高層公共建筑生態(tài)設計策略研究

文/山東國惠資產管理有限公司 劉雨晨 趙喆驊

0 引言

在當前的城市建筑中，高層建筑所占比例較高，提高高層建筑的生態(tài)設計水平對推進城市化發(fā)展有極大的促進作用。實現高層建筑及其周邊環(huán)境的資源集約化、生態(tài)化及可持續(xù)化是高層建筑設計應重點關注的問題。

1 基本概念

1.1 生態(tài)設計

生態(tài)設計又稱綠色設計、生命周期設計或環(huán)境設計，是指設計要將環(huán)境保護的概念融入其中。生態(tài)設計要求在建筑工程的所有階段均需考慮建筑的環(huán)境因素，減少建筑對周圍環(huán)境的破壞和污染，最終為人們提供可持續(xù)發(fā)展的空間和居住場所[1]。

1.2 建筑生態(tài)設計

建筑生態(tài)設計要求設計者采取多種方式對建筑的能耗加以控制，并對建筑的保溫和隔熱性能進行重點關注，減少建筑運行中產生的非必要能源消耗。建筑生態(tài)設計原則是：利用自然條件和現代科技手段，為人們創(chuàng)造健康、綠色的生活環(huán)境，實現我國生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的目標。

2 高層公共建筑總體布局

建筑場地的選擇在很大程度上影響建筑的生態(tài)節(jié)能效果，如何充分利用并發(fā)揮場地的有利條件，避免場地中的不利因素，在建筑場地設計中十分重要[2]。在場地設計前期，設計者就應具有良好的生態(tài)意識，協調建筑與場地環(huán)境的關系，使建筑在建成后達到節(jié)能目標。

建筑場地規(guī)劃設計時，一方面應充分考慮當地的氣候條件、地形地貌特征及周邊環(huán)境，另一方面，還應將被動式的生態(tài)設計策略融入建筑布局的規(guī)劃與調整、建筑間距的確定等方面。以濟南市歷下區(qū)金融產業(yè)總部設計為例，該項目處于奧體文博片區(qū)的核心，緊鄰城市交通主、次干道，位于經十東路與奧體西路交叉口西北側，基地與自然山體景觀僅被一條道路分隔，并與濟南市奧林匹克體育中心遙遙相望（見圖1）。在此前提下，設計目標被分為兩大部分。①對場地進行定位分析，進而實現場地與城市共贏；②引入前瞻性且具有社會示范價值的生態(tài)空間，進而體現金融企業(yè)在綜合運營過程中的先進理念。

1 基地與環(huán)境的圖底關系分析（圖片來源：作者自繪）

具體而言，設計面臨多個難點：確立場地在城市環(huán)境背景下的角色定位；體現場地與對面山體景觀以及遠處奧體中心、魯邦廣場的呼應；處理場地內的風環(huán)境、采光、噪聲等以保證建筑建成后的舒適度及生態(tài)性。

3 高層公共建筑單體設計

3.1 建筑形體

在對場地進行分析處理的同時，結合生態(tài)節(jié)能的被動式策略對建筑形體進行初步構思以賦予建筑創(chuàng)作更多理性因素，在理性基礎上為創(chuàng)作帶來大量的靈感，并為建筑形態(tài)的深入推敲打下堅實的基礎。

以項目所在的濟南地區(qū)為例進行簡要分析：濟南地區(qū)屬寒冷地帶，夏季偏西南風，需解決夏季遮陽、通風和冬季保溫問題，故建筑應選擇風環(huán)境模擬結果較好的形體，從而使其具有生態(tài)性和可持續(xù)性。在歷下區(qū)金融產業(yè)總部設計時，首先將平面設定為長方形、正方形、三角形、圓環(huán)形4種基本形式，4種形式的建筑高度均設定為100m，而后通過Phoenics軟件分別對其進行簡要的風環(huán)境模擬，建筑高度50m處的模擬結果為：圓環(huán)形對西南風的利用和引導優(yōu)勢最明顯，場地風環(huán)境最佳，正方形的優(yōu)勢次之，二者均可采用；長方形和三角形產生的風影區(qū)相對較大，不建議采用。

建筑形體能直觀展示建筑的外部形象，與此同時，其決定了能否為使用者提供合理、舒適、宜人、生態(tài)的功能空間。由英國著名建筑大師諾曼·福斯特設計的辦公建筑——法蘭克福銀行便是高層生態(tài)建筑的典型案例。法蘭克福銀行大樓是三角形的高塔形象，大樓共53層，其豎向空間被劃分成4個單元，在此基礎上還設有貫通的中庭空間，充分發(fā)揮“煙囪效應”，巧妙地解決辦公空間中常見的自然通風和采光問題。設計師在辦公空間之間置入多個空中花園，除了提高建筑局部的空間品質外，還為周邊其他建筑空間的“煙囪效應”提供了進、出風平臺，進而使整個辦公空間的通風、采光效果得到極大提升，營造舒適、和諧、生態(tài)的辦公空間環(huán)境（見圖2）。

2 法蘭克福銀行2a 建筑外觀（圖片來源：網絡）2b 建筑內部空間示意（圖片來源：網絡）

3.2 中庭空間

除了能解決高層建筑體量過大、建筑功能和空間單一無趣的問題，中庭空間的設計還可強化建筑自身上下層空間的聯系，對提升建筑的生態(tài)性起到一定作用。

中庭空間作為建筑內部“封閉”的大型公共空間，兼具交通組織、綠化、交流休息、采光、通風等多種功能。以此為基礎，設計師又賦予中庭空間新的形式和生態(tài)功能，中庭空間作為建筑內部空氣流動和自然光線引入的通道，充分發(fā)揮“煙囪”和“采光井”的作用，進而達到被動式生態(tài)節(jié)能的目的[3]。如圖3所示，香港匯豐銀行為較好的中庭空間設計案例。

3 香港匯豐銀行中庭（圖片來源：網絡）

3.3 底層架空

當前，生態(tài)設計理念已逐步普及并深入人心，而對商業(yè)性、服務性空間的大量需求也使越來越多的建筑師對高層建筑底部空間與城市環(huán)境之間的關系更加重視。很多現代建筑往往采用底層架空的方式來塑造面積較大的公共活動場地，以完成建筑底層空間與城市空間的過渡。

建筑底層架空部分所形成的積極開放空間，既可打造極具親和力的景觀綠地、休息平臺，又能引導風的流動，使其順利“穿透”建筑。此外，相較高層建筑整體的大尺度，底層架空空間的比例、尺度更加易于被人們接受。人們能從自身視角體會高層建筑局部的空間氛圍，從而使高層建筑更加“平易近人”。建筑底層架空后產生了很多自由、靈活的空間，再輔以植物景觀設計，使建筑與人的關系更加親密，建筑環(huán)境也更具舒適性與生態(tài)性。

3.4 平面

高層建筑中常見的基本平面形有正方形、圓環(huán)形、三角形、長方形4種，而平面形式與高層建筑運行所消耗的能源存在一定關系。在溫度最高的8月和溫度最低的1月，相同建筑底面積下，平面形式為圓形的高層建筑外表面積最小且空間利用率最大，三角形平面形式下的建筑能源消耗量最小但建筑外表面積最大，所以高層建筑的平面選擇對建筑的節(jié)能性與生態(tài)性也有非常大的影響[4]。

3.5 綠化空間

合理的室外綠化植被配置可以調節(jié)建筑場地中的陰影、濕度、風向、日照等，對高層建筑來說，最好每隔一定層數設置一個種植平臺，以便植物爬滿整個立面。

深圳建筑科學研究院辦公大樓是利用垂直綠化的典范，作為城市辦公建筑，項目用地面積緊張，即使在此條件下，仍在建筑屋頂和第6層設置綠化花園，并且在布置豎向交通核時考慮了交通核與綠化平臺之間的聯系。設計使建筑綠化面積增加，極大程度地改善了濕熱氣候下的辦公環(huán)境品質。

3.6 外表皮

雙層可呼吸式玻璃幕墻是現今生態(tài)建筑設計中常采用的外墻類型之一，雙層幕墻體系作為圍護結構既保證了室內良好的通風和采光，又改善了室內舒適度，還降低了能源的消耗[5]?！半p層皮”幕墻的本質是在兩層玻璃幕墻之間預留一定距離的空氣間隔層，通過不同的分隔方式和分隔類型，空氣間隔層形成兼具采光、通風、節(jié)能、隔聲等功能的過渡緩沖空間。

對于高層公共建筑生態(tài)設計來說，采用有效的遮陽措施也非常重要。外遮陽處理是建筑夏季節(jié)能的被動式技術手段。遮陽板與日照光線的入射方向呈一定角度，可反射部分入射光，從而提高建筑的生態(tài)性和舒適性。

4 結語

闡釋生態(tài)設計概念，從總體布局、單體設計兩方面對高層公共建筑的生態(tài)設計進行分析，并對高層公共建筑的生態(tài)設計策略進行論述，提出在建筑形體、中庭空間、底層架空、平面、綠化空間、外表皮等方面采取被動式設計策略，使建筑滿足資源集約化、生態(tài)化及可持續(xù)化要求。隨著生態(tài)理念越來越深入地滲透到建筑設計中，高層公共建筑生態(tài)設計勢必朝著與自然環(huán)境更和諧、建筑功能空間更舒適、生態(tài)設計策略更豐富、節(jié)能效果更明顯、實施方案更容易“落地”的方向發(fā)展。