高層建筑設計中生態建筑學的運用探究

高藝琿

(山西大學電力與建筑學院，山西 太原 030006)

1 概述生態建筑學

1.1 在高層建筑設計中利用生態建筑學的意義

在城市現代化建設過程中，建筑工程發揮著重要的作用， 但是建筑工程施工會消耗較多的資源，同時會產生污染問題，建筑工程施工產生廢棄物會污染空氣和土壤以及水資源等，威脅到人們的身體健康。近些年我國不斷增加高層建筑的數量，同時也加劇了環境污染問題， 而利用生態建筑學有利于解決這一問題。以下是生態建筑學在高層建筑工程中應用的意義： 在高層建筑設計過程中融合生態建筑學，有利于結合生態環境和人工建筑，利用科學的方式節約工程資源。首先利用生態建筑學可以提高建筑工程資源利用率， 促進建筑工程生態化發展。其次利用科學技術， 可以在建筑設計中更加靈活的利用生態建筑學，保障建筑工程符合自然發展規律。最后，利用生態建筑學可以高效利用可再生資源， 同時可以節省工程材料，降低廢棄物的產量，避免環境污染破壞生態平衡[1]。

1.2 高層建筑生態建筑學設計的目標

生態建筑學的主要條件為自然生態系統，利用科學的設計方式有利于優化生態系統的性能，因為高層建筑設計工作具有復雜性特征，在實際工程中融合節能環保技術和施工材料等，有利于提升建筑生態系統的水平，滿足人們的居住要求，共同發展社會和生態以及建筑三方面。近些年，我國不斷增加建筑工程的高度，也逐漸增加能源消耗量，很容易破壞生態環境，再加上建筑工程施工技術非常復雜，涉及到較大的工程量，造成大量的建筑垃圾。通過融合生態建筑學，可以無害化處理建筑廢棄物，有效控制建筑工程的污染。利用生態建筑學的目標還包括保護生態環境，提高室內外環境的舒適度，均衡建筑工程的生態效益和經濟效益[2]。

2 在高層建筑設計中利用生態建筑學的原則

2.1 舒適安全原則

建筑工程的目的是為人們提供舒適的居住環境，因此在建筑工程施工過程中需要遵守舒適安全原則，通過利用生態建筑學提高人們居住條件。根據生態建筑學，設計人員需要合理選擇施工材料，需要利用綠色材料，避免利用傳統的建筑材料污染環境。在選擇施工材料的過程中，設計人員需要根據業主需求，同時分析不同施工材料對于建筑工程產生的影響，保障業主生活的舒適度，例如選用的施工材料要進一步優化建筑通風效果和采光效果，并且可以結合工程施工情況落實自我調節功能[3]。

2.2 可持續原則

可持續發展是我國社會所追求的一種發展方式，生態建設學正好與這個目標相契合。因此在高層建筑設計階段需要推廣利用生態建筑學，利用科學的措施推動社會可持續發展。在利用生態建筑學的過程中，設計人員需要全面了解建筑工程，確定生態建筑學的應用方法。設計人員需要綜合考慮各個方面，順利實現建筑工程綠色標準，保障建筑工程的使用壽命。通過遵守可持續原則，科學協調建筑物的各個方面，例如在設計通風口的過程中，需要調節通風口的位置和方向，優化建筑通風功能。

3 高層建筑的發展現狀

結合高層建筑的使用周期來看，高層建筑施工將會影響到生態環境。例如開采和運輸砂石料和水泥以及混凝土的過程中，將會產生較多廢氣和廢液以及粉塵等。開采砂石材料的過程會破壞生態環境，同時在攪拌混凝土的過程中，水泥和水將會產生水化熱，在混合攪拌細骨料和粗骨料的過程中，因為一些施工單位沒有清理施工現場，將會嚴重污染環境。此外在不同施工階段將會產生材料損壞和浪費等問題。

對比其他建筑，高層建筑具有一定的特殊性：(1)室內通風比較差，同時具有較大的噪音。超高層建筑的高度通常超過了100m，因此高層建筑具有較大的容積率。不斷增加樓層高度之后，也逐漸增加風荷載對于高層建筑的影響，因此在高層建筑設計階段需要考慮風荷載的影響。在高處風速比較高，將會導致高層建筑住戶產生不舒服感，此外風速比較快會產生較大的噪音，因此高層建筑外圍結構使用的材料應該具備較高的隔音性能。高層建筑的風速比較快將會產生較大的噪音，影響到居住者的居住體驗，因此在實際設計過程中需要規避這一問題。通常在15層～25層建筑樓層的噪音比較大。(2)鳥籠式建筑，鳥籠式建筑指的是人們的居住空間比較小。高層建筑為了提高土地面積利用率，增加每層的住戶數量，同時擴大公攤面積之后，將會無限擠壓每一戶的空間，不斷縮小居民生活空間，并且突出高層空間的密閉性特征，長此以往將會影響到居民的身心健康[4]。

設計過程中，需要考慮到生態環境的影響因素，在最大程度上降低對于生態環境的負面影響，實現人與自然和諧相處的目標。

4 生態建筑學在高層建筑工程設計中的應用措施

4.1 深入理解生態建筑學

利用生態建筑學可能無法保障短期經濟效益，但是可以獲得持續性的生態效果，但事實上一些建筑企業沒有重視生態建筑學的意義，片面地認為利用生態建筑學不利于保障生態建筑學效果，不利于融合生態建筑學和高層建筑設計工作。因此相關部門需要加大力度宣傳和推廣生態建筑學，幫助更多的建筑企業理解生態建筑學的優勢，并且在建筑行業中推廣利用生態建筑學。此外需要完善生態建筑學教育培訓機制，為高層建筑設計人員提供專業的教育機會，從而可以深入了解生態建筑學理念，在高層建筑整個周期中持續性發揮出生態建筑學作用。政府部門需要肩負自身的監督管理職能，推動生態建筑學發展，宏觀調控當地建筑市場，提高建筑市場環境的規范性，全面滿足相關產業政策和法律法規的要求，合理約束建筑企業的不規范性[5]。

4.2 建設空間生態

在高層建筑設計中融合生態建筑學，需要建設空間生態建筑協調高層建筑和周圍環境。在宏觀規劃高層建筑的過程中，需要落實整體調整，提高人們居住的舒適度和安全性。在高層建筑設計階段，設計人員需要考慮人體的適應力，有效結合當地環境和氣候條件等。例如一些地區溫度較高，設計人員需要設計內部儲水裝置，提高人們用水的便利性，同時可以有效控制溫度，在設計過程中實現建筑物的自身調節功能。在炎熱地區，設計人員需要增加建筑周圍的植被面積，有利于合理調節建筑內部溫度，同時可以影響到當地氣候環境，避免因為缺水引發水資源危機。在水分儲藏的過程中也可以利用植被，通過利用植被可以優化各類氣候環境和生態環境等，推動空間生態建設發展[6]。

例如平遙古城建設生態建筑工程，利用天然原材料(木材和粘土以及焦化渣)合理安排建筑和其它因素的關系，構建有機結合體。對平遙古城的古民居街道給予保護，維持古民居和古寺廟以及古街道等形成統一的風格。這對古城外地區，根據因地制宜和就地取材理念，建立統一的莊園式建筑，有效協調發展旅游和經濟以及社會。通過沼氣池回收飯店剩飯和家庭秸稈，可以為照明等提供能源，同時可以控制大氣污染。

4.3 高層建筑外墻生態系統設計

高層建筑外墻設計主要是針對裝飾幕墻，并且應用于高層住宅建筑中，通常是在高層建筑外墻表面上，可以安裝太陽能電池板和集熱板，滿足建筑物的供電需求，實現建筑節能減排的目標。在高層建筑生態設計過程中，需要進一步完善建筑生態系統，保障室內空氣流通效果和室內采光效果，同時可以保障建筑物內部循環效果。針對高層建筑外墻開展生態設計工作，有利于充分利用太陽能和自然風，優化高層建筑物的運營效果，同時可以降低建筑物能源消耗?？梢岳眯路f的屋頂采光技術，如圖1柏林國會大廈利用的穹頂，光線通過中庭進入到高層建筑，再利用陽光收集裝置向建筑內引入光線，不僅可以減少熱量流失，同時可以降低制冷能耗。

為了提高能源利用效率，高層建筑設計人員主要是設計幕墻和頂部墻，因此節省建筑能源消耗，降低熱輻射。但是這種設計方式需要利用較多的電力資源，同時不利于保障空氣質量，這是因為建筑過于依賴空調。為了解決這一問題，高層建筑設計人員需要優化建筑物的自然通風效果。

圖1 柏林國會大廈的穹頂

4.4 建設整體生態環境

使用生態建筑學需要從整體角度考慮高層建筑物，通過高效的協調建筑能源，更加合理的轉換自然環境，保障整體建筑和諧發展。例如在干燥區域，設計人員需要優化設計水系統，在利用水資源的過程中充分落實水循環，需要通過濕氣處理所有的水資源，保障水能補給的持續性，從而可以充分利用建筑內部的水資源。

在高層建筑采光設計過程中受到客觀因素的影響，因此需要制定針對性的設計方案，不僅需要降低電能消耗量，同時可以獲得較多的光照，突出生態建筑學理念。在設計建筑空間朝向和空間格局的過程中，可以合理增加通風面積，減少空調使用率，因此節省能源消耗。在高層建筑中需要利用自然通風的方式，利用雙層通風幕墻和幕墻開窗等方式，這兩種通風設備具有不同的開啟方式。幕墻窗開啟時利用外推、固定窗的方法，將墻窗打開。之后可以開展雙層通風幕墻，實現內外循環。實際運用時這樣的運用方式可以最大限度節省能源的消耗。

4.5 采用生態表皮設計

建筑表皮生態設計主要是針對建筑圍護結構。而建筑圍護結構包括樓板和屋面以及外墻等。因為高層建筑外圍墻體系消耗較多的能量，因此在高層建筑設計過程中，設計人員需要綜合考慮建筑功能，同時需要全面分析建筑表皮的支撐功能，考慮輻射對于人體的影響，提高高層建筑居住環境的健康性和舒適性。例如在設計某地區高層建筑表面覆蓋系統的過程中，主要是建立雙層結構，并且在建筑表皮設計隔熱玻璃和多孔通風層，在實際應用雙層表皮的過程中，可以發揮出散熱和通風能力，對于建筑內部空氣還可以發揮出凈化作用，進一步提高高層建筑的環境質量，降低天氣變化對于高層建筑的負面影響。通過在建筑內部安裝控制板，可以有效控制自燃通風系統，轉化外部空氣為緩沖氣流，并且向建筑主體輸送，因此降低外部風力的影響，并且可以為高層建筑提供自然風 。

4.6 建筑遮陽設計

在高層建筑設計過程中，需要做好遮陽設計工作，避免過度輸出能源，同時有利于平衡生態循環系統。例如在窗戶設計過程中，設計人員需要設計節能窗戶，同時需要增強窗戶設計的美觀性。針對當前光源污染問題，設計人員需要合理選擇窗戶玻璃材質和邊框顏色等，合理控制遮陽系數和傳輸熱量等，順利實現高層建筑節能效果 。

4.7 其它設計要點

在管道設計過程中需要調查和研究周圍環境和施工情況等，滿足建筑物的內部環境要求。通過合理改善窗戶面積，或者設計垂直的遮陽網格，提高整體設計水平。在高層建筑設計過程中，設計人員需要合理分析建筑現狀系數和散熱比，合理布置建筑結構和設施，在建筑西側布置電梯和管道以及設備室等，有效阻擋太陽輻射。在高層建筑中具有較多的管線道路，多工種管道設計很容易產生相互交叉和錯位等問題。因此需要合理設計各個管道，進一步優化整體建筑生態性能。

設計空調風管的過程中，需要合理把握風管吊頂的高度，并且根據界面高度方向的長度合理減少風管長度，盡量利用短風管。如果必須利用長風管，要規避和其它管道產生錯位交叉問題，提高建筑空間的利用率。

5 結 語

在高層建筑設計過程中，為了提高整體設計水平，設計人員需要根據高層建筑的特征融合生態建筑學理念，進一步協調高層建筑和自然環境，推動我國整體建筑行業實現可持續發展目標。