關(guān)于綠色建筑設(shè)計(jì)理念在房屋建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)踐探討*

雷 赟

(廣州市住宅建筑設(shè)計(jì)院有限公司山西分公司 太原 030000)

綠色建筑設(shè)計(jì)理念是指在建筑設(shè)計(jì)中,采用能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡、健康舒適等方面的設(shè)計(jì)原則,實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的最小化影響,提高建筑的節(jié)能性、環(huán)保性和可持續(xù)性。在當(dāng)前環(huán)保意識(shí)逐漸普及的背景下,綠色建筑設(shè)計(jì)理念已經(jīng)成為未來房屋建筑設(shè)計(jì)的趨勢(shì),也是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。

從建筑全生命周期來看,綠色建筑有節(jié)約建筑建造及運(yùn)營(yíng)成本、降低使用能耗、提高資源使用效率、提高設(shè)備使用效率、優(yōu)化室內(nèi)空氣質(zhì)量等顯著優(yōu)勢(shì)。

1 綠色建筑設(shè)計(jì)原則

1.1 系統(tǒng)協(xié)同

綠色建筑設(shè)計(jì)理念需要結(jié)合建筑全生命周期進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì);同時(shí)需要所有專業(yè)交叉配合、平衡各專業(yè)之間的利弊,以實(shí)現(xiàn)其高效、可持續(xù)的運(yùn)行使用,因此系統(tǒng)協(xié)同的進(jìn)行設(shè)計(jì)工作是根本原則。

1.2 因地制宜、生態(tài)平衡

綠色建筑應(yīng)當(dāng)是高度融合于其所處環(huán)境的建筑。設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的地理位置進(jìn)行建筑設(shè)計(jì),同時(shí)最大化平衡與周邊生態(tài)的關(guān)系,充分尊重自然,而不是千篇一律。

1.3 經(jīng)濟(jì)適用、節(jié)能高效

綠色建筑要對(duì)建筑全生命周期運(yùn)行成本進(jìn)行估算,評(píng)估建筑的投入和產(chǎn)出,選擇最優(yōu)方案,在保證資源節(jié)能和設(shè)備高效的同時(shí),使建筑在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行三方面經(jīng)濟(jì)成本最小,實(shí)現(xiàn)建筑的可持續(xù)發(fā)展。

1.4 功能舒適

建筑歸根結(jié)底服務(wù)于使用人,綠色建筑更要本著有益于身心健康的原則,營(yíng)造出舒適的聲、光、熱、空氣等室內(nèi)環(huán)境。

2 綠色建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐方法

2.1 整體規(guī)劃設(shè)計(jì)

綠色建筑強(qiáng)調(diào)建筑與城市、場(chǎng)地的和諧共處,從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就融入綠色建筑設(shè)計(jì)理念,定好綠色建筑設(shè)計(jì)方向。

2.1.1 因地制宜

根據(jù)所處地理位置、氣候特點(diǎn)等客觀條件做好整體概念設(shè)計(jì),為單體建筑的可持續(xù)運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造必要條件。例如位于卡塔爾首都多哈的卡塔爾國(guó)家博物館(見圖1),地處典型的熱帶氣候區(qū),夏季炎熱干燥,因此設(shè)計(jì)師將氣候因素與國(guó)家地緣文化相結(jié)合,提煉出沙漠玫瑰的設(shè)計(jì)元素,構(gòu)成建筑屋頂?shù)膱A盤型挑檐,太陽從東西兩個(gè)方向照射建筑時(shí),圓盤挑檐形成較長(zhǎng)的保護(hù)陰影,同時(shí)減少建筑開窗面積,為數(shù)不多的的窗戶也設(shè)在永久陰影處,大大降低了室內(nèi)空間的制冷能耗,充分照顧了建筑所承載的文化需求。

圖1 卡塔爾國(guó)家博物館

2.1.2 充分利用場(chǎng)地現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境

規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)充分結(jié)合原場(chǎng)地的現(xiàn)狀條件,結(jié)合景觀規(guī)劃實(shí)現(xiàn)建筑與自然和諧共生。例如,位于巴西圣保羅市的圣保羅商務(wù)大樓(見圖2),在總體規(guī)劃之初,保留了基地原址的171棵現(xiàn)存樹木,同時(shí)引進(jìn)上百棵大西洋森林樹種,植冠達(dá)到12層,同時(shí)使用穿孔金屬板步道,充分利用水處理系統(tǒng),用于塔樓制冷及基地灌溉。場(chǎng)地內(nèi)的噴泉和植被形成了較為涼爽宜人的場(chǎng)地微氣候,有效減少了建筑內(nèi)部能耗。

圖2 圣保羅商務(wù)大樓

2.1.3 利用可再生能源

根據(jù)當(dāng)?shù)剡m合利用的風(fēng)能、太陽能、地源熱泵等能源替代傳統(tǒng)能源來統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。例如位于巴林王國(guó)群島的的巴林世貿(mào)中心(見圖3),利用靠近海域的天然風(fēng)力,在雙子樓之間設(shè)置了3座大型風(fēng)力渦輪,支持該建筑約11%的用電。

圖3 巴林世貿(mào)中心

2.2 單體方案設(shè)計(jì)

2.2.1 平面設(shè)計(jì)

建筑單體平面布局應(yīng)具有可變性和適應(yīng)性,隨著使用功能的發(fā)展和變化靈活可變,能夠適應(yīng)時(shí)代的需求。在平面布局上,綠色建筑設(shè)計(jì)方法要求優(yōu)化建筑的使用空間和能源效率,采用緊湊的布局來減少建筑的表面積,降低體形系數(shù),從根源上減少建筑自身能耗,而非為了建筑造型本末倒置,例如,2019年建于北京奧林匹克公園中心區(qū)的亞洲金融大廈(見圖4),布局方正緊湊,所有辦公空間圍繞9個(gè)采光中庭組團(tuán)布置,充分利用自然光照并最大化減少了建筑外表面引起的能耗。

圖4 亞洲金融大廈

2.2.2 立面選材

在立面選材方面,綠色建筑要求選擇可再生或可回收的材料,以減少對(duì)環(huán)境的影響,新型環(huán)保建材利用廢渣及垃圾等廢棄物,在加工過程中采用清潔工藝,安全耐用。例如采用Low-E 玻璃來代替普通玻璃,夏季隔熱,冬季保溫,降低噪音;采用自重輕、易清潔、抗沖擊能力強(qiáng)的陶板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的天然石材,美觀且耐久。整體滿足低能耗、無污染、多功能。例如,2014年巴西世界杯亞馬遜競(jìng)技場(chǎng)項(xiàng)目(見圖5),該建筑位于地處南美洲熱帶雨林氣候的巴西,因此建筑設(shè)計(jì)要解決的主要問題是隔熱問題,據(jù)此設(shè)計(jì)者將屋面和外立面由半透明玻璃纖維薄膜覆蓋,該材料表面經(jīng)過低輻射涂層處理,可以通過反射熱量達(dá)到冷卻建筑體的效果,降低制冷能耗的同時(shí),增加了建筑舒適度。

圖5 亞馬遜競(jìng)技場(chǎng)

2.2.3 室內(nèi)環(huán)境

室內(nèi)環(huán)境主要由聲、光、熱等內(nèi)容構(gòu)成。在聲學(xué)設(shè)計(jì)中,綠色建筑設(shè)計(jì)方法要求采用隔音材料和技術(shù),以減少建筑內(nèi)外噪音的影響,例如,采用隔音墻體、地面和天花板以及安裝隔音門窗等措施,通過合理的布局和通風(fēng)來降低噪音水平,提高室內(nèi)舒適度。在光學(xué)設(shè)計(jì)方面,綠色建筑設(shè)計(jì)方法要求最大化利用自然光線,減少對(duì)室內(nèi)照明的依賴,例如,采用高效的窗戶設(shè)計(jì)和天窗或采光井等措施,以便在白天能夠最大限度地利用自然光,還可以使用節(jié)能的照明設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng),以減少能源消耗和污染。熱學(xué)設(shè)計(jì)理念下,綠色建筑設(shè)計(jì)方法要求采用高效的隔熱材料和技術(shù),以減少建筑的能源消耗,例如,采用高效的隔熱墻體、屋頂和地面以及使用節(jié)能的采暖和空調(diào)系統(tǒng),還可以利用太陽能和地?zé)崮艿瓤稍偕茉丛磥硖峁崮?進(jìn)一步減少能源消耗。例如新加坡星商業(yè)綜合體項(xiàng)目,內(nèi)部運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué),優(yōu)化了自然通風(fēng),利用空氣自身流動(dòng)為室內(nèi)創(chuàng)造了相對(duì)舒適的熱環(huán)境,有效減少了制冷能耗,同時(shí)采用機(jī)械通風(fēng)輔助自然通風(fēng)的混合通風(fēng)裝置,運(yùn)用高容量、低轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇加大了空氣流動(dòng)的速度,同時(shí)建筑設(shè)計(jì)之初就減少東向西向曝光率,從而避免東西向大量吸收太陽熱度,引起室內(nèi)溫度升高。

3 運(yùn)用BIM 技術(shù)解決綠色建筑全生命周期節(jié)能問題

BIM 技術(shù)是建筑信息模型技術(shù),是集成的、數(shù)字化的建筑設(shè)計(jì)和管理方式。它通過建立一個(gè)包含完整建筑信息的三維數(shù)字模型,幫助建筑工程師、建筑設(shè)計(jì)師、建筑業(yè)主等相關(guān)人員獲取信息,協(xié)作、管理和維護(hù)建筑工程的整個(gè)生命周期。通過三維數(shù)字模型,建筑師可以進(jìn)行各種分析,包括性能分析、結(jié)構(gòu)分析、協(xié)同工作、施工時(shí)間規(guī)劃等,從而更加精確地預(yù)測(cè)工程成本和節(jié)省時(shí)間。

隨著社會(huì)發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),綠色建筑的需求正在快速增長(zhǎng),BIM 技術(shù)作為一種高效的建筑信息模擬技術(shù),對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)提供了巨大的支持,具有廣闊的應(yīng)用前景,使綠色建筑的概念不僅局限于建筑設(shè)計(jì)階段,更深入到建筑施工與使用過程中。①促進(jìn)綠色建筑的普及和推廣。BIM 技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)人員和建筑師更好地控制和優(yōu)化綠色建筑的各類能耗,調(diào)動(dòng)起業(yè)界對(duì)綠色建筑的積極性,促進(jìn)綠色建筑的普及和推廣。②提高綠色建筑設(shè)計(jì)效率。BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可快速生成三維設(shè)計(jì)方案,幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行多角度綜合分析,提高設(shè)計(jì)效率,降低設(shè)計(jì)成本。③更好地管理綠色建筑運(yùn)營(yíng)。BIM 技術(shù)可協(xié)助施工單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)前期校驗(yàn),檢查施工過程中所用材料的適合性。同時(shí)可以在運(yùn)營(yíng)過程中監(jiān)察綠色建筑的能耗和水耗等因素,在發(fā)生異常時(shí)發(fā)出警報(bào),并做出相應(yīng)調(diào)整。④符合未來建筑發(fā)展方向。通過BIM 技術(shù)進(jìn)行模擬和優(yōu)化,可以為未來建筑設(shè)計(jì)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)和建議,對(duì)推動(dòng)建筑可持續(xù)發(fā)展起到積極作用。以亞洲金融大廈為例,該項(xiàng)目使用全鋼結(jié)構(gòu)體系,使用功能比較綜合、布局復(fù)雜、體量十分大,如果運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工方式,需要耗費(fèi)大量的人力物力以解決統(tǒng)籌問題。因此,設(shè)計(jì)方及施工單位共同協(xié)作運(yùn)用了數(shù)字化的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工一體化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)高裝配化設(shè)計(jì)建造,同時(shí)運(yùn)用BIM 設(shè)計(jì)及平臺(tái)技術(shù)作為建筑設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的基本工具,實(shí)現(xiàn)了建筑全生命周期高效管控,大大的降低了建筑的施工帶來的高能耗和多污染。

綜上所述,綠色建筑設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用,在房屋建筑設(shè)計(jì)中具有重要的意義,實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的最小化影響,提高建筑的節(jié)能性、環(huán)保性和可持續(xù)性,滿足人們對(duì)于生態(tài)環(huán)保和舒適健康居住環(huán)境的需求。在未來的發(fā)展中,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于綠色建筑設(shè)計(jì)理念的研究和實(shí)踐,推廣綠色建筑設(shè)計(jì)的理念和技術(shù),促進(jìn)城市的環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展。