基于綠色環(huán)保理念的九年一貫制學(xué)校建筑設(shè)計研究

【摘要】面對建筑領(lǐng)域高能耗、高污染的問題，需要運用綠色環(huán)保理念，尋求建筑與自然的和諧共融，提高資源利用率，降低環(huán)境影響程度。文中研究了基于綠色環(huán)保理念的九年一貫制學(xué)校建筑設(shè)計，在掌握項目概況的基礎(chǔ)上，從功能分區(qū)、優(yōu)化布局、綠化設(shè)計、活動空間等方面出發(fā)，分析了總平面設(shè)計要點，同時，強調(diào)了建筑形體、平面布局、圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中綠色環(huán)保理念的具體體現(xiàn)，圍繞相關(guān)設(shè)計規(guī)范，為中小學(xué)建筑注入綠色、健康、活力的設(shè)計元素。

【關(guān)鍵詞】綠色環(huán)保理念；建筑設(shè)計；綠色設(shè)計

【中圖分類號】TU201.5 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）07-0076-03

0 引言

相對于其他建筑類型，學(xué)校建筑設(shè)計要求更高，不但要滿足相關(guān)規(guī)范要求，還要體現(xiàn)教育理念，滿足多元化教學(xué)需求。在許多學(xué)校項目建設(shè)中，存在著一定程度的資源浪費，不能充分利用自然資源，而且在形體設(shè)計上過于注重藝術(shù)性，不能做到有效平衡，針對這些問題，需要加強規(guī)劃設(shè)計研究，根據(jù)學(xué)校建筑特點，融入綠色設(shè)計理念，為提高教學(xué)效率、促進學(xué)生健康成長提供良好空間環(huán)境。

1 項目概況

杭州某九年一貫制學(xué)校，集幼兒園、小學(xué)、中學(xué)教育于一體，總建筑面積約39 800 ㎡，包括幼兒園、小學(xué)部、中學(xué)部、行政樓、食堂、學(xué)生活動中心、教師宿舍、體育館、報告廳等建筑類型。其中，幼兒園共設(shè)15個班，建筑面積8 453 ㎡；小學(xué)部共設(shè)30個班，建筑面積13 700 ㎡；中學(xué)部共設(shè)15個班，建筑面積8 300 ㎡，行政樓建筑面積4 500 ㎡。項目設(shè)計秉承校園亦公園、公園亦校園的設(shè)計理念，契合城市特質(zhì)，強調(diào)人與自然和諧相處，在整體與局部進行巧妙構(gòu)思，提高學(xué)校建筑的綠色環(huán)保水平，為每個階段教學(xué)活動開展提供健康空間。

2 基于綠色環(huán)保理念的學(xué)校建筑設(shè)計研究

2.1 總平面設(shè)計

2.1.1 功能分區(qū)

九年一貫制學(xué)校將幼兒園、小學(xué)、中學(xué)三個階段教育有效整合，能夠提高教育資源利用率，但由于三個階段的教學(xué)特點、教學(xué)需求有所不同，需要做到既不相互打擾，又要合理關(guān)聯(lián)。在總平面設(shè)計時，需要合理劃分功能分區(qū)，優(yōu)先考慮幼兒園、小學(xué)部、中學(xué)部的科學(xué)布局，由于幼兒園階段教育相對獨立，而且幼兒認知水平、安全意識比較薄弱，需要設(shè)置的相對安全、獨立的活動區(qū)域。因此，將幼兒園建筑安排在總平面的東北角，幼兒園南邊設(shè)置行政辦公樓、食堂、教師宿舍等功能性建筑。小學(xué)階段教育與中學(xué)階段教育緊密銜接，而且學(xué)生的綜合素質(zhì)有所提高，所以，將小學(xué)部、初中部安排在總平面的西面，兩個區(qū)域以中心道路作為分界，小學(xué)部在北，初中部在南，體育場處于總平面中心位置，將幼兒園與小學(xué)部、初中部有效分隔，實現(xiàn)了不同階段教學(xué)的合理區(qū)分與銜接。最后，科學(xué)規(guī)劃設(shè)計人流動線，確保不同階段學(xué)生及教師在進入學(xué)校主入口后能夠?qū)崿F(xiàn)快速分流，并將其他建筑合理落位，在教學(xué)過程中可以順暢、合理地利用各種學(xué)校資源，減少相互干擾[1]。

2.1.2 優(yōu)化布局

在確定功能分區(qū)的基礎(chǔ)上，需要對建筑布局進行優(yōu)化設(shè)計，主要包括建筑朝向、間距等方面。根據(jù)相關(guān)規(guī)范標準，每個地區(qū)的建筑設(shè)計都有最佳朝向、適宜朝向、不宜朝向，需要加強場地分析，針對光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、太陽輻射進行分析模擬，在滿足整體規(guī)劃要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)冬夏季主導(dǎo)風(fēng)向和太陽包絡(luò)圖，得出最佳朝向，充分利用自然采光、通風(fēng)，改善室內(nèi)外環(huán)境，減少環(huán)境調(diào)節(jié)消耗的資源能源。同時，在建筑間距設(shè)計方面，要避免相互遮擋，具有足夠的日照間距，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范，中小學(xué)普通教室冬至日滿窗日照不應(yīng)少于兩小時，而且各類教室外窗與相對的教學(xué)用房、室外運動場地邊緣間距不應(yīng)小于25 m，以達到減少噪聲干擾的目的，保持安靜的教學(xué)環(huán)境，可以通過投影圖計算建筑日照時間，并按照防噪設(shè)計要求確定最佳間距。項目小學(xué)部與初中部建筑之間的距離設(shè)計為40 m，小學(xué)部3棟教學(xué)樓之間間距設(shè)計為25 m，均符合相關(guān)規(guī)范要求。

2.1.3 綠化設(shè)計

綠化設(shè)計是綠色校園的直觀體現(xiàn)，通過合理的植物搭配，能夠有效改善場地微環(huán)境，發(fā)揮綠色生態(tài)效益。在總平面設(shè)計時，優(yōu)化調(diào)整建筑布局，能夠改善建設(shè)場地的自然采光、通風(fēng)，在有限的條件下，通過綠化設(shè)計也能夠起到同樣的目的。首先，綠色植物能夠起到遮陽作用，減少外部熱反射，防止陽光直射。其次，在蒸騰作用下，綠色植物能夠改善局部溫濕度，為自然風(fēng)的形成與發(fā)展創(chuàng)造良好條件，起到了有效的自然通風(fēng)強化作用。最后，綠色植物具有諸多調(diào)節(jié)功能，可以改善校園環(huán)境，為學(xué)生戶外活動提供更多有益空間。因此，綠化設(shè)計在此項目總平面設(shè)計中占據(jù)著重要地位，在滿足相關(guān)指標的基礎(chǔ)上，盡量增加綠化面積，科學(xué)規(guī)劃綠色空間，合理搭配綠色植物。由于項目與周邊住宅區(qū)域隔道相望，容易產(chǎn)生相互干擾，也會受到交通影響，沿著建設(shè)場地外輪廓設(shè)計一圈高大樹木，能夠起到一定的降噪作用，減少周邊建筑的壓迫感。同時，各功能分區(qū)之間設(shè)計樹木屏障，實現(xiàn)輔助分割效果。另外，在建筑之間合理設(shè)計喬、灌、草復(fù)合配置，構(gòu)建層次豐富的植物群落，選擇適合本地生長的樹種，根據(jù)采光、通風(fēng)需求，確定不同類型樹木位置。例如，將樹冠高大的落葉樹木設(shè)置在建筑南面和東面，可以在夏季提供更多樹蔭，起到遮陽效果，在冬季樹葉凋落，不會妨礙采光取暖。將枝葉茂密的常綠樹設(shè)置在建筑西側(cè)、西北側(cè)，能夠有效解決西曬問題等[2]。

2.1.4 活動空間

專門活動場所需要滿足學(xué)生課間休息、課外學(xué)習(xí)的室外空間需求，提高土地利用效果。項目對校園設(shè)計公園化提出了明確要求，秉承習(xí)禮大樹下、授道杏林旁的基本理念，讓場所成為除師長和伙伴外的第三教師。根據(jù)場地微氣候，合理設(shè)置室外活動空間，充分考慮氣候變化、建筑結(jié)構(gòu)、植物綠化等綜合因素，分析通風(fēng)、光照、降雨影響，盡可能將活動空間設(shè)置在建筑南側(cè)。同時，利用建筑之間的相互關(guān)系進行巧妙設(shè)計，如小學(xué)部由三棟教學(xué)樓組成，采用連廊設(shè)計方案，在建筑底部設(shè)置連廊，實現(xiàn)有效的組團銜接，構(gòu)筑更多的活動空間。結(jié)合綠化設(shè)計，設(shè)置一些休憩、娛樂、學(xué)習(xí)場所，滿足多元化的室外活動需求，見圖1。為了減少水土流失，提高水資源利用率，在室外地面鋪裝設(shè)計時，融入海綿城市理念，減少硬質(zhì)地面鋪裝，增加透水性鋪裝，不但可以產(chǎn)生良好的生態(tài)效益，而且能夠降低降雨積水對室外活動的影響。

2.2 建筑形體設(shè)計

常見的教學(xué)樓建筑布局方式有單一式和組團式，不同布局方式對光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境的影響不同，相對而言，組團式建筑布局更加復(fù)雜，影響因素較多，需要通過計算機模擬進行合理判斷，此項目以單一式建筑布局為主，分析起來更加簡單。加強建筑形體設(shè)計，外部形體受內(nèi)部空間功能需求影響較大，而教室是學(xué)校建筑的基本組成單元，一般為方形和矩形，通過公共廊道有效串聯(lián)，盡可能減少斜角、異形，提高建筑空間利用率。

從平面上看，影響設(shè)計效果的主要因素是周長系數(shù)，即建筑周長與建筑面積的比值，一般情況下，建筑周長系數(shù)越小，設(shè)計方案越經(jīng)濟，符合綠色節(jié)能理念，所以要盡可能減小周長系數(shù)，根據(jù)相關(guān)研究表明，學(xué)校建筑平面形狀主要有圓形、正方形、矩形、T形、L形等，周長系數(shù)依次增大，而圓形建筑施工工藝復(fù)雜一般很少采用。因此，此項目主要采用矩形平面形狀，能夠滿足教室合理布置、空間集約利用的需求。從建筑立面上看，需要著重控制的指標是體形系數(shù)，也就是建筑外表面積與內(nèi)部空間體積的比例，外表面積越小，與外界交換熱量的途徑越少，越有利于保持室內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，減少室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)需要的能源消耗。建筑體形系數(shù)不但與平面形狀有關(guān)，而且直接受制于建筑高度，根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范，中小學(xué)校建筑普通教室室內(nèi)凈高不應(yīng)低于3.05 m，所以要在滿足這個要求的基礎(chǔ)上，盡可能減小建筑層高。

另外，體形系數(shù)還與建筑層數(shù)有關(guān)，在確定平面形狀、建筑層高的基礎(chǔ)上，需要通過計算分析，找到最佳層數(shù)。在局部形體設(shè)計上，可以根據(jù)不同建筑朝向、采光、通風(fēng)、隔熱需求以及審美需求，進行藝術(shù)化處理，項目中小學(xué)教學(xué)樓采用建筑體塊錯位設(shè)計手法，控制周長系數(shù)、體形系數(shù)的同時，創(chuàng)造出凹凸有致的感官形象[3]。

2.3 平面布局設(shè)計

學(xué)校建筑平面布局設(shè)計主要針對的是教室、走廊、樓梯、衛(wèi)生間以及其他功能區(qū)，從空間利用的角度出發(fā)，應(yīng)該在滿足需求的情況下，將流通空間壓縮到最小。根據(jù)走廊與教室之間的關(guān)系，平面布局形式可以分為內(nèi)廊式、中庭式、外廊式，采用內(nèi)廊式的平面布局更加合理，但北側(cè)房間采光效果較差。教學(xué)樓平面空間分為教學(xué)空間和過渡空間，教學(xué)空間主要指的是標準教室，過渡空間包括公共空間、輔助空間等，需要根據(jù)不同空間環(huán)境需求，將教學(xué)空間設(shè)置在舒適度較高的位置，過渡空間則可以設(shè)置在舒適度相對較低的位置。同時，結(jié)合具體教學(xué)特點進行針對性調(diào)整，比如，書法室、美術(shù)室、計算機室等容易產(chǎn)生眩光問題的教室可以設(shè)置在北向。項目在建筑西側(cè)采用體塊錯位設(shè)計手法，除了形體設(shè)計的考慮，還從實用性的角度出發(fā)，在矩形平面布置基礎(chǔ)上，設(shè)置局部向外凸出，用于安排一些過渡空間，能夠起到一定的緩沖作用，在夏季可以減少日曬影響，在冬季可以降低冷空氣對教室的影響[4]。

2.4 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

圍護結(jié)構(gòu)是建筑與外界環(huán)境進行熱交換的主要媒介，通過減小周長系數(shù)和體形系數(shù)，能夠有效減少圍護結(jié)構(gòu)面積，但還要做好細節(jié)設(shè)計處理。圍護結(jié)構(gòu)傳熱主要通過墻體、窗戶、縫隙進行，所以要根據(jù)不同熱工分布區(qū)不同朝向，控制窗墻比參數(shù)。窗戶位置應(yīng)盡可能高一些，這樣可以更好地進行自然采光，并借助天花板獲取更多的漫射光。但從觀景效果的角度考慮，窗戶位置則不宜過高，針對這一矛盾，可以分開設(shè)計采光窗和觀景窗，也可以采用下部觀景窗、上部采光窗的組合設(shè)計手法。同時，還需要設(shè)置遮陽措施，比如遮陽板、百葉板能有效控制眩光問題。室內(nèi)自然通風(fēng)主要采用風(fēng)壓通風(fēng)原理，通過調(diào)整不同立面窗戶高度、開啟角度，合理利用自然通風(fēng)。在窗戶材料選擇上，采用導(dǎo)熱系數(shù)小的型材，利用Low-E玻璃，能夠有效降低窗戶傳熱系數(shù)，具有明顯的節(jié)能效果。并加強墻體的保溫隔熱設(shè)計，常見的墻體保溫形式有外墻外保溫和外墻內(nèi)保溫，相對而言，外墻外保溫方式更適合新建建筑，而且保溫效果較高，施工方便，所以此項目外墻結(jié)構(gòu)采用外保溫設(shè)計。

除此之外，屋頂保溫節(jié)能設(shè)計也至關(guān)重要，在優(yōu)化屋面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用屋頂綠化設(shè)計方案，在建筑屋頂設(shè)計綠化設(shè)施，能夠有效提高圍護結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能，而且作為立體綠化設(shè)計的重要組成部分，能夠創(chuàng)造更加豐富的綠化空間結(jié)構(gòu)，在凈化空氣、減少噪聲、滯留雨水、改善生態(tài)等方面同樣能夠發(fā)揮積極作用[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，九年一貫制學(xué)校集幼兒園、小學(xué)、中學(xué)教育于一體，需要滿足不同階段教學(xué)組織需求，防止出現(xiàn)相互干擾問題，但也要注意區(qū)域間的有效銜接，提高學(xué)校資源利用效率，這需要加強總平面優(yōu)化設(shè)計。同時，在建筑形體設(shè)計、平面布局設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中也要積極融入綠色環(huán)保理念，充分利用自然采光、通風(fēng)，減少建筑與外部環(huán)境的熱交換渠道，創(chuàng)造良好的內(nèi)外部活動空間。

參考文獻

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[3] 莊昉，錢偉平.低碳綠色理念下的建筑設(shè)計策略[J].房地產(chǎn)世界，2022（3）：59-61.

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[5] 哈申格日樂，方仲賢.建筑設(shè)計中綠色建筑設(shè)計理念的運用分析[J].門窗，2023（19）：52-54.

[作者簡介]陳震宇（1991—），男，福建龍巖人，本科，工程師，研究方向：建筑設(shè)計。