劉煜

西北工業(yè)大學(xué)

1 背景

我國《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）和《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T229-2010）已正式發(fā)布多年，綠色建筑也發(fā)展到了大規(guī)模推行和在部分地區(qū)強(qiáng)制實(shí)施的階段[1]；然而，眾多處在設(shè)計(jì)一線的建筑師，面對(duì)國家大力推行綠色建筑的要求，盡管有積極參與的愿望，卻常常感覺無從下手[2]。在實(shí)際項(xiàng)目中，為達(dá)到星級(jí)認(rèn)證目標(biāo)，建筑師常在設(shè)計(jì)完成之后，將方案送至專門的綠建團(tuán)隊(duì)或咨詢機(jī)構(gòu)進(jìn)行后期“刷綠”的工作[3]，或?yàn)榱藴惙謹(jǐn)?shù)而進(jìn)行“創(chuàng)可貼式”的后期調(diào)整[4]。這不僅使綠色建筑的運(yùn)營效果欠佳，也違背了其設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)的初衷[5]。

實(shí)踐證明，建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中的指標(biāo)，特別是簡明而具體的量化指標(biāo)（如體形系數(shù)、窗墻比等），對(duì)方案設(shè)計(jì)走向具有重要的引導(dǎo)和控制作用。為了改變綠色建筑評(píng)價(jià)重結(jié)果、輕過程，設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)“兩張皮”的現(xiàn)象，幫助建筑師在綠色建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮更加積極的作用，有必要針對(duì)如何構(gòu)建適合建筑師使用的綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段導(dǎo)控指標(biāo)的問題進(jìn)行深入研究。

2 既有研究

近年來，學(xué)術(shù)界針對(duì)綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段的過程導(dǎo)控與評(píng)價(jià)問題已經(jīng)開展了一定的研究工作。例如，夏海山等提出了基于過程性評(píng)價(jià)模式的導(dǎo)控體系框架[5]；褚冬竹等探討了設(shè)計(jì)生成與評(píng)價(jià)的一體化機(jī)制[6]；楊鴻瑋等研究了數(shù)字模擬如何在方案設(shè)計(jì)階段的建筑布局、體量構(gòu)成、室外環(huán)境、建筑細(xì)部等層面發(fā)揮導(dǎo)控作用[7]。近年來，性能和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下的參數(shù)化設(shè)計(jì)也為綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段的導(dǎo)控探索了新的思路和方法。例如，李紫微等探究了參數(shù)化性能優(yōu)化方法在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提出了性能導(dǎo)向的參數(shù)化設(shè)計(jì)流程[8]；孫澄等從數(shù)形關(guān)聯(lián)、多性能指標(biāo)優(yōu)化和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)一體化等方面解析了寒冷氣候區(qū)低能耗公共建筑空間性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)體系的技術(shù)特征等[9]；Shen Liyin等基于數(shù)據(jù)挖掘和實(shí)例推理的方法，為建筑師借鑒類似綠色建筑案例中的成功經(jīng)驗(yàn)以及提高設(shè)計(jì)有效性和適用性，探索了新的途徑[10]；Touloupaki等系統(tǒng)梳理了近10年三維性能模擬輔助工具在設(shè)計(jì)初期方案優(yōu)化方面的應(yīng)用，認(rèn)為其在提升建筑性能方面具有極大潛力，但仍有許多困難需要克服，因此有必要開展更多研究[11]。

綜上所述，既有研究涉及了方案設(shè)計(jì)階段的導(dǎo)控體系、機(jī)制、流程、軟件、平臺(tái)和輔助工具等多個(gè)方面，然而關(guān)于“如何構(gòu)建適合普通建筑師使用的、貼合其思維特征和決策需求的綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段導(dǎo)控指標(biāo)”的問題，仍未得到系統(tǒng)分析和充分解答。

3 導(dǎo)控指標(biāo)的基本原則

適合建筑師使用的綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段導(dǎo)控指標(biāo)應(yīng)符合三條基本原則。

（1）目標(biāo)關(guān)聯(lián)。沒有明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)，導(dǎo)控就失去了意義，因此導(dǎo)控指標(biāo)與方案設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)之間應(yīng)具有清晰、明確的邏輯關(guān)聯(lián)。

（2）決策關(guān)聯(lián)。導(dǎo)控的目的是指導(dǎo)設(shè)計(jì)決策，因此導(dǎo)控指標(biāo)與設(shè)計(jì)決策點(diǎn)之間也應(yīng)具有清晰、明確的邏輯關(guān)聯(lián)。

（3）快速判斷。如果指標(biāo)判斷耗時(shí)過長，會(huì)直接影響設(shè)計(jì)思維的連續(xù)性，因此方案設(shè)計(jì)階段的導(dǎo)控指標(biāo)應(yīng)能夠快速得出判斷結(jié)果。

4 導(dǎo)控指標(biāo)的三個(gè)概念

為構(gòu)建符合上述基本原則的導(dǎo)控指標(biāo)，提出以下三個(gè)概念。

4.1 指標(biāo)的“作用距離”

指標(biāo)的“作用距離”指的是指標(biāo)與方案設(shè)計(jì)決策點(diǎn)之間邏輯關(guān)聯(lián)的復(fù)雜程度。例如，當(dāng)導(dǎo)控指標(biāo)是“節(jié)能量”時(shí)，由于其與方案設(shè)計(jì)決策點(diǎn)（如平面形狀）之間的邏輯關(guān)聯(lián)復(fù)雜且模糊，其作用距離就很長；如果將導(dǎo)控指標(biāo)換為“體形系數(shù)”，其與方案設(shè)計(jì)決策點(diǎn)之間的邏輯關(guān)聯(lián)就變得相對(duì)簡單、清晰，指標(biāo)的作用距離就被大大縮短了。

指標(biāo)的“作用距離”越長，其導(dǎo)控作用越難以把控。為便于建筑師理解和使用，應(yīng)盡量構(gòu)建“作用距離”較短（即與具體決策點(diǎn)之間邏輯關(guān)聯(lián)相對(duì)更加簡單、明確）的導(dǎo)控指標(biāo)。

4.2 指標(biāo)的“操作時(shí)間”

指標(biāo)的“操作時(shí)間”指完成指標(biāo)判斷所需要的時(shí)間，由操作步驟的多少和完成每個(gè)步驟的難易程度共同決定。例如，“朝向”指標(biāo)可直接判斷，其操作時(shí)間最短；“窗地比”及“體形系數(shù)”指標(biāo)判斷的步驟少且簡單，其操作時(shí)間較短；“場地風(fēng)環(huán)境”指標(biāo)判斷的步驟多且復(fù)雜，其操作時(shí)間最長。為構(gòu)建可快速判斷的導(dǎo)控指標(biāo)，應(yīng)盡量減少指標(biāo)判斷的步驟和復(fù)雜程度，以縮短操作時(shí)間。

“操作時(shí)間”與“作用距離”概念密切相關(guān)?！白饔镁嚯x”較短的指標(biāo)，其“操作時(shí)間”通常也相對(duì)較短?；凇白饔镁嚯x/操作時(shí)間”概念，可以將綠色建筑指標(biāo)大致分為三類（圖1）。

（1）A類指與決策點(diǎn)之間邏輯關(guān)聯(lián)簡單，可以直接判斷的指標(biāo)，其作用距離/操作時(shí)間最短。

（2）B類指與決策點(diǎn)之間邏輯關(guān)聯(lián)較簡單，僅需稍作計(jì)算或查閱少量資料即可判斷的指標(biāo)，其作用距離/操作時(shí)間一般。

（3）C類指與決策點(diǎn)之間邏輯關(guān)聯(lián)復(fù)雜，需經(jīng)軟件模擬、復(fù)雜計(jì)算或查閱大量資料才能判斷的指標(biāo)，其作用距離/操作時(shí)間最長。

為了在指標(biāo)判斷過程中盡量保持設(shè)計(jì)思維的連續(xù)性，應(yīng)盡量構(gòu)建可快速判斷的A或B類指標(biāo)。

4.3 指標(biāo)的“導(dǎo)控位置”

指標(biāo)的“導(dǎo)控位置”，指其在設(shè)計(jì)意向形成過程中發(fā)揮作用的相對(duì)位置。根據(jù)導(dǎo)控位置的不同，指標(biāo)的導(dǎo)控方式可分為三類（圖2）。

（1）前置導(dǎo)控，指在設(shè)計(jì)意向形成之前，預(yù)先設(shè)定指標(biāo)的導(dǎo)控方式。

（2）伴隨導(dǎo)控，指在設(shè)計(jì)意向形成過程中，隨時(shí)進(jìn)行判斷和反饋的導(dǎo)控方式。

（3）跟隨導(dǎo)控，指在設(shè)計(jì)意向形成之后再進(jìn)行判斷和反饋的導(dǎo)控方式。

在方案進(jìn)行過程中，為了更好地發(fā)揮導(dǎo)控作用，應(yīng)盡量構(gòu)建前置/伴隨類導(dǎo)控指標(biāo)。當(dāng)然，在方案設(shè)計(jì)之前，可用原則策略來引導(dǎo)其總體走向；方案設(shè)計(jì)之后，可用性能指標(biāo)來評(píng)價(jià)其最終成果。評(píng)價(jià)結(jié)果反饋到新一輪方案設(shè)計(jì)之前，也可在一定程度上對(duì)其起到前置導(dǎo)控的作用。

5 既有綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的指標(biāo)分析

分析我國既有《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）（后文簡稱《綠標(biāo)》），可提取建筑專業(yè)相關(guān)指標(biāo)54項(xiàng)，主要為面向方案設(shè)計(jì)成果的定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)。從作用距離/操作時(shí)間的角度對(duì)其進(jìn)行分類匯總，結(jié)果如下。

（1）C類指標(biāo)最多（31項(xiàng)）。例如4.1.4建筑規(guī)劃布局應(yīng)滿足日照標(biāo)準(zhǔn)，且不得降低周邊建筑的日照標(biāo)準(zhǔn)——需要做日照模擬；4.2.5場地內(nèi)環(huán)境噪聲符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）的有關(guān)規(guī)定——需要做噪聲模擬或查閱環(huán)評(píng)報(bào)告等；4.2.6場地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于冬季室外行走、活動(dòng)舒適和建筑的自然通風(fēng)——需要做風(fēng)環(huán)境模擬等。

（2）B類指標(biāo)較少（20項(xiàng)）。例如4.2.1節(jié)約、集約利用土地——需要計(jì)算人均居住用地面積和容積率；4.2.2場地內(nèi)合理設(shè)置綠化用地——需要計(jì)算綠地率、人均公共綠地面積等；4.2.3合理開發(fā)利用地下空間——需要計(jì)算地下建筑面積百分比等。

（3）A類指標(biāo)最少（3項(xiàng)）。例如4.2.4建筑及照明設(shè)計(jì)避免產(chǎn)生光污染——需要判斷是否選擇玻璃幕墻，如果“是”，玻璃可見光反射比是否大于0.2——可直接判斷；11.2.9合理選用廢棄場地進(jìn)行建設(shè)或充分利用尚可使用的舊建筑——可直接判斷；11.2.10應(yīng)用建筑信息模型（BIM）技術(shù)——可直接判斷。

分析我國既有《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T229-2010）（后文簡稱《綠規(guī)》），可提取建筑專業(yè)相關(guān)指標(biāo)89條，其中強(qiáng)制性指標(biāo)65條、推薦性指標(biāo)24條，主要為面向方案設(shè)計(jì)過程的定性化（原則策略類）導(dǎo)控指標(biāo)。例如4.1.2綠色設(shè)計(jì)策劃宜采用團(tuán)隊(duì)合作的工作模式；5.1.2場地規(guī)劃與設(shè)計(jì)應(yīng)通過協(xié)調(diào)場地開發(fā)強(qiáng)度和場地資源，滿足場地和建筑的綠色目標(biāo)與可持續(xù)運(yùn)營的要求；7.3.2材料選擇時(shí)應(yīng)評(píng)估其資源的消耗量，選擇資源消耗少、可集約化生產(chǎn)的建筑材料和產(chǎn)品；6.5.2除嚴(yán)寒地區(qū)外，主要功能空間的外窗夏季的熱負(fù)荷較大時(shí)，該外窗應(yīng)設(shè)置外遮陽設(shè)施，并應(yīng)對(duì)夏季遮陽和冬季陽光利用進(jìn)行綜合分析，其中天窗、東西向外窗宜設(shè)置活動(dòng)外遮陽；6.6.2毗鄰城市交通干道的建筑應(yīng)加強(qiáng)外墻、外窗、外門的隔聲性能等。

綜上，我國既有綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范提出了面向方案設(shè)計(jì)成果的定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，也提出了面向方案設(shè)計(jì)過程的定性化導(dǎo)控指標(biāo)，而面向方案設(shè)計(jì)過程的定量化導(dǎo)控指標(biāo)依然缺乏。

6 導(dǎo)控指標(biāo)的構(gòu)建思路

6.1 “目標(biāo)關(guān)聯(lián)”的指標(biāo)構(gòu)建

由于《綠標(biāo)》已明確規(guī)定了我國綠色建筑的性能指標(biāo)和設(shè)計(jì)目標(biāo)以及綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段的導(dǎo)控指標(biāo)，可以《綠標(biāo)》為基礎(chǔ)和起點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)建，進(jìn)而形成“目標(biāo)關(guān)聯(lián)”的導(dǎo)控指標(biāo)。

1 基于“作用距離/操作時(shí)間”概念的指標(biāo)分類示意

2 指標(biāo)的“導(dǎo)控位置”概念示意

目前，國內(nèi)已有不少針對(duì)綠色性能目標(biāo)導(dǎo)向下的設(shè)計(jì)方法研究，包括借助性能模擬、參數(shù)化和遺傳算法等輔助設(shè)計(jì)途徑達(dá)到綠色性能目標(biāo)的方法等。例如，劉凱等提出并討論了在方案設(shè)計(jì)階段，以特定建筑性能為目標(biāo)函數(shù)，通過軟件內(nèi)置遺傳算法獲得性能最優(yōu)方案的設(shè)計(jì)方法[12]；李紫薇提出在方案初期以性能目標(biāo)引領(lǐng)設(shè)計(jì)，把自然采光、通風(fēng)、熱舒適性、整體能量需求等作為參數(shù)化目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)方法等[8]。此類研究為“目標(biāo)關(guān)聯(lián)”的綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段導(dǎo)控指標(biāo)的構(gòu)建提供了參考。

6.2 “決策關(guān)聯(lián)”的指標(biāo)構(gòu)建

如前所述，為貼近建筑師的決策行為，便于其理解和使用，應(yīng)構(gòu)建作用距離較短、“決策關(guān)聯(lián)”度較高的導(dǎo)控指標(biāo)。在既有《綠標(biāo)》中，C類指標(biāo)作用距離最長，如要在其基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化構(gòu)建方案設(shè)計(jì)階段導(dǎo)控指標(biāo)，必須設(shè)法縮短其作用距離，提高其“決策關(guān)聯(lián)”度。例如，針對(duì)《綠標(biāo)》中“4.1.4建筑規(guī)劃布局應(yīng)滿足日照標(biāo)準(zhǔn)，且不得降低周邊建筑的日照標(biāo)準(zhǔn)”指標(biāo)，首先需要明確方案設(shè)計(jì)中哪些具體的決策點(diǎn)（如朝向、間距、形態(tài)、高度等）與之具有邏輯關(guān)聯(lián)，其次需要理清每個(gè)決策點(diǎn)與之具有怎樣的邏輯關(guān)聯(lián)，以形成概念清晰的邏輯鏈條，最后構(gòu)建與具體決策點(diǎn)具有直接邏輯關(guān)聯(lián)的導(dǎo)控指標(biāo)。

6.3 “快速判斷”的指標(biāo)構(gòu)建

“快速判斷”的指標(biāo)，即操作時(shí)間較短的指標(biāo)。既有《綠標(biāo)》中C類指標(biāo)操作時(shí)間長，如要在其基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化構(gòu)建方案設(shè)計(jì)階段導(dǎo)控指標(biāo)，可通過以下途徑縮短其操作時(shí)間。

（1）將性能模擬功能集成到輔助設(shè)計(jì)軟件中，使指標(biāo)判斷結(jié)果隨設(shè)計(jì)進(jìn)展即時(shí)、快速呈現(xiàn)。

該途徑針對(duì)需要經(jīng)過大量軟件模擬才能判斷的C類指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化構(gòu)建?，F(xiàn)在的綠色建筑方案設(shè)計(jì)中，大多采用“后置導(dǎo)控（設(shè)計(jì)之后進(jìn)行模擬驗(yàn)證）”形式，建筑師需要通過不斷試錯(cuò)的方式逐步積累經(jīng)驗(yàn)和改進(jìn)方案[8，11]。通過將高效的環(huán)境性能模擬軟件集成到建筑師常用的輔助設(shè)計(jì)軟件（如SketchUp）中，使模擬計(jì)算結(jié)果隨方案進(jìn)展即時(shí)、快速呈現(xiàn)，便可將“后置導(dǎo)控”變?yōu)椤鞍殡S導(dǎo)控”，大大縮短指標(biāo)操作時(shí)間，從而使C類指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽焖倥袛嗟腁或B類指標(biāo)。

如今性能驅(qū)動(dòng)下的參數(shù)化輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為一個(gè)較活躍的研究領(lǐng)域[11，13]，其相關(guān)成果正逐步用于實(shí)踐。例如，諾曼·福斯特在倫敦市政廳方案設(shè)計(jì)中，為達(dá)到使太陽直射量最小的性能目標(biāo)，基于軟件模擬結(jié)果，對(duì)簡化的方案形體和曲面走向不斷進(jìn)行建筑高度、寬度、傾斜度等參數(shù)微調(diào)，最終生成既符合性能目標(biāo)，又具有視覺美感的設(shè)計(jì)方案[14]。需要注意的是，由于方案設(shè)計(jì)階段（特別是早期階段）建筑形體還比較粗略，所能提供的設(shè)計(jì)參數(shù)非常有限且可變因素很多，因此模擬計(jì)算軟件必須能夠在有限的已知參數(shù)條件下進(jìn)行有指導(dǎo)意義的快速判斷[15]，這對(duì)相關(guān)軟件的開發(fā)提出了較大挑戰(zhàn)。

（2）將相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫集成到輔助設(shè)計(jì)軟件中，使指標(biāo)判斷結(jié)果伴隨設(shè)計(jì)進(jìn)展即時(shí)、快速呈現(xiàn)。

該途徑針對(duì)需要查閱大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料才能判斷的C類指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化構(gòu)建。通過準(zhǔn)確收集和科學(xué)分析相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料（如碳排放、地理氣候、材料含能數(shù)據(jù)等），并使分析結(jié)果隨方案進(jìn)展即時(shí)、快速呈現(xiàn)，可大大縮短指標(biāo)的操作時(shí)間，從而使C類指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽焖倥袛嗟腁或B類指標(biāo)。國內(nèi)外在該方向已開展大量研究，在BIM等集成化平臺(tái)支持下，數(shù)據(jù)信息正在不斷補(bǔ)充、完善并集成到輔助設(shè)計(jì)軟件之中。例如，通過Grasshopper的插件Ladybug可鏈接到溫度、濕度、太陽輻射等基礎(chǔ)氣象數(shù)據(jù)庫，籍此對(duì)設(shè)計(jì)方案的氣候等相關(guān)性能指標(biāo)（如日照指標(biāo)）進(jìn)行快速判斷，并在Rhino中進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

（3）基于性能評(píng)價(jià)指標(biāo)與方案設(shè)計(jì)決策點(diǎn)間的邏輯關(guān)聯(lián)分析，構(gòu)建新的導(dǎo)控指標(biāo)。

該途徑面向廣大普通建筑師的方案設(shè)計(jì)需求，力圖提出簡明、易懂且不依賴軟件模擬即可快速判斷的前置/伴隨類導(dǎo)控指標(biāo)。如前所述，既有綠色建筑規(guī)范/標(biāo)準(zhǔn)已包含此類指標(biāo)（如朝向、體形系數(shù)、窗地比、窗墻比等），但其數(shù)量十分有限。要構(gòu)建新的、具有普適意義的方案設(shè)計(jì)階段的前置/伴隨類導(dǎo)控指標(biāo)，需要開展大量前期基礎(chǔ)研究，目前相關(guān)研究成果尚不多見。作者所在的國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，針對(duì)該類指標(biāo)的構(gòu)建已取得部分前期研究成果（如基于“太陽能利用”的性能目標(biāo)，提出“有效日照面積比”“被動(dòng)式太陽能利用面積比”“日照體形系數(shù)”等方案設(shè)計(jì)階段前置導(dǎo)控指標(biāo)）。由于篇幅所限，指標(biāo)構(gòu)建相關(guān)具體分析不再贅述。

7 結(jié)語

研究探討了綠色建筑方案設(shè)計(jì)階段導(dǎo)控指標(biāo)的構(gòu)建原則和思路。在理論層面，提出了目標(biāo)關(guān)聯(lián)、決策關(guān)聯(lián)和快速判斷的基本原則，同時(shí)提出并探討了作用距離、操作時(shí)間和導(dǎo)控位置的基本概念；在實(shí)踐層面，結(jié)合對(duì)既有綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的條文分析，對(duì)方案設(shè)計(jì)階段導(dǎo)控指標(biāo)的轉(zhuǎn)化構(gòu)建提出了路徑建議，可為相關(guān)研究和思考提供參考和借鑒。

關(guān)于“如何使單一的導(dǎo)控指標(biāo)有效適應(yīng)和滿足不同視角下多樣的目標(biāo)和需求”，以及“如何使確定的導(dǎo)控指標(biāo)有效適應(yīng)方案進(jìn)展過程中各種模糊和不確定因素”等更進(jìn)一步的研究問題，還需通過更加系統(tǒng)、深入的后續(xù)研究來逐步解答。

課題組成員：陳景衡，劉煜，劉大龍，令狐延，姚慧等（共計(jì)40人）

圖片來源

圖1，2均為作者自繪。