高層建筑設(shè)計(jì)生態(tài)建筑學(xué)的應(yīng)用分析

楊愷

（廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司，佛山 528300）

1 前言

目前，國家一直在大力加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，在城市規(guī)劃、建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展中，建筑物是不可或缺的一部分，因此，要注重將生態(tài)觀念融入建筑之中，避免因?yàn)檫^分關(guān)注眼前的利益，而造成建筑的長期效益下降，這樣才能促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。對(duì)于高層建筑來說，設(shè)計(jì)工作與建筑全壽命周期的價(jià)值以及利用效率有著直接的聯(lián)系，如果沒有生態(tài)綠色建筑的概念，也許在短期之內(nèi)可以取得一些經(jīng)濟(jì)成果，但是很難滿足國家所提倡的可持續(xù)發(fā)展的需要，甚至于對(duì)建筑行業(yè)的健康發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

2 生態(tài)建筑學(xué)概述

2.1 生態(tài)建筑學(xué)的產(chǎn)生

環(huán)境問題在全球范圍內(nèi)受到高度重視，許多專業(yè)人士也開始對(duì)大規(guī)模人工建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究與評(píng)價(jià)。很多有害物質(zhì)（表1）是在建筑施工和使用過程中產(chǎn)生的，在這種情況下，設(shè)計(jì)者需要把人的行為納入生態(tài)系統(tǒng)之中，對(duì)人、建筑、環(huán)境三者間的關(guān)系進(jìn)行重新思考。

表1 地球資源與污染百分比

2.2 生態(tài)建筑的劃分

概括地說，“新的生態(tài)建筑”就是從建筑的內(nèi)外兩個(gè)方面來看，從整體規(guī)劃到建造，以達(dá)到保護(hù)自然環(huán)境和提高資源利用率的目的。這樣既可以使可再生能源得到最大程度的使用，又可以降低資源的浪費(fèi)，還可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，還可以通過環(huán)境保護(hù)的技術(shù)手段來促進(jìn)新型生態(tài)建筑的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)傳統(tǒng)生態(tài)理念，采用適合當(dāng)?shù)氐募夹g(shù)手段，在空間和結(jié)構(gòu)上加以改善，以維持原有的自然風(fēng)貌，這就是傳統(tǒng)本土生態(tài)建筑。

2.3 生態(tài)化設(shè)計(jì)

在生態(tài)化建筑中，目前存在著以下兩個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)：一種是以技術(shù)為導(dǎo)向的建筑實(shí)踐，在此基礎(chǔ)上，提出了利用農(nóng)村建筑節(jié)能、通風(fēng)、使用生態(tài)建材等技術(shù)，對(duì)農(nóng)村建筑進(jìn)行改造的設(shè)想,這種實(shí)踐活動(dòng)大多發(fā)生在都市之外，并且突出地方特色和地域性。以下是基本做法：

（1）發(fā)掘當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的建筑技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行改良；

（2）使用未加工的泥土、木材等生態(tài)建材；

（3）注重將傳統(tǒng)文化與自然山水相結(jié)合。這樣的做法與“綠色”的建筑準(zhǔn)則更加一致，充分發(fā)揮自然環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，為人們提供一個(gè)舒適的生活環(huán)境。

另一種是為了更好地保護(hù)環(huán)境，以及更高效地使用能量和物質(zhì)。建筑與環(huán)境相互作用的生態(tài)學(xué)設(shè)計(jì)方式，是以新技術(shù)、新能源、新材料等為基礎(chǔ)，為的是使人的身體得到舒適度的滿足。

3 高層建筑生態(tài)化設(shè)計(jì)原則

3.1 節(jié)約用地

中國國土面積廣闊，但是人均擁有的土地卻很少。在創(chuàng)建理想人居環(huán)境的過程中，如何有效地節(jié)省和使用資源，對(duì)人類的生存和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

3.2 降低干擾

在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能降低對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的干擾，并在地面留出適當(dāng)?shù)目障叮蛊浔M可能地保留原生態(tài)。為了增強(qiáng)空間聯(lián)系，可以將綠色引入到地下，如在地下種植中庭、水景等。

3.3 立體化生態(tài)設(shè)計(jì)

在高層建筑中不僅需要在場(chǎng)地內(nèi)合理規(guī)劃綠化空間，還應(yīng)在建筑內(nèi)部引入綠地，為高層建筑創(chuàng)造適宜的小氣候。垂直綠化具有凈化空氣和改善微氣候的功能，適合在高層建筑中進(jìn)行生態(tài)化設(shè)計(jì)，如表2。

4 高層建筑建設(shè)的生態(tài)性設(shè)計(jì)

4.1 基于建筑平面與體形系數(shù)的考慮

在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到各種因素對(duì)建筑物的干擾。建筑周邊的基地環(huán)境以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件都會(huì)對(duì)高層建筑的設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定的影響，所以，要針對(duì)這些環(huán)境，對(duì)建筑的外形進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以更好地適應(yīng)自然環(huán)境，獲得更好的自然能源供給。高層建筑體形系數(shù)越小，其功能運(yùn)行效率越高，而建筑體型規(guī)則化，則可使建筑體量更加集中，從而達(dá)到建筑建造與運(yùn)行的節(jié)能目的。

4.2 對(duì)高層建筑采光的思考

高層建筑的生態(tài)化設(shè)計(jì)將建筑采光要求納入其中，對(duì)采光的使用方式進(jìn)行優(yōu)化，最大限度地降低人們對(duì)人工照明的消耗，從而可以大幅節(jié)約資源。無源照明技術(shù)是利用太陽直接照射來降低照明強(qiáng)度，從而達(dá)到最大限度地利用太陽輻射能量的目的。如果太陽光被人為地調(diào)控，并在不會(huì)產(chǎn)生眩光的區(qū)域均勻分布，則可被視為最適宜的室內(nèi)光照。目前較為先進(jìn)的日光采集技術(shù)主要是將太陽光反射到屋頂平面，使太陽光在光板上均勻地集中，從而擴(kuò)大日光照射的范圍。太陽能收集技術(shù)與常規(guī)的窗口采光相比，其提高了窗口周圍的光照強(qiáng)度，并可以在較小的面積內(nèi)集中傳輸太陽能，從而提高了自然光的利用率。如果再對(duì)日照系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，就可以降低日照造成的強(qiáng)光，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)溫度的目的。

而這個(gè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，則是因?yàn)樘柟獾氖占攸c(diǎn)是在不停變換的，收集太陽光的角度和直接照射的角度都是不停變換的。所以，必須以最大限度地利用自然光，才能最大限度地節(jié)省資源。在這兩個(gè)方面尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，是目前燈光設(shè)計(jì)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。設(shè)計(jì)師們可以對(duì)燈光的平面布局進(jìn)行調(diào)整，讓燈光能夠更好的透過窗子和立體面，達(dá)到自然的光照效果，從而降低眩光，提高自然光的利用效率，同時(shí)還能給人們提供更好的舒適體驗(yàn)，保證生活的安全性和可靠性。

4.3 自然通風(fēng)的采用

自然通風(fēng)是建筑物設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素，而建筑物建造時(shí)所處的基本環(huán)境則是獲得良好通風(fēng)效果的先決條件。設(shè)計(jì)者必須對(duì)建筑物的平面形式進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，并在室內(nèi)、室外空間中進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使其更好地利用自然通風(fēng)。“煙囪效應(yīng)”在目前的大型工程中被廣泛應(yīng)用，它可以讓室內(nèi)的空氣得到充分的交換，從而達(dá)到最優(yōu)的通風(fēng)效果，從而降低工程造價(jià)和能耗的目的。通過改變室內(nèi)通風(fēng)效果，降低了對(duì)空調(diào)系統(tǒng)這一機(jī)械通風(fēng)方式的使用，節(jié)能降耗，又可防止高層周圍環(huán)境污染。

4.4 被動(dòng)制冷技術(shù)的采用

被動(dòng)式制冷技術(shù)的開發(fā)，主要是為了適應(yīng)熱帶和夏季的需要。利用被動(dòng)制冷技術(shù)，可以大幅度地將室內(nèi)的溫度降下來，為了實(shí)現(xiàn)被動(dòng)制冷，將建筑的熱量獲得途徑降到最低，設(shè)計(jì)師必須對(duì)建筑外圍的日照熱量獲取進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并對(duì)外層的材質(zhì)進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)，從而減少太陽光的滲入，讓室內(nèi)的溫度保持在一個(gè)相對(duì)平衡的水平上。由此，設(shè)計(jì)人員要對(duì)建筑的布局、朝向、窗戶的密封、通風(fēng)效果、遮陽設(shè)計(jì)、建筑周邊的隔熱系數(shù)等進(jìn)行全面的研究和考量，因?yàn)檫@幾個(gè)因素都會(huì)影響到控溫。在大部分地區(qū)，在夏天的高溫下，都需要使用機(jī)械制冷技術(shù)來進(jìn)行冷卻。與當(dāng)?shù)氐臏囟葷穸拳h(huán)境和建筑群系統(tǒng)相結(jié)合，建筑地點(diǎn)的各種自然散熱口設(shè)計(jì)也有利于對(duì)建筑周邊環(huán)境進(jìn)行自然冷卻。

5 高層建筑設(shè)計(jì)生態(tài)建筑學(xué)的具體應(yīng)用

5.1 生態(tài)型高層建筑空間組合設(shè)計(jì)

在高層建筑的空間組合設(shè)計(jì)中，要將整個(gè)建筑的空間都考慮進(jìn)去，采用一體化的設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來對(duì)建筑的布局進(jìn)行調(diào)整，并將空間的功能性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑的生態(tài)設(shè)計(jì)思想，對(duì)建筑空間進(jìn)行了合理的劃分，以達(dá)到節(jié)約能源、提高人居環(huán)境舒適度的目的。在高層建筑中，由于各層的功能要求不同，每個(gè)空間的開間、進(jìn)深、層高也不相同，因此對(duì)自然光照和通風(fēng)的要求也各不相同。在這種情況下，設(shè)計(jì)師需要將生態(tài)設(shè)計(jì)理念綜合應(yīng)用到高層設(shè)計(jì)中，根據(jù)不同區(qū)域的功能需要，對(duì)光線、溫度和通風(fēng)條件進(jìn)行人為的控制，從而讓建筑內(nèi)部環(huán)境變得更加舒適。

5.2 “表皮”生態(tài)設(shè)計(jì)

高層建筑表皮的生態(tài)化設(shè)計(jì)，對(duì)室內(nèi)和室外的氣溫有很大的影響，并通過對(duì)外部空間的物理調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑外部空間的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)更合理、更舒適的環(huán)境體驗(yàn)。建筑表皮的設(shè)計(jì)由建筑底層框架、建筑內(nèi)墻面、建筑外墻和與之相連的內(nèi)外實(shí)體環(huán)境組成。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念中，建筑的表皮設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)更注重對(duì)表皮的裝飾性和視覺效果的重視，但是在生態(tài)建筑學(xué)的基礎(chǔ)上，需要將與居住環(huán)境相關(guān)的舒適度研究納入其中，在支撐表皮的構(gòu)造上進(jìn)行更深層次的生態(tài)化設(shè)計(jì)，將多種自然要素和社會(huì)要素結(jié)合起來，并將有機(jī)物氣體的污染納入其中，為用戶提供一個(gè)更為舒適的居住環(huán)境。

5.3 著重考慮生態(tài)與節(jié)能

在高層建筑的設(shè)計(jì)階段，要以和諧共生為基礎(chǔ)，最大限度地使用資源，減少浪費(fèi)，充分利用可持續(xù)發(fā)展原理，努力使資源得到回收利用，讓建筑變得更綠色、更環(huán)保。要與周邊天然資源互補(bǔ)，對(duì)自然因素進(jìn)行全面的考慮，讓建筑的設(shè)計(jì)變得更加方便。運(yùn)用高新技術(shù)，可以達(dá)到節(jié)約各種材料和能源的目的，也可以達(dá)到對(duì)再生資源的充分有效利用。

5.4 植物和水的應(yīng)用

同時(shí)，在建筑設(shè)計(jì)中，也要注意植物要素與水源的協(xié)調(diào)。首先，在限制用水的同時(shí)，要限制廢水的排放；其次，在周邊環(huán)境中，要大力推廣植物，要注意植物、水資源、廢水三者之間的相互影響，盡量營造出一個(gè)完善的、健康的建筑環(huán)境。高層建筑的建造，每年都要耗費(fèi)上千萬噸的水，而一次暴雨，又會(huì)使大量的水流失，這種水流入下水道，與建材中的有毒物質(zhì)結(jié)合，就會(huì)產(chǎn)生一種新的水污染。工程技術(shù)人員應(yīng)在施工時(shí)增加污水處理量，使已有的水資源得以再利用，達(dá)到節(jié)水的目的。

6 結(jié)論

生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，并且具有廣闊的發(fā)展空間，是當(dāng)前高層建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)熱門話題。要把它運(yùn)用到生態(tài)設(shè)計(jì)，特別是在高層建筑中，還需要大量的工程實(shí)例來證明，而且更高級(jí)的設(shè)計(jì)理念也要融入工程實(shí)踐與教學(xué)中。