金 熙，沈守云，高 波

（ 中南林業(yè)科技大學 風景園林學院，湖南 長沙 410004）

量化思維在綠色建筑設計教學中的應用研究

金 熙，沈守云，高 波

（ 中南林業(yè)科技大學 風景園林學院，湖南 長沙 410004）

重形態(tài)分析、輕客觀量化的傳統(tǒng)設計教學模式與當今社會的綠色設計與可持續(xù)發(fā)展理念背道而馳。隨著綠色建筑設計思想的普及，如何在設計教學中強化量化思維，完善教學模式，是每一個教學工作者的義務和責任。通過反思與總結(jié)傳統(tǒng)設計教學中的弊端，結(jié)合綠色建筑的核心設計原則，嘗試性的探索了引導學生在設計過程中產(chǎn)生并形成量化思維的方法與規(guī)律。

量化思維；綠色建筑；線性設計；全壽命周期；被動式設計

在提倡“建筑可持續(xù)發(fā)展”的今天，人們對于建筑的關(guān)注，已經(jīng)從原來的主觀藝術(shù)與客觀功能評價評價，轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾曉O計的可持續(xù)性，設計的客觀量化，模擬評價等方面。這樣的轉(zhuǎn)型給設計教學帶來了巨大的沖擊, 傳統(tǒng)設計教學模式已經(jīng)暴露出越來越多的問題和矛盾。

作為培養(yǎng)未來建筑師的搖籃，高校在完善設計教學，灌輸綠色建筑設計理念方面責無旁貸。綠色建筑設計是設計教學未來發(fā)展的重要領(lǐng)域，而且由于其明確性和科學性，它不但是是能幫助學生扎實有效地啟動建筑設計、產(chǎn)生設計構(gòu)思和量化設計方案的基礎，可更能使主觀抽象的空間設計變得具體，便于理解和評價，讓學生在積極主動的思考和不斷解決問題的過程中提高設計思維能力，培養(yǎng)全局觀念[1]。

一、傳統(tǒng)建筑設計教學模式的局限性

（一）線性設計教學模式的弊端

建筑設計教學經(jīng)歷了幾個重要的階段：古代的“學徒制”教學，“工作室”教學，以及“線性”教學。 由于職業(yè)分工與學科的不斷細化，在“工作室”教學中，由于就業(yè)的需要，許多建筑類院校是以培養(yǎng)學生職業(yè)建筑師技能為教學目標，導致本應該同步進行的建筑研究和建筑設計被分離，從而分別形成了“理論”、“設計”兩條平行的線性教學主線，這也就是目前我國大部分建筑學專業(yè)所采取的傳統(tǒng)“線性”教學模式[2]。

傳統(tǒng)線性設計教學模式的核心是學生根據(jù)任務書的要求，對設計方案進行功能布局、空間利用以及造型推敲。

線性設計教學模式在設計的時序性、效率性方面有其固有的優(yōu)點：首先，階段性強：每個設計階段都有其明確的設計目標。其次，延續(xù)性強：前一階段的設計成果是后一階段設計的依據(jù)和基礎[3]。然而，在綠色建筑理念普及的今天，這種教學模式由于其不可逆的教學次序，體現(xiàn)出了越來越多的弊端。具體表現(xiàn)在：

1 .設計無法量化

建筑是個復雜的系統(tǒng)工程，從圖紙到實物的建成，是包括設計、施工、設備、維護等各方面的“合力”細化、量化的作用結(jié)果。各個專業(yè)都在各自領(lǐng)域研究解決自己的問題，缺乏交流和溝通，使得設計無法徹底化，因此，具有最好的建筑外觀設計方案可能具有極差的建筑性能。然而，這樣的結(jié)果，在大學學習階段，缺乏必要的量化設計手段，僅靠圖紙無法直觀地表現(xiàn)出來，造成大學里的建筑設計始終停留在“未完成”狀態(tài)。

2.重藝術(shù)、輕技術(shù)

從圖1可知，在傳統(tǒng)的線性設計流程中，技術(shù)性因素只有在初步設計及以后階段才會考慮，而由于學生在大學學期期間，設計的重點集中在“方案設計”，因此，傳統(tǒng)建筑設計教學主要集中在偏重于藝術(shù)性的“空間思維”與“圖紙表達”方面。這樣的設計方法雖然能賦予設計很大的自由度，但是它容易使學生沉迷于建筑外觀的處理和構(gòu)圖手法，而忽視了一些隱性的設計元素（如社會因素和技術(shù)因素），因此，當新的建筑類型、材料和技術(shù)手段出現(xiàn)以后，學生無法將設計與具體的技藝手段融合，傳統(tǒng)的設計方法的局限性也逐步凸顯出來。

圖1 傳統(tǒng)線性設計流程

（二）教師知識結(jié)構(gòu)的缺陷

綠色建筑設計教學在中國的普及，迄今只有十余年的歷史；另一方面，目前大多數(shù)建筑類院校從事在教學一線崗位的教師都是傳統(tǒng)線性設計教學模式下培養(yǎng)出來的，對于綠色建筑設計理念的理解，自身也存在著認知上的不足，對于整個綠色建筑的教學框架，存在著結(jié)構(gòu)性的知識斷層，要完全消化、把握綠色建筑設計的相關(guān)知識與理論，非一朝一夕之功，因此，客觀上造成了在教師層面上，綠色建筑設計教學普及的難度。

（三）單一學科發(fā)展的缺陷

在綠色建筑設計教學中，《建筑構(gòu)造》、《建筑物理》等技術(shù)類課程是基礎。盡管建筑技術(shù)課程在整個建筑學中占有一定比例，然而多數(shù)情況下達不到教學的效果與要求。究其原因主要是，第一，課程相對枯燥。相對于設計，技術(shù)類課程理論性較強，并且牽涉到相關(guān)數(shù)學公式的推導，有許多數(shù)學公式的推導，直接導致了學生的興趣銳減；其二，課程相對單一。目前，大部分技術(shù)類課程是由偏重土木工程的純技術(shù)類教師（比如建筑設備、建筑力學的老師）傳授。由于不具備建筑設計的從業(yè)背景，教師無法將本來就略顯枯燥的技術(shù)理論與設計作品結(jié)合講授，導致學生無法在設計作業(yè)中實際運用所學到的技術(shù)知識，技術(shù)學科的孤立，使得學生無法明白技術(shù)類課程的真正作用，最終成為學生的學習累贅，并在考試之后全然忘卻[4]。

二、綠色建筑設計理念的量化思維

面對建筑可持續(xù)發(fā)展的課題，研究如何將課程體系、教學內(nèi)容和教學手段建立在現(xiàn)代教育技術(shù)平臺上, 已成為當前形勢下教學改革和發(fā)展的一個重要方向[5]。建筑設計教學應重新被認識，在倡導“綠色設計”的今天，傳統(tǒng)的線性設計教學模式必將受到綠色建筑設計教學模式的沖擊，主觀、藝術(shù)性的設計創(chuàng)作必然會融入客觀、量化的設計思維因素。。

綠色建筑的典型特征就是“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地和節(jié)材”[6]。因此，綠色建筑設計教學的核心，就是在學生整個設計作業(yè)周期中老師要從設計思路上，將學生引導到這4個方面來，從草圖到正圖，在滿足功能、空間和造型的前提下，加強設計中的量化思維。

（一）節(jié)地與室外環(huán)境設計的量化

室外環(huán)境設計，即 “總平面設計”。在傳統(tǒng)設計教學中，關(guān)于總平面設計的評判標準，一般可以歸納為總平面的構(gòu)圖是否新穎，形式感是否較強，功能分區(qū)及交通流線是否清晰合理等。對于綠色建筑設計而言，室外環(huán)境微氣候的優(yōu)化是總平面設計的量化核心，因此在設計教學中，在遵循傳統(tǒng)總平面設計原則上，應加入對地形地貌、植被景觀、建筑朝向等具體的量化思考。

對于地形地貌的設計量化，主要集中在基地的豎向設計上。一方面，在滿足規(guī)范的前提下，利用臺階、坡道等交通元素，自然消化基地內(nèi)的天然高差，使得基地的土方量總體接近平衡；另一方面，可以結(jié)合高差的漸變，營造更多的地下、半地下的功能或灰空間，使得整個基地的空間序列層次豐滿。

對于景觀的量化思考，則不僅僅局限在平面的形式感及視覺美感上。對于軟質(zhì)景觀而言，著重要考慮植被的結(jié)合場地的常年風向，通過植被的具體分布，樹種的變化與圍合，營造出適合基地的風環(huán)境；而對于硬質(zhì)鋪地，除開鋪裝設計多樣化之外，可滲透地面的分布，生態(tài)停車場等綠色鋪裝的平面布置與節(jié)點大樣圖應是硬質(zhì)景觀量化設計中的重點。

（二）節(jié)能與被動式設計的量化

“全壽命周期”是綠色建筑的一個重要概念，即人們應該從建筑的“立項—設計—施工—使用維護—拆除再利用” ，整個建筑從生到消亡的過程來看待建筑。這就要求任何的建筑單體設計必須降低建筑能耗，而在目前的綠色設計體系中，被動式節(jié)能設計是值得在教學中大力提倡的。

被動式節(jié)能設計強調(diào)的是建筑對氣候和自然環(huán)境的順應。在設計過程中，在不依賴主動能源設備（空調(diào)、暖氣等）的前提下，遵循建筑環(huán)境控制技術(shù)的基本原理，綜合建筑功能和形態(tài)設計的要求，有理、有利的處理好空間布局、造型、環(huán)境等各種建筑元素。被動式設計的貫徹，依賴于被動式技術(shù)的實現(xiàn)。

實現(xiàn)被動式設計的量化技術(shù)手段，主要包括體形系數(shù)的控制、遮陽、采光、通風、保溫隔熱技術(shù)等。在目前全世界 “建筑綠色化”的大背景下，教師應有責任、有義務在設計的各個階段適時的灌輸相關(guān)知識，并結(jié)合基地的氣候與自然條件，引導學生進行被動式設計的量化，有條件的話再通過相關(guān)軟件計算出模擬數(shù)據(jù)，使得設計方案更具說服力。

以作者所處的夏熱冬冷地區(qū)為例，這個地區(qū)最大的氣候特點是夏季悶熱、冬季陰冷、靜風率高。 “夏季隔熱，兼顧冬季保溫”是該地區(qū)節(jié)能戰(zhàn)略的主導方針?！吨袊ㄖ?jié)能年度發(fā)展研究報告2007》指出，“中國南方夏季影響空調(diào)能耗的是太陽輻射, 節(jié)能的關(guān)鍵途徑為外遮陽和外表面通風”。因此，夏熱冬冷地區(qū)建筑的夏季節(jié)能，通風與遮陽被動式設計與技術(shù)的實施是關(guān)鍵。

因此，隨著課程設計的深入，教師應強化學生的被動式設計理念。針對夏熱冬冷氣候，在滿足基本功能的基礎上，進一步組織優(yōu)化空間，通過建筑朝向的偏轉(zhuǎn)、灰空間的植入，庭院與天井的有機分布，加強通風效果；通過建筑立體與平面的凹凸，形成建筑的自遮陽與互遮陽，通過遮陽構(gòu)件與圍護結(jié)構(gòu)的材質(zhì)對比，疏密對比，虛實對比，營造出切合氣候的建筑形式美。

（三）節(jié)水與節(jié)材理念的設計量化

在傳統(tǒng)設計教學及實踐中，水體是為豐富總圖，增強總圖形式感而增加的景觀元素，然而，由于造價問題，設計師往往陷入主觀形式上的裝飾需求與造水高成本的兩難境地。在綠色建筑設計教學中，教師應改變傳統(tǒng)觀念，對水體進行針對性的量化設計，這不僅僅局限在形式感的強化上：如何通過可滲透地面、植被、樹木的適宜布局，來保護地下水。營造水體的過程中，一方面通過營造適宜的水景，滿足設計的藝術(shù)需求；另一方面，通過雨水和地下水的收集，結(jié)合相關(guān)設備，形成中水系統(tǒng)的循環(huán)再利用。結(jié)合水體，引入水源熱泵技術(shù)，強化被動式技術(shù)的設計。對于材料同樣也是如此。教會學生學會從構(gòu)造和材料的角度去理解、剖析建筑設計，是目前建筑學專業(yè)較為薄弱，卻亟待發(fā)展的一個教學領(lǐng)域。在設計教學中，隨著設計過程的深入，教師應結(jié)合構(gòu)造、材料肌理等技術(shù)性因素，從材料的經(jīng)濟性、地域性和物理特性方面具體引導學生深化設計。

三、量化思維在設計教學中的實現(xiàn)手段

（一）建筑設計教學模式的改變

在傳統(tǒng)的線性設計教學過程中，建筑學的學生不重視工程、設備等專業(yè)的學習，閉門造車，這樣的模式很難真正實現(xiàn)綠色建筑思維在設計中的量化。必須將建筑與其技術(shù)系統(tǒng)進行同時、同步設計，即完成傳統(tǒng)線性設計教學向集成化。教師應在設計最初階段引導學生實現(xiàn)建筑設計與技術(shù)設計的同步化，集成化，隨著集成整體設計的形成，建筑與工程設計可以同步實現(xiàn)最優(yōu)化，即完成傳統(tǒng)線性設計教學向集成化設計教學的轉(zhuǎn)型，這同時也要求專業(yè)教師完成設計教學思維的轉(zhuǎn)變。

設計模式是一種思維模式，一經(jīng)固定，就會變成學生整個設計學習階段的慣性常態(tài)思維。因此，集成化設計教學必須在學生低年級接觸專業(yè)基礎課時就加以灌輸，經(jīng)過五年的反復強化與鍛煉，量化設計思維才有可能應用在學生以后的設計實踐中。

（二）建筑模擬、評價等量化工具的介入

綠色建筑設計的量化，需要有客觀數(shù)據(jù)的支持，才能對其進行定量評價，否則沒有可信度與科學性。隨著綠色節(jié)能理念的全球普及，有越來越多的針對綠色建筑開發(fā)的模擬仿真評價軟件誕生，如Ecotect、Revit、Design builder等。掌握并使用這些工具，才能促使建筑師和工程師真正合作并為相應的建筑設計方案提供指導與評價。在教學過程中，教師除開基本的制圖軟件如CAD、Photoshop傳授外，還應介紹相關(guān)的模擬評價軟件的作用、與設計的關(guān)系，促使學生有選擇性的學習并掌握至少1種模擬軟件，通過模擬與評價，一方面使得課程設計作業(yè)更直觀，同時也因為量化數(shù)據(jù)，使得設計更有深度。

（三）重視技術(shù)類與設計類課程的交叉式教學

針對技術(shù)類課程與設計類課程相互脫節(jié)的問題，應重視并加強技術(shù)類課程，尤其是綠色技術(shù)課程與設計類課程的交叉式教學。

低年級學生應仍以培養(yǎng)空間思維能力和圖面表達能力為主，但要適當?shù)脑黾蛹夹g(shù)類的專業(yè)基礎課，如《建筑技術(shù)概論》，同時，在理論傳授的同時，同步進行與建構(gòu)相關(guān)的設計實踐，如小型建筑測繪；高年級的學生對于建筑空間、建筑功能已有較為明確的認識，此時建筑結(jié)構(gòu)、材料、構(gòu)造知識將成為其設計的制約條件，對于這些知識的運用，將決定其最終的設計效果，教師應注重引導學生加強相關(guān)知識的學習，同時可以通過合理的設計課程安排，強化技術(shù)的重要性，如以建筑節(jié)能技術(shù)實踐為特色的綠色建筑設計，以被動式設計為主題的設計競賽等[7]。

此外，教師須將設計交流作為一個必要環(huán)節(jié)[8]，推進并加強各年級學生間的交流，通過高年級學長的言傳身教，盡快幫助低年級學生樹立正確的技術(shù)觀，設計量化觀。

[1] 吳錦繡，陳曉陽，張 慧. 綠色建筑設計理念在教學中的應用[J].建筑學報，2011,(11): 95-97.

[2] 徐 峰，張國強，解明鏡. 以建筑節(jié)能為目標的集成化設計方法與流程[J]. 建筑學報，2009,(11) :55-57.

[3] 徐 峰，解明鏡，劉 煜. 集成化建筑設計[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011: 16-46.

[4] 趙建波，張玉坤，卜雪旸. 融入生活、融合技術(shù)的設計研究[J].新建筑，2005, (3): 15-18.

[5] 王光軍，田大倫，閆文德，等. 生態(tài)學課程教學模式改革探討[J]. 中南林業(yè)科技大學學報(社會科學版)，2009, 3(1): 129-133.

[6] 卜一德. 綠色建筑技術(shù)指南[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008: 129-184.

[7] 孫躍杰，葉 蘋. 談本科建筑學建筑技術(shù)課程體系的完善[J]. 華中建筑，2009, 27(11): 175-176.

[8] 劉樂嘉, 張合平. 獨立學院實踐教學模式改革的研究—以園林專業(yè)為例[J]. 中南林業(yè)科技大學學報(社會科學版)，2009, 3(5):180-182.

Quantitative Thinking in the Teaching of Green Building Design

JIN Xi, SHEN Shou-yun, GAO Bo
(College of Landscape Architecture, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In traditional design teaching pattern, the building shapes and forms are more valued, while actual quantif i cation ignored, completely opposing to what sustainable ideas advocates. With the green building design popularizing, it is responsible and obligatory for every professional teacher to strengthen quantitative ideas and improve teaching patterns. By rethinking and summarizing the defects of traditional design teaching, based on essential green building design principles, positive methods has been explored experimentally for students to make quantitative ideas occurred in the design process.

quantitative ideas; green building; linear design; life cycle; passive design

G64

A

1673-9272(2012)03-0149-04

2012-02-16

2012年湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃課題：“基于BIM平臺的集成化建筑設計人才培養(yǎng)模式的研究”（編號：XJK0 11CGD047）。

金 熙（1979-），男，湖南益陽人，中南林業(yè)科技大學風景園林學院講師，博士研究生，研究方向：建筑設計與綠色建筑。

[本文編校：楊 燦]