生態(tài)建筑學(xué)下的城市高層建筑設(shè)計(jì)探討

孫元

（中旭建設(shè)集團(tuán)有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310000）

目前，由于我國(guó)的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越突出，而城市的用地也越來(lái)越少。高樓既能節(jié)省土地資源，又能騰出大面積的綠地，又能提高人們的居住環(huán)境，緩解土地資源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題。然而，在實(shí)際工程中，由于工程建設(shè)需要耗費(fèi)巨大的人力物力，因此在建設(shè)、交通等方面產(chǎn)生的廢物也會(huì)對(duì)周圍的生態(tài)造成一定的影響。在這樣的大背景下，綠色建筑是一種既能保障建筑自身的組織結(jié)構(gòu)，又能降低對(duì)建筑的環(huán)境和資源的耗用，又能實(shí)現(xiàn)自然、建筑與人之間的協(xié)調(diào)。

1 生態(tài)建筑學(xué)

環(huán)境建設(shè)是一種現(xiàn)代化的產(chǎn)物，它將建筑和周圍的一切都完美地結(jié)合在一起。其基本依托于自然條件，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)筑了一個(gè)生態(tài)體系。生態(tài)建筑就是運(yùn)用現(xiàn)代建筑技術(shù)和生態(tài)學(xué)的基本思想，對(duì)其進(jìn)行合理的組織與布置，使其與周圍的環(huán)境融為一體。它還具有自我調(diào)節(jié)，良好的內(nèi)部功能和條件。它不僅滿足了居民的生活需求，而且促進(jìn)了環(huán)境、建筑和居民之間形成和諧統(tǒng)一。在當(dāng)前的時(shí)代背景環(huán)境下，我國(guó)最為主要的耗能產(chǎn)業(yè)莫過(guò)于建筑行業(yè)，該該領(lǐng)域當(dāng)中，進(jìn)行高層建筑建造時(shí)，需要消耗非常大的原材料與相關(guān)資源。因此，在設(shè)計(jì)中要綜合考慮節(jié)能和成本控制的功能。生態(tài)建筑在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以為居民創(chuàng)造良好健康的綠色空間，減少能源消耗和污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境的有效利用，有利于人類與自然和諧發(fā)展，達(dá)到社會(huì)和經(jīng)濟(jì)利益最大化。

就現(xiàn)階段我國(guó)的建筑領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)而言，其普遍還處在于一個(gè)大消耗的狀態(tài)下，即眾多高層建筑在進(jìn)行建造的時(shí)候需要消耗非常巨大的能源與耗材。與此同時(shí)，在整個(gè)建造過(guò)程中還將出現(xiàn)大量的廢棄物排放，包括廢水、廢氣與廢料等。針對(duì)這樣一些現(xiàn)象的存在，從建設(shè)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，以環(huán)境為依托進(jìn)行建筑的建造是每一個(gè)環(huán)境建筑師需要重點(diǎn)考量的問(wèn)題。即在環(huán)境保護(hù)理念的基礎(chǔ)上，充分利用環(huán)境與實(shí)地材料進(jìn)行有關(guān)建筑的設(shè)計(jì)與建造，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)生態(tài)建筑的相關(guān)要求。通常情況下，在高層建筑的建造設(shè)計(jì)中，生態(tài)建筑理念的融合與實(shí)施最為主要的目的就是最大化的降低能源損耗，并顯著提升建筑材料的回收再利用，以及最大化的對(duì)廢棄物排放進(jìn)行有效控制。在建筑領(lǐng)域高速發(fā)展的當(dāng)下，可以通過(guò)多種新型技術(shù)的實(shí)施來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，從而最大化的保障人類與環(huán)境的和平統(tǒng)一與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，并最終創(chuàng)設(shè)良好的、健康的生活環(huán)境。我國(guó)目前的能源消耗量巨大，但中國(guó)的能源儲(chǔ)量低于世界平均水平。因此，有必要提倡可再生能源，發(fā)展可持續(xù)經(jīng)濟(jì)。傳統(tǒng)的建筑模式只考慮人類生活的舒適度，沒(méi)有考慮與自然環(huán)境的融合，浪費(fèi)能源、污染環(huán)境。空氣污染、噪音污染等，總是侵犯人身安全。目前，許多發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑師和設(shè)計(jì)師已經(jīng)充分考慮到自然環(huán)境與人類居住環(huán)境的關(guān)系，為生態(tài)住宅的建設(shè)提供了依據(jù)。許多新城市推廣生態(tài)建設(shè)模式，效果良好。

2 生態(tài)建筑學(xué)的主要設(shè)計(jì)理念

2.1 舒適化理念

現(xiàn)如今，伴隨著人們生活水平的不斷提升，以及伴隨著科技力量的不斷發(fā)展，人類對(duì)居住品質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的需求不斷提高，對(duì)居住空間的舒適度也在不斷提高。所以，今后的發(fā)展方向是提高城市的居住品質(zhì)和生態(tài)環(huán)保。以環(huán)保建筑為基礎(chǔ)，在進(jìn)行高層建筑建造設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考量其環(huán)保性，從而積極使用一些綠色建筑材料，進(jìn)而有效控制有害氣體、無(wú)線電波與輻射對(duì)于人類身體的傷害。包括合理利用空調(diào)來(lái)促進(jìn)室內(nèi)空氣的流通和將室內(nèi)溫濕度調(diào)控在人體舒適的范圍內(nèi)，以及充分利用吸音材料來(lái)進(jìn)行噪音的有效杜絕等。

2.2 自然體系理念

在建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要充分提升對(duì)現(xiàn)有自然資源與因素的利用度，包括將空氣、水、綠植、土壤等環(huán)境因素與高層建筑科學(xué)結(jié)合，為建筑提供更多的設(shè)計(jì)可能性。既可以減少高層建筑的能源消耗，又可以為住戶創(chuàng)造一個(gè)更加舒適的、環(huán)保的居住空間。同時(shí)，為了節(jié)約建設(shè)費(fèi)用，降低對(duì)環(huán)保的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)要重視可持續(xù)利用的可持續(xù)發(fā)展的能量。目前廣泛使用的可再生能源是太陽(yáng)能，通過(guò)高科技、自然通風(fēng)和自然光的有效結(jié)合，可以減少照明對(duì)高層建筑的負(fù)面影響，創(chuàng)造一個(gè)生態(tài)健康的生活環(huán)境。

2.3 自我調(diào)節(jié)理念

從設(shè)計(jì)到拆樓，高樓的整個(gè)流程都是在不斷地生長(zhǎng)和消亡。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到高層住宅自身的調(diào)控作用，合理地進(jìn)行室內(nèi)溫濕度調(diào)控與通風(fēng)采光調(diào)控等，實(shí)現(xiàn)自我排放與消化。

3 高層生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題

3.1 改善物質(zhì)平衡

自然界環(huán)境中，各類系統(tǒng)大都是由無(wú)機(jī)物與有機(jī)物相互組合而成，二者相互作用、和諧統(tǒng)一。但是在我們的建筑領(lǐng)域，大多數(shù)建筑材料的元素構(gòu)成都是無(wú)機(jī)物，因此由于大量建筑活動(dòng)的進(jìn)行，使得我們所生活的環(huán)境中的無(wú)機(jī)物比重正在逐漸增大。從而也就漸漸打破了自然界環(huán)境中無(wú)機(jī)物與有機(jī)物的和諧統(tǒng)一，即促使生態(tài)環(huán)境越來(lái)越無(wú)機(jī)化，并最終整體失衡，進(jìn)而給人類帶來(lái)越來(lái)越多的負(fù)面影響?；诖?，為有效改善人們的生活環(huán)境，促使人們有更為高質(zhì)量的生存狀態(tài)，就必須要針對(duì)建筑領(lǐng)域進(jìn)行革新，即通過(guò)生態(tài)建筑設(shè)計(jì)來(lái)促使人工環(huán)境與自然環(huán)境保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)。如此，在高層建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，有機(jī)建筑材料與無(wú)機(jī)建筑材料的應(yīng)用比例就顯得尤為重要。

3.2 加強(qiáng)系統(tǒng)間的生態(tài)聯(lián)通

為促使人工環(huán)境與自然環(huán)境之間穩(wěn)定狀態(tài)的保持，不僅需要從橫向角度來(lái)加以改善，還需要從縱向角度來(lái)加以改善。例如，可以通過(guò)開放空間的適當(dāng)增加來(lái)促使兩個(gè)環(huán)境系統(tǒng)之間的有機(jī)融合與互動(dòng)，從而極大的增強(qiáng)兩個(gè)環(huán)境系統(tǒng)之間的狀態(tài)穩(wěn)定性和活躍性。具體而言，站在建筑學(xué)的角度來(lái)看，在人們所設(shè)計(jì)建造的建筑空間中，融入更多的自然環(huán)境因素，可以在很大程度上提升人們對(duì)于自然環(huán)境的適應(yīng)力。而與此同時(shí)，站在自然界的角度來(lái)看，在自然環(huán)境中創(chuàng)建更多的人工生態(tài)環(huán)境，可以在一定程度上提升各類物種的生存質(zhì)量與幾率。如此，二者的有機(jī)融合，不僅能夠保障生物的多樣化，還能夠保障都市的生機(jī)化。在高層建筑的實(shí)際建造過(guò)程中，除了需要更進(jìn)一步的進(jìn)行橫向空間發(fā)展外，還需要更進(jìn)一步的進(jìn)行縱向空間發(fā)展。面對(duì)該發(fā)展形勢(shì)，當(dāng)下最為常見的一種做法就是進(jìn)行垂直景觀美化，并將其與垂直空間進(jìn)行有效整合（見圖1）?？傮w而言，建筑與環(huán)境之間是需要相互滲透的，這也正是生態(tài)建筑最為核心的理念所在，包括將建筑的無(wú)機(jī)屬性轉(zhuǎn)化為有機(jī)屬性，從而在此過(guò)程中增強(qiáng)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中人工環(huán)境的生命力。

圖1 高層生態(tài)建筑示意圖

4 生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐策略

在生態(tài)建筑這一全新的建筑理念下，對(duì)于所設(shè)計(jì)的高層建筑，不僅需要充分考量到建筑的節(jié)能屬性，同時(shí)也需要充分考量到建筑區(qū)域的自然生態(tài)穩(wěn)定，從而在找到平衡點(diǎn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高層建筑與自然生態(tài)的有機(jī)統(tǒng)計(jì)。實(shí)踐策略如下。

4.1 探索生態(tài)高層建筑空間組合模式

在高層建筑的設(shè)計(jì)和研究過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮高層建筑空間構(gòu)成的方法。生態(tài)設(shè)計(jì)的空間分布必須認(rèn)識(shí)到節(jié)能與舒適之間的平衡。因此，有必要從功能分區(qū)與舒適度的角度來(lái)描述高層建筑的設(shè)計(jì)實(shí)踐。在主要交通站點(diǎn)，要合理有效地利用經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱環(huán)境的三維空間。同時(shí)，要充分保障公共空間生態(tài)屬性的良好，包括采光、通風(fēng)的充足等。

在對(duì)一個(gè)建筑空間進(jìn)行建造設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于其空間結(jié)構(gòu)需要重點(diǎn)考量，從而有效解決建筑空間的經(jīng)濟(jì)性、特色性等問(wèn)題。而與此同時(shí)，在生態(tài)建筑理念下，還需要充分考量空間布局與人們舒適度與節(jié)能度的契合。內(nèi)部空間對(duì)景觀的影響； 對(duì)自然光照和氣溫有一定的需求。所以，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)、靜態(tài)和功能性的劃分時(shí)，一定要注意到這一點(diǎn)。在交通和場(chǎng)所的規(guī)劃中，要充分考慮結(jié)構(gòu)的整體性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境舒適性和熱效率。在保證室內(nèi)空間條件足夠的情況下，要進(jìn)一步保障衛(wèi)生間、樓梯等設(shè)施中的良好采光和通風(fēng)條件。生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)和能源的流通，為人類的生存與發(fā)展創(chuàng)造了條件。所以，在高層住宅的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮到城市的生態(tài)環(huán)境和自然環(huán)境的改變，強(qiáng)調(diào)其結(jié)構(gòu)與環(huán)境特征，即在充分尊重實(shí)地環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，有效協(xié)調(diào)人工環(huán)境與自然環(huán)境的相互統(tǒng)一。

4.2 高層建筑物體系的生態(tài)化實(shí)踐

對(duì)于生態(tài)建筑理念在高層建筑當(dāng)中的落實(shí)，最為重要的手段就是充分利用了生態(tài)系統(tǒng)中能量與物質(zhì)之間的循環(huán)轉(zhuǎn)換機(jī)制。而與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)建造高層建筑時(shí)，需要高度重視建筑結(jié)構(gòu)與環(huán)境之間的良好整合，包括在尊重實(shí)地環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)與建造。

4.3 重視“高層建筑表皮” 的生態(tài)化設(shè)計(jì)實(shí)踐

“高層建筑物表皮” 是指對(duì)建筑物的外部和外部進(jìn)行綜合的外部和外部的綜合的環(huán)保作用，其中包含了建筑物的外部和內(nèi)部墻體。集成的附件組件。對(duì)于傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)，更多的強(qiáng)調(diào)建筑表皮的裝飾功能和屋頂可見元素的疊加。高層表皮生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)踐將生態(tài)建筑融入表皮控制和高層建筑的功能、多維設(shè)計(jì)。比如，要留意房屋表面的陽(yáng)光照射，以及化學(xué)成分和煙霧對(duì)通風(fēng)的表面因子的不利作用。從更全面的角度來(lái)看，長(zhǎng)江中下游有著最好的高層建筑表皮的生態(tài)設(shè)計(jì)。

在過(guò)去的高層次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師更多地關(guān)注表面的視覺(jué)效果； 建筑的可視性與裝潢作用被忽視，其生態(tài)類型被忽視。從生態(tài)學(xué)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該重視對(duì)人體肌膚的支持與調(diào)控作用，比如對(duì)有機(jī)物的污染； 煙霧，生理舒適，自然光，熱輻射等。環(huán)境?；谏鷳B(tài)建筑理念，高層建筑設(shè)計(jì)需要遵循可持續(xù)自生、循環(huán)利用、減廢、能源優(yōu)化、協(xié)調(diào)共存五項(xiàng)原則，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、高節(jié)能。為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能提供可能，并注意使用自然環(huán)境、自然通風(fēng)和自然采光。對(duì)于傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)，更多的強(qiáng)調(diào)建筑表皮的裝飾功能和屋頂可見元素的疊加。高層表皮生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)踐將生態(tài)建筑融入表皮控制和高層建筑的功能、多維設(shè)計(jì)。從更全面的角度來(lái)看，長(zhǎng)江中下游最好的高層建筑表皮的生態(tài)設(shè)計(jì)。將環(huán)保實(shí)踐融入高層建筑的形態(tài)設(shè)計(jì)中。在高層建筑整體造型設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)將生態(tài)建筑理念融入到高層建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中，按照和諧、綠色的原則，進(jìn)行綠色生態(tài)建筑的設(shè)計(jì)。最大限度地處理廢物、最大限度地減少能源使用和優(yōu)化綠色循環(huán)的原則?；谝陨蠋c(diǎn)，法律生態(tài)系統(tǒng)的各種可能性的延續(xù)，如VR等新技術(shù)的采用，以及在高層建筑模型設(shè)計(jì)實(shí)踐中的合理應(yīng)用，將提高人們的舒適度。自然環(huán)境和人們的生活體驗(yàn)。改善高層建筑的整體居住體驗(yàn)。

4.4 高層建筑形態(tài)設(shè)計(jì)中融入生態(tài)化實(shí)踐

在整個(gè)高層建筑造型設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)按照和諧、綠色的原則，將環(huán)境建筑的理念融入高層建筑的造型設(shè)計(jì)實(shí)踐中。鑒于原生態(tài)系統(tǒng)具有最大化廢棄物處理、最小化能源使用、改善綠色循環(huán)等多種可能性，應(yīng)采用VR等新技術(shù)合理設(shè)計(jì)綠色生態(tài)建筑?；谝陨蠋c(diǎn)，將這種方法繼續(xù)應(yīng)用到高層建筑模型設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，將會(huì)提高自然環(huán)境的舒適度和人們的居住體驗(yàn)，從而提升高層建筑的整體居住體驗(yàn)。

4.5 建筑運(yùn)行中的節(jié)能系統(tǒng)

減少建筑全生命周期對(duì)不可再生資源的依賴是環(huán)境建筑設(shè)計(jì)研究的重要課題。本質(zhì)是如何在營(yíng)造舒適的空間環(huán)境的基礎(chǔ)上，降低建筑的能耗。而想要降低建筑能耗就必須要充分了解建筑能耗的模式，并針對(duì)性提出改善方案。現(xiàn)階段的改善方案主要包括有被動(dòng)節(jié)能與主動(dòng)節(jié)能兩種模式。前一種模式是在不使用任何設(shè)備的情況下進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境改善?，F(xiàn)如今，伴隨著綠色理念在建筑行業(yè)的廣泛推廣，該模式的應(yīng)用越來(lái)越成熟，并且已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)前建筑領(lǐng)域的首選節(jié)能模式。其主要有以下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)： 首先是對(duì)于一些特定區(qū)域的氣候具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力； 其次是對(duì)于傳統(tǒng)能源的依賴性較低，如電力能源。以高層公寓樓為例，電梯中心、服務(wù)線的位置充當(dāng)了室內(nèi)空間和室外環(huán)境之間的熱緩沖，因此在沒(méi)有電力開空調(diào)的情況下也不會(huì)使得人們有過(guò)多的不適應(yīng)感。值得注意的是，在被動(dòng)節(jié)能的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用一些電力設(shè)備，可形成一種半被動(dòng)與半主動(dòng)的節(jié)能模式，其介于二者之間，同樣有著較為良好的建筑能耗節(jié)能效果。主動(dòng)節(jié)能模式的特點(diǎn)是建筑本身可以全部或部分實(shí)現(xiàn)能源自給，也是最接近建筑環(huán)保理念的建筑運(yùn)行模式。大自然的生態(tài)體系典型地通過(guò)太陽(yáng)把綠色的光和熱轉(zhuǎn)換成化學(xué)物質(zhì)，從而推動(dòng)一個(gè)生態(tài)周期。容積模型是一種利用技術(shù)方法使建筑物能量達(dá)到自足的運(yùn)作方式。例如，太陽(yáng)能熱水器，光電設(shè)備等。應(yīng)指出，盡管有源節(jié)能模型在理論上較為成熟，但因技術(shù)障礙等因素，仍處在起步階段。一般情況下，要想達(dá)到自供，就必須要有大量的精密儀器，而儀器的增多也會(huì)導(dǎo)致建筑物中的有機(jī)成分的增加，其中既有傳統(tǒng)的能耗，也有物力的浪費(fèi)，這些都會(huì)造成不良的環(huán)境后果。以上只是對(duì)大廈認(rèn)可的運(yùn)營(yíng)模式的粗略介紹。在實(shí)際使用中，建筑師需要靈活組合以上不同的風(fēng)格，以達(dá)到完美的節(jié)能效果。

4.6 綠色材料及綠色組件

建筑材料是一個(gè)建筑的主要載體所在，因此其對(duì)于一個(gè)建筑的環(huán)境性能有著非常巨大的影響。基于生態(tài)建筑理念所設(shè)計(jì)或建造的建筑，需要對(duì)建筑材料的回收利用加以高度重視，即在建筑過(guò)程中所應(yīng)用的一些材料與構(gòu)建必須是可以再次回收利用的。只有這樣才能夠?yàn)楹罄m(xù)的建筑垃圾處理提供更為良好的渠道與途徑。自然系統(tǒng)的運(yùn)行中沒(méi)有浪費(fèi)行為，剩余的材料將被其他物種使用，這就是大自然旋轉(zhuǎn)內(nèi)部物質(zhì)和能量的方式。如果將大自然的這一循環(huán)利用模式應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，將最大化的減少建筑垃圾，以及高效發(fā)展生態(tài)建筑。

5 結(jié)語(yǔ)

可見，環(huán)境建筑是現(xiàn)代科技的共同成果。隨著科技的進(jìn)步，我們的家將變得更加人性化和環(huán)保，從此擺脫冰冷的范式，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧。未來(lái)的世界是重視生態(tài)環(huán)境、尋求人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的世界。高層建筑在建設(shè)中存在一些問(wèn)題，比如能源消耗等，因此生態(tài)建筑在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)建筑業(yè)的發(fā)展非常重要。