金 熙，沈守云，解明鏡

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410004；2. 中南大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410083）

基于生態(tài)技術(shù)理念的建筑設(shè)計(jì)量化策略

金 熙1，沈守云1，解明鏡2

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410004；2. 中南大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410083）

綠色生態(tài)觀的全球普及，要求設(shè)計(jì)師沿著生態(tài)技術(shù)的路徑進(jìn)行方案創(chuàng)作，這對(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。通過理論闡述與實(shí)例分析，從氣候與建筑的生態(tài)耦合，技術(shù)與空間的生態(tài)對(duì)接，基于集成化生態(tài)思維的設(shè)計(jì)創(chuàng)作三方面，詳細(xì)闡述了生態(tài)技術(shù)理念在建筑設(shè)計(jì)中的具體量化，進(jìn)而總結(jié)了基于生態(tài)技術(shù)理念的建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作思路，并從三個(gè)方面，對(duì)建筑師未來專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)提出相關(guān)的建議。

生態(tài)技術(shù)理念；氣候適應(yīng)性；空間行為；集成化設(shè)計(jì)

在當(dāng)代建筑走向“生態(tài)與綠色”的今天，以空間布局和形體塑造為特征的傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。建筑師通過生態(tài)發(fā)展的視野，利用生態(tài)技術(shù)構(gòu)筑人們健康、舒適的生存環(huán)境，最大化降低自然環(huán)境負(fù)荷，并與周圍自然環(huán)境共生共享，使建筑成為真正的生態(tài)棲息地，這是21世紀(jì)建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作的主題。

國(guó)外的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)理論體系相對(duì)成熟和完善，近年來以查理斯·柯里亞、楊經(jīng)文、赫爾佐格為代表的設(shè)計(jì)師在綠色建筑領(lǐng)域進(jìn)行了積極的實(shí)踐探索，誕生了帕雷克住宅、梅納拉大廈、對(duì)角住宅等一系列優(yōu)秀作品，具有很強(qiáng)的啟示意義；國(guó)內(nèi)的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)正處于起步階段，大都偏于課題研究，周若祁、劉加平研究了綠色建筑體系與黃土高原基本聚居模式；徐峰、張國(guó)強(qiáng)研究了湖區(qū)住宅公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)[1-2]，這些都是具有代表性的生態(tài)建筑設(shè)計(jì)研究課題。國(guó)內(nèi)目前的生態(tài)建筑實(shí)踐領(lǐng)域，“重技術(shù)、輕空間”的趨勢(shì)較為明顯，或以技術(shù)參數(shù)為研究主體的工程分析，或以模擬評(píng)價(jià)為主體的純技術(shù)分析，這些背離了建筑設(shè)計(jì)以空間為主體的設(shè)計(jì)思維，從客觀上造成了生態(tài)技術(shù)與空間形態(tài)對(duì)接的難度。

生態(tài)技術(shù)的客觀量化，是未來建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，它不可避免的影響到了設(shè)計(jì)師的創(chuàng)作思維，對(duì)設(shè)計(jì)師提出了更高的要求。對(duì)設(shè)計(jì)師而言，如何沿著生態(tài)技術(shù)的路徑進(jìn)行方案創(chuàng)作，并結(jié)合空間布局，調(diào)整細(xì)化創(chuàng)作思維，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，成為一個(gè)難題。

1 生態(tài)技術(shù)理念的核心

生態(tài)技術(shù)，即綠色技術(shù)，其核心理念是要求建筑師綜合用戶需求與地域特點(diǎn)，采用一系列主、被動(dòng)控制技術(shù)，使建筑建造與運(yùn)行維護(hù)達(dá)到最佳化，在保證健康、舒適生活環(huán)境的同時(shí)，最大化減少能耗、水耗、土地消耗等運(yùn)營(yíng)成本。

生態(tài)技術(shù)的介入，要求設(shè)計(jì)師將建筑看成一個(gè)系統(tǒng)工程，需要從環(huán)境影響、物理環(huán)境和全壽命周期投資等角度進(jìn)行綜合分析，在設(shè)計(jì)中盡量做到 “四節(jié)一環(huán)?！?，即“節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材，環(huán)境保護(hù)”，這也是生態(tài)技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)手段。設(shè)計(jì)師進(jìn)行方案創(chuàng)作時(shí)，在滿足功能、空間和造型的前提下，強(qiáng)化設(shè)計(jì)中的技術(shù)因素，實(shí)現(xiàn)藝術(shù)與技術(shù)的完美融合。

2 生態(tài)技術(shù)理念對(duì)方案設(shè)計(jì)的量化策略

生態(tài)技術(shù)可以極大提升建筑功能，但是將技術(shù)與空間剝離，僅依賴技術(shù)推動(dòng)力，建筑的負(fù)面效應(yīng)將會(huì)大大增加，如果生態(tài)技術(shù)無法和創(chuàng)作本身融合，只是成為一種裝飾技術(shù)手段，其正面效應(yīng)無法完全體現(xiàn)[7]。生態(tài)的實(shí)現(xiàn)，需要來自基于空間布局思維上的多維度集成。具體來講，生態(tài)技術(shù)理念可以從以下三方面對(duì)方案創(chuàng)作進(jìn)行客觀量化。

2.1 氣候與建筑的生態(tài)耦合

建筑是氣候的產(chǎn)物，近年來，建筑的氣候適應(yīng)性成為研究與設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。Andreasi和Ryozo分別研究了巴西濕熱氣候與日本寒冷氣候條件下，建筑氣候適應(yīng)性問題[3-4]；同濟(jì)大學(xué)的呂愛明研究了大陸性氣候條件下應(yīng)變建筑的設(shè)計(jì)策略[5]。這些都表明了，繼“形式服從功能”、“形式喚起功能”之后，當(dāng)今的設(shè)計(jì)觀已轉(zhuǎn)變?yōu)槠厣鷳B(tài)的“形式遵循氣候”。一個(gè)方案在一個(gè)地區(qū)也許是經(jīng)典之作，搬到另一個(gè)地區(qū)，由于氣候的不同，則很有可能會(huì)成為最蹩腳的抄襲。

同一類型的建筑，基于氣候差異性的空間塑造會(huì)截然不同，設(shè)計(jì)創(chuàng)作應(yīng)充分考慮氣候特征，最大限度地利用自然采光、自然通風(fēng)、被動(dòng)式采暖制冷等被動(dòng)式低能耗生態(tài)技術(shù)，結(jié)合空間布局，將氣候與建筑進(jìn)行最佳生態(tài)耦合。如在寒冷地區(qū)，冬季保溫是重點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著眼于被動(dòng)式集熱技術(shù)如何與空間布局更好的融合；南方濕熱地區(qū)夏季防熱是重點(diǎn)，設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮在合理的利用遮陽(yáng)和自然通風(fēng)的生態(tài)基礎(chǔ)上，完善功能布局和空間的形體塑造。[6]

印度建筑師查理斯·柯里亞在帕雷克住宅（圖1）設(shè)計(jì)中，為解決干熱氣候下的遮陽(yáng)和通風(fēng)問題，在設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了當(dāng)?shù)孛窬拥摹肮苁阶≌痹O(shè)計(jì)理念，其內(nèi)部庭院由此演繹出兩種剖面形式：“冬季剖面”和“夏季剖面”[7]，通過冬季建筑空間的收縮和納陽(yáng)措施，以及夏季建筑空間的開敞和通風(fēng)，應(yīng)對(duì)氣候變化。

圖1 冬夏兩季帕雷克住宅剖面的變化Fig.1 Section changes in summer and winter of Parekh house

夏季剖面為下大上小的A形，內(nèi)部空間與外界的接觸面減少，有效降低了夏季陽(yáng)光照射的強(qiáng)度，同時(shí)A形庭院豎向高度的增加強(qiáng)化了風(fēng)壓通風(fēng)，形成良好的空氣吹拔效果，很好的適應(yīng)了對(duì)于當(dāng)?shù)叵募疚绾笱谉崽鞖猓欢酒拭鏋橄滦∩洗蟮腣形，室內(nèi)空間面向室外開敞，大面積接受日光的照射，達(dá)到冬季保溫的目的。

柯里亞發(fā)掘印度當(dāng)?shù)亟ㄖm應(yīng)氣候的特性元素，就地取材，建立了一系列建筑空間和形態(tài)，完美的詮釋了氣候和建筑的耦合生態(tài)共生。中國(guó)有創(chuàng)作氣候適應(yīng)性建筑的基礎(chǔ)，建筑師應(yīng)深入分析場(chǎng)地的地理地貌、氣候變化，以及當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活習(xí)俗，以獨(dú)特的建筑詞匯和語(yǔ)法, 創(chuàng)造出具有氣候適應(yīng)性的特色空間。

2.2 技術(shù)與空間的生態(tài)對(duì)接

不從建筑的主體-空間出發(fā)，而一味的進(jìn)行所謂的“生態(tài)技術(shù)”的堆積，最終的結(jié)果必然是使建筑成為無意義的、高成本的技術(shù)堆積。就設(shè)計(jì)創(chuàng)作而言，作為實(shí)現(xiàn)建筑的手段，技術(shù)為輔、空間則是主，不能本末倒置。

空間行為，是指通過空間布局激發(fā)或引導(dǎo)人們?cè)诮ㄖ械男袨椋屓藗冊(cè)讷@得舒適感、愉悅感的同時(shí)，自發(fā)的以更健康的方式使用建筑，享受建筑，從而達(dá)到生態(tài)技術(shù)無痕植入的目的[8]。設(shè)計(jì)師應(yīng)該創(chuàng)作中注重技術(shù)與空間的量化結(jié)合，具體制定出能引導(dǎo)空間行為的生態(tài)設(shè)計(jì)策略，從而順利實(shí)現(xiàn)技術(shù)與空間的生態(tài)對(duì)接。

2.2.1 “生態(tài)表皮”的運(yùn)用—引導(dǎo)人們體驗(yàn)技術(shù)的舒適感

目前，公共建筑體量有不斷增大的趨勢(shì)，原來的單一性功能建筑逐步演變?yōu)榫邆涠喙δ艿慕ㄖC合體。大體量、長(zhǎng)進(jìn)深不利于生態(tài)空間的形成。如何通過空間的設(shè)置，巧妙地引導(dǎo)室內(nèi)的空氣對(duì)流、自然光線的滲透，利用一切可能的自然條件，最大化滿足空間的物理環(huán)境環(huán)境需求，使人們?cè)诟惺芙ㄖ耐瑫r(shí)，體驗(yàn)技術(shù)帶來的舒適感，是生態(tài)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。給建筑賦予靈活的“生態(tài)表皮”，是建筑“生態(tài)化”的有效手段之一?？萍歼M(jìn)步使得極具技術(shù)含量的建筑表皮在美化建筑形體的同時(shí)，成為對(duì)建筑的不舒適進(jìn)行補(bǔ)償?shù)挠行侄?，設(shè)計(jì)師可以通過對(duì)表皮的技術(shù)處理，在不影響正常的建筑功能的基礎(chǔ)上，改善室內(nèi)主體空間的環(huán)境品質(zhì)。

楊經(jīng)文在設(shè)計(jì)梅納拉大廈時(shí)，通過植物、玻璃和遮陽(yáng)鋼架，自下而上建構(gòu)了雙層表皮。螺旋而上的立體綠化，帶來了遮陽(yáng)和氧氣，南北兩側(cè)墻面的通透玻璃幕墻緩和太陽(yáng)直射，炎熱的東西墻面，用鋁制散熱片和遮陽(yáng)板進(jìn)行微氣候調(diào)節(jié)，同時(shí)有意的空間開敞，使得自然通風(fēng)得以順利進(jìn)行。人們能自然的感受到生態(tài)技術(shù)在建筑內(nèi)部帶來的舒適感（圖2）。

圖3 科學(xué)園的拱廊空間Fig.3 Arcade space of science institute

2.2.2 室內(nèi)公共空間室外化

空間的本質(zhì)就是人們交往、休閑、娛樂的場(chǎng)所，因此，公共空間在內(nèi)部是必不可少的元素。隨著生態(tài)理念的植入，室內(nèi)公共空間性質(zhì)發(fā)生了外延，它既是連接內(nèi)外的實(shí)體灰空間，同時(shí)也是氣候緩沖的物化空間。當(dāng)前有很多的建筑，大量的將實(shí)體功能空間劃分出一定面積的公共空間，其目的就是作為氣候應(yīng)變界面，來自動(dòng)調(diào)節(jié)建筑微環(huán)境，形成生態(tài)效應(yīng)。

同時(shí)，在公共空間室外化的基礎(chǔ)上，可利用溫室效應(yīng)和自然通風(fēng)，與建筑空間整合形成 “邊庭”的外圍護(hù)界面，積極應(yīng)對(duì)氣候?qū)ㄖ挠绊?，?yōu)化室內(nèi)的物理環(huán)境。

蓋爾森基興的德國(guó)科學(xué)園（圖3），在建筑西面設(shè)置了一條長(zhǎng)300 m的“拱廊”邊庭空間，斜向玻璃墻在模糊室內(nèi)外空間界限的同時(shí)，另一方面，通過拱廊上的隔熱窗扇的有機(jī)閉合和開啟，提供通風(fēng)和朝向湖面的通道，為溫室效應(yīng)和室內(nèi)通風(fēng)的形成，創(chuàng)造了條件（圖4）。

圖4 拱廊的溫室效應(yīng)與通風(fēng)分析Fig. 4 Analysis of greenhouse effect and ventilation of the arcade

2.3 集成化生態(tài)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)在生態(tài)理念的沖擊下，顯示出越來越多的弊端，多專業(yè)、跨學(xué)科交流，以及由此產(chǎn)生的集成化生態(tài)設(shè)計(jì)（圖5）已成為未來設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。建筑生態(tài)效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，需要多專業(yè)設(shè)計(jì)人員同時(shí)、同步設(shè)計(jì)，這要求建筑師從一開始就要樹立起集成化生態(tài)設(shè)計(jì)觀[8]。

集成化生態(tài)設(shè)計(jì)是從全生命周期來加以考慮和優(yōu)化建筑的過程，它把傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)所忽視的主動(dòng)式和被動(dòng)式技術(shù)整合到一塊，通過技術(shù)篩選，以較低成本獲得高性能和多方面的效益[9]。這種設(shè)計(jì)方法在形式、功能、性能和成本上把生態(tài)技術(shù)理念與常規(guī)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)緊密結(jié)合，并且集成化設(shè)計(jì)越早介入設(shè)計(jì)，生態(tài)有效性就越高。貝丁頓零能耗社區(qū)，清華大學(xué)節(jié)能示范樓（圖6）的落成及實(shí)際產(chǎn)生的生態(tài)效果，證明了集成化生態(tài)設(shè)計(jì)的可行性和科學(xué)性。

圖5 集成化生態(tài)設(shè)計(jì)流程Fig. 5 Integrated ecological design fl ow

3 生態(tài)建筑設(shè)計(jì)素質(zhì)的培養(yǎng)

生態(tài)技術(shù)理念的設(shè)計(jì)植入，對(duì)于習(xí)慣于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)創(chuàng)作模式的建筑師而言，是一個(gè)全新的課題。若想在建筑設(shè)計(jì)中成功融入生態(tài)思維，實(shí)現(xiàn)客觀技術(shù)與主觀設(shè)計(jì)的合理對(duì)接，建筑師應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)建筑設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

(1) 設(shè)計(jì)創(chuàng)作模式的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)線性設(shè)計(jì)因其固有的弱點(diǎn)已無法適應(yīng)當(dāng)今生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的需要，設(shè)計(jì)創(chuàng)作模式也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，完成向集成化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，這就要求建筑師必須將建筑與生態(tài)技術(shù)進(jìn)行同時(shí)、同步設(shè)計(jì)。

(2) 重視跨學(xué)科合作。隨著生態(tài)技術(shù)理念的普及，跨學(xué)科、跨專業(yè)的合作與交流必然會(huì)成為未來設(shè)計(jì)創(chuàng)作的主流。傳統(tǒng)的設(shè)備、材料和技術(shù)等專業(yè)，基本上是和設(shè)計(jì)脫節(jié)的。建筑師在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)全方位了解生態(tài)技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的知識(shí)，并努力使之與核心的建筑空間布局整合，形成全面、綜合的優(yōu)化建筑性能策略[10]。

(3) 建筑實(shí)體模擬工具的引入。生態(tài)技術(shù)思維的量化，沒有定量評(píng)價(jià)的生態(tài)技術(shù)理念，是沒有意義的[11]。設(shè)計(jì)師必須借助針對(duì)生態(tài)建筑開發(fā)的建筑實(shí)體模擬工具，如Ecotect Analysis，才能和相關(guān)專業(yè)工程師一起進(jìn)行跨專業(yè)的深度合作，并為建筑設(shè)計(jì)方案提供定量的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)與量化指導(dǎo)，使得設(shè)計(jì)更具科學(xué)性。

圖6 清華大學(xué)節(jié)能示范樓集成生態(tài)技術(shù)Fig.6 Integrated eco-technology of energy-saving building in Tsinghua University

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Quantitative design strategies based on eco-technology idea

JIN Xi1, SHEN Shou-yun1, XIE Ming-jing2
(1. School of Landscape Architecture, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China;2. College of Architecture and Art, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China)

With the global outreach of green ecological idea, architects should combine their design works with green ecological technology, which has resulted in far-reaching inf l uence on contemporary architecture design. Through theories and examples analyses,the concrete quantif i cation of green building ideas in the design have been elaborated in detail, from three aspects: climate-building coupling, green ecological combination of technology and space, design and creation integrated ecological idea. Furthermore, the design strategies based on green ecological technology has been summarized, and several suggestions have been put forward aiming at cultivation of professional qualities from three aspects.

eco-technology idea; climate adaptability; space behavior; integrated design

S731

A

1673-923X(2013)02-0105-05

2012-07-27

國(guó)家自然科學(xué)基金資助（51108469）；湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（11C1308）

金 熙(1979-)，男，湖南益陽(yáng)人，講師，博士研究生，主要從事生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的教學(xué)工作

[本文編校：吳 彬]