基于生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用分析

秦涉

（湖南大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司安徽分公司）

近年來，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，能源消耗量一直在不斷增加，尤其是土地資源處于嚴(yán)重短缺的狀態(tài)。由于高層建筑在規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，可以降低土地資源的占有率，能夠節(jié)省更多的空間來實(shí)現(xiàn)綠化等設(shè)計(jì)，對(duì)城市內(nèi)部環(huán)境的改善也可以起到良好緩解效果。但是高層建筑在建設(shè)時(shí)，勢必會(huì)消耗大量的能源或者是材料，建設(shè)過程中也會(huì)排放出來很多廢棄物，基于此，提出生態(tài)建筑的理念，將該理念合理的應(yīng)用在高層建筑設(shè)計(jì)中。生態(tài)建筑中明確強(qiáng)調(diào)要對(duì)現(xiàn)有諸多資源進(jìn)行合理利用，對(duì)資源形成有效的保護(hù)，避免資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)人、建筑與自然環(huán)境之間的和諧共處。

一、生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的意義

生態(tài)建筑學(xué)是建立在生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)之上，生態(tài)學(xué)與建筑學(xué)相結(jié)合拓展出來的產(chǎn)物，是以自然生態(tài)系統(tǒng)為本源，來構(gòu)筑建筑的人工生態(tài)系統(tǒng)。具體來說就是根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境，運(yùn)用生態(tài)學(xué)、建筑技術(shù)科學(xué)的基本原理和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)手段等，合理安排并組織建筑與環(huán)境之間的關(guān)系，使建筑和環(huán)境之間成為一個(gè)有機(jī)的整體，同時(shí)建筑內(nèi)部空間具有良好的室內(nèi)氣候條件和較強(qiáng)的生態(tài)氣候調(diào)節(jié)能力，以實(shí)現(xiàn)人們生活環(huán)境的舒適性，使人、建筑與自然生態(tài)環(huán)境之間形成一個(gè)良性循環(huán)體系。生態(tài)高層建筑設(shè)計(jì)是將高層建筑置于自然環(huán)境之中，組成建筑與生態(tài)環(huán)境之間相互作用的生態(tài)系統(tǒng)，從而充分考慮建筑對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)和影響，以及建筑與自然環(huán)境之間物質(zhì)能量的交換。

近年來高層建筑已經(jīng)逐漸成為建筑行業(yè)在發(fā)展中非常重要的組成部分，在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，將生態(tài)環(huán)保理念的價(jià)值和作用體現(xiàn)出來。生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，要體現(xiàn)在環(huán)境友好、節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)以及舒適性設(shè)計(jì)等方面。環(huán)境友好方面主要是指高層建筑的建設(shè)會(huì)對(duì)周邊環(huán)境帶來一系列影響，可能會(huì)導(dǎo)致生態(tài)平衡受到嚴(yán)重?fù)p傷，這種形勢下環(huán)境友好設(shè)計(jì)通常是對(duì)高層建筑與周邊環(huán)境之間存在的依存關(guān)系，對(duì)環(huán)境空間進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)整，進(jìn)而逐漸形成具有合理立體空間特點(diǎn)的多層次美化體系。在節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)方面，通常是指將高層建筑當(dāng)中現(xiàn)有諸多可用資源實(shí)現(xiàn)合理利用，例如將太陽能等看作是高層建筑在建設(shè)時(shí)的主要輔助能源，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，除了屋頂太陽能光伏系統(tǒng)外，考慮建筑立面太陽能的利用和光污染問題展開綜合分析，采取針對(duì)性對(duì)策進(jìn)行有效利用與防護(hù)，比如遮陽擋板采用帶光伏發(fā)電功能的產(chǎn)品，以此來保證太陽能資源整體利用率得到提升。在舒適設(shè)計(jì)方面，對(duì)生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中的作用效果進(jìn)行不斷深化，在現(xiàn)有空間條件下對(duì)建筑結(jié)構(gòu)空間進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，這樣才能夠確保建筑室內(nèi)環(huán)境在舒適性方面得到提升。但是在現(xiàn)階段生態(tài)建筑學(xué)應(yīng)用中，其整體應(yīng)用效果并不是很理想，所以在對(duì)生態(tài)建筑學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用局限等相關(guān)問題進(jìn)行確定的基礎(chǔ)上，從中找出符合要求的設(shè)計(jì)控制對(duì)策，這樣才能夠推動(dòng)建筑行業(yè)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。

二、生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用原則

1.資源節(jié)約原則

生態(tài)建筑主要是指對(duì)能源進(jìn)行科學(xué)合理的利用，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的改善和優(yōu)化，這樣能夠盡可能避免資源嚴(yán)重消耗的問題，為人類營造相對(duì)比較良好的生態(tài)環(huán)境。將生態(tài)建筑學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中的作用和價(jià)值充分發(fā)揮出來，對(duì)建筑生態(tài)環(huán)境也可以起到良好的保護(hù)效果，對(duì)符合現(xiàn)實(shí)要求的措施以及手段進(jìn)行合理選擇和高效利用，這樣能夠盡可能避免周邊環(huán)境受到嚴(yán)重威脅，同時(shí)能夠盡可能減少能量消耗，避免生態(tài)資源處于嚴(yán)重浪費(fèi)狀態(tài)，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的根本目的。對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行不斷改善和優(yōu)化，促使可持續(xù)發(fā)展理念能夠真正有效落實(shí)到實(shí)處。對(duì)現(xiàn)有諸多資源進(jìn)行合理利用，保證能源整體利用率得到提升，堅(jiān)持以人為本基本原則，將生態(tài)環(huán)境改善作為生態(tài)建筑的基礎(chǔ)，盡可能為人們營造良好生態(tài)環(huán)境，滿足人們?cè)谖镔|(zhì)以及精神方面的個(gè)性化需求。

高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)主體安全性以及材料穩(wěn)定性的相關(guān)問題展開綜合分析，為了從根本上保證建筑設(shè)計(jì)的安全性和可靠性，需要對(duì)相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確有效的驗(yàn)算，這樣能夠起到良好的指導(dǎo)作用。同時(shí)以科學(xué)合理的信息化手段對(duì)現(xiàn)有主體建筑構(gòu)造方式進(jìn)行完善和優(yōu)化，在整個(gè)高層建筑當(dāng)中，要將生態(tài)建筑學(xué)理念真正滲透其中，以節(jié)能環(huán)保耐久的新材料和新技術(shù)為手段，實(shí)現(xiàn)更大范圍的應(yīng)用，這樣才能夠?qū)⒐?jié)能理念與高層建筑之間建立良好的結(jié)合關(guān)系，以此來推動(dòng)生態(tài)建筑的建設(shè)和發(fā)展。

2.環(huán)境互動(dòng)原則

在高層建筑設(shè)計(jì)中要將生態(tài)建筑學(xué)逐漸滲透其中，遵循以人為本基本理念，對(duì)使用人員提出的各種不同類型需求展開綜合分析，將舒適、方便的人性化設(shè)計(jì)理念放在首要位置上，這樣才能夠?qū)⒔ㄖ氖褂脙r(jià)值最大化發(fā)揮出來。高層建筑設(shè)計(jì)人員可以對(duì)生態(tài)建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行合理利用，以此來實(shí)現(xiàn)環(huán)境與建筑之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。比如對(duì)于高層建筑消耗水量相對(duì)比較大等問題，可以對(duì)水資源回收裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和利用，對(duì)雨水以及生活廢水進(jìn)行大范圍收集。在經(jīng)過妥善處理之后，可以應(yīng)用在廁所或者景觀水體當(dāng)中，這樣能夠盡可能避免污水排放以及水資源受到嚴(yán)重污染影響。

對(duì)建筑及自身所處區(qū)域?qū)嶋H情況進(jìn)行深入了解，保證整個(gè)建筑設(shè)計(jì)方案在編制和實(shí)施過程中的針對(duì)性和有效性。在對(duì)建筑物進(jìn)行選址時(shí)，要對(duì)地質(zhì)條件展開深入勘測，對(duì)緯度以及氣候因素等諸多環(huán)境條件展開綜合分析。除此之外，還要對(duì)建筑空間布局展開科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，最大限度保證建筑物對(duì)太陽能以及自然通風(fēng)等可再生能源得到充分利用。尤其是在高層建筑前期規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要做到盡可能滿足人們?cè)谌粘Ｉ钪械幕拘枨螅ㄍL(fēng)、采光、日照需求等。高層按照外部形體大致分為塔式、板式，空間布局可以通過建筑的不同朝向、不同位置，組合成不同的組團(tuán)，通過眾智日照軟件的演算與草圖大師模型的推導(dǎo)，比較后選擇不同組團(tuán)中日照最充分，通風(fēng)、采光最優(yōu)的方案，滿足人們?cè)谌粘９ぷ魃钪械幕拘枨螅股鷳B(tài)建筑學(xué)在建筑布局中得以實(shí)現(xiàn)。

三、生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用策略

1.再評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

高層建筑設(shè)計(jì)中，生態(tài)建筑學(xué)在評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)通常是指針對(duì)高層建筑展開有針對(duì)性的二次評(píng)審或者審視[1]。過去高層建筑設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)放在建筑物自身使用功能方面，同時(shí)對(duì)于外在藝術(shù)表現(xiàn)方式也會(huì)給予足夠關(guān)注和重視。但是并沒有意識(shí)到環(huán)境污染以及能源控制在其中的重要性，尤其是新時(shí)期背景下，高層建筑設(shè)計(jì)理念也要緊跟時(shí)代脈絡(luò)，諸多設(shè)計(jì)人員逐漸將環(huán)境保護(hù)作為出發(fā)點(diǎn)，作為實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作有效推進(jìn)的依據(jù)。在高層建筑設(shè)計(jì)安全性的基礎(chǔ)上，要將生態(tài)環(huán)境理念體現(xiàn)其中，這樣才能夠推動(dòng)這個(gè)建筑行業(yè)的穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展。

對(duì)外界自然因素條件進(jìn)行合理利用，比如土壤、水、空氣等，這些物質(zhì)相互組合而成的外部環(huán)境，與其他不同類型的建筑組合可以融為一體，這樣可以為建筑設(shè)計(jì)提供更多的可能性。通過這種方式在其中的合理利用，不僅有利于創(chuàng)造出相對(duì)比較健康、舒適的環(huán)境，而且還可以盡可能減少建筑設(shè)備的使用時(shí)間，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的節(jié)約。高層建筑設(shè)計(jì)中，普遍都會(huì)利用太陽能、風(fēng)能等具有可再生特點(diǎn)的資源，不僅沒有任何的污染影響，而且還可以實(shí)現(xiàn)建筑全生命周期維護(hù)使用費(fèi)用的節(jié)約。因此，在目前高層建筑設(shè)計(jì)中，要盡可能減少采光和通風(fēng)不佳的消極空間，要充分考慮到建筑群組團(tuán)和建筑內(nèi)部功能房間對(duì)自然光和自然通風(fēng)的合理利用，從設(shè)計(jì)中做到降低建筑使用能耗。實(shí)現(xiàn)生態(tài)建筑與高新技術(shù)手段之間的有效結(jié)合，以此來為人們營造良好的環(huán)境。

2.更新改造設(shè)計(jì)

生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要遵循基本原則，也就是針對(duì)老舊狀態(tài)建筑進(jìn)行有針對(duì)性的更新和改造升級(jí)，這樣才能夠滿足目前生態(tài)環(huán)境在設(shè)計(jì)時(shí)提出的一系列要求。比如，在針對(duì)部分與節(jié)能環(huán)保理念和要求不符合的高層建筑，一般不會(huì)采用拆除重建的措施進(jìn)行處理，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的根本目的，拆除措施不僅會(huì)產(chǎn)生出來大量的建筑垃圾，而且噪音污染等對(duì)于周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染影響[3]。所以要從實(shí)踐角度著手，在對(duì)高層老舊建筑進(jìn)行更新改造處理時(shí)，要提前做好一系列準(zhǔn)備工作，同時(shí)還要對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行針對(duì)性的研究，否則勢必導(dǎo)致造價(jià)成本有所增加，同時(shí)還會(huì)造成嚴(yán)重的污染影響。結(jié)合生態(tài)建筑學(xué)理論在其中的應(yīng)用，對(duì)老舊高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造升級(jí)時(shí)，有利于保證建筑資源整體利用率得到提升，也就是對(duì)現(xiàn)有建筑資源進(jìn)行合理利用，結(jié)合新的節(jié)能環(huán)保技術(shù)促使其能夠得到及時(shí)有效的改造和升級(jí)，這樣才能夠滿足生態(tài)高層建筑在更新實(shí)施過程中的目的。通過這種方式不僅可以節(jié)約大量建筑資源，而且能夠?yàn)榻ㄖ镏苓吷鷳B(tài)環(huán)境提供良好的保護(hù)效果。比如某高層建筑工程項(xiàng)目在更新改造建設(shè)時(shí)，主體結(jié)構(gòu)是不需要改動(dòng)的，僅需對(duì)其局部重點(diǎn)部位進(jìn)行改造，包括外墻保溫系統(tǒng)、層間保溫系統(tǒng)、屋面保溫和防水系統(tǒng)以及鋁合金門窗系統(tǒng)。更新改造過程中主要做好改造物的防護(hù)措施，在拆除和安裝過程中控制污染和風(fēng)險(xiǎn)。

3.建筑立面的表皮生態(tài)設(shè)計(jì)

建筑表皮指的是建筑與建筑外部空間直接接觸的界面，以及其展現(xiàn)出來的形象和構(gòu)成的方式，或是指代建筑內(nèi)外空間界面處的構(gòu)建及其組合方式的統(tǒng)稱，也是建筑最為被人所直接感知的部分。隨著建筑材料與建筑技術(shù)的進(jìn)步，建筑表皮逐漸由建筑結(jié)構(gòu)和功能的限定中逐漸解放出來，使得建筑的外在形式能有更多元的表達(dá)，同時(shí)也在建筑界面由限定走向非限定的過程中突破空間的物質(zhì)成分，能更多的表達(dá)文化以及精神層面的內(nèi)涵。而一味強(qiáng)調(diào)造型、注重形式，炫耀技巧會(huì)導(dǎo)致建筑表皮偏離和違背建筑自身的空間特征和內(nèi)涵表達(dá)，失去建筑的統(tǒng)一性和整體性。生態(tài)建筑學(xué)對(duì)于太陽輻射熱，自然光、風(fēng)、人的生理舒適度、煙霧、有機(jī)化合物和氣體污染等要素的關(guān)注則給建筑表皮提供了新的發(fā)展方向。由于傳統(tǒng)表皮無法滿足和適應(yīng)建筑生態(tài)功能上的需求，建筑表皮不得不對(duì)自身形態(tài)進(jìn)行改變。而表皮在改變形態(tài)以滿足功能的過程中，也獲得了全新的形態(tài)特征。這些形態(tài)特征是對(duì)生態(tài)建筑學(xué)精神內(nèi)涵的最直觀體現(xiàn)和表達(dá)。例如NUDES 實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的“太陽能樹”方案，通過預(yù)制“單元”組成的模快化建筑概念，創(chuàng)造一個(gè)觀景空間。每一個(gè)模快化的單元由突出的陽臺(tái)組成，使用者可以突破建筑的表皮，欣賞沒有視覺阻礙的優(yōu)美景觀。同時(shí)這些單元均設(shè)置了輕量級(jí)的太陽能葉片，這可能有助于實(shí)現(xiàn)建筑裝置的零能耗。該項(xiàng)目探索了垂直、模快化以及“多葉”的觀測樹塔概念，由生態(tài)建筑設(shè)計(jì)的需求創(chuàng)造了新的表皮形態(tài)。

4.建筑形態(tài)設(shè)計(jì)結(jié)合生態(tài)與節(jié)能

生態(tài)建筑設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)高效、低耗、生態(tài)平衡的建筑環(huán)境。建筑建設(shè)過程中需要消耗大量的資源與材料，運(yùn)營時(shí)則會(huì)消耗大量能源與產(chǎn)生大量廢棄物，對(duì)建筑的改造同樣會(huì)消耗大量材料與產(chǎn)生廢棄物，因此對(duì)于建筑的生態(tài)與節(jié)能應(yīng)該在設(shè)計(jì)之初就介入考慮。從生態(tài)的角度出發(fā)，可以根據(jù)建筑采光、遮陽、通風(fēng)等功能需求來設(shè)計(jì)建筑的外部形體，庭院的運(yùn)用，建筑的自遮擋包括塔樓的中庭以及架空坡屋頂?shù)榷际菨M足生態(tài)功能的要求下得到的形態(tài)產(chǎn)物。而例如建筑的體形系數(shù)會(huì)直觀的影響到建筑采暖的能耗，建筑形態(tài)也會(huì)對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)造成較大影響，因此也應(yīng)該在建筑形態(tài)的設(shè)計(jì)與空間設(shè)計(jì)的初期考慮節(jié)能問題。

5.高層空間組合生態(tài)化設(shè)計(jì)

針對(duì)高層建筑空間進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)建筑空間內(nèi)部基本組合形式展開綜合分析，戶外庭院空間以及室內(nèi)工作場所布局等特點(diǎn)能夠得到整體考量，這樣才能夠保證整個(gè)空間設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。結(jié)合目前現(xiàn)有生態(tài)設(shè)計(jì)要求，對(duì)功能空間分區(qū)時(shí)，要體現(xiàn)出節(jié)能環(huán)保以及舒適等方面的基本需求。不同的建筑空間對(duì)于光線、噪音、通風(fēng)以及景觀視野等提出要求具有非常明顯差異性，例如學(xué)校類建筑的教室對(duì)采光、通風(fēng)、噪音要求較高，景觀視野就顯得沒那么重要；而臨湖展覽館的休息廳，臨湖的休息廳的景觀視野和光線就非常重要。所以在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)生態(tài)建筑學(xué)理念進(jìn)行合理利用，對(duì)功能分區(qū)、動(dòng)靜分區(qū)以及不同功能所需的建筑空間尺度等進(jìn)行有效拓展，逐漸拓展到光線、噪音、通風(fēng)、視野等影響舒適度等因素的方面。對(duì)交通核位置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足基本采光通風(fēng)的前提下，通常考慮設(shè)置在消極空間，把更多積極空間留給主體功能區(qū)使用，這樣能促使平面空間布置可以達(dá)到最優(yōu)化。

6.循環(huán)利用、重復(fù)利用和減少能耗的生態(tài)設(shè)計(jì)

建筑在建造過程中如何循環(huán)使用建筑材料，以及重復(fù)利用建筑資源是建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的一部分重要內(nèi)容。建筑垃圾可以通過回收，經(jīng)過拆解粉碎后，加入特種材料重新生產(chǎn)新的建筑材料；建筑施工過程中以及完成后對(duì)水的循環(huán)利用；可再生能源的利用如太陽能熱水、光伏發(fā)電、地源熱泵和風(fēng)力發(fā)電等；提升裝配式建筑的應(yīng)用，使用模具統(tǒng)一生產(chǎn)建筑素材，能夠降低生產(chǎn)能耗以及人力資源，同時(shí)提高建造速度也降低了建造生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物與能源損耗，而模快化的設(shè)計(jì)也使得同樣的模具可重復(fù)利用率大大增強(qiáng)；不局限于建筑材料的循環(huán)利用，建筑空間的循環(huán)利用也能大幅的降低建筑生產(chǎn)過程中的能耗，對(duì)建筑功能產(chǎn)生新的要求時(shí)，我們可以通過垂直分層、水平分隔、增減重構(gòu)等手法對(duì)原建筑空間進(jìn)行改造升級(jí)以滿足新的功能需求，而不是拆除重建，因此這也是生態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)重要的一個(gè)切入點(diǎn)。

四、結(jié)語

生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，要遵循上述策略根據(jù)實(shí)際情況綜合權(quán)衡后加以運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)有建筑生態(tài)設(shè)計(jì)措施的完善和優(yōu)化。生態(tài)建筑學(xué)在應(yīng)用之后，不僅有利于從多個(gè)角度出發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)和使用成本的有效控制，而且能夠讓建筑在使用運(yùn)營過程中的節(jié)能環(huán)保效果得到優(yōu)化，避免建筑物在建設(shè)和使用過程中對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成持續(xù)性破壞，實(shí)現(xiàn)符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的全生命周期綠色生態(tài)建筑。