柴智琦

作為群眾日常生活與生產(chǎn)中必不可少的部分，高層建筑設計傳統(tǒng)手段的沿用，不僅造成能源損耗，也難以滿足群眾多樣化需求。為了應對這些挑戰(zhàn)，生態(tài)建筑學的概念應運而生。生態(tài)建筑學不僅注重建筑本身的環(huán)保性能，更著眼于整體生態(tài)系統(tǒng)的平衡與可持續(xù)發(fā)展，其以最小化資源消耗、減少環(huán)境影響為目標，通過運用先進的技術和創(chuàng)新的設計策略，將建筑與自然環(huán)境融為一體。為在高層建筑設計中科學運用生態(tài)建筑學，以下內(nèi)容將著重闡述幾點應用路徑。

1 生態(tài)建筑學的定義和演變

廣受重視的生態(tài)建筑學，主要面向建筑規(guī)劃、施工等多個環(huán)節(jié)，要求各個部分都達到可持續(xù)發(fā)展和利用的目標，著重強調(diào)生態(tài)環(huán)境保護，更加關注建筑與自然環(huán)境的和諧融合，旨在創(chuàng)建健康、高效、環(huán)保的建筑。隨著全球環(huán)境問題的日益嚴重和人們對可持續(xù)發(fā)展的日益關注，生態(tài)建筑學逐漸嶄露頭角，并不斷演變。

最早的生態(tài)建筑學理念可以追溯到20 世紀60 年代的環(huán)境主義運動，當時人們開始認識到建筑對環(huán)境造成的影響，并提出了一些簡單的環(huán)保設計原則。然而，隨著時間的推移，生態(tài)建筑學變得更加綜合和成熟。

20 世紀80—90 年代，建筑界出現(xiàn)了更多關于能源效率、可再生能源利用和材料循環(huán)利用的討論。人們開始研究如何通過設計和技術手段來降低建筑的能源消耗和碳排放，以及減少對有限資源的依賴[1]。

21 世紀初，隨著綠色建筑認證系統(tǒng)的興起，生態(tài)建筑學進入一個新的階段。這些認證系統(tǒng)，如LEED、BREEAM 和GREENSTAR 等，提供了一套評估標準和指導方針，以促進建筑的可持續(xù)發(fā)展。這些標準包括能源效率、水資源管理、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和可持續(xù)材料選擇等方面，推動了建筑行業(yè)對生態(tài)建筑學的廣泛應用。在高層建筑設計中引入生態(tài)建筑學的理論，不但實現(xiàn)了資源的可循環(huán)利用，而且又減少了污染物的排放，同時保護了自然生態(tài)結構，保障了高層建筑經(jīng)濟效益，最終也提高了居民居住環(huán)境的整體質(zhì)量。如今，生態(tài)建筑學正面臨著新的挑戰(zhàn)和機遇。隨著科技的進步，諸如智能控制系統(tǒng)、可再生能源技術和循環(huán)經(jīng)濟模式等創(chuàng)新技術的應用，生態(tài)建筑的潛力得到了進一步釋放。同時，人們對建筑對生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的影響也更加關注，生態(tài)建筑學正逐漸與生態(tài)學和生物學等學科相互交叉，追求更細致、深入的研究。

2 高層建筑發(fā)展現(xiàn)狀

高層建筑的發(fā)展一直以來都備受關注。隨著城市化進程的加速和土地資源的稀缺，高層建筑作為一種有效的城市發(fā)展方式和解決方案，正在成為現(xiàn)代城市建設的重要組成部分。以下是對高層建筑發(fā)展現(xiàn)狀的分類：

1）高層建筑的高度不斷刷新紀錄[2]。迪拜的哈利法塔、中國的上海中心和廣州的廣州塔等標志性建筑都超過600 m 的高度，這些超高層建筑不僅成為城市地標，還展示了當?shù)亟ㄖ夹g和工程的進步。

2）現(xiàn)代高層建筑越來越注重可持續(xù)性設計。通過使用環(huán)保材料、節(jié)能設備和綠色技術，可以減少高層建筑對能源的消耗以及對環(huán)境的影響；綠色建筑認證系統(tǒng)的引入，也能夠促使開發(fā)商和設計師更加關注建筑的環(huán)境性能。

3）高層建筑以其垂直發(fā)展的特點，有效的提高了土地利用效率，并提供了更多的居住空間、商業(yè)空間和辦公空間，滿足了城市人口增長和經(jīng)濟飛速發(fā)展的需求。同時，高層建筑也在某種程度上緩解了城市擴張對郊區(qū)土地的需求。

4）高層建筑的抗震安全性是一個重要關注點?，F(xiàn)代高層建筑采用了先進的結構設計和技術，以提供更強大的抗震能力和結構穩(wěn)定性。地震防護系統(tǒng)、減震裝置和緊急疏散措施等措施被廣泛采用，以確保建筑在地震等自然災害中的安全性。

5）高層建筑越來越多地應用智能化技術。自動化系統(tǒng)、智能照明和智能家居設備等技術被集成到建筑中，提供了更便捷、舒適和安全的生活及工作環(huán)境。綜上，高層建筑作為現(xiàn)代城市化進程中的一種重要形態(tài)，不斷創(chuàng)新和發(fā)展。未來，隨著科技和設計的進步，高層建筑將繼續(xù)發(fā)展并面臨新的挑戰(zhàn)，如表1 所示。

表1 高層建筑發(fā)展趨勢

3 高層建筑設計中生態(tài)建筑學的運用路徑分析

3.1 建設空間生態(tài)

建設空間生態(tài)是高層建筑設計中生態(tài)建筑學的重要運用路徑之一，通過合理規(guī)劃和設計建筑周邊的生態(tài)系統(tǒng)，以實現(xiàn)建筑與自然環(huán)境的和諧共生。比如某地區(qū)高層建筑設計項目，作為一座地標性的高層建筑復合體，充分利用了建設空間生態(tài)的概念，通過引入綠化景觀、垂直花園和可持續(xù)設計元素，創(chuàng)造一個獨特的生態(tài)環(huán)境。

設計者依靠生態(tài)建筑學概念實施規(guī)劃，具體措施如下：

1）綠化景觀設計[3]。設計者在建筑外墻覆蓋了近40000 m2的綠色立面，由數(shù)千種植物構成，形成一個垂直的花園，可以提供自然美景和生態(tài)系統(tǒng)服務。其中建筑周邊的公共空間設計為綠色廣場和花園，為居民和游客提供了休閑和社交的場所。

2）水資源管理。建筑頂部設置了大型的雨水收集系統(tǒng)，將雨水收集起來，用于植物灌溉和公共景觀水景的供水。通過對雨水的收集和充分利用，減少了對城市供水系統(tǒng)的壓力，同時減少了雨水徑流對當?shù)厮w的污染。

3）太陽能和能源效率。在建筑屋頂安裝了大面積的太陽能光伏板，用于滿足公共區(qū)域的電力需求，減少了對傳統(tǒng)能源的依賴。建筑內(nèi)部采用了高效的能源管理系統(tǒng)和節(jié)能設備，包括LED 照明、智能控制和高效空調(diào)系統(tǒng)等，減少了能源消耗。設計者綜合上述設計手段，最終呈現(xiàn)的效果如表2 所示。

表2 項目設計效果

3.2 高層建筑外墻生態(tài)系統(tǒng)設計

隨著時代的飛速發(fā)展，高層建筑作為生活中經(jīng)?？吹降牟糠?，更是城鎮(zhèn)化發(fā)展中不可缺少的部分。然而，高層建筑的建設也面臨許多挑戰(zhàn)，包括能源消耗、空氣污染和城市熱島效應等問題。為了應對這些挑戰(zhàn)，越來越多的設計師和城市規(guī)劃者開始關注高層建筑外墻生態(tài)系統(tǒng)的設計。高層建筑外墻生態(tài)系統(tǒng)設計的目標是將自然元素引入建筑環(huán)境中，創(chuàng)造一個可持續(xù)、宜居的空間[4]。

植物選擇是設計中的重要考慮因素之一。根據(jù)建筑的地理位置和氣候條件，選擇適應當?shù)貧夂虻闹参镏陵P重要。一些常見的植物選擇包括耐旱植物、適應高溫的植物，以及具有良好空氣凈化能力的植物。可以將這些植物種植在高層建筑外墻的垂直花園或綠化墻上，以提供綠色覆蓋，凈化空氣，吸收二氧化碳，并改善高層建筑的微氣候。

除此之外，灌溉系統(tǒng)是生態(tài)系統(tǒng)設計中的另一個重要方面。由于高層建筑外墻的灌溉通常面臨著供水和排水的限制，設計師需要考慮采用節(jié)水灌溉系統(tǒng)。例如，利用雨水收集系統(tǒng)和滴灌技術，將收集到的雨水用于植物的灌溉。還可以考慮使用灌溉水的循環(huán)系統(tǒng)，最大限度減少水的浪費。

光照和通風是高層建筑外墻生態(tài)系統(tǒng)設計中的重要因素。設計師應該合理安排植物的布局，以確保每個植物都能獲得足夠的陽光照射。同時，還需要考慮到通風系統(tǒng)，以保持空氣的流通，避免病蟲害的滋生[5]。

3.3 運用生態(tài)表皮設計

生態(tài)表皮設計是一種以自然生態(tài)系統(tǒng)為靈感的設計理念，通過運用生態(tài)原理和技術手段，在建筑外立面或屋頂上創(chuàng)造一個具有生態(tài)功能的層面。這種設計方式旨在將自然環(huán)境與建筑相融合，提供可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好的解決方案。比如某地區(qū)開展的“花冠”大廈項目，以自然植被為主題，通過運用生態(tài)表皮設計，成功地實現(xiàn)生態(tài)功能與建筑美學的完美結合?！盎ü凇贝髲B的外立面采用了大面積的玻璃幕墻，為建筑內(nèi)部提供了充足的自然光線。同時，建筑外立面也布滿垂直綠化系統(tǒng)，這是生態(tài)表皮設計的核心特點之一[5]。垂直綠化系統(tǒng)通過種植各種蔓生植物和攀爬植物，形成一個垂直的生態(tài)景觀，使建筑與自然環(huán)境融為一體。這種生態(tài)表皮設計不僅美化了建筑外觀，還具有多種環(huán)境效益。

為做好生態(tài)表皮設計的各類事項，需要注意4 個要點：

1）設計團隊需要對建筑所在的自然環(huán)境進行全面的研究和分析，了解氣候條件、植被類型、土壤狀況等因素。

2）根據(jù)研究結果，確定適合該地區(qū)的植物種類及其生長條件，選擇適合的垂直綠化系統(tǒng)和屋頂花園設計。

3）在設計實施階段，需要合理布局垂直綠化系統(tǒng)和屋頂花園，確保植物的生長空間和光線條件；同時，要對植物的養(yǎng)護和維護問題進行充分考慮，確保其長期、穩(wěn)定地運行。

4）設計團隊需要對生態(tài)表皮設計的效果進行監(jiān)測和評估。通過定期監(jiān)測植物生長情況、環(huán)境效益和能源節(jié)約等情況，及時調(diào)整和改進設計方案，以實現(xiàn)最佳的生態(tài)效果。

3.4 建筑遮陽設計

通過建筑遮陽設計手段，能夠極大減少建筑物受到太陽直射而產(chǎn)生的熱量，提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，并降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

合理的建筑遮陽設計，一來可以實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，二來能賦予建筑獨特的外觀和功能，建筑遮陽設計具體方法：

1）選擇合適的建筑立面材料。淺色或反射性較高的材料可以減少對太陽輻射的吸收，從而降低建筑表面溫度。此外，設計師還可以使用具有遮陽功能的特殊涂層或涂料，將部分太陽光線反射，以減少建筑物對熱量的吸收。在此過程中，為優(yōu)化太陽光的照射角度與強度，設計師可以從建筑形狀、立面凹凸、懸挑、擋風墻等特點出發(fā)，如常見的增加凹槽或挑檐，可以實現(xiàn)部分遮擋作用，避免直射陽光進入室內(nèi)。建筑的外部構造還可以考慮利用自然通風和自然采光的原理，以減少機械通風和照明系統(tǒng)的使用。

2）運用合適的遮陽裝置。例如，可以在建筑立面安裝遮陽百葉、遮陽簾、遮陽網(wǎng)等，根據(jù)太陽軌跡的變化進行手動或自動調(diào)節(jié)，達到最佳的遮陽效果。在施工現(xiàn)場允許的情況下，設計師還可以考慮在建筑周圍種植高大的樹木或植被，形成自然的遮陰，為建筑物提供遮陽保護。

3）充分利用被動式住宅（Passivhaus）原則。Passivhaus 是一種能源節(jié)約建筑標準，核心思想是通過優(yōu)化建筑外圍結構，最大限度減少能源損耗。在建筑遮陽設計中，可運用Passivhaus 的原則，如合理設置窗戶和開口的位置及大小，利用可調(diào)節(jié)的外部遮陽裝置，控制室內(nèi)的光線和熱量輸入，實現(xiàn)節(jié)能和舒適性的平衡。

4 結語

當前，面對激烈的市場競爭環(huán)境，企業(yè)要想始終保持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢，做好高層建筑設計工作很有必要。鑒于傳統(tǒng)設計方法帶來的諸多弊端，為實現(xiàn)能源的有效利用及保護生態(tài)環(huán)境的設計目標，合理應用極為緊迫。

本文探究了高層建筑設計中生態(tài)建筑學的運用，旨在揭示其對建筑可持續(xù)性利用和對環(huán)境影響的積極作用。通過對現(xiàn)有文獻和案例研究的分析，我們發(fā)現(xiàn)在高層建筑設計中應用生態(tài)建筑學有多方面的好處。首先，它提供了一種可持續(xù)的建筑模式，通過最大限度地減少能源消耗和環(huán)境污染，實現(xiàn)對環(huán)境的最大保護。其次，基于施工現(xiàn)場情況，科學選用適合的可再生能源物質(zhì)，確保施工過程中能源利用率的有效提高，也能夠盡量減少污染物的排放，這對于應對全球變暖和氣候變化具有重要意義。加上運用綠色屋頂、立體綠化和自然通風等技術手段，高層建筑可以在城市環(huán)境中創(chuàng)造宜居的綠色空間，為群眾提供更好的生活質(zhì)量和空氣質(zhì)量。將生態(tài)建筑學引入高層建筑設計，這將是對高層建筑設計的一項重大突破，其在改善人居環(huán)境同時，實現(xiàn)人與自然和諧統(tǒng)一，又進一步拓展了高層建筑設計的發(fā)展空間。生態(tài)建筑理論的發(fā)展將導致建筑科學技術內(nèi)容的極大豐富與建筑藝術創(chuàng)造的相應發(fā)展，從而不斷推動整個建筑學不斷向前發(fā)展。