綠色建筑理念背景下建筑設(shè)計發(fā)展

袁帥龍 李世常

山東省紡織建筑設(shè)計院有限公司 山東 濟(jì)南 250013

引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，環(huán)境問題開始受到人們的重視，為了減少工業(yè)發(fā)展給環(huán)境帶來的影響，我國開始制訂各種節(jié)能減排的政策。建筑行業(yè)中綠色建筑的理念應(yīng)運而生，在這種理念下我國建筑設(shè)計開始向信息化、綠色化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，通過這種綠色的設(shè)計理念，可以有效實現(xiàn)建筑施工過程的節(jié)能減排。有鑒于此，下文將在通過對相關(guān)文獻(xiàn)查閱以及結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗背景下，針對綠色建筑理念背景下建筑設(shè)計發(fā)展進(jìn)行探討，希望能夠給廣大同行參考。

1 綠色建筑理念概述

綠色建筑是指借助綠色環(huán)保的施工方式采用綠色節(jié)能的建筑材料建成的建筑。隨著人們對于環(huán)境問題的重視，綠色建筑已經(jīng)成為建筑行業(yè)的主要發(fā)展方向。針對綠色建筑可以結(jié)合社會、環(huán)境、個人以及成本4個方面來闡述。①社會。綠色建筑的大規(guī)模應(yīng)用有助于完善我國的工業(yè)化體系，體現(xiàn)出了我國的可持續(xù)發(fā)展觀，有益于“人類命運共同體”的構(gòu)建。②環(huán)境。綠色建筑的廣泛應(yīng)用可以有效減少建材制造以及運輸過程中可能造成的污染，可以最大限度地降低建筑相關(guān)領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境造成的影響。③個人。通過對綠色建材的應(yīng)用有助于引導(dǎo)個人形成綠色的生活觀，在實際生活中選擇綠色的生活方式，可以從個人角度實現(xiàn)綠色社會的構(gòu)建。④成本。由于綠色建筑采用的建材大都是可循環(huán)使用的，在建筑使用壽命到期之后可以將建材處理之后二次利用，在一定程度上降低了建筑成本[1]。

2 當(dāng)前建筑設(shè)計領(lǐng)域存在的問題

2.1 建筑設(shè)計方案信息化程度不足

隨著信息化時代的到來，信息技術(shù)極大地改變了人們的生產(chǎn)生活方式。在建筑設(shè)計領(lǐng)域也是如此，但部分從業(yè)者只將信息技術(shù)看作是一種便捷的畫圖工具，這種觀點極大地限制了建筑設(shè)計的信息化發(fā)展。①建筑行業(yè)內(nèi)的信息交流不完善，建筑是多領(lǐng)域、多周期的行業(yè)，現(xiàn)在不同領(lǐng)域間（如暖通和電氣）和不同周期間（如設(shè)計和施工）的信息交流不完善，導(dǎo)致很多現(xiàn)有數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或者缺失。BIM技術(shù)對于提高建筑行業(yè)信息化程度有著非常大的意義，但是還有待發(fā)展。②建筑設(shè)計行業(yè)重要數(shù)據(jù)的缺失，由于建筑在設(shè)計時往往沒有考慮維護(hù)和監(jiān)控需要的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致雖然現(xiàn)在智能建筑數(shù)據(jù)很多，但經(jīng)常重要數(shù)據(jù)缺失（如中央空調(diào)的各種數(shù)據(jù)等）。③建筑行業(yè)內(nèi)缺乏理想的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，BACnet在實際應(yīng)用方面差強人意。

2.2 建筑成本難以控制

建筑施工過程中成本一般包括人工費、材料費、管理費、稅金等。其中材料費主要是指建材的購買與運輸?shù)馁M用，隨著我國碳中和政策的實施，常規(guī)建筑材料的購買成本會上升，在建筑行業(yè)日益成熟的背景下，建筑成本的增加不利于企業(yè)的經(jīng)營。常規(guī)的鋼筋混凝土建筑通常由于設(shè)計方案的獨特性導(dǎo)致其核算成本上升，不同配比的鋼筋混凝土在材料的購買、建筑物結(jié)構(gòu)強度以及施工難度等方面均有所不同，不同的建筑在建造的過程中成本難以控制[2]。

3 綠色建筑理念下建筑設(shè)計發(fā)展趨勢

3.1 設(shè)計方案信息化

設(shè)計方案的信息化包括從建筑物的設(shè)計、施工管理以及后期建筑的管理維護(hù)的信息化。在這之前需要收集大量的建筑信息，這就要求在開展新建筑施工時要鋪設(shè)足夠數(shù)量的傳感器，收集建筑在施工和運行過程中的各項數(shù)據(jù)。老舊房屋的翻新也為建筑大數(shù)據(jù)的采集提供了契機(jī)，在翻新過程中可以通過安裝各種傳感器實現(xiàn)建筑的自動管理，如自動維護(hù)、自動清潔等。由于綠色建筑理念下建筑設(shè)計方案越來越復(fù)雜，涉及的專業(yè)越來越多，生成式設(shè)計可以通過計算機(jī)生成上千萬種設(shè)計方案，并篩選出最科學(xué)的方案。生成式設(shè)計需要借助設(shè)計方案的信息化來實現(xiàn)，在計算機(jī)端口輸入各類信息之后，計算機(jī)自動生成設(shè)計方案，并將設(shè)計方案自動拆分生產(chǎn)施工[3]。

3.2 建筑用材綠色化

建筑用材綠色化是指選用建筑材料時要選用生產(chǎn)過程對環(huán)境污染小或者無污染的建筑材料。常見的鋼筋混凝土材料在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的粉塵影響環(huán)境，而且混凝土原料在開采過程中會破壞當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境。因此建筑行業(yè)開始逐步采用鋼結(jié)構(gòu)建筑代替鋼筋混凝土建筑。鋼結(jié)構(gòu)建筑相比較于混凝土建筑施工周期短、柔韌性高、抗震性能高；鋼結(jié)構(gòu)建筑使用標(biāo)準(zhǔn)型材，易加工易控制精準(zhǔn)度；鋼結(jié)構(gòu)梁柱截面小，室內(nèi)空間利用率高；建筑物的管線可以借型材內(nèi)部布線，節(jié)省空間和敷設(shè)造價；鋼結(jié)構(gòu)建筑可實現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)及超高結(jié)構(gòu)。用常見的鋼結(jié)構(gòu)建筑與混凝土建筑進(jìn)行抗震實驗，首先假設(shè)地震加速度、分組、場地類別等外部因素均相同，且設(shè)計水平與施工質(zhì)量均類似，墻體后期沒有附加破壞如野蠻裝修等。通過設(shè)置不同的地震級別，檢測模擬墻體的最大適用高度（默認(rèn)最大高度為300m，即300m及300m以上均視為高度為300m），通過對模擬實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行推算可以得出不同震級下墻體最大適用高度。通過數(shù)據(jù)可以看出在高級別震級下，鋼結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性要高于混凝土結(jié)構(gòu)建筑，尤其是當(dāng)震級為8.0級時，鋼筒體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)。因此鋼結(jié)構(gòu)建筑在抗震能力方面具有很大的優(yōu)勢。通過鋼結(jié)構(gòu)建筑代替常規(guī)的混凝土結(jié)構(gòu)建筑不僅可以提高建筑的穩(wěn)定性，還可以減少施工成本，提高企業(yè)效益；而且鋼結(jié)構(gòu)建筑在建筑廢棄之后還可以回收再利用[4]。

3.3 建造方式標(biāo)準(zhǔn)化

建造方式標(biāo)準(zhǔn)化是指通過統(tǒng)一裝配式建筑的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。通過統(tǒng)一生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，裝配式建筑的結(jié)構(gòu)件可以在預(yù)制工廠加工生產(chǎn)完成后直接投入市場，建筑設(shè)計方在設(shè)計時結(jié)合已有的建筑結(jié)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，建筑施工方根據(jù)圖紙需求購買相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件在施工現(xiàn)場快速裝配成型。裝配式建筑的特點就是標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化，當(dāng)前的裝配式建筑結(jié)構(gòu)可以分為混凝土結(jié)構(gòu)式建筑、鋼結(jié)構(gòu)式建筑、木結(jié)構(gòu)式建筑3類。裝配式結(jié)構(gòu)建筑可以實現(xiàn)建筑材料生產(chǎn)過程的標(biāo)準(zhǔn)化、集約化，相比較于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)建筑可以極大地縮短施工周期，而且由于建筑材料成型基本都是在工廠內(nèi)完成的，可以極大地減少施工過程中造成的污染。裝配式建筑在抗震強度方面也有不俗的表現(xiàn)，在對鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行三層足尺實驗時，發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)建筑在經(jīng)歷0.62g地震加速度后，除抗震支撐外建筑結(jié)構(gòu)基本完好無損，表面鋼結(jié)構(gòu)建筑至少可以抵抗8.0級地震。近年來我國不斷推廣裝配式建筑，不僅是裝配式建筑相比較于傳統(tǒng)的混凝土建筑效率更高，更重要的是裝配式建筑更為環(huán)保。裝配式建筑其生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加環(huán)保，符合我國既定的低碳發(fā)展戰(zhàn)略，例如每100m2的混凝土施工與裝配式建筑的用料進(jìn)行比較：

使用混凝土建筑技術(shù)加工100m2的建筑物共需4.5t鋼筋，1t水泥，在施工過程中大約產(chǎn)生0.52t建筑垃圾；使用裝配式建筑技術(shù)加工100m2的建筑物，約需要2.4t鋼筋、0.5t水泥，在施工過程中產(chǎn)生0.32t建筑垃圾，通過對比不難發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑無論是在建筑原材料的消耗上，還是原材料的利用率上均具有極大的優(yōu)勢，通過大范圍推廣裝配式建筑技術(shù)可以有效實現(xiàn)建筑行業(yè)的節(jié)能減排，保障我國低碳發(fā)展戰(zhàn)略的有效實行。裝配式建筑設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和管理的信息化程度較高，能有效縮減耗材的使用，節(jié)省成本，提高建造效率，特別是在施工時可以節(jié)約大量模板，減少現(xiàn)場攪拌對水的浪費和污染，能一定程度地實現(xiàn)綠色建筑的結(jié)果。裝配式建筑將綠色理念與建筑施工相結(jié)合，運用現(xiàn)代化生產(chǎn)組織手段，建筑生產(chǎn)全過程各階段、各生產(chǎn)要素通過技術(shù)集成和系統(tǒng)整合，形成有序的工廠數(shù)字化流水式作業(yè)，實現(xiàn)建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件生產(chǎn)工廠化、現(xiàn)場施工裝配化、土建裝修一體化的先進(jìn)建筑生產(chǎn)方式。對于裝配式建筑，圍護(hù)系統(tǒng)是一個關(guān)鍵因素。裝配式建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必須與圍護(hù)系統(tǒng)配合緊密、和諧統(tǒng)一。裝配式結(jié)構(gòu)建筑其技術(shù)優(yōu)勢在裝配件的生產(chǎn)以及現(xiàn)場施工的過程中可以極大地減少傳統(tǒng)建筑施工技術(shù)造成的污染，但由于裝配式建筑還處于發(fā)展階段，有很多技術(shù)難題還有待解決[5]。

3.4 能源優(yōu)化利用和新能源的開發(fā)技術(shù)

綠色建筑的新能源開發(fā)利用是基于開源角度提出的一個設(shè)計理念，該方式可有效降低建筑對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放問題，進(jìn)而完成綠色建筑建設(shè)目標(biāo)。當(dāng)下，較為熱門的新能源主要有太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮?，沿海建筑也可利用潮汐能。由于這些能源因素對環(huán)境要求較高，因此，在具體選擇上可從成本角度出發(fā)，考慮安裝一種或幾種。在太陽能利用上，適合安裝太陽能設(shè)備作為建筑能源的地方需要有充足日照。在安裝設(shè)計太陽能裝置時，要考慮朝向問題。當(dāng)前，我國城市地區(qū)普遍存在玻璃幕墻，因此，可做好建筑的聯(lián)動設(shè)計，安裝玻璃幕墻加太陽能能源裝置的聯(lián)合裝置，能保證在有效消除光污染的同時，進(jìn)一步提升太陽能裝置的能源效率。在風(fēng)能利用上，要做好前期風(fēng)力測試工作，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行降噪處理。如今，我國在光伏領(lǐng)域和風(fēng)能發(fā)電設(shè)備方面給予了重點投資，相關(guān)設(shè)備效率不斷增加，設(shè)備成本也在進(jìn)一步降低，這為現(xiàn)代建筑中普及使用新能源設(shè)備提供了更多可能。存在條件的建筑可同時安裝更多、更大的新能源設(shè)備。該領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員更需緊跟時代步伐，做好對于這些技術(shù)的前沿觀察研究，并積極思考其在綠色建筑技術(shù)中的融合應(yīng)用[6]。

3.5 因地制宜

綠色建筑理念更加重視建筑工程與周邊自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性與統(tǒng)一性，力求減輕工程建設(shè)期間對周邊環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響與破壞。因此，在綠色建筑理念背景下建筑設(shè)計應(yīng)堅持因地制宜，改善設(shè)計水平，做到能源的科學(xué)使用。設(shè)計中先做好區(qū)域氣候、地質(zhì)環(huán)境的分析和考察，在綠色理念引導(dǎo)及建筑工程要求下，合理規(guī)劃設(shè)計內(nèi)容，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)、性能的規(guī)劃處理，降低能源及成本損耗。再者，堅持因地制宜原則，在陽光充足區(qū)域內(nèi)，安裝太陽能轉(zhuǎn)換裝置，利用太陽能完成電能、熱水的供應(yīng)。對于溫度較低區(qū)域，可選擇環(huán)保型保溫墻體材料。根據(jù)不同的氣候特征、地勢情況、特有材料的就近使用來提高設(shè)計，改善生活[7]。

4 結(jié)束語

總的來說，隨著社會的發(fā)展環(huán)保理念越來越受到人們的追捧，為了更好適應(yīng)社會的發(fā)展，建筑行業(yè)也提出了綠色建筑的理念。在綠色建筑理念的影響下，建筑設(shè)計開始向信息化、綠色化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。設(shè)計方案信息化可以提高建筑整體的資源調(diào)配，提高資源利用率；建筑用材綠色化可以有效減少建筑行業(yè)造成的污染；建造方式標(biāo)準(zhǔn)化可以提高建筑施工工作效率，進(jìn)一步減少建筑施工過程中可能造成的污染。為此上文結(jié)合工作實踐及文獻(xiàn)研究，對綠色建筑理念下建筑設(shè)計發(fā)展趨勢進(jìn)行探討。