為未來設計的“生態反哺”

張宏儒，何 珊（上海建科建筑設計院有限公司， 上海 200032）

1 研究背景

城市及其建筑，是人類存在于地球最明顯的痕跡。從宏觀的生態學來看，地球表面的生物圈是一個完整的生命體。因為其所有組成部分（系統與元素）高度相互依存且整體處于不斷的新陳代謝而又平衡的演化狀態。地球生物圈在經過了 30 多億年漫長的正常生長期之后，在短短的兩百多年內加速突變為布滿巨大城市“斑塊”的狀態，其演化狀態越來越失去了平衡。作為一個生命體，這樣的突變無疑是病態的，類似于單個動物機體的腫瘤。森林和草原大片消失、荒漠增加、大量物種滅絕、大氣和水環境嚴重污染、極端氣候與災害頻發，以及人類（作為生物圈的一種元素）快速增加的城市病、高樓病、心理疾病等，都是這一生物圈病態的具體“癥狀”。這種病態趨勢如不遏止，就必然會惡化。過去人們認為整個生物圈將因此徹底消亡，然而近年來越來越多的研究和局部的跟蹤觀察發現，最可能的結果是人類的惡性發展將導致生物圈這一宏觀生命體的“免疫反應”加劇。其將用嚴酷的地理、氣候、微生物災難或核大戰將“病原”—人類消滅，則大自然完全可以自我恢復，所需要的時間甚至遠少于人類快速畸形發展這一“病程”。因此，“可持續發展”實質上不是為了生物圈的可持續，而是為了人類的可持續，是為了保護人類自己。

隨著工業革命的產生和推進，人們習慣把自身以外的生命世界以及生物圈賴以依附的無機世界統稱為自然，這一認知隱含著將人類與外部環境剝離并對立的誤判。正是基于這樣的認知而形成的發展理念，加速了人類對生物圈的破壞。以莊子為代表的一些中國古代思想家所推崇的“天人合一”思想，包含著把人類當作自然之一部分的深刻的自然觀，遺憾的是兩千多年來這種自然觀既未被西方世界所采納，也成為東方的主流思想意識。直到現代“可持續發展”觀念終于開始盛行，人類才認識到融入自然的重要性和必然性。基于這一思想的發展策略，將著眼于人類建設活動的生命屬性，并將其納入地球生物圈運行的整體邏輯之中。這可以類比于樹木和森林的生長：一棵樹和一座森林在不斷“建設”自身的同時，雖然消耗了資源和能源，但同時對所在生態環境產生正面的影響、做出積極的貢獻，甚而對整個宏觀生物圈的平衡與繁盛都有一點貢獻，是這個大機體的良性“細胞”，從生到死都完全融入生態系統循環之中。地球擁有 70 多億人口，但遠不止擁有 70 億棵樹，生物圈從不會因為樹太多而面臨危機。同樣，人類也不應該成為生物圈機體的“腫瘤細胞”，而應該像其他生物種群一樣融入大自然整體的平衡運行之中。改變發展模式方向，對整個生態系統會產生正面的積極影響，以逐步減輕直至消除病態發展造成的人類生態危機。這，就是“生態反哺”的基本理念。

2 “生態反哺”理念的產生背景

20 世紀下半葉以來，一面為了應對全球變暖、生態環境惡化，一面為了滿足經濟發展，全球以發達國家為主導的以“減少破壞”為核心的“可持續發展”模式應運而生。這一模式常用到的詞匯是減少、最小、降低等，其措施并不能停止經濟活動尤其是建設活動對生態環境的負面影響，而僅是放慢了邁向耗竭的腳步，以較小的增量在更持久的人類活動中消耗地球資源。局部的“保護”措施也只是維持已經被破壞的狀態不再惡化，但整體依然是一種消耗加損害的線性發展過程。這樣的過程不斷累積，必然導向不可逆的資源全面枯竭和生態環境崩潰，實際上不可能實現真正的“可持續”。

為此，亟須探索一種不同的發展路徑將上述模式升級，使建設活動融入整個地表生態圈的物質與能量循環，并在城市與建筑的使用過程中逐漸修復已被破壞的生態環境，形成生態正反饋，持續改善人類的生存環境。由此，提出“生態反哺”發展理念。

3 “生態反哺”理念的內涵及設計

生態反哺，形象地說就是向樹木和森林學習。一是在人類活動過程中模擬自然界“所有物料皆為養分，皆可回歸自然”的循環機理，使生產及生活物資得以不斷循環，從而消除傳統意義上的“廢棄物”。二是學習樹木和森林在自身生長、增加規模的同時，對周邊生態環境和整個生物圈不斷帶來正面影響。理念的核心包括 3 個方面的“正反饋”：回饋自然、回饋社會、回饋人類自身。回饋自然，一是指所有生產物（包括建筑與用品等）的最終結局可以通過大自然分解，作為養分回歸自然界循環使用；二是建成物的使用運行過程對所處的生態環境帶來良性影響。回饋社會指生產物最終結局可拆解并回收，作為工業原料回歸生產過程，開始新一輪的生命。回饋人類自身指建成物的運行過程對使用者的身心持續產生積極影響。以上 3 個方面相互依存、相互作用，不可孤立。如果眾多的建設活動都具有這 3 個方面的正反饋效應，那么整個生物圈的病態將逐步減輕，直至完全恢復平衡，實現真正的人類可持續生存。

為實現上述 3 個方面的正反饋，就必須在建設活動開始之前，對整個過程進行針對性的設計，這就是“生態反哺設計”。

“生態反哺設計”可表述為：針對一項建設活動的全過程進行設計，以使該項建設活動從開始進行到建成后的長期使用過程直至拆除后，均可以對自然環境、社會、使用者帶來正向增益和積極影響。

4 “生態反哺設計”策略體系

從建設的全生命期考慮，“生態反哺設計”的策略可以分為環境增益、區域生態、資源循環、人類健康 4 個方面。圖 1 為生態反哺設計策略體系示意圖。

圖1 生態反哺設計策略體系結構示意圖

4.1 環境增益

環境增益部分主要從外環境影響策略與被動設計策略展開。主要包括以下幾點。① 控制建筑物對周邊環境的熱輻射（反射）、噪聲反射和光污染等、優化場地內水系統循環的設計。② 有害物零排放。③ 被動設計，包括防噪通風與室內外空氣凈化、遮陽與陽光采暖、自然采光。④ 材料熱惰性應用設計。

以往在設計綠色建筑時，夏季炎熱地區會注重建筑物外墻和屋頂對太陽輻射的反射，以減少得熱、節約建筑能耗。實際上卻對周邊環境和其他建筑造成了更多的熱輻射。按照生態反哺的理念，一座建筑不但不應該對周邊環境帶來負面影響，還應該改善周邊環境，像一棵樹一樣，夏季能使區域環境更加陰涼。這就需要研發應用更新的技術，當然更要優先采用垂直綠化表層（其中最佳為爬藤植物簾幕）、屋頂綠化等低技術手段，對降低區域環境的熱輻射、灰塵、噪聲，提升空氣質量等都有積極影響。

對于冬季寒冷地區，利用太陽能的最佳方式是直接曬太陽，包括場地內人員行走和停留區域以及建筑內部空間和建筑物本身。如垂直綠化外層，就需要在冬季需要日曬的部位采用落葉的藤本植物。

4.2 區域生態

區域生態部分主要從生物多樣性策略、水資源策略與仿生設計展開。包括延續原有區域生態系統及增加綠化總容量的生態補償機制、當地適宜物種選配、生態廊道構建、生態墻設計應用、生活垃圾自然循環、景觀水體自然凈化技術等。

對于水資源而言，生態反哺設計提倡在海綿城市技術總框架下，采用自然凈化技術保持水體潔凈和循環，對于有非潔凈自然水系存在的區域，則應該通過這些策略不斷改善區域水質，反哺自然。

生活垃圾處理方面，最典型的例子是對餐廚垃圾進行的生物化處理。例如小型“蚯蚓農場”的應用，用廚余垃圾飼養蚯蚓，分解有機物，產生優質肥料，用于植物（包括農作物）栽種。

4.3 資源循環

資源循環部分主要從物質資源策略、能源策略與全壽設計策略展開。主要包括以下幾點。① 減量化建筑裝飾策略。② 充分利用場地地形減小土石方。③ 可再生能源綜合利用。④ 設備系統綜合高能效利用。⑤ 全降解建筑設計策略：通過生化降解加社會降解（再利用）實現全降解。⑥減碳設計：零碳與負碳建筑材料應用（竹木結構、現代夯土墻技術等）。

能源利用方面，在滿足功能需求的條件下最大限度壓縮用能需求。對于各種可再生能源技術，需要分析其全壽命期內的資源能源消耗和污染，對比能源獲益，來評估其應用的價值。

“全壽設計策略”主要包含一個重要的內容，即所謂“最后的反哺”—清除設計。生物界的一切都是有壽命的，人類的建設活動也不例外。而且，預計未來人類需要的建筑物將大幅減少、取而代之的將是大量的自然生態空間。這主要是白天大部分居住建筑空置、夜晚絕大部分工作建筑空置的現象將逐步消失，以及大量私家車停車空間的消失等原因造成。基于生態反哺理念的設計，建筑物應該一直設計到被拆除和清理的最后一個環節。將此環節定義為“清除設計”，包含了拆毀、回收、降解和清理現場、恢復自然面貌等內容。基于人工智能的飛速發展，以及人類可持續發展理念和技術的進步、人類整體走向真正的成熟，有理由預言未來人類需要的建造設施將大幅縮減，因此“清除設計”將成為非常重要和必要的設計工作內容。

4.4 人類健康

人類健康部分主要從生理舒適健康策略與心理情緒積極影響策略展開。內容包括增強人體環境感知與適應能力的設計、綠色裝修設計策略、鼓勵運動的設計策略、視覺健康（室內外眩光控制）和愉悅（色彩、空間、光環境與功能相適應）設計、增加人與自然接觸的設計內容等。

我國《綠色建筑評價標準》頒布以來的 3 個版本中，綠色建筑定義的最后一句都包含“與自然和諧共生”這一內容，可見對人與自然和諧關系的重視。生態反哺理念突出人本身的自然屬性并對其強化，以更好地體現人與自然的和諧，即由隔絕自然、利用自然到成為自然。生態反哺設計鼓勵人們感受氣候變化、經歷一定的冬冷夏熱體驗，而不是處于長期恒溫恒濕的環境中生活和工作，變得越來越虛弱；鼓勵人們多運動、多勞作、多交流、多接觸自然生命，從而不斷加強身心健康。

5 結 語

本次研究首先是對生態反哺設計理念的提出，并初步建立了相應的設計技術體系。隨著時代發展和技術更新還將得到進一步完善和深化，直至建立標準、進行評價。其推行將帶動人們的建設活動轉向更具積極意義的可持續發展方式。在目前的技術和經濟條件下，“生態反哺”還難以全面實現完全的反哺效果，尤其是在一個有限的項目規模內，但是可以成為而且應該是一個方向。只有沿著這個方向，人類才能逐漸修復已經遭到嚴重破壞的生物圈、康復已經被損害的生理和心理健康，為后代提供生態健康的地球、向后代傳遞身心健康的生命，真正實現可持續的發展。