù)設計指南，并考慮到在當前國情狀況下的應用。

4.1.1 查明與住宅有關的問題

制訂指導方針的過程從查明與住宅有關的環(huán)境、社會和經(jīng)濟問題開始。全球性、一般性問題包括全球變暖和氣候變化、自然資源耗竭、浪費，以及人口老齡化導致的醫(yī)療和護理費用增加。另一方面，考慮到當?shù)?特殊的主要問題是房屋壽命短，室內(nèi)熱性能差，地震造成的破壞，以及糟糕的景觀。此外，這兩種類型之間的界限也不是很明顯。

4.1.2 確定可持續(xù)住宅設計的要求

在確定了與住宅相關的問題后，我們確定了可持續(xù)住宅設計的要求。例如，“全球變暖和氣候變化”要求“節(jié)能”、“使用可再生能源”和“保護綠色空間”，這是可持續(xù)住宅設計的要求。同樣，“室內(nèi)熱性能差”要求“提高室內(nèi)熱性能”。

4.1.3 元素、變量及其期望值的確定

根據(jù)住宅材料和空間元素的選擇方法，以及可持續(xù)住宅設計的要求，我們首先確定了設計指南中的元素。元素總數(shù)為26 個，由14 個物質(zhì)元素和12 個空間元素組成。材料元素包括框架、外部、保溫、門窗、室內(nèi)、浴缸、管道、熱水器、電器、照明燈具、利用自然能源的設備、雨水利用設備、水利用設備和戶外設施。空間元素包括總樓層、指定的臥室、與水使用和熱水供應有關的區(qū)域、窗戶的位置和面積、衛(wèi)生間、浴室、樓梯、門廊、走廊、通往入口的主要通道、斜坡和花園區(qū)域。以及相關的穩(wěn)定性條件。通過減少供暖和空調(diào)的能源使用，更高的隔熱性能有助于居住者更好的“健康”、“環(huán)境保護”和“自然資源的可持續(xù)利用”。

4.2 設計指南的最新修訂

設計指導方針，其生產(chǎn)過程已在上面說明，最近修訂。這個最新的修訂已經(jīng)處理了前面提到的三個視角:(1)理論世界的變化，(2)實踐世界的變化，(3)來自用戶的反饋。

4.2.1 理論世界的變化

首先，觀察最近有關住宅問題的理解趨勢，我們尋找影響穩(wěn)定條件的問題。因此，我們確定了四個需要處理的額外問題。其中兩個是全球性的問題;另外兩個是局部的/特殊的問題?；谶@四個問題，還確定了可持續(xù)住宅設計的其他要求。在那之后，這些額外的需求被合并到“元素-變量-期望值”的結(jié)構中。下面根據(jù)每個需求描述了標識和合并過程的要點。

4.2.1.1 電力的儲存

2015年的《巴黎協(xié)定》旨在將全球氣溫控制在“遠低于工業(yè)化前水平2℃以內(nèi)”，并繼續(xù)努力將氣溫升幅限制在1.5℃以內(nèi)。根據(jù)政府間氣候變化專門委員會2018年的最新報告，將全球變暖限制在1.5℃，而不是℃，將減少對生態(tài)系統(tǒng)、人類健康和福祉的挑戰(zhàn)性影響。在這種最近的情況下，可再生能源，特別是太陽能和風力發(fā)電的使用在許多國家正在迅速增長。然而，太陽能和風能產(chǎn)生的電量隨著時間、季節(jié)和包括天氣在內(nèi)的隨機因素而波動。相應地，太陽能和風力發(fā)電的急劇增加也增加了電力系統(tǒng)的故障風險。為了應對這種變化的情況，我們增加了“儲電”作為可持續(xù)住宅設計的要求。隨著成本的不斷下降和性能的不斷提高，蓄電池儲能系統(tǒng)發(fā)展迅速。此外，儲存電力還可以確保應急電源，這是應對氣候變化的適應措施之一。

4.2.1.2 家庭工作、遠程辦公和終身學習的考慮

最近，住宅作為工作場所變得越來越重要。信息技術的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及促進了居家企業(yè)的發(fā)展。與此同時，越來越多的公司開始采用遠程辦公。在家工作的一大優(yōu)勢是與兒童保育或護理兼容。此外，在家工作也有利于環(huán)境，因為它可以減少能源的通勤。

與此同時，壽命的延長增加了終身學習的必要性。根據(jù)研究，越來越多的人會從事多種職業(yè)，而不是傳統(tǒng)的單一職業(yè)，并不可避免地繼續(xù)學習?，F(xiàn)在人們不僅要在空閑時間重新創(chuàng)造自己，而且還要在不同的地方“重新創(chuàng)造”自己。

4.2.1.3 適合居民溝通的樓層規(guī)劃

許多社會學和住宅方面的研究都指出，不適當?shù)姆块g規(guī)劃與社會問題有關。在當前的住宅市場中，有很多住宅平面讓孩子們很容易在沒有看到其他家庭成員的情況下進入他們的私人房間，可以被隔離。因此，缺乏溝通會導致溝通技能不發(fā)達，進而導致曠課。曠課和社會退縮與家庭暴力、升學和就業(yè)困難密切相關。因此，為了防止這些社會問題，我們確定了“適合居民之間良好溝通的樓層規(guī)劃”作為可持續(xù)住宅設計的額外要求。

居民交流的關鍵空間是“客廳、餐廳和廚房區(qū)”;因此，我們將這個區(qū)域作為一個新的空間元素添加到設計指南中。之后，我們確定了這個元素的兩個變量，即“在家里的位置”和“廚房的類型”?！熬蛹椅恢谩钡睦硐胫当淮_定為“入口處和私人房間區(qū)域之間”，因為許多專家建議這種位置用于更頻繁的交流。同時，“廚房式”的期望值被設定為“開放式或半開放式”。最近，開放式和半開放式廚房在我們住宅市場很受歡迎，因為與封閉式廚房相比，這種類型的廚房更利于溝通。

4.2.2 現(xiàn)實世界的變化

觀察到最近技術和系統(tǒng)的變化，我們修訂了兩個方面的期望值:(1)保溫性能標準，(2)節(jié)能熱水器。此外，我們對雨水設備的期望值進行了修改，相關系統(tǒng)的描述略有變化。

4.2.2.1 保溫性能標準

我國住宅的熱性能一直很低。然而，由于與住宅有關的技術的變化以及對節(jié)能和居住者健康的要求，這種狀況正在逐步改善。因此，最近出現(xiàn)了一種新的國家自愿體系，即“凈零能耗住宅(ZEH)認證標準”，并顯示出比通常標準更高的熱性能標準。

認識到實際世界中的這些變化，我們提高了指南中關于熱性能的期望值。具體來說，我們將“保溫”和“門窗”兩種材料元素的“保溫性能”期望值修改為ZEH 認證標準中規(guī)定的相關標準。根據(jù)“平均傳熱系數(shù)(UA)”評價ZEH 絕熱性能標準?！癠A”的標準值因氣候分類而異。

4.2.2.2 節(jié)能熱水器

隨著一種新型節(jié)能熱水器在市場上的興起，我們修改了“熱水器類型”的期望值。與此同時，修訂后的版本采用了一種方式，提供節(jié)能類型的選擇，所提供的選擇有以下四種:太陽能、電動熱泵、電動熱泵與瞬時燃氣聯(lián)合、燃料燃燒潛熱回收即時供電。第三種類型，通常被稱為“混合型”，是前面提到的新型節(jié)能熱水器。

結(jié)語：

先前的研究為促進可持續(xù)住宅設計提供了控制系統(tǒng)，其中包括可持續(xù)設計指南和可持續(xù)發(fā)展清單。在此基礎上，本研究對設計指南和檢查表的制作和修改過程進行了全面的可視化分析。根據(jù)這一過程，本研究也說明了設計指南的制作和修訂過程。研究結(jié)果表明，全面的可視化可以使這些過程更易于管理，并幫助系統(tǒng)設計者更有效地生成和修改指南。

此外，本研究還指出了如何根據(jù)不同和變化的情況來調(diào)整指導方針。它包括一種查明與住宅有關的問題的方法，其中除查明全球、一般問題外，還查明當?shù)?、特殊問題。如果在一個國家或區(qū)域采用這種方法，預期編制和修訂的準則將適合該國家或區(qū)域的情況。同時，該指南的修改過程及其具體實例的提供，有助于系統(tǒng)設計者對指南進行調(diào)整以適應隨時間變化的情況。

由于采用了可持續(xù)性模型，指南和清單具有全面性的特點。這種模式除了通?？紤]的健康、安全、環(huán)境保護等因素外，還包括相互幫助和自我實現(xiàn)。因此，在最新修訂的指導方針中，考慮到居民之間的溝通，以及在家工作和學習。

本文利用“促進可持續(xù)住宅設計的控制系統(tǒng)”和“可持續(xù)發(fā)展模型”，闡述了“設計指南和清單的制作和修改過程”。這些方案形成了促進可持續(xù)住宅設計的綜合策略。這一全面的住宅戰(zhàn)略預計將被用于最大限度地提高人民的福祉和最大限度地減少環(huán)境負荷。