基于綠色建筑理念的智慧校園建筑設(shè)計

0 引言

學(xué)校建筑是人們?yōu)榱诉_(dá)到特定教育目的而興建的教育活動場所，其品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到學(xué)校教育活動的正常開展，關(guān)系到學(xué)校人才培養(yǎng)的質(zhì)量。它不僅是開展教學(xué)的空間載體，更是一個社會的教育思想與價值觀念、經(jīng)濟(jì)與文化面貌等具體的體現(xiàn)者。

教育在現(xiàn)代化發(fā)展過程中，不僅重視課程教育體系，也注重為學(xué)生創(chuàng)造良好的教育環(huán)境，學(xué)校建筑在創(chuàng)設(shè)教育環(huán)境的過程中發(fā)揮著不可替代作用。研究學(xué)校建筑設(shè)計的特點(diǎn)，能夠為學(xué)校建筑設(shè)計創(chuàng)新提供指導(dǎo)，全面提升學(xué)校建筑的創(chuàng)新水平，使學(xué)校建筑充分發(fā)揮為教育服務(wù)的功能。在教育現(xiàn)代化過程中，促進(jìn)學(xué)校建筑現(xiàn)代化發(fā)展，離不開對學(xué)校建筑的創(chuàng)新設(shè)計。本文以山東省濟(jì)南市某小學(xué)項目為例，淺析綠色建筑設(shè)計理念在智慧校園建筑設(shè)計中的運(yùn)用。

1基于綠色建筑理念校園設(shè)計常見問題

綠色建筑理念作為一種可持續(xù)發(fā)展設(shè)計方式[1-2]，通過優(yōu)化建筑設(shè)計和施工過程，提高建筑的能源利用效率和環(huán)境適應(yīng)性。它不僅可以滿足人們對建筑使用功能的要求，還能減少碳排放，實現(xiàn)人與自然的和諧共處[3-4]。因此這種新型設(shè)計理念成為當(dāng)前和未來建筑設(shè)計的一種趨勢[5-6]。中小學(xué)校園建筑是師生工作和生活的重要場所，其舒適性和環(huán)保性對學(xué)生的身心健康有著重要影響 [7-8]。當(dāng)前，大多數(shù)中小學(xué)教育建筑的綠色設(shè)計重點(diǎn)通常聚焦于某些重要單體建筑，或者運(yùn)用某些技術(shù)措施來提高能源利用效率和環(huán)境適應(yīng)性[9-10]。然而，對于考慮新型教育模式與建筑辯證關(guān)系、融合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，同時結(jié)合綠色建筑和智慧校園設(shè)計理念的研究極為少有。

2項目概況

該項目總用地面積約61.59畝，總建筑面積為27560.68m² ，容積率為0.68，建筑密度為 20.89% ，綠化率為 35% 。其包含小學(xué)48個班、幼兒園12個班。單體為多層建筑，主要包括小學(xué)教學(xué)綜合樓、幼兒園、風(fēng)雨操場、主席臺、門房等，結(jié)構(gòu)類型主要為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)。

3項目設(shè)計理念及技術(shù)措施

3.1 設(shè)計理念

本項目深入考慮教育模式與建筑設(shè)計的辯證關(guān)系，力求實現(xiàn)二者的完美融合與統(tǒng)一。該方案構(gòu)思以“禮”與“野”為主題，從“質(zhì)勝文則野，文勝質(zhì)則史，文質(zhì)彬彬，然后君子”（《論語·雍也》）的辯證角度探索建筑與教育的關(guān)聯(lián)。從激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)禮儀，同時保留孩子們身上的童趣等角度入手，建造新型教育建筑。

本方案設(shè)計在滿足學(xué)校各功能組織的前提下，在有限建設(shè)用地上優(yōu)化建筑布局。結(jié)合設(shè)計主題“禮”，引入一條“精神儀式軸”一南北向的架空連廊?！岸Y”—精神儀式軸如圖1所示。

連廊不僅有效聯(lián)系了各棟教學(xué)樓之間的交通，作為“灰空間”，還成為師生課余時間的活動場地，極大地方便了師生的使用。同時，它能有效屏蔽東側(cè)操場、室外運(yùn)動場地等傳來的噪聲，為西側(cè)教學(xué)區(qū)營造出安靜的學(xué)習(xí)環(huán)境。結(jié)合景觀設(shè)計，創(chuàng)造充滿活力的校園空間則是對另一主題“野”的思考?？傮w看，本項目建筑設(shè)計具有適用性與先導(dǎo)性，體現(xiàn)出學(xué)校優(yōu)質(zhì)的辦學(xué)特色和卓越的教育品牌影響力。

3.2基于綠色建筑理念的技術(shù)措施

本項目因地制宜，緊密結(jié)合生態(tài)環(huán)境，充分考慮使用對象的特征，從源頭出發(fā)優(yōu)化設(shè)計。全面貫徹綠色建筑和智慧校園理念，通過優(yōu)化總體布局和關(guān)鍵細(xì)節(jié)，對日照、采光、暖通、噪聲、電氣等諸多方面進(jìn)行綠色智慧設(shè)計，有效降低建筑使用過程的能耗成本，提高環(huán)境舒適度。

3.2.1 暖通設(shè)計

項目所在的濟(jì)南市屬于溫帶季風(fēng)氣候，常年主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)。因此建筑主要采用南北向庭院式布局方式，并通過設(shè)計開敞式東西向風(fēng)雨走廊，使常年主導(dǎo)風(fēng)可以通過走廊和架空入口進(jìn)入整個建筑群。

暖通空調(diào)設(shè)計充分考慮了所在地四季分明、氣候宜人的舒適環(huán)境，同時充分認(rèn)識到學(xué)校建筑以小學(xué)生和學(xué)齡前兒童為主要服務(wù)使用對象這一特點(diǎn)，提取可提高教室及周邊使用空間健康舒適度的設(shè)計要點(diǎn)。本項目采用半開敞式回廊組合體建筑群設(shè)計方案，合理設(shè)置建筑外窗，充分利用教室外廊及周邊空間的穿堂風(fēng)效應(yīng)，形成教室良好的自然通風(fēng)效果。通風(fēng)效果分析如圖2所示。

選用高效節(jié)能型變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。結(jié)合樓層分布及房間功能特點(diǎn)，采用分層設(shè)置獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，為每個教室和功能房間配置末端室內(nèi)機(jī)，實現(xiàn)獨(dú)立控制，最大限度滿足學(xué)校建筑靈活控制啟?？照{(diào)設(shè)施的需求，提升空調(diào)系統(tǒng)總體運(yùn)行節(jié)能效率，為學(xué)校建筑低能耗運(yùn)行提供了便捷可行的控制方案。

3.2.2隔聲降噪設(shè)計

在隔聲降噪設(shè)計中，整體布局采用降噪正向設(shè)計策略。學(xué)?？臻g聲環(huán)境執(zhí)行《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中功能區(qū)I類區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)，晝間環(huán)境噪聲限值控制在55dB（A）。項目用地四周均毗鄰城市道路，南側(cè)靠近京港澳高速，周邊交通噪聲極其敏感。為此，從建筑布局、建筑間距控制、綠化與隔聲一體化設(shè)計、建筑外圍護(hù)隔聲構(gòu)造措施等角度出發(fā)，進(jìn)行正向設(shè)計以控制噪音，打造安靜的教學(xué)空間環(huán)境。通過室外聲環(huán)境模擬、建筑構(gòu)件隔聲及室內(nèi)背景噪聲控制計算等手段，確定項目噪聲敏感評價達(dá)標(biāo)。

3.2.3 給排水設(shè)計

在給排水設(shè)計中，利用市政壓力合理分區(qū)，對水表進(jìn)行獨(dú)立分質(zhì)分戶計量，并合理選用設(shè)備及管材，貫徹節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材的綠色建筑思想。充分利用市政管網(wǎng)壓力，進(jìn)行給水系統(tǒng)分區(qū)。在管道分支入戶前，利用減壓閥保證系統(tǒng)壓力不大于 0.2MPa ，同時滿足用戶所需水頭要求。各系統(tǒng)之間壓力相互協(xié)調(diào)，給水、熱水系統(tǒng)供水壓力同程布置，確保用水點(diǎn)處壓力接近。實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念。

選材方面，管道選用水力條件好且具備內(nèi)阻尼特性的聚丙烯給水管材。泵組選用矢量變頻給水設(shè)備，并配置氣壓給水罐，將水泵工況點(diǎn)設(shè)定于高效區(qū)下降段節(jié)點(diǎn)位置。通過罐體內(nèi)氣囊設(shè)備，實現(xiàn)零星流量時不啟動泵，由管道進(jìn)行自動沖壓。在大流量時進(jìn)行分級供水，實現(xiàn)低碳、節(jié)能目的。

3.2.4采光和日照設(shè)計

得益于良好的空間布局設(shè)計，教學(xué)用房擁有大面積采光面，太陽直射光線和漫反射光線分別從用房的兩側(cè)進(jìn)入室內(nèi)，采光條件十分優(yōu)越。在東、西、南三面用房使用現(xiàn)代遮陽手法，來解決防曬問題。本項目符合《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)范要求，即建筑內(nèi)區(qū)采光系數(shù)滿足采光要求的面積比例不應(yīng)小于 60% 。

在本項目設(shè)計過程中，充分考慮到朝向方位，結(jié)合實際情況不斷優(yōu)化總平面布置，并通過天正2014日照分析軟件進(jìn)行建模分析。日照分析如圖3所示。

從圖3可以看出，本項目滿足《中小學(xué)建筑設(shè)計規(guī)范》中“南向普通教室冬至日底層滿窗日照不應(yīng)小于2h”以及《托兒所、幼兒園建筑設(shè)計規(guī)范》中“南向普通教室冬至日底層滿窗日照不應(yīng)小于3h”的要求。

3.2.5BIM技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用

BIM作為一款可實現(xiàn)設(shè)計、施工、運(yùn)營等各階段建筑全壽命期數(shù)值模擬技術(shù)平臺，正逐漸成為當(dāng)下建筑業(yè)發(fā)展的一大趨勢。本項目中，充分借助BIM技術(shù)優(yōu)勢，搭建整體模型。BIM模型如圖4所示。

教學(xué)樓不同功能的教室層高有不同要求，在設(shè)計過程中，需在滿足建筑及其他專業(yè)的正常使用條件下，不斷通過調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面與搭接方式，使得整體結(jié)構(gòu)剛度均勻。

鑒于建筑外立面復(fù)雜，尤其是正、側(cè)立面造型多樣化，需要結(jié)構(gòu)、建筑專業(yè)和后期幕墻裝修設(shè)計密切配合，在保障安全、合理且經(jīng)濟(jì)的前提條件下，使結(jié)構(gòu)設(shè)計凸顯出精細(xì)化，真正實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計。結(jié)合建筑可持續(xù)性設(shè)計理念及學(xué)校建筑發(fā)展趨勢，結(jié)構(gòu)設(shè)計需充分考慮因建筑功能變化而引起的荷載變化情況。

3.3基于智慧校園設(shè)計理念的技術(shù)措施

在電氣設(shè)計方面，秉持“智慧校園”的建設(shè)理念進(jìn)行設(shè)計。照明設(shè)計選用更為柔和的自然LED光源，嚴(yán)格按照國家規(guī)范，合理設(shè)置光源，尤其是在教室的照明布置上。

由于黑板上的垂直照度很低，均勻度差，因此針對黑板專門設(shè)置兩盞專用燈具，并確保燈具在學(xué)生側(cè)的保護(hù)角大于 40^° ，避免學(xué)生感到直接眩光。為保障黑板光照具備足夠均勻度，燈具光軸以 55^° 入射到黑板水平中心線上。

科學(xué)的設(shè)置各場所的照明燈具，使各教學(xué)場所以及公共區(qū)域照明分布均勻、明亮舒適。同時，各燈具控制多為一燈一控，在使用方面更加靈活，更加節(jié)能。室外亮化設(shè)計上，除了操場采用高桿燈進(jìn)行大范圍的照明外，還設(shè)置有室外景觀照明。兩者均設(shè)置有時鐘控制系統(tǒng)，管理人員可根據(jù)季節(jié)、時段以及外部明暗感應(yīng)，對整個場區(qū)的照明進(jìn)行控制，使照明更智慧更節(jié)能。

在數(shù)字化建設(shè)方面，校園設(shè)置了多媒體教室、錄播室等前沿教學(xué)空間。且電氣設(shè)計為其建設(shè)和后期推進(jìn)留有各項接口。這些接口包含但不限于“校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)教研、學(xué)科學(xué)情評測預(yù)分析、教師OA辦公、網(wǎng)絡(luò)直播課堂、考閱服務(wù)”等方面。

4結(jié)束語

本項目充分考慮新型教育模式和建筑辯證關(guān)系，緊密結(jié)合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，全面貫徹綠色建筑設(shè)計理念，借助先進(jìn)設(shè)計方法和技術(shù)措施，創(chuàng)造舒適教學(xué)環(huán)境。結(jié)合項目高大空間的特點(diǎn)，采用裝配式鋼結(jié)構(gòu)，減少現(xiàn)場作業(yè)量，降低人工成本，縮短工期。引入“智慧校園”的設(shè)計理念，實現(xiàn)電氣智慧設(shè)計，同時設(shè)置多媒體教室、錄播室等前沿教學(xué)空間，打造現(xiàn)代數(shù)字化校園。上述措施對推動校園綠色建筑設(shè)計發(fā)展對建筑事業(yè)有著十分積極的作用，相關(guān)成果可為類似工程提供借鑒與參考。

參考文獻(xiàn)

[1]吳澤洲，黃浩全，陳湘生，等.“雙碳”目標(biāo)下建筑業(yè)低碳轉(zhuǎn)型對策研究[J].中國工程科學(xué)，2023，25（5）：202-209.

[2]趙宸鑫，李筱榕，姚璐.大型醫(yī)院項目的綠色低碳實踐：以臨港新片區(qū)浦東醫(yī)院為例[J].建筑科技，2023，7（5）：109-111+115

[3]王慎.綠色建筑的碳排放管理中BIM技術(shù)應(yīng)用研究[J].智能建筑與智慧城市，2023（10）：108-110.

[4]王研.淺談雙碳背景下的設(shè)計對策[C]//中國建筑學(xué)會建筑給水排水研究分會第四屆第二次全體會員大會暨學(xué)術(shù)交流會.中國建筑學(xué)會，2023.

[5]陳宏，甘月朗．從綠色建筑評價體系看綠色建筑的設(shè)計原則：街區(qū)尺度篇[J].建筑學(xué)報，2016（2）：61-65.

[6]孫曉峰，宋昆，葉青，等.中新天津生態(tài)城綠色建筑實施運(yùn)行情況及改進(jìn)建議[J].建筑學(xué)報，2019（S1）：129-134.

[7]馬潤杰.需求導(dǎo)向下老舊中小學(xué)校園空間更新策略研究[D].山東建筑大學(xué)，2023.

[8]王綱，王燁.教育建筑的社會性回應(yīng)：重慶市石子山中小學(xué)綜合體設(shè)計[J].新建筑，2022（5）：44-47.

[9]吳家驊，朱宏宇，蔡瑞定，等.南方科技大學(xué)首期建筑單體設(shè)計[J].世界建筑導(dǎo)報，2021，36（4）：54-57.

[10]楊潔，趙玉玲，孫彤宇.國內(nèi)外綠色校園評價標(biāo)準(zhǔn)與導(dǎo)則對比研究[J].華中建筑，2020，38（5）：20-26.