[转贴]：高层建筑的生态设计及对形态的影响

天生我才

高层建筑的生态设计及对形态的影响  

田 真


    摘要 在高层建筑中运用生态设计方法不仅可行，而且有助于建筑的形态塑造。通过对生态设计方法及实例的分析，有助于我们在设计中加强对生态和可持续发展的考虑，改善建筑环境负荷，减少对资源和能源的使用。

    关键词 高层建筑 生态设计 实例 形态 节能 可持续发展

    Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｉｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｎｄ ｕｓｅｆｕｌ ｔｏ ｍｏｌｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｉｎｓｔａｎｃｅｓ? ｗｅ ａｒｅ ｅｎｃｏｕｒａｇｅｄ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｈａｒｍｏｎｙ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ? ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｌｏａｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ? Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ? Ｉｎｓｔａｎｃｅｓ? Ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ? Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

    随着人类的进程，不断开发和城市发展，开始出现了高层建筑。它的出现，一方面，标志着人类建筑技术水平的进步，另一方面也是城市人口密集、用地紧张所出现的必然结果。

    高层建筑在我国出现的时间不长，然而发展却非常快。随着我国科学技术水平的进步，建造层数也越来越高。１９９９年上海金茂大厦落成，共８８层，高 ４２０ｍ，为目前我国最高的建筑。

    建筑的生态设计是指采取多种方式降低建筑内部的能耗?解决建筑的保温、隔热问题，主要也就牵涉到建筑的节能问题。这个问题的在国外已经进行了广泛的研究，在国内却刚刚起步。高层建筑的病态很多，热岛效应、自然光不足、能消耗过大、新鲜空气不足、噪音大……可以采取生态方式来解决这些问题。同时生态方式的运用必然要引起形态上的变化。因此研究这一课题也就具有实际意义。

    生态建筑的原则：既利用天然条件与人工手段创造良好的富于生气的环境，而同时要控制和减少人类对于自然资源的使用，实现向索取与回报之间的平衡。

    一般来说，高层建筑的生态设计包括以下几个方面：

    Ａ、 屋顶架空板（二层屋顶）
    Ｂ、 屋顶平台绿化
    Ｃ、 室内绿化
    Ｄ、 自然通风、自然采光
    Ｅ、 二层表皮外墙，形成复合空间和空气间层
     Ｆ、 外墙遮阳板设计，并形成建筑造型语言
    Ｇ、 建筑表面绿化
    Ｈ、 与水体结合（包括大小水体）
    Ｉ、 平台绿化 ?空中庭园?
    Ｊ、 太阳能接收器
     其中各种方式也可以结合进行设计。我们可以通过对这些方式的考虑及对形态影响并结合实例来进行具体分析。

    １ 屋顶架空板、屋顶平台绿化及太阳能接收器

     高层建筑大体量简单立方体、圆柱体大量出现在城市中? 缺少识别性? 缺少丰富感。而屋顶作为建筑第五立面，在丰富高层建筑形态中起着重要的景观及标志作用。顶层面积相对其外表面积?在热性能上不太重要?但考虑顶部几层直接吸热并且由于顶部景观及标志作用?     可以通过设置屋顶架空板（二层屋顶）、屋顶平台绿化，来降低屋顶的热负荷，并形成自己独特的建筑符号。屋面板应采用蓄热能力低的材料?     上层屋顶可采用反射率高的材料。或者还可以通过上层屋顶结合被动式太阳能板的设计来获得一部分能量? 提供生活热水或者其它热源。

    ２ 二层表皮外墙，形成复合空间或空气间层

    双层维护结构? 称为 ″可呼吸的皮肤″? 通过设置双层外墙，使空气?quot;双层"间自由流动，并通过空气动力学的作用，迅速带走热空气，形成自然对流。还可以利用文丘里管喇叭口的抽吸作用，将热空气由下而上抽吸，形成强制对流，达到良好的降温作用。

    而在冬季，双层外墙将可以形成一个温室。有利于节约采暖?同时还可以起到降低噪音的作用。由于高层建筑的直接开窗会造成局部紊流，不易控制，而双层维护结构可以避免这种情况出现。

    ３ 外墙遮阳板设计，形成建筑造型语言

     外墙遮阳板设计，并根据不同地区冬夏两季的太阳照射角度来进行设计遮阳板的角度。采用精心设计的固定遮阳板? 夏季遮避太阳辐射? 冬季却能把热量带进室内。还可采用各种材料、形式的遮阳板，以及不同的分格方式，从而形成千姿百态、各不相同的建筑立面?      丰富了建筑的体形并构成了建筑细部? 形成建筑的造型语言。（遮阳板阳光控制示意图）





    ４ 空中庭院的创造

    通过这些平台绿化，可以减轻高层建筑的绿岛效应。同时可作为绿化和景观设计，作为休憩和公共空间。虽然建筑的使用空间相对减少，但这种方法为整座大厦提供了大量的休息和绿色的自由空间? 使人更加方便的接近自然? 使得大厦成为一个生态小城市? 同时也为城市绿地、公共空间减轻了压力。而人在建筑中产生舒适感? 无形中也提高了建筑的商业价值。在立面景观上，可以避免以往高层建筑那种只能在竖线条、横线条上做文章的限制。由于局部地挖空，使得建筑由整体的实而产生巨大的虚实对照? 并且由于凹入产生了光影变化? 形成独特的建筑语言? 从而极大丰富了建筑形象。

    ５ 自然通风和自然采光

    采用自然通风的高层建筑，应该从形状上最大限度的面向所需要的（夏季）风向展开，并设计成进深相对浅的平面，使流动的空气容易穿过建筑。自然通风能依靠空气的自然流动，减少对机械通风和空调的需求? 节省不可再生资源的使用，并获得了新鲜空气，增加了舒适感。自然采光同样需要减小楼面的进深。如果不能满足自然通风和采光要求，则可采取中庭作为缓冲空间，解决自然通风和采光问题。空气通过沿中庭上升而形成对流，并可通过中庭进行辅助自然采光。同时中庭设置也是建筑中的一个非常吸引人的场所? 是一个富有情趣和魅力的空间。

     ６ 建筑表面绿化和室内绿化

    植物能够吸收二氧化碳，释放出氧气，同时能够清除甲醛、苯和空气中的细菌，遮挡灰尘? 形成健康的室内环境。它通过新陈代谢的蒸发作用可以蒸发水分，从而控制和保持环境的温湿度。如一棵大树每天增发 ４５０升水? 相当于５台每小时耗能２５００千卡的空调每天工作１９小时才能完成。而且空调是将热量从室内转至室外，并且消耗电能，使城市的温度增加，形成城市热岛? 而树的蒸发就不会有这些负面作用。
    由绿色植被的墙体，可以通过叶片的吸收和反射作用降低燥热。在夏季辐射很强时，有绿色植被的墙体（西墙）平均温度比无植被的墙体平均温度可以低１２．７℃。

    ７ 水体的引入（室内外水体）

    诺伯尔．舒尔茨说过"水是环境中最活跃的因素"。水体的塑造性强，水体的热惰性好。它可以调节气温，改善局部环境。大的水体可以充当城市、建筑的景观标志，增大空间层次? 如倒影。同时可以利用广阔水面的自然蒸发来降温? 调节局部小气候。小的水体可以营造环境，渲染气氛，增添情趣。建筑中建立水循环系统? 尽可能将水引入一些让人容易疲劳的环境中? 可以使人感到轻松。还可以通过在裙楼顶部设计水池 ?泳池?? 来有效地实现保温隔热作用，并为建筑增加一个亮点。

    ８ 应用生态设计的高层建筑实例

     ８．１德国法兰克福商业银行总部大厦（图１、图２、图３） 福斯特事务所设计

    建筑平面呈三角形，宛如三叶花瓣夹着一支花茎：花瓣部分是办公空间，花茎部分是中空大厅。中空大厅在起着自然通风的同时还为建筑内部创造了丰富的景观。环三角形平面依次上行的４层绿化平台给建筑内部的每一个角落带来了绿色的外象，同时它还为高层建筑节约大量能源，使楼内每间办公室都有可以开启的窗子? 以享受自然通风。

     ８．２ 沙特阿拉伯王国贸易中心（图４、图５） ＫＰＦ事务所设计

     针对沙漠地区炎热的气候，设置了屋顶花园、屋顶遮光板、墙面遮阳板和室内平台花园。将管道井和电梯设置在三个角柱中。有效地降低房间日晒，节约了能源、增加绿化和丰富立面景观。

    ８．３ 印度章嘉公寓（图６） 柯里亚设计

    在居住单元与外墙之间建立缓冲地带--平台花园，布置在东边和西边，成为主要生活空间。因其东西贯通，不仅保证了每户有穿堂风而且便于观景。立面开窗自由、虚实对比强烈，从而使其造型具有独特个性。

     ８．４ 马来西亚ＵＭＮＯ大厦 （图７） 杨经文设计

     所有办公空间都有自然通风。采用独特风墙体系，将"风墙"安排在有通高推拉门的阳台部位，两道风墙形成喇叭中的口袋，将风捕捉到阳台，阳台内的推拉门可以根据所需要的风量? 控制开口大小，也可完全关闭，形成"空气锁"。外墙设遮阳板。

     ８．５ 上海军械大厦（图８、图９） 杨经文设计

     使用双层外墙 ?玻璃?，中间还设置一层可调的百叶来调节室内气候。冬天起隔寒作用，夏季窗户打开? 两层外皮间由于烟囱效应而利于空气流通。大楼内部上下贯通的竖向起到联系空中绿化平台和文丘里管的作用。在限制外部相应位置是着一个巨大挡风板，来阻挡寒冷的西北风。
     本文所涉及的均为被动式生态设计技术，也可称为低技术条件下高层建筑的生态设计。其考虑的主要理由是建筑生态设计的经济合理性、一次性投资及管理、运行的费用，并且在我们中国这样的发展中国家的适用性问题。建筑生态设计的方法和形式将会随自然、社会、经济、资源等条件的变化而发展，并使２１世纪的建筑能更好的适应社会和人类生活需要，持续、健康地向前发展。

    （作者：湖南大学建筑系硕士研究生）


参考文献

    １． 胡绍学等， "生态建筑"研究绿色办公建筑， 建筑学报， ２０００． ５
    ２． 杨经文， 绿色摩天楼的设计与规划，世界建筑， １９９９． ２
    ３． 毛刚等， 结合气候的设计思路， 世界建筑，１９９８． １
    ４． 超高层建筑， 世界建筑， １９９７． ２
     ５． 世界建筑大师优秀作品集锦
          ——ＫＰＦ建筑事务所
     ６． 夏义民等， 走向导２１世纪的建筑科技， 第２０届世界建筑师大会论文集