張子奇

摘 要：伴隨著我國人口老齡化速度的不斷加快，營造老年人宜居環(huán)境、設(shè)計和建造高品質(zhì)適宜老年人的居住房屋成為當(dāng)下建設(shè)設(shè)計行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。在設(shè)計流程信息化、構(gòu)思模型數(shù)字化處理的背景下，模擬軟件作為建筑設(shè)計中重要輔助設(shè)計手段，在優(yōu)化建筑方案中的采光、風(fēng)環(huán)境及熱舒適度中的設(shè)計推敲中，承載了重要的作用。文章以西安地區(qū)某養(yǎng)老項目為例，通過Ecotect軟件針對當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、建筑的形體和內(nèi)部光、熱等環(huán)境設(shè)計要素進行模擬分析，從而提出了可行的優(yōu)化建議和改進措施。

關(guān)鍵詞：Ecotect；養(yǎng)老建筑；氣候分析；效果評估

中圖分類號：TU201 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0155-03

Abstract： With the rapid aging of the population in China， creating a livable environment for the elderly， designing and building high-quality housing suitable for the elderly has become one of the important contents of the sustainable development of the construction and design industry. Under the background of informationization of design flow and digital processing of conceptual model， simulation software， as an important auxiliary design method in architectural design， is used in the design consideration of optimizing the lighting， wind environment and thermal comfort of building scheme. Plays an important role. Taking a pension project in Xi'an city as an example， this paper simulates and analyzes the local climate environment， building form， interior light， heat and other environmental design elements through Ecotect software， and puts forward feasible optimization suggestions and improvement measures.

Keywords： Ecotect； pension architecture； climate analysis； impact assessment

1 概述

截至2015年底，我國60歲及以上老年人口數(shù)量已經(jīng)達(dá)到2.22億，占總?cè)丝诘?6.15%。伴隨著人口老齡化的加速，預(yù)計到2030年，全國60 歲及以上人口老齡化率將達(dá)到25%，其中65 歲及以上人口老齡化率將達(dá)到14%。習(xí)近平總書記在十九大報告中指出應(yīng)對社會人口老齡化問題應(yīng)“構(gòu)建養(yǎng)老、孝老、敬老政策體系和社會環(huán)境，推進醫(yī)養(yǎng)結(jié)合，加快老齡事業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展”著手。因此，作為社會生活環(huán)境的重要組成部分，老年居住環(huán)境的建構(gòu)以及養(yǎng)老建筑的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)養(yǎng)老生活的高品質(zhì)，已經(jīng)成為建筑設(shè)計從業(yè)者面臨的重要課題。

現(xiàn)階段我國的養(yǎng)老建筑設(shè)計依然存在諸多問題，例如住宿區(qū)域北向房間采光缺失、室內(nèi)光環(huán)境水平較低、南側(cè)房間視野遮擋、建筑規(guī)劃過于密集引發(fā)的主要臥室大寒日（冬至日）滿窗日照積累時間不足等等問題，都直接影響了建筑使用的舒適度。另外由于建筑設(shè)計人員自身方案精細(xì)化程度不夠，建筑的房間朝向、形體設(shè)計的不合理，直接影響了建筑的外維護保溫功能的優(yōu)化設(shè)計，從而引發(fā)了房間的熱舒適度體驗感差等問題。

Ecotect是一款全面的技術(shù)性能分析輔助設(shè)計軟件，是建筑設(shè)計的全周期概念下，對建筑設(shè)計起到輔助數(shù)據(jù)支撐的作用。在建筑設(shè)計的初期，可以通過對基地的氣候環(huán)境數(shù)據(jù)諸如光、熱、風(fēng)速模擬、日照系數(shù)等具體數(shù)據(jù)，在給予直觀表達(dá)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)設(shè)計初步階段項立項的數(shù)據(jù)支持。在方案階段，設(shè)計師可以通過建立模型的方式，模擬建筑的采光、室外渦旋風(fēng)、室內(nèi)風(fēng)速流動、以及基地建筑遮擋位置，確定建筑方案和規(guī)劃方案的關(guān)系。進入方案擴初條件階段，Ecotect提供的室內(nèi)的環(huán)境分析模擬系統(tǒng)，可以全面評測建筑方案的室內(nèi)光熱環(huán)境水平，從而協(xié)助建筑師對方案進行優(yōu)化改進?？傊夏耆擞捎谏眢w機能退化，對室內(nèi)環(huán)境的舒適度有著更高的要求，而Ecotect強大的光熱的模擬能力，讓建筑師實現(xiàn)養(yǎng)老建筑的設(shè)計的精細(xì)化和精品化，成為了可能。

2 西安地區(qū)氣候分析

在建筑設(shè)計的初期，包含了場地地域溫度，濕度，風(fēng)向、風(fēng)力，太陽輻射狀況等因素的場地氣候環(huán)境是十分重要的設(shè)計依據(jù)。優(yōu)秀的建筑設(shè)計是在整合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有氣候資源的基礎(chǔ)上，找出合適的設(shè)計策略、營造出舒適的室內(nèi)環(huán)境。

（1）逐時氣象分析

首先將西安地區(qū)氣象資料導(dǎo)入到Ecotect的氣象數(shù)據(jù)分析軟件Weather Tool中，可以得到西安地區(qū)的氣象分析結(jié)果（如圖1）。由圖數(shù)據(jù)曲線可知，西安地區(qū)1-2月溫度較低，最冷天氣日出現(xiàn)在一月初，最低溫度約為-10℃，3-4月溫度略有升高，平均溫度在10℃左右，5-6月，9-10月份白天溫度條件較為舒適，6-8月溫度較高，最熱天氣日在七月份前后，最高溫度約為37°。由此可知，基于西安的氣候溫度特征，7-8月份早晚溫度條件適于室外活動，而11-12月份溫度降低，與3、4月份差不多，平均溫度在10℃左右，該時段室外活動主要以行走區(qū)風(fēng)速控制為主。由西安地區(qū)的濕度數(shù)據(jù)以及太陽輻射分析可知，西安地區(qū)全年相對濕度較為平均，夏秋季相對略高，春冬季較為干燥。太陽輻射值變動不大，其中3-10月較高，11月至來年2月相對較低。因此針對老年宜居住區(qū)和室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計，應(yīng)該體現(xiàn)在防風(fēng)、保溫等問題展開，根據(jù)老年人的生活和活動特征，規(guī)劃出合理的活動范圍。針對這一問題，Ecotect提供了焓濕圖這一種更加直觀和準(zhǔn)確的表達(dá)方式。

（2）焓濕圖分析

焓濕圖是一種將地域空氣各種參數(shù)之間的關(guān)系，用圖線表示而制成的圖表。Ecotect軟件的焓濕圖所使用的主要參數(shù)分別為：干球溫度，濕球溫度，絕對濕度，相對濕度以及水蒸氣分壓力等若干項。首先Ecotect將當(dāng)?shù)夭杉臍夂蛐畔?dǎo)入到圖中，并通過與設(shè)計的舒適區(qū)域進行比對，就可以直觀而且準(zhǔn)確的得出當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境信息各種指標(biāo)水平相關(guān)信息。建筑師通過Ecotect的舒適區(qū)劃定的功能，包括通過調(diào)整人體不同的活動狀態(tài)——靜坐、行走以及快跑等激烈運動等，來獲取人體的舒適溫度、濕度區(qū)間，最終軟件將這些空間范圍，以邊框的形式表現(xiàn)在焓濕圖中，并結(jié)合收集的數(shù)據(jù)進行直接比對，直觀的表現(xiàn)當(dāng)?shù)氐臍夂驙顩r。

因為老人活動能力相對較弱，故將舒適區(qū)域的活動程度限定于靜坐與較輕之間（圖2）。由圖可知，西安地區(qū)只有極少部分位于舒適區(qū)內(nèi)，由于西安地區(qū)四季氣候變化較為明顯，因此將西安地區(qū)春夏秋冬四個季節(jié)分別進行了焓濕圖的矢量分析?？芍诖呵锛?，天氣較為怡人的時段，約有30%直接位于舒適區(qū)域內(nèi)，其余部分距離舒適區(qū)也沒有太大距離；夏季，天氣較為炎熱，僅有15%左右的時段于舒適區(qū)域內(nèi)，其余部分大多因為過于炎熱，而遠(yuǎn)離舒適區(qū)；冬季因為過于寒冷，則完全脫離了舒適區(qū)。結(jié)合先前的西安逐時氣象分析結(jié)果，即設(shè)計應(yīng)注重防風(fēng)、保溫等問題的基礎(chǔ)上，焓濕圖則重點細(xì)化了夏季通風(fēng)散熱、冬季保溫防寒的設(shè)計目標(biāo)。而針對西安地區(qū)全年太陽輻射值較高的現(xiàn)狀，采用被動式太陽能采暖措施會有較好效果。

3 建筑朝向和形體模擬

在建筑設(shè)計時，設(shè)計師為了實現(xiàn)設(shè)計理念、外觀效果以及組合方式的表現(xiàn)，讓建筑位于不利朝向或者互相遮擋影響功能，Ecotect可以通過最佳朝向計算和模擬建筑采光的方式來避免不利朝向和建筑遮擋的問題。

（1）建筑朝向

Ecotect通過對基地所在地區(qū)熱輻射信息的綜合分析處理，可以得出該地區(qū)建筑的最佳朝向分析。最佳朝向的依據(jù)，是根據(jù)建筑在過冷時間內(nèi)得到輻射量較多，在過熱時間內(nèi)得到較少，而最差朝向在過冷時間內(nèi)得到輻射量較少，在過熱時間內(nèi)得到較多的原理，進行具體的數(shù)據(jù)化剖析。西安地區(qū)冬冷夏熱，依據(jù)逐時氣象分析圖，將6-8月設(shè)置為最熱月份，12-2月設(shè)置為最冷月份進行計算。計算結(jié)果如圖所示，其中朝向為南偏東10°的箭頭指向的方向為西安地區(qū)建筑的最佳朝向。通過這樣的現(xiàn)狀，可以以開展增加建筑的冬季得熱的措施，一方面增加建筑室內(nèi)的舒適度，另一方面也減少冬季采暖造成的能源消耗（圖3）。

（2）采光模擬

在養(yǎng)老建筑的設(shè)計中，居住空間的采光狀況是居住品質(zhì)的重要評價標(biāo)準(zhǔn)之一。根據(jù)現(xiàn)有的老年居住建筑設(shè)計規(guī)范中明確規(guī)定，主要的居住空間大寒日滿窗陽光照射的累計時間不得低于兩小時。實際在設(shè)計時，由于建筑物的互相遮擋，太陽輻射變化等原因，設(shè)計師往往難以計算居住區(qū)的日照積累時間，也就無法確定建筑的日照積累時間是否達(dá)標(biāo)。Ecotect強大的日光模擬手段，可以很好的解決這一問題。

以某方案的前期分析模型為例，將建筑模型導(dǎo)入Ecotect并設(shè)定地區(qū)和時間，進行日光模擬，可以得到建筑北側(cè)居住區(qū)的大寒日日光模擬表格（圖4）。依照圖例可以直觀看到，日照積累時間為8H、2H-8H、1H-2H、0H-1H的不同顏色區(qū)域的明確劃分。其中A區(qū)域位于建筑體內(nèi)部空間，日照時間為0，屬于本位遮擋，B區(qū)域受到建筑其他部分不同程度的遮擋，日照時間在1-6H不等。盡管B區(qū)域基本滿足規(guī)范的日照要求，但是對于冬季室內(nèi)的舒適性較高的養(yǎng)老建筑來說，其作為居住空間并不能讓人滿意。以此為依據(jù)，設(shè)計師最終通過調(diào)整方案，將該區(qū)域設(shè)置為次要功能、增加中庭寬度、調(diào)整了建筑形體、減少遮擋，最終延長其日照接受時間。

4 建筑內(nèi)部熱輻射分析

由以上幾點分析可知，西安地區(qū)冬季寒冷，并不適宜室外活動，然而對于老年人來說，冬季與陽光的親密接觸十分重要。因此增加陽光房的設(shè)計成為了提高老年人住宅品質(zhì)的重要部分。在設(shè)計時，設(shè)計師通常無法直觀準(zhǔn)確的感受到室內(nèi)采光和太陽房的使用效果，只能依靠簡單的日光計算甚至是主觀臆測。Ecotect作為一款優(yōu)秀的分析軟件，可以通過將建筑數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)丨h(huán)境綜合計算的方式，數(shù)據(jù)化的模擬建筑建成后的室內(nèi)環(huán)境。

以西安某養(yǎng)老建筑設(shè)計方案為例，方案一層設(shè)計平面設(shè)計中，在南北兩個區(qū)域設(shè)計了陽光房，將建筑數(shù)據(jù)導(dǎo)入Ecotect，以大寒日為時間標(biāo)準(zhǔn)進行計算，得出空間內(nèi)部輻射熱的分析結(jié)果（圖5）。如圖可見，北側(cè)陽光房西側(cè)部分受照射效果好，日照平均積累量大約在1400MH左右，滿足冬季采光需求；而東側(cè)走廊進深較為窄小，由于并沒有得到足夠的日照，南側(cè)陽光房在受到不規(guī)則遮擋情況下，日照積累量相對較少，日照積累平均值僅有900MH左右。為保證陽光房在冬日的效果，應(yīng)在設(shè)計中進行對應(yīng)調(diào)整，例如增加方案庭院寬度等措施改善其采光效果，實現(xiàn)方案設(shè)計的優(yōu)化。

5 結(jié)束語

總之，在養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)和社會事業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，秉承工匠精神，實現(xiàn)養(yǎng)老建筑的優(yōu)化設(shè)計，需要建筑師統(tǒng)籌各種設(shè)計數(shù)據(jù)，并做到精確把控，而Ecotect軟件在養(yǎng)老建筑設(shè)計中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)建筑師對于方案設(shè)計過程中細(xì)節(jié)的控制。從建筑初期階段的輔助信息提供、到設(shè)計深入細(xì)化階段的模擬建筑內(nèi)部環(huán)境設(shè)計的分析與優(yōu)化，Ecotect都為建筑師可實現(xiàn)方案的時效性、協(xié)同性的設(shè)計與修改，提供了更為科學(xué)、直觀、可視化的數(shù)據(jù)支持，為推動養(yǎng)老建筑設(shè)計產(chǎn)業(yè)的信息數(shù)字化，貢獻了力量。

參考文獻：

[1]孔凡華，肖堅.基于Ecotect的生態(tài)建筑設(shè)計策略初探：以長沙地區(qū)為例[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2011（10）：87-90.

[2]楊麗.Ecotect在居住區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用研究[J].住宅科技，2010（11）：9-13.

[3]曾旭東，周宏偉，梁波.數(shù)字技術(shù)輔助建筑節(jié)能設(shè)計初步[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2013.

[4]楊永峰，顧維志，張健.Ecotect Analysis在居住區(qū)場景規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].中國園藝文摘，2014（3）：107-109.

[5]王曉許，祝連波.基于Ecotect軟件的綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)研究[J].施工技術(shù)，2016，45（12）：124-128.

[6]嚴(yán)鈞，趙能，梁智堯.Ecotect在建筑方案設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].高等建筑教育，2009，18（03）：140-144.

[7]李曉寧.基于Ecotect軟件下的保障性住房物理環(huán)境設(shè)計分析研究[D].河北工程大學(xué)，2017.