生態(tài)建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略與設(shè)計(jì)技術(shù)探討

楊陽(yáng) 左森文 閆磊 柴悅

中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 陜西 西安 710077

當(dāng)下隨著社會(huì)的進(jìn)步，人類(lèi)活動(dòng)的日益頻繁，資源和環(huán)境遭受了嚴(yán)重的破壞，天氣、氣候的變化無(wú)常，溫室效應(yīng)也開(kāi)始不斷加劇，自然災(zāi)害更是頻頻發(fā)生，這些都對(duì)地球的循環(huán)系統(tǒng)造成了一定的損傷，甚至有些對(duì)人們的日常生活開(kāi)始造成了一定程度上的危害。人們的生活和工作離不開(kāi)建筑，現(xiàn)如今設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)技術(shù)正在不斷完善，現(xiàn)代技術(shù)在建造、設(shè)計(jì)以及后期的維修保養(yǎng)上都會(huì)用到大量的能源，因此生態(tài)建筑就成了現(xiàn)如今城市未來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)必然趨勢(shì)。生態(tài)建筑對(duì)于場(chǎng)地設(shè)計(jì)、建筑的整體形態(tài)、結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)都屬于被動(dòng)式設(shè)計(jì)。通過(guò)采用生態(tài)被動(dòng)設(shè)計(jì)策略以及設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠盡可能地對(duì)建筑過(guò)程當(dāng)中的各個(gè)細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，降低在建筑過(guò)程當(dāng)中環(huán)境的污染，不僅能夠彰顯建筑的美學(xué)，與此同時(shí)還能夠提高整個(gè)建筑的安全經(jīng)濟(jì)性，對(duì)未來(lái)建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義[1]。

1 生態(tài)建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略

1.1 建筑的設(shè)計(jì)層面

建筑的整體形態(tài)。建筑的整體形態(tài)能夠更加直接地給人們帶來(lái)視覺(jué)上的沖擊，一處建筑也能夠在某種程度上反映當(dāng)?shù)氐淖匀伙L(fēng)光、人文社會(huì)、歷史地貌等，換句話說(shuō)，當(dāng)下的建筑正是建筑設(shè)計(jì)師從理性和感性的角度下綜合分析而創(chuàng)作出來(lái)的藝術(shù)作品，現(xiàn)如今的建筑不但能夠體現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)師獨(dú)特的設(shè)計(jì)觀念之外，還能夠給人們營(yíng)造一種舒適、健康、綠色的生活氛圍以及居住空間。例如國(guó)際著名的建筑設(shè)計(jì)師諾曼福斯特設(shè)計(jì)出來(lái)的法蘭克福商業(yè)銀行，該處建筑一經(jīng)建成就已經(jīng)成為了迄今為止在高層生態(tài)建筑層面的代表之作，他所設(shè)計(jì)出來(lái)的高層建筑在外觀上呈現(xiàn)三角形，這也是當(dāng)今世上首座具備高層生態(tài)辦公的建筑。這座舉世聞名的銀行大樓共有50多層，在縱向上分成了4個(gè)部分，每一個(gè)部分都具有12層，除此之外整體的建筑還具有一個(gè)4層樓高左右的空中花園，這個(gè)空中花園不僅僅起到了美觀的作用，還在某種程度上實(shí)現(xiàn)了建筑中庭的煙囪效應(yīng)，有助于提升整體建筑的通風(fēng)性和采光性。法蘭克福商業(yè)銀行大樓不但給人們帶來(lái)了更加舒適、生態(tài)的辦公體驗(yàn)，與此同時(shí)憑借著自身特立獨(dú)行的設(shè)計(jì)形態(tài)，還讓該建筑成為了整個(gè)城市的地標(biāo)性建筑；佇立在美國(guó)紐約的“太陽(yáng)能雕刻塔”也是生態(tài)建筑的一個(gè)重要的代表作，“太陽(yáng)能雕刻塔”現(xiàn)如今地處紐約市的中心地段，周邊布滿了高樓大廈，為了能夠符合當(dāng)?shù)卦诮ㄖ用娴娜照障嚓P(guān)要求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中設(shè)計(jì)師曾經(jīng)對(duì)太陽(yáng)的光線進(jìn)行了詳細(xì)的分析與探究，并且根據(jù)紐約當(dāng)?shù)夭煌瑫r(shí)期太陽(yáng)的射入角對(duì)整個(gè)建筑的形體進(jìn)行了分解和設(shè)計(jì)，最終經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的探究之后才敲定形態(tài)，保證了該建筑能夠獲得最大程度上的光照，該建筑的窗戶采用了特有的鉆石形形狀，這樣做的目的是為了能夠拓展窗面，便于采光。與此同時(shí)，正是經(jīng)過(guò)這種大膽的設(shè)計(jì)才使得整體的建筑形態(tài)得到了徹底的解放，給人們營(yíng)造一個(gè)開(kāi)放的公共空間，“太陽(yáng)能雕刻塔”不但彰顯設(shè)計(jì)師獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念，在保留了該建筑所具有的功能性的同時(shí)也積極貫徹了自然和社會(huì)的相互統(tǒng)一的建筑設(shè)計(jì)理念。

1.2 中庭空間設(shè)計(jì)

隨著建筑設(shè)計(jì)理念的不斷完善以及建筑工藝的不斷成熟，為了提高建筑整體的空間感和功能性，促進(jìn)建筑內(nèi)部上下層空間的互相融合，現(xiàn)如今建筑在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中都會(huì)加入中庭空間的設(shè)計(jì)。建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行中庭的設(shè)計(jì)時(shí)通常采用更加新型的空間形式設(shè)計(jì)理念，這樣能夠體現(xiàn)建筑的生態(tài)價(jià)值。中庭空間可以確保整體建筑中的光線與氣流通過(guò)通道進(jìn)行流通，這樣能夠在某種程度上起到煙囪和采光井的作用，其中最為典型的代表要數(shù)香港的匯豐銀行，匯豐銀行以所有支撐結(jié)構(gòu)外露，內(nèi)部無(wú)支撐而聞名于世，匯豐銀行的中庭空間采用的是反光鏡的設(shè)計(jì)方案，這樣每當(dāng)陽(yáng)光照入到銀行時(shí)，通過(guò)中庭空間的反光鏡將光線不斷地折射，這樣經(jīng)過(guò)折射的光線就能夠照亮整個(gè)建筑的底層，根據(jù)物理中的動(dòng)力學(xué)，中庭還能夠?yàn)檎w的建筑起到通風(fēng)的作用，充當(dāng)了“煙囪”的功能。“煙囪效應(yīng)”正是由于建筑內(nèi)部的熱空氣不斷的上升，拉動(dòng)建筑內(nèi)的自然通風(fēng)，然后通過(guò)上方的出口排放出去，進(jìn)而隨著壓強(qiáng)在建筑的底部不斷吸入冷空氣，憑借著空氣的流通將室內(nèi)底層的濕氣和廢氣進(jìn)行有效的排除，加速了建筑內(nèi)部空氣的流動(dòng)性，這樣在提高人與自然密切接觸與互動(dòng)的同時(shí)，還能夠有效地避免過(guò)度使用空調(diào)和機(jī)械通風(fēng)，在環(huán)保層面也達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

1.3 底部開(kāi)敞空間設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今人們的生活質(zhì)量不斷提高，因此對(duì)于建筑的功能性也提出了更高的要求，為了積極響應(yīng)國(guó)家相關(guān)部門(mén)所提出的生態(tài)環(huán)保理念，在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃的過(guò)程當(dāng)中應(yīng)該更加注重建筑的底部環(huán)境與整個(gè)城市氛圍以及環(huán)境的各種關(guān)系。當(dāng)下國(guó)內(nèi)的很多現(xiàn)代建筑都提高了建筑底層的空間，這樣做的目的是能夠確保在建筑的底層空間留出更多的活動(dòng)范圍和開(kāi)放性的空間，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)策略來(lái)促進(jìn)建筑底層空間與城市之間的融入。將建筑的底層進(jìn)行架空形成開(kāi)放性的空間，這樣不僅對(duì)城市內(nèi)部的綠地景觀能夠進(jìn)行覆蓋之外，還有助于提高自然風(fēng)的流動(dòng)性。底部開(kāi)敞空間設(shè)計(jì)策略利用建筑的整體形式來(lái)提高自身的功能性，不僅提升當(dāng)下建筑的功能性，與此同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)城市與經(jīng)濟(jì)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。為了積極響應(yīng)國(guó)家所提出的建筑節(jié)能以及綠色建筑的相關(guān)理念，深圳市作為國(guó)內(nèi)首批的示范試點(diǎn)。其中萬(wàn)科中心就成為了示范項(xiàng)目當(dāng)中的重點(diǎn)項(xiàng)目。萬(wàn)科中心地處深圳市的大梅沙內(nèi)湖公園，在設(shè)計(jì)策略上建筑設(shè)計(jì)師采用了斜拉索結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這樣能夠使整體的建筑底部架空將近幾十米，讓從遠(yuǎn)處來(lái)看，整體的建筑仿佛懸浮于空中，不僅讓地面在炎炎的夏日獲得了更多的陰影，與此同時(shí)還便于海風(fēng)的流動(dòng)。在夏季可以便于人們躲在陰涼處進(jìn)行避暑乘涼，還能夠盡情地感受海風(fēng)，建筑下面還有一個(gè)小湖，湖面由三座小島環(huán)繞其中，它們形態(tài)各異，猶如一個(gè)個(gè)明珠點(diǎn)綴其中，頗有野趣。正是這種懸浮式的建筑形態(tài)給綠地景觀在設(shè)計(jì)上帶來(lái)了更多的創(chuàng)作空間。萬(wàn)科中心在設(shè)計(jì)策略上針對(duì)深圳市的亞熱帶氣候進(jìn)行了全面的分析，并充分地借助這種特有的氣候進(jìn)行設(shè)計(jì)，正是由于這種架空式的設(shè)計(jì)使得在萬(wàn)科中心底層形成了一個(gè)沒(méi)有邊界的公園，為周邊的人們提供了一個(gè)在餐后漫步、休息以及孩子自由玩耍的天然場(chǎng)所。

2 生態(tài)建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1 生態(tài)建筑材料技術(shù)

當(dāng)下國(guó)內(nèi)大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的理念下，建筑行業(yè)在建設(shè)和發(fā)展過(guò)程中的生態(tài)環(huán)保問(wèn)題也成為了社會(huì)各界關(guān)注熱門(mén)，假設(shè)不能合理的管控，這樣長(zhǎng)久下去就會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)的發(fā)展造成嚴(yán)重的沖擊。對(duì)此，在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中要大力提倡使用綠色節(jié)能建筑材料[2]。在2000年的德國(guó)世博會(huì)中日本國(guó)家館通過(guò)使用廢紙來(lái)作為建筑材料來(lái)充當(dāng)整體建筑的支撐結(jié)構(gòu)，該建筑該建筑地上3層，建筑高度28m，通過(guò)利用人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的紙張經(jīng)過(guò)后期的加工制造形成一個(gè)個(gè)空心紙筒。然后將紙筒通過(guò)組合排列式的排列搭建成巨大的拱形跨度展廳空間，在紙筒外側(cè)附著著白色膜結(jié)構(gòu)，這些紙筒在進(jìn)行展出之后仍然可以作為廢舊的材料進(jìn)行回收再利用，利用紙筒作為建筑材料是日本當(dāng)?shù)氐慕ㄖ煘榱藢?shí)現(xiàn)“零污染、零排放”的建筑設(shè)計(jì)理念而采取的一項(xiàng)探索性的嘗試，也向人們展示了現(xiàn)如今生態(tài)建筑材料的各種可能性以及未來(lái)發(fā)展前景。

建筑材料是建筑中的一項(xiàng)重要參數(shù)，因此建筑材料的運(yùn)用以及建筑材料的革新也能在某種程度上決定著整體建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中的表達(dá)形式。例如在上海世博會(huì)西班牙國(guó)家館，通過(guò)采用天然竹藤條編制的方式來(lái)使得整體的建筑呈現(xiàn)波浪形的效果，從遠(yuǎn)處觀看建筑的整體外觀在竹藤條建筑材料的裝飾下仿佛一個(gè)巨大的“竹籃”，這樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠使室外的天然光通過(guò)建筑材料照射到室內(nèi)，使室內(nèi)獲得自然光，進(jìn)而降低照明材料的使用，提高整體建筑場(chǎng)館的采光度。

2.2 太陽(yáng)能資源利用技術(shù)

古往今來(lái)，人類(lèi)在進(jìn)行建筑的過(guò)程當(dāng)中就與太陽(yáng)能有著密切的關(guān)聯(lián)。起初對(duì)于太陽(yáng)能這類(lèi)資源的利用上，主要是通過(guò)被動(dòng)的方式：就是在進(jìn)行建筑的建造與設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中將太陽(yáng)能的熱能與光能直接拿來(lái)使用，這樣能夠通過(guò)太陽(yáng)能讓建筑變得更加的光亮、溫暖；此后，隨著信息技術(shù)的進(jìn)步以及人們對(duì)于建筑功能性需求的提高，人們對(duì)于太陽(yáng)能資源的利用也開(kāi)始逐漸由被動(dòng)式開(kāi)始朝著主動(dòng)式的使用方向發(fā)展。

太陽(yáng)能是一種可以循環(huán)再生的可利用型清潔能源，人們?cè)诮ㄖ倪^(guò)程當(dāng)中對(duì)于太陽(yáng)能資源的利用，除了可以采光、供暖之外，還可以利用主動(dòng)式太陽(yáng)能設(shè)備在建筑的過(guò)程當(dāng)中利用太陽(yáng)能技術(shù)，主要可以分為以下三種情況：首先，太陽(yáng)能被動(dòng)技術(shù)，例如在建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中充分利用太陽(yáng)能資源來(lái)進(jìn)行整體建筑的采光和供熱；其次，通過(guò)利用太陽(yáng)能集熱技術(shù)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)建筑中的介質(zhì)來(lái)將日常生活當(dāng)中的太陽(yáng)能的熱能進(jìn)行儲(chǔ)存，然后供給整個(gè)建筑，以此來(lái)滿足能耗的相關(guān)需求，例如將更換太陽(yáng)能照明設(shè)備，提升建筑內(nèi)部的照明效果，這樣既可以提升光照還可以降低能耗，有條件的還可以增設(shè)智能開(kāi)關(guān)，能夠根據(jù)光線、環(huán)境實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)的控制，讓“人走燈滅”變?yōu)榭赡?；最后，就是通過(guò)太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用建筑中的相關(guān)設(shè)備，采集太陽(yáng)能資源中的熱能通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為人們?nèi)粘Ｉ钪兴枰哪茉?，這樣能夠在最大程度上提升能源的使用率，做到節(jié)能減排、綠色環(huán)保。

2.3 風(fēng)能資源的利用技術(shù)

與太陽(yáng)能相比，風(fēng)能同樣的是作為一種清潔無(wú)污染的可再生能源在現(xiàn)如今的各行各業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，具有著十分寬廣的發(fā)展前景?，F(xiàn)如今人們對(duì)于風(fēng)能的利用還主要體現(xiàn)在一些風(fēng)能密度較大的地區(qū)。通常以發(fā)電廠為主要的使用場(chǎng)景，但是科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及人們對(duì)于生態(tài)環(huán)保理念的逐步重視，對(duì)于一些國(guó)內(nèi)的風(fēng)能利用率相對(duì)較低的地區(qū)，在進(jìn)行建筑和設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，也勢(shì)必會(huì)得到重視和發(fā)展。

2.4 水資源的利用技術(shù)

水是萬(wàn)物生存之本，從數(shù)據(jù)上來(lái)看我國(guó)的水資源人均占有量跟其它發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距，對(duì)此，在對(duì)建筑設(shè)計(jì)時(shí)就要優(yōu)先考慮水資源的節(jié)能，這樣能夠確保人們的日常使用和生活。在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以在建筑中增設(shè)水資源回收處理系統(tǒng)，這樣能夠讓人們生活中的水資源實(shí)現(xiàn)回收再利用，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“海綿建筑”，讓水資源得到最大限度的使用，還可以在建筑周?chē)_(kāi)展人工濕地等項(xiàng)目，這樣不僅能夠?qū)⒕用裆町a(chǎn)生的污水進(jìn)行二次處理循環(huán)利用，真正意義上的實(shí)現(xiàn)人與自然、社會(huì)和諧發(fā)展[3]。

2.5 墻體的節(jié)能施工

利用生態(tài)環(huán)保、綠色、高效的結(jié)構(gòu)是生態(tài)建筑最為重要因素之一，合理地進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)能夠盡可能降低傳統(tǒng)建筑材料的使用，節(jié)約后期的材料成本。

通常情況下，在建筑設(shè)計(jì)中，如果相關(guān)的施工技術(shù)嚴(yán)格參照著設(shè)計(jì)工藝和設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行施工，那么，在墻體層面完全能夠達(dá)到生態(tài)環(huán)保以及節(jié)能的作用?？偟膩?lái)說(shuō)，建筑中的墻體自身就帶有防水和保溫的功能，但是對(duì)于一些冬季相對(duì)寒冷的地區(qū)來(lái)講，由于冬季的溫度特別低，整個(gè)冬季較為寒冷，在這種長(zhǎng)期低溫的環(huán)境下，鋼筋混泥土的保溫性遠(yuǎn)遠(yuǎn)下降。對(duì)此，在建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就需要給墻體進(jìn)行保溫。在保溫的方式上，可以通過(guò)兩種方式，內(nèi)保溫和外保溫的方式來(lái)進(jìn)行解決。通常情況下，在北方的冬季都有供暖，因此在這種這兩種技術(shù)的選擇上，要根據(jù)室內(nèi)的供暖情況來(lái)進(jìn)行決定。如果供熱時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的話，那么就可以在外墻上采用外保溫的技術(shù)。在施工的過(guò)程中也要格外注意，避免由于操作不當(dāng)不但降低了墻體的保溫效果，而且還容易使墻體出現(xiàn)結(jié)露的現(xiàn)象。對(duì)于國(guó)內(nèi)的一些南方地區(qū)來(lái)說(shuō)，通常情況下在建筑墻體的設(shè)計(jì)可以采用圍護(hù)結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)能夠提升房屋建筑的保溫性，起到隔涼隔熱的效果，這樣不管是在南方炎熱的夏季還是寒冷的冬季都能夠降低對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的使用，減少能源的使用。圍護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中就要對(duì)建筑各個(gè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地的考察，合理的規(guī)劃，選擇適用的材料以此來(lái)提升隔涼隔熱的效果?，F(xiàn)如今最為常見(jiàn)的要數(shù)通過(guò)植物來(lái)形成保溫層，將綠植作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外結(jié)構(gòu)，從而提升房屋建筑的牢固性，美化環(huán)境。通過(guò)將綠植作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外結(jié)構(gòu)能夠減少在光線對(duì)建筑的直射，起到隔絕紫外線的效果，減少輻射[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，在現(xiàn)如今建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，注重生態(tài)節(jié)能，提高建筑的功能性和使用效率，要深入探究當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，這樣能夠有助于開(kāi)展生態(tài)建筑的相關(guān)設(shè)計(jì)工作。通過(guò)對(duì)生態(tài)建筑被動(dòng)式的設(shè)計(jì)策略和設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行深入的探究夠提高建筑整體形態(tài)的合理性，充分利用生態(tài)建筑被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略和設(shè)計(jì)技術(shù)不但能夠給建筑行業(yè)帶來(lái)了全新的發(fā)展機(jī)遇，也能夠使建筑行業(yè)朝著更加生態(tài)、高效、節(jié)能、綠色的層面發(fā)展。