適宜于我國可持續性校園建設的生態化節能技術初探

摘要：通過總結國內外在可持續性大學校園建設過程中的經驗，結合我國高校的規劃特點，提出適宜于我國高校建設規律的生態化節能技術，并對其優缺點、適用范圍以及實施要點進行扼要的分析。

關鍵詞：高校校園 可持續性建設 生態化節能技術

一、緒言

在城市化進程不斷加速的過程中，過度開發建設給我們的生活環境帶來了一系列惡劣的環境問題，因此對建設過程進行生態化的研究與設計，不僅能夠改善人們的生活環境，更有利于整個城市自然生態系統的穩定和發展，具有十分重大的經濟效益和社會意義。

而對于大學校園而言，由于其用地在整個城市的土地配置上較其他類型的建筑分布更為均勻、廣泛，故其生態環境系統在整個城市的生態環境系統中占有十分重要的一環。同時，大學校園中具有十分優質的綠化、水系、生物多樣化的生態條件，若能充分利用并將其通過技術手段進行改造，對于改善城市生態綠網結構、提升環境質量和豐富生物多樣性將有十分顯著的效果。

本文目的和意義在于通過分析國內外可持續性校園建設的發展現狀，同時結合我國高校的規劃發展特色，尋求適宜于我國高校建設規律的可持續性生態化節能技術。

二、國內外對于可持續性校園的研究現狀及發展概況

（一）國外研究現狀及發展概況

在校園可持續發展規劃設計方面，國外的研究起步較早，尤以美國、英國、日本、加拿大等發達國家為甚，特別是在校園總體生態規劃與設計方面，已經形成了比較全面深入的研究體系，其成功推行的經驗對于我國而言是可資借鑒的。例如，目前大部分高校都面臨的既有校舍的改擴建、新校區的大規模建設、甚至是異地搬遷等建設過程中所帶了的生態化影響問題，如何去平衡生態與發展的關系，我們都可以在上述國家的研究中找到很多實現可持續發展的生態化設計理念。

國外的可持續性高校設計理念主要可以分為兩大類，即：針對某一生態化問題所提出的改造設計和多層面協同作用的設計。以第一類理念為導向的國家主要有美國、日本，英國。具體而言：美國能源機構所推行的“綠色學校計劃”，通過鼓勵學校在規劃、設計方面嚴格遵守《能源與環境設計導則》 （LEED）的框架和標準，從而達到節能的目標。其比較突出的例子有佛羅里達大學，該大學是佛羅里達州歷史最悠久且規模最大的大學，目前該校園由一個主校區和多個分部組成，總占地面積為810hm2。該校2000～2010年總體規劃的中心任務就是發展可持續的校園和建設可持續的建筑，且其規劃完全遵照《能源與環境設計導則》 （LEED）的框架和標準來進行，同時每棟單體建筑無論是新建或改擴建，其方案都是以綠色環保為主題思想進行設計，并向美國綠色建筑委員會（USGBC）申報、注冊，參加評獎，目前該校獲獎的建筑項目已達到30個[1]。日本的可持續性高校建設計劃則更多的關注于市政系統的節能改造，其在1997～2001年間選出了147所示范性高校，分別進行了太陽能（光電）系統、太陽能（熱水）系統、風力發電系統、生態綠化系統、中水系統、外墻節能系統的改造工程，并取得了顯著的效果。英國，作為老牌的資本主義發達國家，其對大學校園的可持續性建設的起步相對更早，英國的生態學校運動是根據英國可持續發展策略推動的“邁向綠色”，一個政府支持的國家級運動，其目的是從基層推動可持續發展。該獎項每兩年一次，獎勵的方式是對獲獎學校授旗（Green Flag），該旗幟可在校園里懸掛[2]。這其中，最著名的例子當屬朱比麗新校區的規劃設計，該方案是由著名的邁克霍普金斯建筑師事務所中標設計，并經過兩年九個月的時間將原來廢舊的工業用地變換成為一個享譽全球的生態化公園式校園。該設計主要是從基地策略、采光策略、通風策略和材料策略等四個方面開展等低能耗策略（LowEnergy Strategies）的研究，從而達到建設可持續性校園的目標[1]。以第二類理念為導向的國家主要有加拿大、瑞典、德國等歐盟國家。例如：加拿大的“種子學校計劃”（Seeds），該計劃主要是按照學校的需求來決定生態改造與生態教育的方向，即通過“硬體”與“軟體”相結合的方式來多層面的推行校園的可持續性發展，并制定相應的“種子學?！睂徍苏J證方法來鼓勵高校參與“種子計劃”。瑞典政府則通過在建筑方案前期尤其是在項目立項、可行性研究評估和設計方案階段強調可持續性的方式，強制推動整個建筑市場的節能降耗，從而將生態保護與獲取社會發展有機的結合起來，真正達到“雙贏”。德國，早在上世紀90年代就已經在全國推行生態化的住區政策，并號召歐盟國家加入由歐洲環境教育基金（Foundation ofEnvironment Education inEurope）倡導的“生態學校（eco.campus）”計劃，該計劃主要是通過加強大學生對生態環境的認知度，進而達到自覺保護高校校園環境的目標[2]。

（二）國內研究現狀及發展概況

可持續發展的理念早在上世紀90年代就已經引入我國，但自90年代中期以來，高等教育經歷了前所未有的“擴招潮”，這無形中拉動了高校基建建設的需求，使得高校校園成為了中國許多城市建設的重點甚至是核心點。在政治性顯著的建設過程中，領導往往只注重建設的結果，卻忽略了建設過程中造成的生態環境破壞以及后期運行管理維護的高成本高能耗。經過十多年的大建設后，越來越多的專家學者意識到校園生態化的必要，從而開始對大學校園的可持續性規劃設計進行研究。由于起步較晚，相關研究人員主要局限于少數以建筑規劃見長的高?；蜓芯克?，研究內容也僅著眼于校園建筑的單體節能設計或整體規劃的生態化布局，對具體的生態化技術的研究相對較為缺乏。進入21世紀后，由教育部組織的“建設可持續發展校園研討會”2008年1月30日至31日在同濟大學召開。該會議的主要內容是對大學校園的發展提出了“建設節約型、可持續發展校園”的新目標，并將高校的可持續性建設發展作為整個國家實施可持續發展戰略的重要環節予以明確，會上一致通過并發表了《建設可持續發展校園宣言》。

隨著人們對“景觀”的需求意識的增強，越來越多的學者將其與大學校園的規劃進行結合，提出了“生態校園”、“山水校園”、“園林校園”的概念，但這些概念的實質只是強調了對已有的校園自然生態環境進行規劃整合，通過有機的組織使其具有動態可變性，但對具體的生態化改造技術的研究仍顯不足[3]。

與我國大陸的研究情況相比，臺灣地區對可持續性高校校園的研究起步更早，推行力度也更大。早在20世紀90年代初期，臺灣的學者就針對可持續性建筑進行了一系列的研究，如Sam C M Hui發布的《可持續發展建筑設計》（SustainableArchitecture and Building Design）一文，其中從建筑的角度系統的闡述了建筑的可持續發展觀點。如由湯志民所作的“高?？沙掷m發展的世界趨勢”一文中，其就談到了但是全球已經出現的生態、綠色高校設計，該文已經開始從可持續發展的“社會”、“環境”和“經濟”方面分析可持續發展高校校園規劃設計.但并沒有對于如何實現可持續發展高校規劃設計做具體闡述，內容過于簡單[1]。從1999年開始，臺灣當局發出了“臺灣綠色學校計劃書”，該計劃書強調了“知行合一”的重要性，同時從生活、空間、教學、行政四個方面來規范大學校園的管理，即：要求學校生活上節省資源、降低能耗、減少污染物與廢棄物的排放量、降低噪音量;要求學校在新建、改擴建校舍的過程中必須考量生態節能的設計;鼓勵學校以實際體驗的教學方式來對學生進行可持續性校園的理念教育;同時要求學校以規章制度的方式來強調學校的生態環境管理[4]。

三、適宜于我國可持續性校園建設的生態化節能技術

高校校園的生態系統是整個城市生態體系中的重要一環，如何通過生態化改造的技術手段來達到節能降耗的目標，已經成為保證校園建設的可持續性發展的重要組成部分。由于我國目前在綜合國力、社會教育基礎等方面都與發達國家有較大差異，生搬硬套國外的生態化節能技術并不能完全適應我國高校的基本情況，因此探索出符合我國現代教育理念及高校自身特色的生態化節能技術才能真正保證我國可持續性校園的發展建設。

在研究生態化節能技術之前，我們必須了解“生態校園”的內涵。遼寧大學的臧樹良等人從工程建設的角度對生態校園進行了定義“生態校園就是運用生態學的基本原理與方法規劃、設計、建設、管理及運行的人與自然關系和諧，各物種布局、結構合理且環境質量優良，物質、能量、信息高效利用且對環境友好的集學習、工作、活動、休閑功能于一體的人工生態系統” [5]。高校校園的生態系統是一個由自然生態系統與人類生態系統有機組合而成的生態系統，但與城市中其他生態系統所不同的是，高校自身所具有的社會教育性職責決定了它的生態系統是以人為主體的生態體系，其規劃改造都必須是以滿足學生的身心發展為目標的[6]。因此，高校校園的生態化節能技術的應用必須要結合學校的總體發展規劃，且充分考慮節能技術推行過程中的人性化、藝術化，在設計與建設過程中融入生態與環保節能的思想，不斷與時俱進對景觀設施進行完善，從而最終實現整個大學校園的可持續發展。

本文主要是從生物多樣性設計、綠化景觀設計、生態水景設計這三個方面提出適宜于我國可持續性校園建設特色的生態化技能技術。

3.1 校園生物多樣性設計

自1992年在巴西里約熱內盧召開的世界地球高峰會議中所制訂的《生物多樣性公約》推行以來，“生物多樣性”一直都是全世界環保的最高指導原則，因此高校的生物多樣性設計也應該是其可持續性發展的最高目標。然而，我國的高校建設者通常會將校園中的人工水景、人工草地、假山園林、整齊劃一的行道樹等誤認為是生態多樣性的設計標準，殊不知這正是傷害生物多樣性發展的錯誤范例。真正的生物多樣性設計應該是不以人類休閑、運動、娛樂為核心思想的設計，而是以自然界中的原生態土壤、植被、水體、氣候、空間等元素的有機組合為手段的改進設計，從而創造更優良的生物棲息環境，并最終達到整個校園生態環境的可持續性發展。

3.1.1 綠地系統網絡型規劃設置

我國的大學校園具有豐富的綠地資源，且其均勻穩定的分布特征使其容易與校內的其他生態因子串聯形成生物基因交流的生態網絡系統，因此綠地系統的生態化設計對于整個校園的可持續性建設具有十分重要的影響?；谏鲜龇治觯瑢ξ覈髮W校園而言，生物多樣性設計的核心原理應該在于“提高綠地的多樣化配置水平”，即通過改造綠地的群落、面積、形狀、空間分布等來達到有效提高生態多樣化配置的目的。

根據德國學者Wildermuth H.的研究結論，多數動物都不喜歡離開綠地棲息地太遠，并指出了各種生物離開綠色棲息地的最大移動半徑[7]，據此理論我們不難看出，過于分散的綠地系統是不利于生物的棲息與繁育的。因此在設計綠地系統時，我們應該統籌考慮校園內的綠地，將其視為一個系統，規劃設置出網絡型的生態綠地系統。具體而言應該注意一下幾點：

1.盡量采用形狀完整的綠地，在綠地面積相同的情況下，綠地外緣界限越短越好。即：相同綠地面積條件下，圓形優于細長形，正方形優于長方形。

2.同一類型生物的綠色棲息地的間距盡量小，最好做到生態分區甚至，這將有利于生物間的物種移動，對植物群落的生長也有一定的好處。

3.建立校園內平面及垂直綠地系統的生態網絡，并注重將兩者連貫設置。例如：通過道路綠化的帶狀綠化走廊設計將各校園中單體建筑的外場綠化、停車場等公共綠地予以串聯，從而構建成平面的生態走廊網絡。亦或是通過在建筑物的陽臺、屋頂、露臺、墻面等進行綠化，使其與建筑物的外場綠化有機組合，形成垂直的生態走廊網絡。

3.1.2 引入多樣化的植物種類與綠地配置方式

在校園綠化設計的過程中，除了要講求綠化的“量”，更應該追求的是綠化的“質”。根據臺灣學者林憲德對臺灣成功大學三大校區的綠地分布與野鳥種類關系進行調研的結果中[4]，可以明顯看出豐富的樹種種類和綠地形式，對于生物群落的發展是有利的。另外，將大型化、人工化的綠地配置方式轉變為多樣化、小型化、具有連貫性的綠地配置方式以及將整齊排列、對稱布置的園藝配置方式轉變為自然錯落、閑暇幽靜的園藝配置方式都可以極大的提高整個校園的生物多樣性。

在植物種類的選擇方面，應注意以下三個方面：

1.盡量采用本地的原生植物和具有一定誘蝶誘鳥功能的植物。

2.同時栽種不同樹種、不同高度的喬木、灌木、蔓藤等能夠凈化空氣的植物。

3.適當考慮通過擺設石頭等來創造多孔性的生態棲息空間。

3.2綠化景觀設計

生態化設計的物質基礎在于綠化量，因此要想提高校園的生態化設計水平，保證綠化量的穩定與增長是十分必要的。由于近年來高校學生規模的不斷擴大，導致校園內越來越多的綠地被作為建設用地進行開發，因此如何彌補綠地量的不足就成為亟待解決的問題。本文提出的建筑單體垂直綠化系統的模式，一方面能夠從根本上通過增加校園“綠化點”的方式來解決綠化量不足的問題，另一方面也能夠提升單體建筑本身甚至整個校園景觀效應，同時還能達到起到為建筑物內部遮陽降溫，獲得較好的節能功效。

3.2.1 綠墻設計

“綠墻”作為一種新型的綠化景觀設計模式，因其具有良好的景觀美化效應和隔熱遮陽作用，已經成為許多發達國家的市政景觀設計“新寵兒”。由于我國大學校園內公共建筑密度較大，且大多數的校園建筑在外墻設計時沒有充分考慮到“節能”，因此“綠墻”設計模式的引入能夠有效降低校園內建筑物外墻表面溫度及室內溫度的，從而達到降低校園空調用電量的目的。同時，綠墻也可以作為校園內的生態走廊的重要組成部分，為校園內的鳥類、昆蟲類生態種群建立其棲息、繁育以及遷徙的生態網絡。

在設計“綠墻”時，應注意選擇適合攀爬生長的植物，且盡量在種類配置上多元化，這更符合“生態多樣化”的可持續發展理念。同時應該將“結構安全性”作為綠墻設計的最首要的考量因素，即：首先要仔細檢查墻面，對裂損出予以修補。盡可能將幫助植物攀爬生長的輔助設施遠離墻面，以免墻壁被植物根部所破壞。根據其種植方法的不同，綠墻可以分為以下幾類：

1.畫素式植生墻：以一盆綠色植物為單元，通過多個單元組合成一片綠墻。其種類主要有單槽式、區塊式、開放式、織布式四種。此類植生墻的優點在與能夠較快的達到設計效果，同時通過增加單元數有效提高綠墻的精細美觀程度。其缺點也相對較為明顯，由于其各單元相對獨立，后期維護管理成本高，保活率低。

2.藤蔓綠墻：以一條條的藤蔓自由式生長組合形成的一片綠墻。其種類主要有吸附式、氣根式、卷須式、莖旋式四中。此類植生墻的優點是維護管理成本低，但由于生長情況不易人為控制故導致其綠墻的綠覆率和精細美觀度難以把握，另外其根部的自由生長易對墻體結構產生破壞性的影響。

3.2.2 綠色屋頂設計

“綠色屋頂”的概念對于我國而言并不陌生，但在實踐應用中卻缺乏科學性、系統性的研究，相對于我國而言，發達國家已經形成了相對成熟和先進的設計、施工以及管理體系。例如：新加坡的綠色屋頂占有率是全世界最高的，且該國的設計理念在于“休憩”，以空中花園的設計形式為主，單純的綠化較少。放眼歐洲國家，各國都出版了適宜于本國國情的相關書籍，尤以德國為甚，其綠色屋頂的建設面積已經超過三億平方米。而我國自2006年以來，也逐漸意識到綠色屋面在節能方面的重要性，在上海、北京、成都等大城市積極推廣，也初顯成效。

針對不同形狀或材質的屋頂，其采用的綠色屋面技術的種類也有所不同，具體而言有以下幾種方式適宜于在我國的大學校園內進行推廣[8]：

1.薄層綠化：該技術主要是指覆土深度低于300cm的綠色屋頂，一般多用于平屋面，為了保證植物在烈日下能夠順利生長，其最小的覆土深度為100cm。而對于南方地區，其日照強度較高，故最小覆土深度應該相應加大，本文建議以150cm為宜。根據整個屋面是否完全被綠植覆蓋又可分為全綠式薄層綠化屋頂和半綠式薄層綠化屋頂，前者隔熱及節能的效果較好，后者的景觀多樣性更為出色。對于我國的大學校園而言，若是可上人且有景觀功能的屋頂建議采用半綠式，可以更好地體現人性化的設計理念，將節能與景觀、休閑等功能予以有機結合，若是設置有室外機或水箱等大型設備的屋頂則建議采用全綠式，其隔熱節能的同時還可以起到一定的降噪功能。

2.斜屋頂的綠化：一般來說，坡度大于5°的屋頂就容易出現土石滑落與水土保持的問題，因此斜屋頂較平屋頂而言不適宜采用綠色屋面技術。但在我國，大學校園的建筑有很大一部分是采用了斜屋面的設計方案，因此本文針對斜屋頂的特點提出引入日本的“導流法”來進行綠化施工。

3.鐵皮屋頂的綠化：在我國大學校園內有少數老建筑采用的是鐵皮屋頂，這種類型的屋頂老化速度快、承載能力差、水土保持性低，因此在設計時不宜采用綠化帶的植栽方式而應采用盆栽拼接的方式。

3.2.3 特殊綠化空間設計

隨著我國大學校園內建筑密度的飛速增加，不透水面積的占有率也相應提高，導致校園內出現了內澇、干旱以及“熱島效應”等不良環境現象。如何在保證校園建設發展的同時減少不透水面積的總量就成為解決這些環境問題的核心要素，對此本文提出了在特殊的不透水空間內進行綠化改造，例如：大型公共建筑的廣場、中庭;公共停車場、單體建筑的陽臺、露臺等。

由于校園內車輛數量急劇增加，導致校園內的尾氣排放量超標，同時建筑工程在建設期所產生的粉塵、CO2等排放量對整個校園的空氣質量產生了不良的影響，因此考慮在地下停車場、施工打圍范圍內進行綠化改造也是十分必要的。

3.3生態水景設計

“水景”作為景觀設計中最為重要的設計類型在我國大學校園的規劃建設中其地位不言而喻，然而在許多大學的設計規劃中，僅僅是將水景作為校園文化的載體，更多的是考慮其景觀價值的體現，往往忽略了“水景”本身的涵養水分、蓄積雨水的生態價值。本文以此為切入點，提出下述適宜于我國大學校園實際情況的生態水景設計模式，提高水景的環保性。

3.3.1 生態水池設計

在以往的水池設計中，許多高校通常將重點放在考察水池的人為景觀性方面，而忽視水池本身的凈化功能是否能夠得以可持續性的發展，因此導致不少水池出現了富營養化嚴重、水質惡、蚊蟲滋生的現象，最終淪為一潭死水，其最初設計時的美好景觀性能也大打折扣。本文通過生態性的改造模式，即通過在池岸邊用石頭堆砌成緩坡并種植多樣性的水生植物，將水池轉變成動植物豐富的生態棲息場所，同時創造人工浮島等生態型棲息地以豐富整個水池的生態性，從而獲得更加優質、不易受人文因素干擾且有機串聯水陸生態系統的水池景觀。在具體設計時應注意以下幾個方面的問題：

1.位置的選擇：最好能夠選擇在具有活水水源交換的水域，能夠有效緩解“富營養化”;另外許多大學校園將生態水池建造在樹木茂盛的地區，這種做法會嚴重影響水生植物的生長，尤其要避免建造在大型喬木的周圍。

2.水池底部的防水設計：為了保證有效水深，其池底構造必須具備一定的持水性。最環保節能的選址地點其土質的滲透系數應低于黏土，若達不到此標準，則以防水布、皂土毯或黏土回填夯實等方法來人工構造不透水的池底。

3.池岸設計：生態水池的護岸應考慮一定的生態緩沖區，在緩沖區范圍內采用較為高大的水生植物作為人類活動的分割區，盡量降低人類活動對生態環境的沖擊，確保水池的生態多樣性。另外，采用緩坡設計的方式，將有利于爬蟲類、兩棲類、鳥類等動物的棲息，同時在岸邊采用石塊層疊、植草磚鋪砌等方式構造出多孔的環境，更加利于生物的繁衍。

3.3.2 透水性鋪砌面的設計

該設計是最直接解決大學校園硬化率逐年上升問題的方法，其設計目標就是恢復校園路面涵養水分及儲存雨水的能力。根據原理的不同，其模式可以分為直接滲透設計和儲存滲透設計兩種。

1.直接滲透設計模式：該模式的原理就是通過增加下墊面的孔隙率來提高滲水性能。在我國大學校園內，可以考慮將人行道的鋪面改用透水型混凝土、將停車場的鋪面改用HDPE格框拼砌搭配碎石、大型廣場非車行道的部分鋪面改用植草磚等方式來增加校園內路面的滲水功能。

2.儲存滲透模式：該模式的原理是利用先儲存后滲透的方式達到一定的削峰回灌作用，從而達到提高生態可持續發展的目的。針對我國校園綠化景觀的設計特點，本文建議可在綠地設計時考慮設置淺草溝、在設計景觀水池時考慮設置滲透水池，即：池底為不透水層，池岸為自然滲透性土壤，并在池岸種滿水生植物、抑或是在設計停車場、廣場、運動場等大型不透水空間時將一部分地面下沉式設計，且該部分采用滲水性較好的鋪面，使之兼具防洪的功能。

四、結語

本文以校園建設的可持續發展為設計原則，以綠色建筑的“生態節能”為設計理念，同時結合我國高校的實際情況對生態化改造技術進行探研。通過分析國內外相關技術的研究現狀與發展趨勢，我們不難看出技術的研發是基礎，但建立健全系統化的管理制度才是讓技術能夠發揮其效益的重要因素。另外，在我國高校的建設過程中，將生態化技術融入前期規劃、方案設計是十分必要的，同時在后期的改擴建時期繼續貫徹“生態可持續性發展”的思想應該是更為重要的，因此在校園建設的“全生命周期”中都充分應用生態化節能技術才能真正達到校園可持續性建設發展目標。

參考文獻

[1]北京工業大學工學碩士學位論//可持續發展高校校園規劃設計探研、宋焱

[2]東南大學 碩士學位論文 可持續發展的校園環境及其規劃設計策略研究 朱道焓

[3]西安建筑科技大學 博士學位論文 論中國高校生態可持續校園模式陳洋

[4]林憲德 永續校園的生態節能計劃書

[5]臧樹良，陶 飛.生態校園探析[J].遼寧大學學報（哲學社會科版），2004，32（4）：21-25.

[6]王俊秀.永續校園與永續校員：環境社會學的想象[EB/OL].環境信息電子報，http：//e-info.org.tw，2001-07-13.

[7]綠色建筑設計指南 林憲德

[8]綠屋頂技術手冊 蔡厚男

作者簡介：曹宇，1977年生，男，漢族，湖北武漢人，現任中南財經政法大學校園建設部工程師，研究生學歷，研究方向為電氣自動化。