高層建筑的生態觀

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摘要：高層建筑是建筑的一種形式，它的出現與發展既有建筑的一般共性，也有自身的特殊個性。高層建筑不是孤立現象，它是城市積聚化發展的必然產物。它從城市中吸取技術與文化的營養，從自然界獲得資源和能量。它體現了人類的技術與意志，但它又依賴著環境而存在。

關鍵詞：高層建筑；環境；生態

一、高層建筑的存在環境

環境是指生物存在的周圍空間。環境系統由各種生物因素（動物、植物、微生物）、非生物因素（包括光、熱、水、大氣、風、聲、土壤、無機物等）組成。這些因素相互作用、相互制約，構成有機統一的整體。自然環境是忽略人類存在和人類干擾的整個環境。自然環境的顯著特征包括：氣候、山脈和丘陵、河流與湖泊、巖石和土壤、植物和樹木。人工環境反映了人對環境的改造利用，是人類社會在長期發展中，物質文化積累的結果。建筑學上所指的人工環境指是在自然環境中由人類建造的建筑物和其他建構體。人工環境的顯著特征包括：建筑物、給排水系統、交通系統、電力系統、通訊系統等。人工環境從廣義上講不僅指物質環境，還包括社會環境，是物質財富與文化財富的總合。（圖 2-1-1）

圖 2-1-1 高層建筑與環境關系示意圖

注：高層建筑在平面上直接接觸的是人工環境；而在垂直面與大氣環境直接接觸。

環境不僅給人們提供生存的物質基礎，更是提供了精神營養。人工環境的建造反映了人類對客觀世界的認識。反過來，它也影響著人們的行為與情感。良好的環境可以合理地組織人的生活、創造宜人的精神氛圍。不良的環境危害人身體健康，讓人感到壓抑、緊張，使得各種行為效率低下、浪費資源。人工環境的建設直接影響到社會環境的效果，決定了人的生存條件的高低。高層建筑存在的直接環境，即是典型的人工環境----城市。人工環境是人類生存不可缺少的物質平臺。僅有自然環境不能提供我們舒適的生活條件。城市人的活動幾乎可以不需要同自然的生態系統直接接觸，而是通過各種人工系統形成人與自然界的物質與能量的交換。生態學家認為，城市是多種物質和能量的交換集聚地，是以人類活動為中心的空間集中的生態系統。建筑學家將城市看作為多種建筑形態的空間組合，是為居民提供良好的生活和工作的體形環境。無論從何角度來認識城市，都可以將其分解為三個要素：人、物（生物與非生物）、空間（理化環境）。以人為主體是城市的根本性質。

二、高層建筑的特征

高層建筑只是一個相對概念，并非嚴格按照“設計規范”或“消防規范”的定義，在數值或層數上有明確的要求，對其進行甄別的重要準則在于：是否由于“高度”因素而明顯地影響其規劃、設計、建造和使用。功能設計主要是確定標準層平面的布局，也就是安排好服務空間與使用空間的關系。樓、電梯，設備間，管道井，衛生間，開水間等都屬于服務空間。服務空間越小，可使用空間就越多，才能達到建造高層的目的。但是建筑高度越高，所需的結構斷面就越大，服務空間也越大，有效使用空間所占比例反而越小，建筑的高度與可使用面積的效率比，存在著制約關系。因而標準層設計的合理性是高層設計的一個關鍵因素。典型的標準層平面是服務空間居中，使用空間沿四周布置的格局，這樣各向都有均勻的采光面和最簡潔的交通距離。完成的平面再進行疊加，對底層交通空間進行單獨處理，停車與設備往往安排在地下室。絕大多數的高層建筑都是這種形式。高層建筑是以“高度”區別“普通”建筑的，因此它既具有與其他一般建筑普遍的生態性質――與絕大多數建筑的構成元素一樣，高層建筑都由墻體、幕墻、窗戶、樓板、屋面等基本建筑構件所組成；又區別與其他建筑的特征――垂直豎向發展、建筑技術的綜合化并具有較大的規模。相對來說，高層建筑是比較單純的建筑形式，一般沒有復雜的平面空間組合，平面交通也較簡單。這是由于高層建筑的本身特點所決定的。

三、當代高層建筑的生態問題

生態觀念實際上是一個老的話題，利用能源效率與環境共生的概念長期以來都是設計師需要考慮的因素。現代建筑與傳統建筑相比較而言，更是能源的主要消費者。通常一個國家的能源消耗有一半要用于建筑，這包括：建筑材料、運輸、加工、建造、維護、使用等直接環節，如果加上相關行為的間接消耗，可能遠不止這些。現代高層建筑只有百余年歷史，但作為城市環境的介入者，它的存在極大地改變了城市形態及環境質量。高層建筑的壽命大約為 50-70 年，因此對于社會、經濟、環境、能源的影響是潛在而長期的。其內外物質、能源、信息的流量都很高，必然造成其生態方面的眾多不利因素，包括有：

1）局部生態影響大

高層建筑本身龐大的體量和物質容量，會對當地的生態環境造成不利影響，尤其是在高層密集區，建筑之間的群體效應十分明顯，包括日照影響、空氣質量、氣流倒灌以及形成局部的“風谷”等。比如日照問題，需要考慮到建筑高度與寬度兩種因素的影響。愈高的建筑其遮擋的距離愈遠。但是這并非唯一影響因素。我國《城市居住區規劃設計規范》（GB50180-93-2002 版）中規定了住宅建筑的日照標準，依據不同氣候區的情況，分別制定大寒日（冬至日）的滿窗日照時間為 1-3 小時。這就涉及到終日陰影區的范圍。運用計算機模擬分析比較，面寬大板式高層的終日陰影區比塔式高層要大得多。高而瘦的塔式高層投射的陰影是狹窄的，而且流動快；寬的高層投射的陰影范圍大，因此終日陰影區大。而且高層建筑群的相互遮擋，會形成大片的終日陰影區。高層建筑的形態及群體布局方式對周邊氣流會產生很大影響。當風與高層建筑相遇時，可能產生向上、向下以及向兩側通過的氣流，空氣因收縮形成負壓，隨之出現渦流和陣風。這不僅對建筑本身產生震動和噪聲的影響，而且干擾地面步行環境和周邊綠化、交通設施等。高強度的開發施工，會對地形、地貌產生較大的影響。建筑基礎埋深一般為建筑高度的 1/10，地下空間十分龐大。同時由于高層建筑荷載非常大，對地基產生巨大的應力，容易引起沉降作用，對地質產生不利影響。

2）能源消耗巨大

盡管各類高層建筑的功能規模與背景相差很大，但一般都需要消耗大量的電力、燃氣、水等能源。以普通的帶中央空調系統的高層寫字樓為例，通常需要 80-100VA/m2的用電量，以滿足照明、空調、通訊、設備、應急、消防等需要。高層建筑由于內部人員眾多、安全等級高，即使人均標準不變，其生活用水量與消防用水量之和遠遠超過同比增長。同時大量的人員活動需要提供各種物質輸入來支撐。總體上講，高層建筑對能源消耗和溫室氣體影響有四個途徑：

1. 用于施工和建造房屋的物質材料和產品

2. 施工與建筑過程中的能耗

3. 建筑照明、空調、設備運營的消耗

4. 建筑的配套及服務設施的間接能耗

高層建筑是一種高消耗的建筑類型，它的后期運營、管理所需的費用占其生命周期總費用有較

3）環境污染

高層建筑每天排出大量的廢水、廢氣和垃圾。有些高層采用大面積的玻璃幕墻外墻面，強烈的反光引起周圍的不適，還會對駕駛員產生視覺干擾，引發交通事故，這被稱為光污染。高層密集區改變了城市的地表材質，常常引起城市的熱島效應（Urban heat island effect），即是指城市中的氣溫明顯高于外圍郊區的現象。超高層建筑對電磁波也會產生明顯干擾。

4）局部交通壓力增大

高層建筑上下班時間產生集中人流，不利于安全疏散。尤其是辦公大樓，交通高峰時間的對外交通量約能占到全日對外交通量的 20%。有研究表明，一幢 10 萬m2的高層辦公建筑每日吸引的人流可高達 5 萬人次，