生態(tài)建筑學(xué)理念用于城市高層建筑設(shè)計的應(yīng)用分析

江健華

廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司七所 廣東 廣州 510630

1 生態(tài)建筑學(xué)理念概述

生態(tài)建筑是在生態(tài)學(xué)與建筑學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合發(fā)展來的，目的是根據(jù)自然生態(tài)系統(tǒng)打造出人工生態(tài)系統(tǒng)，利用建筑科技手段與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對建筑工程多方面要素合理組織安排，有機結(jié)合建筑、環(huán)境、氣候與生物等多方面，使建筑與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，滿足人們對居住環(huán)境的需求。生態(tài)建筑學(xué)可以使建筑與周圍生態(tài)環(huán)境形成一個良好的循環(huán)系統(tǒng)，將生態(tài)建筑學(xué)應(yīng)用于高層建筑中，目的就是設(shè)計出一個完善的生態(tài)系統(tǒng)，使建筑與生態(tài)之間互相結(jié)合，從而達到和諧相處的目的。近年來，我國能源消耗十分巨大，然而我國的能源儲備較低，因此，目前我國大力提倡利用可再生能源，發(fā)展健康的可持續(xù)經(jīng)濟。傳統(tǒng)建筑施工只對人們居住舒適性考慮，缺乏考慮建筑與自然環(huán)境的融合程度，浪費了大量能源，對環(huán)境造成嚴重污染，而且還會產(chǎn)生空氣污染、噪音污染等問題。生態(tài)建筑作為建筑行業(yè)未來發(fā)展趨勢，對社會發(fā)展有著積極促進作用，生態(tài)建筑設(shè)計目標是讓建筑、人以及自然和諧相處，為城市居民創(chuàng)造出適合居住的環(huán)境，將生態(tài)建筑與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，始終遵循可持續(xù)發(fā)展原則，合理控制環(huán)境、建筑以及經(jīng)濟效益之間的關(guān)系，使人造景觀與自然景觀協(xié)調(diào)融合[1]。

2 城市高層建筑中生態(tài)建筑設(shè)計理念

2.1 舒適化設(shè)計理念

人們對生活工作的環(huán)境提出了更高要求，同時也越來越關(guān)注建筑的舒適性，因此，建筑行業(yè)致力于改善人們的生活工作環(huán)境，提高人們的居住質(zhì)量，同樣也是生態(tài)建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢。在城市高層設(shè)計中應(yīng)該盡可能選擇對人體健康無害的建筑材料，減少使用揮發(fā)性有機化合物，避免有害輻射、氣體、電波對人體健康造成威脅，保持建筑內(nèi)充足的換氣，自動化控制居住環(huán)境溫度與濕度，科學(xué)合理的桌面照度，避免建筑之間產(chǎn)生對視與通視現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)用新型建筑材料，避免建筑受到噪音干擾。法蘭克福德意志商業(yè)銀行總部就是一個全面貫徹舒適化設(shè)計理念的高層建筑，其中的生態(tài)設(shè)計都是為人們的舒適體驗所服務(wù)。

2.2 自調(diào)節(jié)設(shè)計理念

城市高層建筑通常情況下需要經(jīng)過決策、設(shè)計、建造、使用的一個生命周期，和自然界的生命體產(chǎn)生、生長、成熟、衰落的周期極其相似，在生態(tài)建筑學(xué)中具有自我調(diào)節(jié)的設(shè)計理念，將其應(yīng)用于高層建筑設(shè)計中，可以實現(xiàn)城市高層建筑自我調(diào)節(jié)能力與自我進化能力，在生態(tài)設(shè)計過程中對高層建筑的功能不斷完善，包括高層建筑的通風(fēng)功能、濕溫度控制功能以及采光效果，同時還有利于高層建筑污染廢棄物的排放減少，使高層建筑實現(xiàn)健康持續(xù)發(fā)展，有效延長使用周期。法蘭克福德意志商業(yè)銀行總部是一種生態(tài)建筑設(shè)計理念所設(shè)計的，其中具有突出的自調(diào)節(jié)功能，設(shè)計人員將每一個辦公室都可以通過打開窗子來自然通風(fēng)，其中還存在大量設(shè)備進行自我調(diào)節(jié)，在面對氣候變化時可以靈活面對。

2.3 自然體系設(shè)計理念

自然體系設(shè)計林業(yè)作為建筑生態(tài)學(xué)中的重要設(shè)計理念之一，是指對建筑周邊的自然環(huán)境因素，包括水、空氣、土壤等外部因素，將其外部因素與建筑物進行整體規(guī)劃設(shè)計，從而為高層建筑營造出良好的生態(tài)環(huán)境，同時還可以將不必要的建筑設(shè)施減少，有效實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目的。在高層建筑設(shè)計中，可以對太陽能、風(fēng)能以及沼氣等可再生能源充分利用，不但可以有效減少高層建筑使用周期中的資源能源消耗，還可以避免對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。與此同時，設(shè)計人員還可以通過對高層建筑結(jié)構(gòu)科學(xué)合理設(shè)計，積極引進先進技術(shù)，通過利用自然風(fēng)與自然光來為高層建筑提供良好的通風(fēng)采光效果，將自然生態(tài)環(huán)境與高層建筑設(shè)計充分結(jié)合，為人們營造良好的舒適居住環(huán)境。世界資源研究所根據(jù)自然體系設(shè)計理念所設(shè)計出的綠色環(huán)保辦公室，其中的所有設(shè)施都采用自然環(huán)保材料制作，比如地板采用栓皮棉的樹皮制作，栓皮棉在剝?nèi)淦ず筮€可以再生，不會因為剝皮而死亡，通過這種材料所制作成的地板可以為人提供舒適體驗，將自然體系與建筑設(shè)計所結(jié)合，使人仿佛身處大自然中[2]。

3 生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計中應(yīng)用

3.1 舒適化設(shè)計

人們對居住環(huán)境品質(zhì)也提出了更高要求，現(xiàn)階段人們更加關(guān)注建筑舒適設(shè)計，舒適性也已經(jīng)成為生態(tài)建筑設(shè)計的重要部分之一，城市中高層建筑越來越多，因此在生態(tài)設(shè)計過程中，必須全面考慮建筑整體空間利用，科學(xué)合理的組織布局空間結(jié)構(gòu)，使高層建筑整體具有綜合美感，為居住者帶來更加舒適體驗。高層建筑設(shè)計還必須與周圍環(huán)境，將自然空氣循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用于高層建筑設(shè)計中，使其形成對流的自然通風(fēng)環(huán)境，極大程度減少能源消耗，使高層建筑與周圍生態(tài)環(huán)境融為一體。將生態(tài)建筑學(xué)應(yīng)用于高層建筑設(shè)計中，還需要從動靜與功能兩方面進行分區(qū)，并且逐漸向采光、通氣以及舒適度擴展分析。馬來西亞建筑師楊經(jīng)文長時間從事生態(tài)高層建筑的設(shè)計研究工作，他所設(shè)計的新加坡展覽塔樓作為代表建筑，新加坡展覽塔樓位于滑鐵盧與維多利亞大街的交匯處，其中包括住宅、飯店、會堂、購物以及展覽空間等多種功能，其中還包含大量的舒適化設(shè)計理念，包括空調(diào)、空氣凈化設(shè)備以及休息區(qū)域，通過固定遮陽板與建設(shè)導(dǎo)風(fēng)墻，可以將自然涼風(fēng)吹入建筑中庭與室內(nèi)空間，有效降低空調(diào)的使用率。

3.2 環(huán)境優(yōu)化設(shè)計

在城市里建造高層建筑會對周圍的生態(tài)環(huán)境與局部氣候產(chǎn)生一定影響，甚至還會破壞周圍的生態(tài)環(huán)境，因此在設(shè)計城市高層建筑時，要求設(shè)計人員充分考慮建筑施工周圍環(huán)境，盡可能不要對周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，建筑物與自然生態(tài)環(huán)境融為一體，兩者之間實現(xiàn)相輔相成、和諧共處的關(guān)系。所以，高層建筑外部生態(tài)環(huán)境必須針對性的優(yōu)化設(shè)計，絕不能對周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，要從建筑空間層次、結(jié)構(gòu)布局等方面設(shè)計出立體的多層次綠化系統(tǒng)，對建筑物周圍的生態(tài)環(huán)境與氣候條件優(yōu)化改善，可以將綠色生態(tài)引進高層建筑室內(nèi)景觀設(shè)計中，使居住者可以直接感受到自然環(huán)境。

3.3 空間組合設(shè)計

設(shè)計人員在高層建筑設(shè)計中應(yīng)用生態(tài)建筑學(xué)設(shè)計理念，必須對建筑空間與生態(tài)空間的結(jié)合充分考慮，從居住環(huán)境布局、空間經(jīng)濟的特征，建筑設(shè)計應(yīng)該充分考慮節(jié)能、環(huán)保以及舒適特點，根據(jù)空間來設(shè)定溫度、自然光照以及景觀，因此，生態(tài)建筑學(xué)設(shè)計理念在高層建筑設(shè)計中應(yīng)用要不斷擴展的功能區(qū)、動靜區(qū)、環(huán)境區(qū)以及輕緩中區(qū)的設(shè)計中，不但要考慮熱效應(yīng)與舒適性，還要考慮高層建筑設(shè)計的經(jīng)濟性與結(jié)構(gòu)均勻性。在新加坡展覽塔樓中融入了楊經(jīng)文設(shè)計師的多種新構(gòu)想與空間組合設(shè)計方案，通過立面設(shè)計插入凹進的平臺空間與空中庭院，遮陽板與斜向坡道通向各個樓層，使摩天樓的豎向空間實現(xiàn)自然過渡，將底部展覽空間設(shè)計為街道的縱向延伸，酒吧、咖啡屋以及商業(yè)店鋪像街道一樣分布在寬坡道上，使人們可以從街道自然過渡到展覽城。

3.4 建筑施工生態(tài)材料與技術(shù)應(yīng)用

3.4.1 綠色環(huán)保材料使用。施工材料作為工程建設(shè)基礎(chǔ)，高層建筑設(shè)計必須注重使用綠色環(huán)保材料，綠色環(huán)保材料具有使用性能較好，環(huán)境負擔較小的特點，對人體健康危害較小。綠色建筑材料在生產(chǎn)使用中，采用了新科技與新工藝進行生產(chǎn)，通過循環(huán)利用廢棄物來節(jié)約資源，將工業(yè)廢渣與生活垃圾作為綠色建筑材料生產(chǎn)原材料，通過先進技術(shù)加工成綠色環(huán)保、可回收利用的建筑材料。建筑材料作為建筑工程整體建設(shè)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，建筑工程環(huán)保性能與節(jié)能程度直接受到建筑材料選擇的影響。臺北市立圖書館作為一個生態(tài)環(huán)保建筑，其中大幅度減少混凝土與鋼結(jié)構(gòu)的使用，盡可能使用建筑工程廢棄材料與回收材料，減少對生態(tài)環(huán)境的傷害與負擔（臺北市立圖書館如圖1所示）。

圖1 臺北市立圖書館

3.4.2 門窗系統(tǒng)設(shè)計。門窗系統(tǒng)是高層建筑環(huán)保節(jié)能的重要部分，施工人員必須重視優(yōu)化設(shè)計門窗系統(tǒng)。首先對門窗系統(tǒng)材料材質(zhì)選用與采購嚴格把控，增強門窗對紫外線與輻射的吸收能力，進而提高門窗系統(tǒng)對溫度控制能力，將建筑溫度控制在合理范圍內(nèi)。保溫性與空氣密閉性作為門窗系統(tǒng)的重要參數(shù)，應(yīng)用新型節(jié)能環(huán)保材料有利于提高門窗性能，盡量減少建筑溫度流失。在建筑工程施工與后續(xù)使用中利用可再生資源，可以更好實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。日本豐岡生態(tài)住宅作為日本生態(tài)住宅項目之一，由于日本冬天寒冷多雪，夏季炎熱潮濕，從而產(chǎn)生了一種傳統(tǒng)住宅，內(nèi)部存在一個較大的空穴空間，在這樣的空間內(nèi)可以通過天窗將熱空氣與濕氣擴散出去，門窗系統(tǒng)作為建筑的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，內(nèi)窗可以對濕氣與熱氣捕捉，在冬天寒冷的時候還可以通過天窗來獲取太陽能量，在夏季利用室外涼爽空氣降低室內(nèi)溫度（日本豐岡生態(tài)筑宅如圖2所示）。

圖2 日本豐岡住宅

3.4.3 高層建筑墻體設(shè)計。在傳統(tǒng)建筑設(shè)計中，往往對建筑外觀的裝飾作用、視覺作用過分重視，在現(xiàn)代高層建筑設(shè)計中應(yīng)用生態(tài)建筑學(xué)理念，對建筑外觀的控制功能與支撐功能更加重視，包括太陽輻射、自然光、自然風(fēng)以及生理舒適，盡可能避免煙氣、灰塵對建筑造成污染，可以為用戶提供健康舒適的居住環(huán)境。在建筑施工中，保溫墻體施工是將膠結(jié)料與輕骨料等材料在一定比例下進行混合，并且加入相應(yīng)的助劑，在此基礎(chǔ)上加入保溫砂漿與水泥均勻涂抹在建筑墻體上，使建筑墻體發(fā)揮保溫作用。在冬季氣候寒冷的日本豐岡地區(qū)，生態(tài)住宅墻體主要由保溫耐冷材料構(gòu)成，在冬季寒冷氣候一方面通過天窗來調(diào)節(jié)溫度，另一方面依靠保溫性能好的墻體材料保持室內(nèi)溫度，盡可能避免室內(nèi)熱量流失，減少制熱設(shè)備使用，有效降低能源消耗[3]。

4 結(jié)束語

在社會經(jīng)濟的快速發(fā)展下，人們對居住條件提出了更高要求，21世紀作為一個人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的新時代，各行各業(yè)發(fā)展始終堅持生態(tài)環(huán)保理念，城市大力建造高層建筑可以有效節(jié)約土地資源，已經(jīng)成為城市主要建筑，高層建筑與生態(tài)建筑學(xué)是建筑行業(yè)的未來發(fā)展趨勢，兩者相互結(jié)合可以有效提高高層建筑居住舒適度，提升建筑居民幸福感，將生態(tài)設(shè)計應(yīng)用于高層建筑中，才能實現(xiàn)人與自然生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)良好發(fā)展。生態(tài)建筑設(shè)計理念應(yīng)用于高層設(shè)計中，可以有效提高經(jīng)濟效益、社會效益以及生態(tài)效益。將生態(tài)建筑學(xué)設(shè)計理念應(yīng)用于高層設(shè)計中，設(shè)計人員首先需要根據(jù)不同地區(qū)環(huán)境、不同文化環(huán)境中的居民需求和特點，設(shè)計出綠色環(huán)保的高層建筑，同時充分分析建筑施工環(huán)境，盡可能減少建筑施工對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，避免建筑施工對外界環(huán)境造成破壞，實現(xiàn)人與自然和諧相處。