[文章]：基于生态足迹理论的绿色建筑评价

simonhxm

一、产生背景
绿色建筑，可以视为一切“将其环境影响控制在自然承受能力范围内的建筑”的统称，绿色建筑评价标准的建立，主旨也在于为衡量“建筑究竟在多大程度上与其所处的生态环境和谐相处”提供依据，从这一角度看，绿色建筑评价标准实际是为建筑确立一种统一的生态评价尺度。
当前建立统一生态评价尺度的工作主要在两个方向展开：
一个方向是采用建筑环境基准代码来评价建筑的环境表现，是基于权重与专家决策的评价方法，像英国的BREEAM体系、美国的LEED体系、加拿大的GBT体系等本书讨论的主体都属于这一类型，它们的工作思路大致都为：通过权重实现对绿色建筑不同生态特征的整合，进而形成统一的比较与评价尺度。由于这类评价标准体系所具有的简单、易用等特点，使其迅速成为当前“建立统一生态评价尺度”工作的主流；
另一个方向我们称为“基于自然的清单考察”评估方法，这类研究包括马尔科姆•威尔斯（Malcolm Wells）的“荒野基准清单”、“积极变化净值”分析和“塔多希克”（Tadoseec）清单等，这种“清单考察”评估方法的基本思想逻辑是：一切人类活动（包括他们所享受到的服务）都依赖于自然生态系统，为了使我们的这种“消费”具有可持续性，应有意识地对我们自身活动进行约束，以使其所带来的“自然扰动最小”，同时依据“扰动”强度的不同划出级别，从而为补偿性设计确定不同的深度要求。在实际操作中，这类方法主要是通过引入如能值、二氧化碳排放量、生态包袱、生态足迹等与自然生态承载力、生态特征直接相关的、具体评价环境健康程度的生态指标，对人类活动的生态影响进行评价，结合一定区域的自然生态承载力水平，确立绿色设计目标，这些指标同时也用于约束、评价人类行为的可持续性水平。
“整体的环境考量”是绿色建筑的核心价值，在操作层面，这种“整体性”包括两重意涵：其一，是指节能、节水、节材、节地、环保、文化等绿色建筑的不同生态特征，需要在设计时予以整体考虑；其二，是指建筑的环境影响与区域乃至整个地球的生态承载力需要进行整体考虑。这两重意涵共同构成了完整的绿色建筑“整体性”特征。由此我们不难发现，虽然第一类方法在一定程度上，实现了对绿色建筑各生态特征的有效整合，但对第二层面——建筑与环境间的“整体性”，则往往缺乏直接的表达和评价（很多时候，这些内容被分散隐含到了评价标准所依托的诸多基础性规范之中），这成为这类方法的一大缺陷。
与此同时，由于以权重（包括德尔斐法、专家调查法、频数统计分析法、主成分分析法、层次分析法（AHP） 、模糊逆方程法等，其中AHP法是目前绿色评估体系权重确定的最常用方法）为基础的评价体系，归根结底是一种建立在主观判断基础上的评价方法，尽管在操作上通过数学的手段，对其主观性意味进行了规避和削弱，但受到基础数据的影响，这种方法不可避免带有浓重的主观性色彩，尤其在对于“绿色建筑”这样的新鲜概念而言，即使专家们的认识也是“与时俱进”的，这就使得由此形成的指标可能会有比较明显的“时效性”特征，据此得出的评价结果，其客观性和全面性因而在一定程度上是可疑的。
实际上，在BREEAM、LEED等体系得到越来越多的应用时，此类质疑（或困惑）也在不断出现。例如对于LEED体系而言，250000平方米的规模的“金质”建筑其环境表现是优于一栋25000平方米的“银质”建筑的，但一栋规模达10倍的建筑其实际的环境影响无论如何会高于一栋小规模的建筑，这种逻辑上的混乱、甚至误导，正来自于评价方法本身对建筑实际环境影响的忽视。
第一类方法所具有的种种缺陷，恰恰可以通过第二类方法予以修正和弥补。为了更清楚地说明第二类方法的现实操作问题，我们将以“生态足迹分析方法”为例，通过考察其基本的原理、优缺点、以及它在绿色建筑评价中的应用等内容，较全面地展示提出第二类方法的意义与价值。

二、“生态足迹分析方法”的基本原理及其优缺点
1、生态足迹分析方法的原理
生态足迹分析方法——Ecological Footprint Analysis（简称EFA），是加拿大哥伦比亚大学规划系教授W•E•里斯（William•E•Rees）和M•沃克内格尔（Wackernagel）于1996年合著的《我们的生态足迹——减轻人类对地球的冲击》一书中提出的，它是一种用以衡量人类对自然资源的利用程度，以及自然界为人类提供的生命支持服务功能的方法。
生态足迹分析方法的提出基于以下两个基本事实：
⑴人类能够确定自身所消费的绝大多数资源及其所产生的废弃物；
⑵这些资源和废弃物大部分能够被转换为相应的具有生产力和生物量的生物生产性土地或水域。
生态足迹分析方法的基本原理在于通过跟踪国家或区域的能源和资源消费，并将它们转化为提供这种物质流所必需的生物生产土地面积，并同国家和区域范围所能提供的这种生物生产土地面积进行比较，从而判断一个国家或区域的生产消费活动是否处于当地生态系统承载力范围内，是否具有安全性。
通过生态足迹的计算和分析，还能在全球和区域范围内比较自然资产的产出和人类的消费情况。生态足迹分析方法实际是“用生物生产性土地面积来表示自然资本，既反映了人类对自然资本的占用，又反映了人类消费对自然产生的影响，从而为国家和区域间进行比较提供了一个简便、通用的便利手段” 。正是由于生态足迹方法所具有的这些便捷性，自其被提出之日起，短短数年间就在许多国家和地区得到应用，象澳大利亚、加拿大、丹麦、荷兰、意大利、墨西哥、北爱尔兰、挪威、苏格兰、西班牙、瑞典、美国和威尔士等，都将这一方法应用到了国家和区域层面的可持续发展研究中，并取得了一系列的成果。

2、生态足迹基本计算公式
生态足迹的生成分为两个基本换算过程，一是从物质向土地面积的转换，即将物质消耗分别归类于化石能源、耕地、林地、牧地、水域以及建筑用地等六种类型，其计算表达式为
         

其中，Dj：j种土地的年均占用量，单位ghm2/ a
      ri：i种物品的均衡因子
      Ci：i种物品的年消费量，单位t/a
      Bi：i种物品的能源密度，单位GJ/t
      Ai：i种物品的全球均衡产出，单位GJ/ ghm2
第二个换算过程是将六种土地类型的计算结果进行汇总，形成最终的生态足迹指标，其计算表达式为
         

其中，ef：人年均生态足迹，单位ghm2/cap•a
      sj：j种土地的均衡因子
      Dj：j种土地的年均占用量，单位ghm2/a
      P：人口总数，单位cap
生态承载力计算与第二个换算过程基本类似，计算表达式为
         

其中，efbc：人年均生态承载力，单位ghm2/cap•a
      sj：j种土地的均衡因子
      Ej：j种土地的年均供给量，单位ghm2/a
Yj：j种土地的产出因子
      P：人口总数，单位cap
根据Redefining Progress2002年的研究 ，中国六类土地的均衡因子s分别为：化石能源用地1.1、耕地2.9、牧草地0.6、林地1.1、建筑用地2.9、水域0.2；产出因子Y分别为：化石能源用地0.61、耕地1.82、牧草地0.94、林地0.61、建筑用地1.82、水域1.00。Ai 、Bi 、ri等基本数据，目前可从Redefining Progress网站（http://www.rprogress.org）中� ... �的最低要求。

3、两种不同的计算方法——综合法与成分法
针对于不同层面的问题，生态足迹采取两种不同的计算方法，自上而下的利用国家级数据进行归纳的综合法（Compound approach）和自下而上的利用微观层面数据进行计算的成分法（Component approach）。
生态足迹的层级关系：全球→国家→区域→城市→社区→建筑→设备
                           综合法估算            成分法估算
以区域统计年鉴数据为基础的综合法计算已经相对成熟，一般采用Excel格式的数据表，输入对应的数据值，就可自动生成目标年度的生态足迹、生态承载力与生态赤字指标。
成分法 由西蒙兹和钱伯斯（Simmons & Chambers）于1998年首次提出，刘易斯和巴里特（Lewis & Barett）完善，主要采取“清单”式的方法（图8.2），研究评价目标的物质流动与能量构成状况，最后换算成足迹指标。目前，成分法已大量应用于交通工具、家电产品、建筑、大学等微观与中观目标的生态足迹计算中。

4、因子转化过程
在生态足迹帐户核算中,各种物质消费、能源消费等均应按相应的换算比例折算成相应的土地面积。生物生产土地面积主要考虑如下6种类型：可耕地、草地（这两部分又被称为生物生产土地）、林地、化石燃料土地（这两部分又被称为能源土地，主要供给能源和吸收相应的废弃物）、建筑用地（建筑和道路用地）和水域（又被称为生物生产水域）。由于可耕地、草地、林地、化石燃料土地、建筑用地和水域等的单位面积的生物生产能力差异很大，因此在计算生态足迹的需求时，为了使这几类不同的土地面积和计算结果可以比较和加总，要在这几类不同的土地面积计算结果前分别乘上一个相应的均衡因子，以转化为可比较的生物的生产土地均衡面积。而在计算生态足迹的供给时，由于不同国家或地区的各种生物生产面积的产出差异很大，为了使这几类不同的土地面积的计算结果可以比较和加总，要在这几类不同的土地面积前分别乘上一个相应的产出因子，以转化成生物生产均衡面积。在具体计算一个国家或地区的生态足迹时，各种商品的贸易量也要换算成相应的生物生产土地面积。
在因子转化中，以较难处理的能源用地类型为例，一般采用能源土地转化因子的办法来估计能源用地。确定能源-土地转化的因子通常有三种方法：
计算提供化石燃料替代物甲醇和乙醇所占用的土地面积来获得能源用地，研究表明提供这些化石能源类似物的生产力平均是80～150GJ/hm2•a；
计算吸收燃烧化石燃料排放CO2所需要的土地面积。早期的研究表明平均每1hm2森林每年能吸收燃烧100GJ 化石燃料所排放的CO2；
计算以化石燃料枯竭的速率重建资源资产替代的形式所需要的土地面积。估计表明在森林立木中平均每1hm2每年能积累80GJ 的可恢复生物量能源 。
5、生态足迹模型的优点
⑴生态足迹模型紧扣可持续发展理论，是涉及系统性、公平性和发展的一个综合指标；
⑵将生态足迹的计算结果与自然资产提供生态服务的能力进行比较，能反映在一定的社会发展阶段和一定的技术条件下,人们的社会经济活动与当时生态承载力之间的差距；
⑶测算指标采用生产土地的面积，易于理解和进行尝试性测算。

6、生态足迹模型的缺点
⑴由此生态足迹模型的计算结果只反映经济决策对环境的影响，而忽略了土地利用中其它的重要影响因素，因此该模型目前计算结果有高估区域生态状况的可能；
⑵生态足迹模型只是对人类的生态足迹需求与自然生态系统能提供的生态服务的一种生物物理量的测量，不能对人类可持续发展所涉及的其它众多方面做出全面衡量。

7、在绿色建筑评价中引入“生态足迹分析方法”的基本考量
⑴统一、简单、易懂是绿色建筑生态价值评价指标的必要条件
要确立一个定量化的可持续性目标我们需要哪些条件呢？布林克 （Brink）认为这些信息应该具有以下性质：需要有明确的指标表示可持续性目标是否已经达成、可以表征整个系统、具有定量化参数、非专业人士也可以理解、参数可以长期有效（十年以上）。
同时，应确立与评价主体具有相同环境、技术、文化背景的评价标准。真正意义的绿色建筑是基于特定区域层面的，即建筑的材料、能源、水、废弃物等系统的全生命周期影响是否与所在区域的供应、运输、吸纳承载力相匹配。评价标准建立的基础是全面需要了解建筑从加工到拆除的全生命周期内对资源的需求状况、选择场地、区域或国家作为评价边界以确定资源收支状况、描述所在区域自然环境现状及其承载力水平，并将所有的影响归纳为统一的指标。
由于建筑师的设计决策能在许多方面对建筑全生命周期内的环境表现产生深刻影响，如何能准确度量自己决策的环境表现，是所有关心绿色建筑的建筑师们普遍关注的问题。虽然使用可再生能源、提高能源利用效率、采用节水型设备、利用雨水和中水、保护原生植被、使用低附加能材料都可为降低建筑的环境危害程度做出贡献，但是由于分属能源、水、生物资源等多个领域，衡量这些生态贡献的指标常常各有不同，这使得对于这些设计策略的生态价值进行相互比较是一项棘手的工作。
由于“绿色”或可持续性概念本身的模糊性和复杂性，为了达到对绿色建筑进行全面的分析，研究者往往需要将抽象的“绿色建筑”概念，拆分为大量单独的要素或指标，这导致绿色建筑决策者往往面对的不是信息缺乏，而是信息的细碎化问题，他们不仅缺乏统一的度量单位，而且对于许多生态要素只能通过定性的指标进行评价，缺乏统一的系统化指标成为绿色建筑设计策略决策的主要障碍。瓦克纳戈尔（Wackernagel ，1996，2001）、巴利特（J. Barrett，2001）、兰暂（Manfred Lenzen，2001）、徐中民（2003）、陶在朴（2003）等学者所进行的研究表明，EF分析方法不仅在统一性方面具有明显的优势，同时由于其将抽象的生态评价归结为简单的面积指标，也有利于非专业人员理解与判断。
⑵与常规做法相比，EF指标更为灵活和有针对性
我们在讨论绿色建筑时，包含两个相互联系着的基本学科——建筑学与生态学，在一种理想的境界中，绿色建筑的设计者必须了解生态系统的规则、组织和结构，从生态环境的角度思考建筑的影响，通过使用生态学的理念、方法和语言，有意识地使建筑融入自然系统之中。绿色建筑的生态目标不应简单归结为“零能耗”、“自维持”或某个百分比等一成不变的数值，而要建立起与当地的自然、气候等生态环境状况的密切联系。有针对性的生态基准应可以客观度量建筑的积极或消极影响的程度，可以被不同类型、规模、区位的建筑作为统一的评价基础。
前文我们所提到过的采用建筑环境基准代码来评价建筑的环境表现的方法，虽然简单易行，但却无法衡量据此建造的建筑究竟与当地的可持续发展需要存在怎样的关系。与之相比，EF指标不仅可以评价大部分微观设计策略的生态价值，也可用于评估不同宏观环境的生态承载力水平，从而帮助在绿色建筑的生态影响与其所处的环境间建立起定量化的联系。同时，由于计算方法相对简单，EF方法非常便于设计师、策划师等实践机构学习和掌握。

omnii

个人认为，这才是一个设计师应该主要关心的事情，只有BIM，才是设计的出路，才是建筑的出路。

xirong

很好 受益匪浅

muyiyzj

不错