[教学]：建立整体生态建筑观

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建立整体生态建筑观

认识建筑系统

建筑系统是建筑师主要关注的问题，生态系统环境是生态学家主要关注的问题。分析、比较建筑师和生态学家对两种观点的不同认识，对把握注重生态的建筑设计所应该解决的基本问题，以及可能采取的相应的设计等策略是个关键。

重温生态建筑从萌芽到理论研究与实践，我们发现，生态建筑设计的较全面研究，是从西姆提出了“整合设计”概念之后才引起建筑师们的重视。

从生态学角度理解建筑，生态学家不仅将建筑系统视为地球生态系统中各种不同能量和物质材料的临时组合方式，而且需要确定建筑系统的寿命周期。所谓寿命周期，从广义上说，是指从事物的产生至消亡的过程所经历的时间。对建筑而言，从能源和环境角度，寿命周期是指从材料采购与构建生产、规划与设计、施工与运输、到投用过程中的维修直到拆除与废弃或再利用等环节、即建筑的使用（功能、自然）寿命周期。此外，当然还包括结构寿命与经济寿命周期。总之，在建筑寿命的全过程中，如组成建筑系统的各个建筑元素的安装、制造和弃置或重新利用等方方面面，无一不与所在生态环境密切相关。1997年国际标准化组织在总结世界先进环境管理经验的基础上，制定了寿命周期评价原则与框架，将建筑产品寿命周期中对环境的影响界定为人类健康、资源利用及生态后果三个方面。

生态建筑设计有两个特点：

一，将建筑的全寿命过程看成是一种与能量和物质材料支配相关的过程。所谓全寿命过程，即建筑师将地球上的能量和物质材料（生物和非生物组成部分）通过临时组装成建筑物后，随着时间的流动，必然要从新到旧直至报废，（建筑寿命通常为50～70年）报废后的各种建筑元素要么在其他建筑系统中利用，要么被自然生态环境所吸收。

二，建筑师必须关注对建筑系统的预期性研究。充分认识到要减少建筑系统在全寿命过程中，对地球资源和生态系统产生负面影响的关键在于正确对待物资材料的输入，因为输入不当必然造成废物的输出量增多，从而给生态系统造成压力。这是建筑设计的重要组成部分。

整体生态建筑观包含以下内容：

首先、整体生态建筑观将建筑系统视为一个开放系统，是地球生物圈中能量和物质材料流动的一个环节。其二、整体生态建筑观整体，必须全面审视建筑系统与周围生态系统环境之间存在的随时间维度变化的相互影响作用，所体现出时间因素的影响。第三、整体生态观建筑观认为建筑系统与周围生态系统环境之间存在着随空间维度变化的相互作用，体现出空间因素的影响。第四、整体生态建筑观认为建筑系统自身的设计及其对周围生态系统的影响，受到地球资源有限性的制约。

体现系统思想的开放系统观

现代系统论的确立，标志着人们的认识已从“实物中心论”向“系统中心论”转变。所谓“实物中心论”其内涵是指“把个别地抽出来的现象本身当作研究对象，试图从它本身和它固有的本性来认识它。在对客观世界的认识不断加深的过程中，人们逐渐感到，事物除了由它的本性或内部结构所决定的内在本质之外，由于它还处于自己仅仅是一个组成部分更大系统之中，它还具有一种系统质，而这正是事物更高一级的质。按系统论的观点，事物的整体大于它各个部分之和，而整体的本质属性，也不是它的各个部分属性的综合。”1

依据系统论的观点，系统具有三个特征：

1、系统是具有特定功能的有机整体。

2、系统是由各组成部分组合而成，各部分既相互作用，又相互依赖。

3、系统本身是它所从属的一个更大系统的组成部分。

贝塔朗菲在《普通系统论》中通过类比提出了封闭系统和开放系统两个平行的概念：开放系统随环境变化而不断交换信息和能量，即有进有出，封闭系统则与此相反，既不输入也不输出，全靠自给自足，类似真空，仿如滞水，与自维持住宅相比，也更为孤立，即使自维持住宅也要输入阳光、雨水、空气。从深层次生态学观点讲，自给自足不管在自然界物与物之间，或是社会上人与人之间都是做不到的。宇宙万物之间有着千丝万缕的联系，否则万物都难以生存，其中某些特殊系统还可能遭受到灭顶之灾。因此，“我们宁愿把开放和关闭看做是系统的两个方面，也就是说系统是相对开放和相对关闭的。” 2

系统论的等价原则指出，开放系统可以通过不同输入和不同的系统结构达到同样的目标。

整体生态观和建筑的系统观念

虽说地球生物圈在一定程度上与外界具有隔离的特点，但生物圈中的各个生态系统却具有空间上互往的特性。并通过不同生态系统内部的各个组织部分之间的相互作用来体现，而且这种相互作用并不受人工认可的边界限定。（不以人的意志使其确定边界受到限制）

王治河认为，“建设性后现代主义告诉我们：从思维方法上看，我们首要的错误是假设我们能够把某些要素从整体中抽象出来，并可在分离的状态下认识它们的真相”。3尤金·奥德姆指出：“任何一个层面上的发现，都有助于另一个层面上的研究，但绝不能完全解释那一层面发生的现象。但是要理解一棵树，就必须研究树所构成的树林和构成树的细胞和组织。”4这些论点都是从不同角度提出的具有代表性的观点，是从整体地看待生物圈中生态系统必须是相互依存，即生态网络中个体离不开整体。

生态建筑设计着重“融贯的综合研究”。吴良镛教授指出，融贯的综合研究具有三种特征：“1、利用现代科学的成果、方法、工具；2、建立能够处理复杂系统的整体与部分之间关系的方法论，这意味着在这融贯学科中进行巨系统的整体思维；3、在整体思维中，把复杂问题分解为许多子目标。基于“系统分解”，化复杂为一般，逐步拿下相应关键部分。5

一句话，建筑设计自身始终离不开与周边环境之间的相互作用和影响，而且，它始终是总体范围生态系统中的一个子系统。因此，建筑设计必须对所在周边生态环境系统的历史成因、近况及发展趋势，做出动态的周密考虑。

开放系统的建筑系统

建筑系统是一个开放系统，是地球生物圈中能量和物质材料的一个流动环节，因建筑物量大面宽，凡有人烟的地方都必须有建筑。因为人类只有先安其居，方能后乐其业。因此，建筑中对于各类物质材料的合理慎用，与生态环境的优劣其影响面不容忽视。

通常意义下，建筑师将建筑系统视为一种相对静态和不变的物质实体，而整体的生态建筑观则具有两个特点：

一方面，建筑作为一个次级系统，是生物圈的一个组成部分，从属于生物圈，是生物圈中连续的能量和物质材料流动的一个环节和阶段。是一种物质材料临时组装成建筑形式的一个短暂的阶段。因建筑所用的材料，有其周期，这是由建筑物的使用寿命所决定的，其材料用后或因废改用或旧物利用，而常被弃置别地。因此，从整体看，每个建筑系统和组成系统的各个元素，都只不过是生物圈中连续不断的能量和物质的交换和循环的一个组成部分。

另一方面、建筑作为一种独立的开放系统，自身就有一定的能量和物质材料的输入输出，因材料分散各处，从产地供材到加工再进入建筑系统，最终重新返回到周围的生态系统环境中。

因此，要求建筑师不仅要关注建筑系统中直接利用生态系统和地球资源的状况，同时还必须关注构成建筑系统的各种元素的提炼、储存、装配、使用和最终废弃所造成的耗费。

综上所述，两个方面要求，注重生态的建筑设计要求建筑师在建筑全寿命过程中，借助“开放系统”概念，分析建筑系统的输入、系统自身的功能、系统输出和系统与周围生态环境的关系。这种关注有两个目的：1、从建筑系统作为生物圈中的一个能量和物质材料的流动环节而言，寻求周围生态系统和建筑之间合适的关系，整合二者，尽可能地保护本地资源；2、从建筑系统作为一个独立开放的系统而言，节约资源，限制和制约可能的不利于生态影响。

体现时间因素影响的整体生态建筑观

深入比较生态学家和建筑师两者不同的建筑概念，即整体生态建筑观所体现的对时间因素的影响：所谓时间因素，指建筑系统自身包含有更小的子系统，它们之间的相互作用也是随时间的变化而变化的，建筑师应采用“适应性改变”、“灵活性设计概念”、“长寿多适概念”和“合理废弃概念”等四种灵活应变的设计策略。

生态学家认为，生态系统处于一种活跃的状态，即处于一种不停流动的状态之中。而建筑亦如此，同生物圈中所有生态系统一样都是动态系统，随时间的改变而变化。哈沃德·奥德姆指出，微生物系统随时间的变化，能量的新陈代谢处于变化状态。

建筑作为独立生态系统同样是动态系统，它将不停地与周边生态系统环境互相作用直到使用寿命终结。理查德·克劳瑟和杨经文指出“建筑是一种材料、能量和系统的合成。” 6“利用这一手段，建筑师将地球上的能量和材料资源组装成建筑系统临时的形式，并且在使用寿命终了之时消失。”因此建筑师需要建立建筑系统全寿命概念，要考虑两个内容：一、组成建筑系统的能量和物质材料流动，二、是将材料从加工地点运到施工地点的生态影响。

体现空间因素的整体生态建筑观

深入比较生态学家和建筑师环境概念的异同, 我认为,整体生态建筑观所体现的空间因素影响至为关键。生物圈是个相对封闭的系统,而建筑系统是一个开放系统,与外界生态系统环境存在着相互依存的关系,在承受外部生态系统环境影响的同时,反过来又影响外部环境，但这些相互作用是以一定的空间范围为基础的，而不是仅仅促限于指定设计场地之内。空间因素的影响主要表现为，1、对周围生态系统的空间置换影响；2、对周围生态系统的空间影响的特定范围。

建筑系统对周围生态系统的置换影响从广义生态学角度讲，生态系统空间置换有两种形式：一是特定场所原有生态系统的转移，二为外来能量和物质材料改变了原有生态系统组成，及其原有能量和物质材料的流动模式。前者若用洽沃德·奥德姆“将生态系统看成是一张处于相对稳定状态的能量网7”的观点分析，生态系统的空间置换，不难发现，不少外地输入的能量和物质材料，必然改变原有生态系统的能量和物质材料的输入和输出状态，如南树北移，或熊猫养在无竹区，都不符生态规律，常言道：“树挪死，人挪活”。但也有人对此不以为然，例如，近些年不少人打着生态建设的幌子，搞景观速成、古树进城风风糜大江南北，其中有400年树龄的桂花王、500年的杜鹃、800年的银杏王等树中珍品，地方官员们急功近利、摆花架子，以图升迁，商人们为了获利，有钱就赚，管它生态不生态、媒体也竭力推波助澜。这些稀有植物进城后成活究竟有多少，却很少有人问津。报载广东清远市于旧城改造中将两颗树身有两个成年人合抱粗的200多岁树龄的古榕树易地复栽，今已病态百出，几近奄奄一息，这是一例，也是对违反自然法则者的报应。为什么？因为宇宙间的不管是植物或是动物，都并非随人意分布于地球表面，而不同生物的生存，繁殖都与不同地域的地形、土壤、气候、水文密切相关。一草一木的异地种植都将丧失生态平衡，或者说影响到各种生物的系统平衡。

生态系统中的空间异质性无处不在，几乎遍及自然界中一切生物。日本《建筑都市报》（A+U）杂志曾以“什么是生态学？何为接近生态建筑的实例？”为题采访过不少建筑师和相关专业的学者，绝大多数人认为：任何一个建造在生态系统中的建筑，总会对周围生态系统产生影响，例如建筑会导致土壤腐蚀、改变雨水流量、改变空气流动的方向和速度、遮挡太阳辐射等，所以建筑系统影响了生态系统的特定空间片段。”8由于生态系统的空间异质性反映特别敏感，建筑系统对周围自然生态系统的影响程度也随因地理区位等条件不同而程度不同，因此，伊安·麦克哈格认为，每一个设计地段都应在考虑下列条件的前提下，独立评价：1、生态系统的自然价值；2、生态系统的过程；3、生态系统的限制条件；4、生态系统固有的自然机制，因为不同设计地段周围生态系统的属性会随着地点的变化而变化” 9

此外，还有间接的空间置换影响，因为“作为能量和物质材料组织形式”的建筑系统，几乎都是庞然大物。耗费能源材料惊人，输入输出，折旧配新必然改变一地生态系统中物质材料和能量的流动模式。因为建筑施工过程就是一个将地球上其它地点的能量和物质材料、资源由甲地运往乙地进行重新组合的再分配过程，期间的复杂多变往往是难以预见的。其过程本身就改变了当地生态系统的能量和物质材料特定的组织结构，或优或劣，关键在人为，如地面硬化可增加雨水流量，绿化恰当则有利于改良小区气候。

鉴于上述，建筑师在设计中必须充分把握设计地段的生物要素和非生物要素的组成，把紧总图设计关，充分利用自然条件，如以植绿减缓高温，过滤空气。“少费多用”使生态系统空间置换中的影响越少越好，同时要考虑建筑系统中各种能量和物质材料的增量适宜于原有生态系统，将间接空间置换影响减少到最低限度。

体现资源有限性影响的整体生态建筑观

建筑系统的外部环境包括生物圈中所有的生态系统和所有的地球资源。地球生态系统总称是生物圈，即指所有覆盖地球的环境，可以将其视为地球上最大、最接近自维持的生物系统，它包括地球上所有的生命系统，通过太阳和空间的热衰竭（thermal sink）之间的能量流动来调节系统的稳定状态。10

地球只有一个，生物圈中的物质流动具有一种循环模式，这可以启发建筑环境中材料的应用：建筑环境中的材料应用应该是一种循环的状态。11

要保持地球资源在有限条件下的稳定状态，建筑师必须面对资源的促限，合理地利用资源，随处考虑地球资源的总有量，既要做到当用者勿须堪，又要坚持节能为本，不当用者切莫向地球伸手。因此，一定要慎对需求“适合”，或者说要量体裁衣，量入而出。用有限的资源去合理、科学地适应不同需求层次的适合要求。人类的需要很多，除了物质材料中的住房、还要阳光、空气、水、食品、与此相应的还要排泄废物。因此，索取的适合，可减轻地球负担，利在当代又荫及后辈，体现了对自然的尊重。反之，一旦过了头，不但毁了环境，也是毁了人类自己。

地球，35亿年前，它还不是一个生命，只不过是太阳系中原始星云物质—尘埃和气体，在万有引力的作用下，这些物质才凝聚成团，形成地球的雏形。而今地球虽已45亿左右高龄，但它无法永远自由自在地运转，它的一切能源都来自太阳的恩惠，一旦太阳有个三长两短，势必殃及于它。然而，忠厚的地球仍在一刻不停地“独自养育着全部生命体系。”并“最大限度地滋养着、激发着和丰富着万物。”但近代工业文明的发展，由于外来因素的干扰，地球一直在超负荷运行，今已伤痕累累。遗憾的是在“人类尚未揭开地球生态系统的谜底”的今天，“生态危机却到了千钧一发的关头”。用历史的眼光看，我们并不拥有自身所居住的世界，仅仅是从子孙处借得，暂且保管罢了。我们把什么样的城市和乡村交给他们？建筑师如何通过人工环境建设为人类的生存和繁衍作出自身的贡献？（引自《北京宪章》）联合国作为数十亿地球人的组织，向世界各国提出“只有一个地球”的忠告，并发出了“只有一个地球，对一个小小行星的关怀和维护”的紧急呼吁，号召为了我们人世间宝贵的家园，为了人类自身的继续生存，对地球—自然界中万物和谐生长的唯一载体，要体贴、要爱护、要宽容、要竭尽全力去延缓它的退化、避免它的灾难临头。爱护地球就是爱护人类自己。

人类进入21世纪后，生活水平将普遍提高，届时人们想得更多的必然是人生至为关键的目标之一“安居乐业”（后汉仲长统《昌言》一文：“安居乐业，长养子孙，天下宴然”）。从广泛意义上讲，只有先安其居，方能后乐其业，随着生活质量的日益提高，人类从生态系统中的索取也必然越来越多。因此，今后人类面对的将是越来越复杂的生态环境问题。作为自然界中一分子的人类，或者说人类本身就是自然之子，是约50亿年地球史近10亿年有机生命中演化的优秀产物。人类至今还完整地保持着自然的属性，因为人的一切活动都离不开自然物质作基础，文化创造、人间奇迹都有赖于自然提供生存环境，以其无言的法则暗示于人以智慧的最佳启迪。自然也是人类行为的绝对制约因素。虽然人类史上有“天之所能者，生万物也；人之所能者，治万物也”之说，但面对万物（自然）在治中勿忘中庸，要恪守东方传统的节俭美德，慎对需求和可能之间的适合度的把握，切忌杀鸡取卵、竭泽而鱼、更不得火中取栗。尊重自然、保护生态、立足发展、勿忘极限。

生态学研究、环境治理的优劣程度并无恒定不变的标准。随着社会改革的深化、经济、技术、文化以及人类思想的发展变化，随时处于一个动态的意象终极。沿着自然规律，不断调整、演进、摸清规律、有的放矢，人类生态环境必然会出现柳暗花明又一村的美好前景。

生态学研究任重道远，生态建筑设计与可持续发展建筑的深化与实践不仅是摆在建筑师面前的必修课题，也是人类为之奋斗的永恒主题。