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引入自然的建筑
作者：  『温州建筑』   
1 前言
在当今的技术条件下，营造一个满足使用需要的、完全由人工控制的舒适的建筑空间已并非难事。但是，建筑物使用过程中大量的能源消耗和由此产生的对生态环境的不良影响，以及众多建筑空间所表现出的自我封闭和与自然环境缺乏沟通的缺陷却成了建筑设计中亟待解决的问题。有识之士针对上述问题提出了设计“生态建筑”和营造“山水城市”的设想，力图通过对自然资源的开发和利用，来降低建筑的能耗，保护生态环境；同时，希望通过将自然环境与城市空间、建筑空间的结合来改善城市环境和建筑环境。就此，笔者分析了将自然环境引入建筑内部的方式和作用，提出在设计中应利用这一手段来改善建筑内部小气候，降低建筑能耗，提高建筑内部环境质量，加强人与自然的沟通。
2 引入自然空间的方式
在人类早期的建筑活动中，就已经采用在建筑中引入自然空间的方式来改善内部小气候，营造舒适的生活环境。在西方，考古发现，在罗马的庞贝古城中，就出现了由立柱支撑，四周回廊环绕，中央设有承接雨水用的水池的天井形式了。而在我国，建筑布局中经常出现的庭院则是引入自然空间的主要方式。“庭院深深深几许”，庭院不但为建筑提供了采光通风的良好条件，而且使建筑空间充满了诗情画意。今天，先进的技术为把自然环境引入建筑内部提供了有力的支持，使其呈现出多种多样的方式。
2.1 庭院(天井)
庭院，这一引入自然的古老方式，在现代建筑中依然被大量地运用，它在建筑空间中不但起着通风采光的作用，而且成为建筑空间的重要组成部分，增强着建筑空间的表现力。以程泰宁设计的联合国国际小水电中心为例，该建筑位于杭州西湖风景区玉皇山麓，为体现风景园林建筑特点，体现地方特色，建筑中几乎所有的房间都围绕一个半圆型的庭院布置，庭院内是大片的水面，其间点缀以山石树木，池中红鳞戏水，池畔回廊环绕。使活动在建筑中的人能时时感到自然的存在。在这一建筑中，庭院成了空间的主角，建筑仿佛成了背景，整个建筑因庭院的存在而体现出江南的意韵。
程泰宁的另外一个作品杭州黄龙饭店(图1)在建筑与庭院相结合的处理手法上有异曲同工之 妙。黄龙饭店建在西湖风景区与城市的结合部，建筑面积4万多平方米，设计摆脱了一般大中型宾馆的设计模式，借鉴中国绘画中“留白”的手法，将580间客房分解成三组六个单元，围绕一个大型的室外庭院布置。通过单体间的“留白”，避免了采用其它方案可能出现的庞大体量，从而使自然环境和城市空间与建筑空间得到完全的渗透和融合。这两件作品充分体现了庭院作为空间构成的重要角色在现代建筑中所起的作用。
2.2 中庭
建筑的中庭这一概念其实也起源于庭院(天井)，据称，希腊人最早在建筑中利用露天庭院这一概念。后来，罗马人在这一基础上加以改进，在天井上加盖屋顶，形成了有顶盖的室内空间的雏形——中庭。如今，中庭这一形式有了很大的发展，其跨度之大，高度之高，内部空间之丰富均非昔日可比。阳光，植物，流水等自然要素被引入中庭，引入了建筑内部，内部空间被赋予了外部空间的特征，成为人们喜欢逗留和举行各种活动的场所。美国建筑师波特曼将中庭这一手法在在其设计的旅馆建筑中出色地加以运用，使中庭成为其设计作品的重要特色。在其设计的美国亚特兰大20层高的桃树中心广场旅馆，中庭布置在建筑的底部6层，通过天窗进行采光，大厅内有长30m的瀑布，宽阔的水面，仿佛浮在水中的卵形休息平台，这些景物赋予了建筑空间丰富的活力和极强的表现力。自20世纪80年代以来，我国也开始兴建带有中庭的大型公共建筑，如广州白天鹅宾馆(图2)，其裙房部分就设计了一个高3层的中庭。中庭由顶部天窗采光，中庭的一角筑有假山，假山上建有小亭，人工瀑布从假山上分三级叠落而下，名之曰：“故乡水”，以唤起海外华人的思乡之情。中庭的四周挑廊环绕，藤蔓低垂，底部曲桥蜿蜒，流水潺潺，整个空间情景交融，生机盎然。中庭这一形式目前正被越来越多地运用于各种类型的建筑之中。
2.3 空中花园(屋顶花园)
据史料称，古巴比伦人曾经建造过空中花园，并被誉为世界七大奇迹之一，但其形式和规模却缺少详细的记载。现代建筑的开山鼻祖勒-柯布西埃在其1925年提出的“新建筑五点”中，明确地提出了在建筑中引入“屋顶花园”和将建筑“底层架空”的设计手法，并在《走向新建筑》一书中结合方案予以阐述。其目的是为了改善建筑和城市环境。
如今，随着高层建筑越来越多地进入人们的生活，人们开始尝试在高层建筑中建造空中花园，使生活和工作在高层建筑中的人也能够接触到自然，因而出现了现代意义上的“空中花园 ”。SOM事务所设计的沙特阿拉伯国家商业银行大楼，为了改善沙漠地区干燥炎热的气候条件，缓和外部气候对室内环境的影响，在建筑三面的中部挖了三个高8层的大洞，作为空中花园。而福斯特事务所设计的法兰克福商业银行总部大楼(图3)，则在营造空中花园的手法上更显得技高一筹，该建筑高约300mm，53层，其平面为三角形，中央为上下贯通的中空大厅。三角形的每边每隔8层就布置一个高4层的空中花园，花园与中庭相连通，花园在建筑的外观上沿三角形的三边呈螺旋形上升的方式布置。从建筑中的每个办公空间都可以欣赏到花园里的景色。该建筑通过中庭和空中花园调节内部小气候，节约了建筑的能耗，被称为世界上第一座超高层的生态建筑。然而，空中毕竟不同于地面，“空中花园”的建设不仅需要有资金和技术的保障，还必须为绿色植物在高空中的生长存活提供合适的条件。
2.4 架空层
我国南方地区，气候潮湿炎热。为改善通风条件和避免建筑物底部受到潮气的侵袭，常常采用将建筑物底层架空的方式。为了利用架空后的空间，美化环境，常常将绿化引入建筑底层。如20世纪70年代由佘?南设计的广州东方宾馆新楼(图4)，就是一个很好的例子。新馆位于老楼的西侧，平面呈“工”字型，与老楼围合成一个内庭院，连接南北两翼的中间部分长约百米。为使庭院空间与新馆西部的西湖风景区形成空间上的贯通，扩大庭院的空间感，并有效地组织当地的主导风向——东南风。建筑师将连接南北两翼的中间部分，除承重的剪力墙、框架柱外全部架空。在架空层中，结合建筑的门厅、楼梯等空间和构件，布置了水池、山石、休息廊并引入了绿化。整个架空层与庭院空间穿插融合，成了庭院空间的扩大和延伸。广州地处岭南，四季气候温暖潮湿，适合植物的生长，加之设计中利用了当地的主导风向，整个庭院和风煦煦，绿意浓浓。吴良镛建筑师在参观了东方宾馆架空层后，曾挥毫写下了：“有虚有实藏丘壑，一木一水见真情”的赞美之词。东方宾馆这一结合当地气候环境，明快清新，具有岭南特色的设计手法为当地的宾馆建筑设计带来了新的设计概念。如今，许多地方的住宅设计中都运用了底层架空的手法，这一方面改善了底层住户的居住条件，另一方面也改善了整个住宅区的室外空间环境，取得了良好的效果。
2.5 借景，对景
如果说上述几种引入自然空间的方式是实实在在将自然的要素引入了建筑空间，可称之为“真实的引入”的话，那么，建筑通过借景、对景来引入自然景观的方法，可称之为对自然的“虚拟的引入”。自然本身并没有被移入建筑之中，只是进入了人们的视线，但能在建筑中观赏到外面的自然景色，与自然进行沟通，所谓“望梅止渴”，也不失为人生的一大乐事。
在我国古代的造园名著《园治》中，就提出了造园要巧于“因”、“借”。书中写道：“借者，园虽别内外，得景则无拘远近，晴峦耸秀，绀宇凌空，极目所至，俗则屏之，嘉则收之”。借景这一设计手法在现代建筑中仍然得到广泛的运用。广州白天鹅宾馆因其面临珠江，正对羊城八景之一的“鹅潭夜月”，为把此景引入建筑之中，使人在建筑中能欣赏到这一景观，在建筑临江的一侧，布置了长72m、高7.2m的玻璃幕墙，使在建筑中能一览白鹅潭上百舸争流的全景。
３ 引入自然空间的作用
3.1 调节室内小气候，降低建筑能耗
在建筑中引入自然空间，对改善建筑的物理环境有很大的作用。它不但能显著改善建筑物的通风采光条件，调节建筑物内部的小气候，而且还能通过对自然资源的利用，降低建筑物的能耗，从而达到保护生态环境的目的。
建筑中的庭院(天井)因其所具有的由于空气上下温度差异而造成由低处向高处运动的“烟囱效应”而被人们用来改善建筑内部的通风条件，组织自然通风。布正伟设计的重庆白市驿市航站楼一期工程(图5)就是一个利用天井来组织自然通风，改善室内环境的例子。该航站楼位于夏季气候以“火炉”著称的重庆市，东西朝向，因建设资金拮据不设集中空调。建筑以一二层相结合的低矮体量呈“一”字型布置，候机厅则被分解成一个个相对独立的单元而组合在一起。为避免东西向阳光的直射，候机厅被旋转了45°。利用候机厅旋转45°后出现的三角形平面，建筑师在每个候机厅的一侧设计了两个平面为三角形的小天井，并在其中布置了由当地材料制做的石凳和盆栽。在阳光的照射下，湿热的空气通过天井向空中逸出，而经过屋檐遮阳降温冷却的空气则由窗口进入候机厅，通过候机厅流向天井。通过空气的流动，带走了候机厅里湿热的空气，在室内形成了徐徐的微风，给旅客带来了舒适。该建筑在建成使用后受到各方面的好评，尤其是对其在结合当地的气候条件，利用自然来改善建筑内部环境方面所作出的努力。
相比之下，中庭调节建筑内部小气候的作用更为显著，它不但具有通风采光的作用，而且还有采暖降温的功能(图6)。中庭含有两种自然现象：“烟囱效应”和“温室效应”，在设置了机械供热、降温和通风等手段的前提下，利用这两种自然现象，就能在一定程度上降低建筑能耗。现代的中庭在顶部大多安装有可调节的顶棚，可根据需要来控制进入室内的光线强度和调节室内的换气量。由于所处的地区和气候的差异，中庭的主要功能也不相同：在寒冷的地区，中庭起着暖房的作用；在炎热的地区，则用来通风降温；在温暖的地区，则二者兼顾。丹麦建筑师P-E-Kristensen结合丹麦位于北欧高纬度地区的气候特点，为了使建筑具有抵御寒冷气候能力，将一座4000m23层办公楼设计为四合院中庭形式，尽可能地减少建筑的体形系数，减小外墙开窗面积，利用中庭天窗进行采光。由于地处高纬度地区，太阳高度角小，阳光难以直射室内，利用天窗格板的反射作用，将阳光引入室内。为降低建筑总能耗，冬季关闭天窗，中庭形成被动式太阳能装置，提高了室内空气温度。同时，室内排出的空气经高效热交换器，对采暖用室外新风进行预热，经进一步加热后进入办公室，由于加入了室外新风，从而保证了室内空气质量。夏季，则打开天窗通风，利用天窗格板来调节进入室内阳光，减少向室内辐射热量。通过计算机进行模拟，计算出天窗面积为屋顶面积的40%时，供热和供冷消耗能量最小，可节约能耗50%。从而也保证了中庭种植植物所需要的气候条件， 即使在严寒笼罩的北欧漫长冬季，办公楼内气候温和犹如春季。
3.2 改善人与自然的关系
据统计，人的一生中有80%的时间是在室内度过的，如今，繁忙的都市生活，紧张的工作节奏，使人们与自然的关系日渐疏远。现代的建筑材料如钢铁、混凝土、玻璃则更多的体现了现代工业文明的精确和冷静，缺乏与人进行感情交流的契机。因此，恢复人与自然的联系，对于保持人类身心的健康，滋养精神，培育美感有着不可替代的作用。而自然环境的引入正是解决上述问题的有效手段，人与自然在感情上有着千丝万缕的联系，所谓“一枝一叶总关情”，风花雪月，万物枯荣，这些自然现象都会在人的内心引起联想和共鸣。把自然界的山水 、植物、动物、阳光等自然要素引入建筑的人工环境之中，使自然环境与人工环境互相交融 ，相得益彰，则能使人工环境充满活力，使建筑成为人们能够寄托感情的场所。
日本建筑师安藤忠雄在他的作品——住吉的长屋(图7)中，对自然独特的体验，作了生动的注解。该建筑基地面积仅65m2，建筑师在住宅内部的起居室与餐厅、厨房和浴室之间，插入了一个小庭院，这里所引入的外部空间不只为建筑提供了阳光和空气，也不只是建筑中可有可无的点缀，而成为人们生活中必须面对无法回避的现实，使风霜雨雪、四季变换均介入了人的生活，把自然与人紧紧连系在了一起，成为生活的一部分。在安藤看来“接触自然比生活便利更为重要”，人们在进进出出之中，重新找回久违了的对自然的体验，认识到生活严峻的一面。该项工程虽规模很小，却因其体现了日本人的生活方式和观照自然的生命哲学，获得了日本建筑学会大奖。
４ 结语
在建筑技术不断发展的今天，自然环境正在以各种各样的方式被人们引入到城市和建筑空间之中，加强着人们与自然的联系，不断改善和提高着人们的环境质量和生活质量。同时，在可持续发展的观念、环境保护问题受到人们日益重视的今天，将自然环境引入建筑内部则是解决这一问题的有效途径。我们在设计工作中应根据实际情况，以适当的方式把自然引入到建筑中来，使建筑物不但功能完善，技术先进，又与自然和谐共生，融为一体。

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现代的建筑提倡自然与建筑的结合，绿化，环保都成为建筑环境重要的部分。这篇文章可以让我们有所吸取和解见。