肖毅強/XIAO Yiqiang

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亞熱帶綠色建筑氣候適應性設計的關鍵問題思考

肖毅強/XIAO Yiqiang

摘要：倡導氣候適應性優(yōu)先的綠色建筑設計策略，建筑師可根植設計本原，傳承創(chuàng)新，創(chuàng)作具有地域特色的當代建筑。本文以亞熱帶地區(qū)綠色建筑設計為討論對象，總結嶺南地域建筑氣候適應性經驗，就氣候適應性設計的關鍵問題，分別從適應日常氣候條件的熱舒適性設計、適應災害氣候條件的彈性設計以及適應長期氣候條件的耐久性設計等3個方面進行思考，為探索我國地域氣候條件下的綠色建筑設計提供參考。

關鍵詞：綠色建筑，亞熱帶建筑，氣候適應性，氣候空間，彈性設計，耐候性設計

國家自然科學基金重點資助項目（項目批準號：51138004）

國家自然科學基金面上資助項目（項目批準號：51478188）

1 引言

今年初國家確立了“適用、經濟、綠色、美觀”的建筑方針 ，綠色建筑成為我國城鄉(xiāng)建設的發(fā)展目標。我國20多年的綠色建筑發(fā)展歷程中，建筑師角色自我邊緣，設計思維長期缺位。因此，有必要回歸建筑學本體屬性，針對綠色建筑設計核心問題，從整體層面理解建筑設計的當代價值。本文聚焦地域性綠色建筑設計，重點討論氣候適應性的問題范疇，對建筑創(chuàng)作與技術創(chuàng)新提出思考。

從現(xiàn)代建筑思想起源來看，建筑中的氣候要素始終具有重要地位。法國建筑理性主義先驅維奧萊-勒-迪克（Viollete-le-duc）在其《建筑談話錄》中，主張以邏輯、氣候、經濟及精巧工藝和實用要求為基礎的建筑藝術思想。德國建筑學者文特弗里德·森佩爾（Gottfried Semper）的《技術與建構藝術（或實用美學）中的風格》（Style in the Technical and Tectonic Arts； or， Practical Aesthetics）中提出，所謂建筑“風格”就是：綜合一個地方的材料、結構、氣候、功能要求，再加上文化特定性而形成的一種系統(tǒng)性的建造模式。世界范圍的地域性現(xiàn)代建筑發(fā)展為這些先驅學者的思想作了很好的注解。全球建筑學在可持續(xù)發(fā)展的價值引領下進行了近半個世紀的探索，綠色建筑已成為建筑學科對當代文明的重要貢獻。

氣候要素與綠色建筑的節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水直接相關，與節(jié)材和環(huán)保密切相關。近20年，隨著越來越多的學者關注以氣候設計為核心的綠色建筑理念，氣候適應性策略成為一種全新設計理念深刻影響當代建筑創(chuàng)作［1］。立足我國地域氣候差異大、經濟技術發(fā)展水平不均衡的國情特點，綠色建筑發(fā)展更需研究分析地域氣候的特點，提倡氣候適應性為主導、以被動設計策略與主動技術應用相結合的技術路線［2］。本文以亞熱帶氣候地區(qū)為分析對象，以嶺南地域為討論重點，分析綠色建筑設計中氣候適應性的核心問題，為氣候設計的普遍價值定位提供參考。

嶺南傳統(tǒng)建筑在長期歷史發(fā)展過程中形成的建造智慧，從傳統(tǒng)村落、傳統(tǒng)城鎮(zhèn)建筑、到近代建筑，有完整的發(fā)展脈絡和成熟的建筑形制，精明地解決了建筑與環(huán)境氣候的關系。我們從這些既有經驗出發(fā)，分析現(xiàn)象、找準問題、總結經驗，為當代氣候適應性設計方法提供借鑒。本文分別從日常氣候條件、災害氣候條件及長期氣候條件3個不同角度，圍繞綠色建筑的根本目標，討論氣候適應性問題的范疇界定以及建筑設計策略。

2 適應日常氣候條件的熱舒適性設計問題

亞熱帶濕熱氣候表現(xiàn)為夏熱冬暖，全年大部分時間炎熱、潮濕、多雨，太陽輻射強烈。由于一年中大部分時間高溫高濕，建筑室內環(huán)境需要通過溫度、濕度及風環(huán)境控制保證人體舒適性要求——夏季為空調制冷，冬季基本無需取暖。因此，建筑節(jié)能重點在于節(jié)約建筑室內環(huán)境制冷除濕能耗。

嶺南傳統(tǒng)建筑在無空調時代形成了應對濕熱氣候的建筑手段和空間布局特色，通過遮陽、隔熱、通風等措施，良好地解決了人居條件的基本舒適性問題。我們受嶺南傳統(tǒng)建筑空間布局啟發(fā)，結合建筑“氣候設計”，提出了“氣候空間”概念：建筑布局中適應氣候環(huán)境，在建筑功能空間與自然環(huán)境之間形成的具有氣候調節(jié)作用的輔助性空間，稱之為建筑“氣候空間”［3］。例如嶺南傳統(tǒng)建筑典型的“氣候空間”包括冷巷、院子、天井、外廊、涼棚、騎樓、陽臺等。各種建筑氣候空間并非孤立存在，還具有相互聯(lián)動效應，可以共同作用解決建筑室內環(huán)境的熱舒適性問題。 通過對嶺南傳統(tǒng)建筑的空間形式的共性類型進行歸類可以得出三種典型的類型空間：傳統(tǒng)村落的“街巷+內院”空間、城鎮(zhèn)中竹筒屋的“通廊+天井”空間、以及近代城市建筑的“外廊”或“騎樓”的熱緩沖空間（圖1）。

近礦圍巖蝕變強烈且普遍，蝕變主要為黃鐵礦化、硅化、鉀長石化、絹云母化、碳酸鹽化等，構造破碎帶規(guī)模和破碎程度決定了蝕變強度和寬度，從破碎帶中心向兩側蝕變逐漸變弱，蝕變寬度一般不超過3m，通常幾種蝕變疊加在一起，構成礦化圍巖的特征蝕變。其中前三者與金礦化關系最為密切，當硅化、黃鐵礦化較強且具多次疊加特征時，巖石致密堅硬，而且礦化較強。蝕變巖常含金，并在其中賦存富金礦體，是重要的找礦標志之一。

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1 嶺南傳統(tǒng)“氣候空間”典型類型

現(xiàn)代建筑規(guī)?；c高層化發(fā)展為建筑室內外環(huán)境舒適性營造帶來挑戰(zhàn)，人工氣候措施不可避免。以綠色建筑理念出發(fā)，應當結合傳統(tǒng)“氣候空間”智慧，構建適宜的當代“氣候空間系統(tǒng)”，從而減少人工氣候調節(jié)設施的使用，通過建筑設計手段實現(xiàn)“設計節(jié)能”（區(qū)別于技術節(jié)能）。

綠色設計的解決辦法在于遵循自然氣候規(guī)律，將嶺南濕熱氣候的“遮陽、隔熱、通風”措施傳承發(fā)展。遮陽策略在傳統(tǒng)構造遮陽基礎上，整合建筑陽臺、復合表皮、綠化表皮，飄檐空間等發(fā)展復合遮陽空間模式，減少太陽直射得熱節(jié)約空調制冷能耗的同時，創(chuàng)新建筑表達形式。隔熱策略在于減少環(huán)境輻射得熱和熱傳導，除了材料隔熱和構造隔熱外，空間隔熱（熱緩沖空間）是重要手段；通過架空層、騎樓、寬外廊、立面庭院、屋頂棚架等空間設計手段，在建筑室內功能空間與室外熱環(huán)境之間形成一個“熱緩沖空間”，有效調節(jié)不良氣候影響，從而實現(xiàn)空調節(jié)能，同時熱緩沖空間具有復合的交通、活動、交往功能，大大豐富了建筑空間及景觀環(huán)境質量。通風策略在于創(chuàng)造建筑物中每個功能空間的良好自然通風條件，從而在春秋過渡季節(jié)節(jié)約空調使用能耗?？梢酝ㄟ^營造冷巷、風廊、天井、風道及庭院與立體庭院的空間方式，并結合其他氣候空間共同構建適宜自然通風并有效防熱的“氣候空間系統(tǒng)”， 滿足建筑室內環(huán)境人體熱舒適性要求。

氣候適應性策略指導下的綠色建筑設計，一方面，通過對“氣候空間”適宜尺度研究以及系統(tǒng)性關系的構建，整合遮陽、隔熱和通風措施，形成適用于亞熱帶氣候條件的綠色建筑的空間布局策略（圖2-4）；另一方面，通過“氣候空間系統(tǒng)”在城市群體及城市街區(qū)層面的延伸研究，可以有效解決城市公共環(huán)境熱舒適性問題。從傳統(tǒng)建筑聚落及傳統(tǒng)城市街區(qū)的經驗來看，亞熱帶地域適宜采用緊湊型的群體及建筑布局，為集約高效使用土地，建設高密度復合型生態(tài)城市提供可能［4］。

3 適應災害氣候條件的彈性設計問題

亞熱帶地區(qū)位居我國東南沿海，受季風性氣候影響，臺風（熱帶氣旋）、暴雨、風暴海等極端氣候狀況頻繁，華南地區(qū)廣東、海南受臺風影響最為頻繁嚴重，每年平均臺風登陸10次以上，臺灣、福建、浙江、上海、江蘇等也是受臺風影響較頻繁的地區(qū)，甚至個別臺風從沿海登陸后還會深入到內陸。臺風氣候的破壞力主要由強風、暴雨和風暴潮3個因素引起，對受影響地區(qū)的城市設施和建筑防災帶來極大考驗。

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2 “氣候空間”布局示例——作者主持設計的南沙發(fā)展電力大廈

3 南沙發(fā)展電力大廈外觀（騎樓，復合表皮空間，立體庭院）

當代城市建設以災害威脅極限值（抗風及防洪）作為市政設施及建筑系統(tǒng)的設計的依據(jù)，通過大量性建設投入的“硬”抵御方式，不僅帶來對自然生態(tài)環(huán)境的不利干預，也可能激化災害影響，引發(fā)次生災害問題。當前國際上普遍尋求人類建成環(huán)境與自然環(huán)境的良性互動關系，災害應變轉向彈性設計的思維，尋求城鄉(xiāng)發(fā)展對災害氣候的彈性適應。彈性設計（resilience design）在于探討人類聚居行為與極端自然氣候現(xiàn)象的共存關系，采取順應自然氣候規(guī)律的精明干預，獲取應對災害和災害恢復的良好效益平衡，并以環(huán)境和社會的可持續(xù)性發(fā)展為核心目標。

嶺南地區(qū)傳統(tǒng)建筑在長期與臺風氣候的博弈中，形成了許多豐富的經驗。從建筑起源時代的干欄式建筑到近代歷史傳統(tǒng)鄉(xiāng)村聚落，采用有限的建造資源，實現(xiàn)了在極端氣候下的生存安全與建筑安全。這些傳統(tǒng)經驗契合了彈性設計精神，值得我們挖掘借鑒。

嶺南傳統(tǒng)鄉(xiāng)村聚落皆有良好的防災策略。建筑群體利用地勢“前塘后山”布局，借高地避洪澇。傳統(tǒng)民居院落中無植栽樹木，防止臺風中倒伏帶來破壞。各進院落依地形依次抬高，并對屋面抬高有嚴格規(guī)定，保證建筑群體屋面起伏的整體性，具備整體性導風、分散風壓效果。建筑屋脊、山墻上采用高大而通透裝飾的壓頂，壓住瓦面抵抗抗風同時，通透壓頂又化解了自身承受風壓。屋面坡度采用正負風壓相對平衡的坡度設置等等，這些建造智慧令人嘆服。

從海南、廣東村落民居聚落的布局結構中，可以觀察到有趣現(xiàn)象：建筑聚落布局根據(jù)應對臺風威脅的程度不同，有格網布局和梳式布局兩種。海南及潮汕地區(qū)民居，由于受臺風威脅頻密，均采用棋盤式縱橫巷道布局，布局結構有效分解來自不同方向的臺風風壓，并結合院墻布置，有效減弱屋面風壓；珠江三角洲腹地的廣府民居，受臺風影響減少，以梳式布局（縱向巷道）方式為主，院落間的院墻也存在抗風作用。依此分析，傳統(tǒng)建筑在極端氣候影響下，總結出了一套有效的布局模式和墻院系統(tǒng)，其彈性智慧值得當代綠色設計借鑒（圖5）。

當代城市建設中，傳統(tǒng)多層緊湊的布局結構已被高大尺度的城市建筑群落所代替，而臺風災害的問題依然存在。密集的高層建筑群落，導致風場環(huán)境及抗災預測因素更為復雜，可能造成的關聯(lián)性損失更大，臺風氣候中高層建筑部件受損脫落并帶來次生災害的情況時有發(fā)生。應當結合臺風氣候特點，建筑群落通過合理的布局結構和尺度（如體量分解、風巷分解等），營造安全的建筑群體風環(huán)境。同時，開發(fā)研究建筑群體風環(huán)境模擬分析評價手段，進行極端氣候下的風環(huán)境評估，減少建筑物受損的風險特別需要對綠色建筑的創(chuàng)新性外立面構件和構造安全做出指引，比如：遮陽構件、通風幕墻、立體綠化、墻體綠化、新能源構件等。同時，針對景觀環(huán)境進行評價分析，克服景觀設計中單純圖案化、功能化的設計套路，合理布局各類植栽特別是大型喬灌木，避免臺風暴中樹木倒伏導致的生命和財產損失。

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5 不同地區(qū)村落布局比較（臺風氣候影響下的布局差異）

國家層面正在推動的“海綿城市”應對城市暴雨洪澇問題，但嶺南亞熱帶地區(qū)需有不同的理解和演繹方式。嶺南地區(qū)河網水系發(fā)達，常年降雨充足，地下水位普遍較高，土壤層蓄水能力有限。傳統(tǒng)漁農時代依賴河塘水系解決蓄洪排澇的方式，在當今大規(guī)模城市建設開發(fā)中已被破壞，導致暴雨洪澇問題頻繁發(fā)生。單純依賴城市層面的技術措施很難根本性解決問題。

嶺南傳統(tǒng)民居聚落中，排水組織從屋檐、內院、水溝到水塘。每個院子中有高大臺座圍成的院池，屋面雨水匯集院子，在暴雨時有蓄洪效應，緩遲了公共排水溝的排灌壓力，被沿長的排水路徑也進一步加大降雨與排洪的時間差，分解了環(huán)境排雨壓力。這種每戶分散雨洪管理的智慧，值得當代借鑒。

從彈性設計的原則出發(fā)，解決措施除了從城市區(qū)域層面通過重構洪水調節(jié)涵蓄功能的景觀體系和市政設施建設外，應當提倡從微觀層面的彈性解決策略。利用單體建筑形成各自建筑系統(tǒng)中的蓄洪及水資源利用系統(tǒng)，構建立體復合型的微型雨洪蓄排體系：通過將屋頂綠化、垂直綠化、水循環(huán)技術及場地景觀及蓄排水技術等相結合的建筑雨洪管理體系，延緩城市排洪壓力（圖6）。

4 適應長期氣候條件的耐候性設計問題

建筑材料及構造在經受氣候條件長期影響，如光照、冷熱、風雨、細菌、蟲蛀等造成的綜合破壞的耐受能力稱為耐候性。亞熱帶氣候環(huán)境下，建筑外維護結構常年日曬雨淋、潮濕浸泡的情況對建筑構造及材料耐候性提出挑戰(zhàn)。濕熱氣候條件有利于生物繁衍，建筑室內環(huán)境中蟲蟻侵害、腐蝕霉變現(xiàn)象嚴重。特別是春季高濕度條件下，建筑室內外構造霉變，導致構造損壞；缺乏對氣候特性有效應對的不當設計及維護方法，會導致材料構造達不到設計壽命，維修改造導致資源浪費，違背綠色建筑發(fā)展目標［5］。

嶺南傳統(tǒng)建筑積累了豐富的建筑耐候性材料構造經驗。如：傳統(tǒng)磚木結構建筑采用大飄檐處理，兼顧建筑遮陽的同時，防止狂風大雨潑濕墻體影響材料壽命；在容易被雨淋濕的墻角、柱礎及柱子采用耐久性好的石材；采用可防止蟻蟲攀爬的石柱礎構造；簡潔的倒梯形室內封閉天花處理可防止蟻蟲及容易清潔等。在近代建筑發(fā)展中，也形成了陶質大階磚地面（吸潮防潮）、陶釉通花構件、“洗石米”（細石混凝土）飾面、磚構造架空隔熱屋面等具有地域氣候耐候性的材料構造做法。嶺南地區(qū)長期形成的建筑構造設計經驗值得認真總結。

在綠色建筑時代，耐候性問題需要被高度重視，并以合理方式納入綠色建筑評價體系。針對材料構造的耐候性問題，可以通過建筑設計手段加以綜合解決。建筑外墻構造應對日曬雨淋，墻體材料構造的防潮效果是關鍵——從建筑設計的角度，可以設置整體式飄檐和復合表皮構造，保護外墻免受日曬雨淋，達到墻體耐候性效果。建筑屋面構造關鍵在于需要防水及隔熱并重。在濕熱多雨氣候下，熱漲冷縮容易導致防水層和保溫隔熱材料被拉裂變形，導致性能失效，屋面構造往往需要定期維修保養(yǎng)——從建筑設計的角度，可以通過如屋面隔熱涼棚及屋頂綠化設計等措施，減少屋面暴曬雨淋下的熱漲冷縮變形，從而保護屋面的耐候性效果。華南地區(qū)防白蟻防蟲蛀、霉變等現(xiàn)象，除了避免在潮濕、高溫環(huán)境使用易腐蝕材料——從建筑設計角度，保證空間良好的通風采光和溫濕度條件，是預防室內環(huán)境材料霉變腐蝕的重要措施。因此，確保每個房間的自然通風采光條件也成為了嶺南地域建筑的設計傳統(tǒng)。

當代綠色建筑背景下的材料技術發(fā)展，區(qū)別于傳統(tǒng)建造技術，對材料使用和構造性能要求大大提高，也導致耐候性問題日益突出。在應用推廣過程中，往往缺乏設計師的協(xié)同支持，性能很好的材料往往耐候性達不到要求，影響推廣使用；在建筑耐候性研究上，往往關注了單一材料的耐候性性能，缺乏針對材料連接、材料混合使用及構造節(jié)點的耐候性分析；在綠色建筑產業(yè)化中，產業(yè)化部品的構造連接耐候性、可靠性設計問題非常突出；由于設計原因導致建筑構造中不同耐候性和壽命期的材料不當使用，維修及替換材料時導致無須更換部件被迫拆除造成浪費，等等。

在亞熱帶氣候條件下，建筑材料構造的防水、防潮、防變形、防腐蝕等問題，關系到建材壽命和建筑使用質量，并直接影響綠色建筑物的實際運行性能。因此，建筑師在關注材料構造藝術效果的同時，也需要學會通過設計確保構造的耐候性，以及通過設計手段變通解決材料耐候性保護問題。

5 結語

華南地區(qū)亞熱帶是一種極富挑戰(zhàn)的氣候環(huán)境，特別在綠色建筑發(fā)展的大背景下，對建筑設計行為提出了更高的要求。建筑師需要從全方位了解氣候對建筑人居環(huán)境帶來的影響，開放專業(yè)邊界，回歸設計本體，關注根本問題，運用設計智慧創(chuàng)造可持續(xù)建筑環(huán)境。區(qū)別于既有建筑物理技術的研究評價角度，建筑設計的整合性思維有助于綠色建筑在決策前端做出合理分析和綜合判斷，從而實現(xiàn)綠色建筑的最大化效益。本文僅關注于亞熱帶地區(qū)綠色建筑氣候適應性設計的關鍵問題，并對筆者認為建筑師應當重點關注的問題進行了討論，希望可為其他氣候區(qū)的綠色建筑氣候適應性設計提供參考。

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6 結合立體景觀與水循環(huán)系統(tǒng)的建筑雨洪管理系統(tǒng)示意（1，2，5，6圖片來源：作者自繪自攝）

注釋

1）《中共中央、國務院關于進一步加強城市規(guī)劃建設管理工作的若干意見》2016年2月21日印發(fā)，《意見》提出：按照“適用、經濟、綠色、美觀”的建筑方針，突出建筑使用功能以及節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材和環(huán)保，防止片面追求建筑外觀形象。

2） 詳細研究內容參見筆者文章：《嶺南傳統(tǒng)建筑氣候空間的尺度研究》，肖毅強、劉穗杰，生態(tài)城市與綠色建筑，2015年夏季刊，P73-79。

參考文獻

［1］ G.Hauseladen. M. de Saldanha. P. Liedl. Sager C: Climate Design. Basel 2005.

［2］ 宋曄皓. 王嘉亮. 朱寧. 中國本土綠色建筑被動式設計策略思考［J］. 建筑學報. 2013（07） 94-99.

［3］ 肖毅強. 劉穗杰. 嶺南傳統(tǒng)建筑氣候空間的尺度研究［J］. 生態(tài)城市與綠色建筑. 2015（03）.

［4］ 肖毅強. 基于可持續(xù)性的地域綠色建筑設計研究思考［J］. 城市建筑. 2015（11） 21-24， 73-79.

［5］ 蕭蕾. 風景園林耐候性的研究緣起與進展［J］. 南方建筑. 2014（03） 44-46.

Tinking the Essential Problems of Climate-adaptive Design of Green Building in Subtropical Regions

Abstract:This paper advocates the strategy of green building design prior to climate adaption， in the way that architects can root themselves in the nature of design to inherit traditions and create new form with vernacular characteristics. Tis paper focuses on green building design in subtropical zone and summaries experiments of climate adaption design in Ling-nan area， then thinks on essential problems of climate adaption design from three aspects: 1）thermal comfort design adapting to daily climatic conditions，2） design of resilience adapting to catastrophic climatic conditions， 3） weather resistance adapting to long-run condition. Te results can provide references for discovering green building design strategies in regional climatic conditions.

Keywords:green building， subtropical zone， climate adaption， climate space， resilience design， weatherability design

作者單位：華南理工大學建筑學院

收稿日期：2016-05-31