现代城市绿色生态型高层建筑设计要点探析

来源:用户上传      作者: 胡 南

　　摘要:绿色生态建筑设计已然成为现代高层建筑设计的一种潮流和发展趋势。本文结合笔者多年建筑设计实践,详细阐述了现代城市绿色生态型高层建筑设计理念和具体思路,并结合实例,从多方面对绿色生态型高层建筑设计要点探析进行了探析和说明。
　　
　　关键词:高层建筑;绿色生态;生态设计;建筑设计;可持续发展
　　
　　Abstract: The green ecologically-safe building design already became the modern high-rise construction design one kind of tidal current and the trend of development. This article unifies the author many year architectural design practice, elaborated in detail the modern city green ecotype high-rise construction design idea and the concrete mentality, and unify the example, searched from the multi-aspects to the green ecotype high-rise construction design main point analyzes carries on searched analyzes and explained.
　　
　　Keywords:high-rise construction;green ecology;ecology design;architectural design;sustainable development
　　中图分类号:TU241.91
　　文献标识码:A
　　文章编号:1008-0422(2010)08-0154-03
　　
　　1概述
　　高层建筑发展到今天已成为业内外人士争论的焦点,因为高层建筑在施工建造过程中的确消耗大量的资源和材料,在运行过程中也耗费大量的能源并排出大量的废弃物,从节能的角度存在较大的弊端。但是在当前土地资源紧缺情况下,因为高层建筑占地更少,可以节省更多空间进行绿化,并改善城市环境,尤其是高层建筑在城市的标志性和象征性使人们对它难以忘怀,它的作用是其它建筑形式无法取代的,因此,有利的一面也相当明显。
　　因此,当今高层建筑创作中技术表现的一种倾向,就是生态环保观念和可持续发展观念的介入,高层建筑设计开始“绿色”化,许多建筑师都在以各种方法尝试着将“绿色”技术运用到建筑设计之中。日光反射材料、光控遮阳构件及各种新奇的控制阳光辐射和热量进入的外墙做法,不但有效地起到节能功效,而且还增添了建筑外观的魅力,给人以强烈的“科技感”。
　　应当指出,这种技术表现并不是简单地利用人工设备和各种新型材料去建筑一个“绿色”建筑,而是运用生态学的原理,以高信息、低能耗,可循环性和自调节性的设计理念去创造一个节能的系统,通过“技术性思维”来改变传统的设计观念。事实上,当今城市的高层建筑,不论其外在表象的价值取向如何,也不论其从属于哪一流派,都或多或少地寻求通过技术表现的手段,去表达信息社会的审美意象,利用新材料和新技术去体现时代感。因此,绿色生态建筑设计已然成为现代高层建筑设计的一种潮流和发展趋势。
　　
　　2 绿色生态型高层建筑设计理念
　　笔者认为,所谓绿色生态型高层建筑设计是充分利用环境和资源所提供的条件,将生态策略应用到建筑设计中,采取相应的建筑技术和措施,创造出符合生态规律的建筑形态,从而创造一种崭新的、健康的、富于生气的办公或居住的建筑模式。因此,现代城市绿色生态型建筑设计应具备以下设计理念:
　　2.1舒适化的设计理念
　　随着时代的发展和技术的进步,人们对生活和工作环境的品质要求也逐步提高,关注建筑功能的舒适性,以改善人们的生活工作环境,提高人们的生命质量成为建筑智能化的主要发展方向。高质量和高效率建筑环境的创造,始终应当是建筑创作的目标。当代建筑学、生态学及其它科学技术成果的综合,为建筑创作提供了新的设计思维。健康舒适的环境概念是指:优良的空气质量,优良的温湿度环境,优良的光、视线环境,优良的声环境;应对的建筑设计方法:使用对人体健康无害的材料,减少VOC(挥发性有机化合物)的使用,对危害人体健康的有害辐射、电波、气体的有效抑制,充足的空调换气,对环境温湿度的自动控制,充足合理的桌面照度,防止建筑间的对视以及室内尴尬通视,建筑防噪声干扰,吸声材料的应用等等。
　　2.2运用自然体系设计理念
　　高层建筑设计中运用自然体系的目的是为了最大限度地获取和利用自然采光和通风,创造一个健康、舒适的人工环境。阳光和空气始终是人类赖以生存的物质条件。但照明和空调人工技术的普及和发展,使得自然体系的运用受到忽视,同时也对建筑环境产生了负面的影响。人们如果长期处于人工环境中易出现“病态建筑综合症”及“建筑关联症”,如疲劳、头痛、全身不适、皮肤及黏膜干燥等等。因此,在现代高层建筑设计中,应注重自然采光和自然通风与高新技术手段的结合。自然通风可利用现代空气动力学原理,采用风压与热压及二者结合等多种途径实现;在自然采光方面,保证良好的光环境同时,为避免直射眩光和过量的辐射热,可采取多种创新方式。
　　2.3自我调节“生命体特征”理念
　　从高层建筑的“生命周期”来看,从决策过程→设计过程→建造过程→使用过程→拆除过程,表现出类似生命体的那样的产生、生长、成熟和衰亡的过程。同所有生命体一样,高层建筑应当具备自我调节和组织能力以利于自身整体功能的完善。这种自调节一方面是指建筑具有调节自身采光、通风、温度和湿度等的能力,另一方面建筑又应具有自我净化能力,尽量减少自身污染物的排放,包括污水、废气、噪音等。
　　
　　3 绿色生态型高层建筑设计思路
　　诚然,建立生态的建筑系统是一项综合的复杂的任务,实际上,建筑与自然环境的协调统一,一直都是建筑师探讨的课题。因此,在生态设计理念下,建筑设计时应注重营造完整的生态系统,注重建筑与自然生态的平衡,同时最大限度考虑建筑节能,具体思路如下:
　　3.1注重生态型高层建筑空间组合设计
　　高层建筑空间设计,要综合考虑到建筑空间的组合,庭院空间利用,工作场所的布局特征和空间的经济性问题。而生态设计要求空间分区应进一步考虑节能和舒适度的需求。建筑内部不同的空间对温度、自然光和景观的要求是不同的。如普通办公室对温度要求苛刻,其次是会议室和多功能厅,门厅、走道和楼梯交往空间等对温度的要求相对较低。因此交往空间可以作为内外环境的缓冲区,它的设定温度可以更接近室外,从而形成了室内外温差的梯度转换。这不但可以优化能源消耗,亦能减轻人们对室内外剧烈的温度变化造成的不适感。
　　生态设计对传统设计实践的发展是:从功能分区、动静分区进一步扩展到光、气、舒适度的环境缓冲分区。生态化设计在确定交通核位置时,不仅仅出于经济性和结构均匀性的考虑,也出于热工效应和环境舒适性的考虑。最有效的平面空间布置是东西向双核,南北为主朝向的模式。这样,电梯厅、楼梯和卫生间有了自然的采光和通风及朝外的视野。

　　由英国著名建筑师福斯特设计的德国法兰克福商业银行在这方面为人们提供了一个成功的范例。该建筑共53层,高达300m,建筑被划分为4个组,每组包括12层的单元――“办公村”,每个“办公村”都有一个4层高的空中花园,共有9个。建筑平面呈三角形,3个核(由电梯间和楼梯及服务设备组成)构成的3个巨型柱布置在三个角上,巨型柱之问架设空腹拱梁,形成3条无柱办公空间,其间围合出的三角形中庭,如同一个大烟囱。为了发挥其烟囱效应,组织好办公空间的自然通风,经风洞试验后,在3条办公空间中分别设置了多个空中花园。这些空中花园分布在3个方向的不同标高上,成为“烟囱”的进、出风口,有效地组织了办公空间自然通风。三角形平面又能最大限度地接纳阳光,创造良好的视野,同时又可减少对北邻建筑的遮挡。因此,大厦被冠以“生态之塔”、“带有空中花园的能量搅拌器”的美称。
　　3.2强调建筑物结构体系的生态化
　　人类的建筑活动自古以来就在有意识或无意识地涉及生态问题,人类文明是在模仿自然和适应自然规律的基础上不断发展起来的,因此建筑创作需要不断地从自然界中汲取灵感。建筑结构形态对自然界的模仿不仅蕴含着高超的技术含量,而且还体现出极富张力的美学特性,采用与生长环境相适应的结构是最佳的结构形式。
　　1)树的结构形式:根、树干、树枝组成的支撑体系,不但可以支撑起植物的重量,抵抗水平荷载,以最合理的方式传递力,同时,还保证了植物的健康成长,在错落有致的树枝、树杆间保证每个部分充足的日照。树的形式一直在被不断地反复探索。如西班牙建筑师卡拉特拉瓦追求的是运用理性的手段传达出结构的动势,他设计的加拿大多伦多BCE文化广场中庭采用优雅的刚结构,他通过模拟树干分叉的生长肌理,创造出两边的支柱与顶棚的弧形肋架。结构构件传力的特点通过特定的树形组合被清晰地表达出来。使观赏者凭借着常识和经验,可以自然而然地产生这种类比的心理。
　　2)竹的结构形式:竹子具有外直中空、劲节挺拔的外形。从生物力学的角度来说,竹子直径与高度之比如此悬殊,而能在劲风中不屈不挠,原因是其中空和节段的结构。李祖源把从竹子“节节相生之形”“空为大川的竹之本质”应用到101大楼设计中。101大楼由8层段组成,外形似塔,更似节节相生的竹子。正如“中空”的竹节,大楼内部挑空处理,使其结构可承受2500年回归周期的大地震,并可承受17级60m/s以上的风速。
　　3.3做好建筑物的“表皮”生态设计
　　“建筑表皮”是指具有改变建筑室内外物理环境功能的建筑外围护结构,包括外墙、屋面和底层架空的楼板以及与其共同作用改变建筑室内外物理环境的附属构件,如遮阳设施、表面绿化等。建筑表皮作为内外空间的转换介质,通过室内外物质、能量、信息等交流对物理环境因子具有反射、吸收、透射和转换等作用,不同程度地改变建筑室内外物理环境的品质。建筑表皮所使用的材料及其构造方式不同,会对室内外声、光、热等物理环境产生积极或消极的影响。传统的建筑设计多关注表皮的装饰功能、视野以及表面视觉机理等的建筑学因素。而具有生态环境的建筑设计也会同时关注表皮的控制和支撑功能:关注太阳辐射热、自然光、风、人的生理舒适度、烟雾和有机化合物气体的污染等要素。
　　2003年在托马斯・赫尔佐格设计完成的德国建筑工业养老金基金会办公楼中,片状金属板在立面上的应用是该设计的一个特征。其建筑表皮不仅注重形式上的美感,并且能起到采光和遮阳的作用。在建筑北面,这些金属板可将顶光反射到房间内部,在南立面,设计了一个近似镰刀形的调节装置。正是这个精致的可调节构件协调好建筑表皮遮阳与采光的关系,它可在阴天时将天空扩散光反射到室内;而当阳光照射时,构件则转到垂直方向的遮阳板的位置上起到遮阳作用。
　　3.4在建筑形态设计时应着重考虑生态与节能
　　绿色生态型办公建筑的形体应该是有利节能的。建筑师熟悉建筑形体系数与能量损失的关系。球体的形体系数最小,其次是圆柱体,再次是方柱体。形体系数是影响建筑热量得失的重要因素,建筑形体系数越大,传热损失就越大。较小的形体系数不但有利节能,还意味着潜在的围护结构建材的节约和优化。
　　
　　4设计实例应用
　　某建筑工程项目总用地面积12000m2,总建筑面积65750m2。地下3层,地上32层,其中裙楼5层、总高118.50m,集酒店、办公、会议于一体的一座综合性超高层建筑,见图1。本工程建筑设计处处体现绿色生态节能和以人为本的建筑设计理念,具体设计要点如下:
　　4.1空间组织及造型风格
　　对于一个城市而言,超高层建筑往往具有一定的代表性和象征性,选择合理的造型就显得尤为重要。塔楼是它的主体部分,其表现形式对超高层建筑的造型起着决定性的作用。超高层建筑由于其结构形式的限制以及使用功能的要求,在造型上往往追随于建筑的结构形式而不能有太多的变化。本建筑采用一定弧度外形设计,造型力求简洁现代,整体挺拔俊朗。设计时本着绿色设计的理念,尽量少的采用大面积玻璃幕墙,从而减少光污染减少形成高压风带和风口并与周围现有建筑相协调,整体形成有韵律感的错落关系,共同构筑起丰富多彩的城市界面。
　　超高层建筑的裙房虽然对城市影响较小,但它对于街道的尺度和人性化空间的创造等方面却有着重要的意义。本建筑裙楼立面设计不同于上部,通过不同形式的玻璃幕墙、实墙和广告牌等元素的有机组合,使下部空间丰富多彩而生动。在主入口前设置大型广场,与地下商业空间相连,使得地上空间引入到地下,扩大了空间界面,非常富有情趣,给人留下深刻印象。独特的广场空间,以人和环境为设计重点,不仅为公众提供了一个舒适的休闲场所,而且使塔楼的形象特征更加突出。
　　4.2精彩的顶部设计
　　超高层建筑顶部是构成城市天际线的重要因素之一,造型独特的顶部设计对超高层建筑的整体形象起着画龙点睛的作用,并成为林立在建筑群中区别于其他建筑的一个重要标志。
　　本建筑顶部在白天透射出天空的湛蓝,晚上则成为灯塔,其顶部与主体立面形成退台,建筑的顶部需要一定的功能用房即解决了隔热、遮阳、改善室内微气候以及节约资源等功能。运用“隐蔽”的手法,采用高高的女儿墙、精巧的屋顶、半透明的建筑材料将顶部的功能用房隐藏起来,顶部条纹在材料、色彩上和中段相呼应。
　　4.3功能分区
　　平面形式灵活,可根据功能需要,分隔成无限种类型,使得空间利用率最大化,适应市场的需求,且没有死角,有利于采光通风。核心筒为正三角形,居于平面中央,三个方向的对称性,对结构抗震十分有利,且节能效果好。
　　在功能布置上:6层～20层为酒店客房和公寓;21层～31层为办公楼,裙楼――结合用地形状设计,呈梯形,切角处退让出广场空间,主要功能为商场、餐饮以及酒店一系列的配套用房。
　　在设计中,从第6层到第7层在塔楼四侧设计了一个贯通两层的内凹式空中花园。它是办公室与外界空间的过滤区域,引入了绿草、植物、阳光等生态因子,成为终日困于低矮室内的人们舒缓疲劳、释放心灵的最佳场所。茂盛的绿叶遮挡了灼热的直射阳光,释放了氧气改善了空气微环境的质量,蒸发吸热降低了围护结构平均温度,整个“生态边框”变成了人工环境和自然环境间的绿色调节器。与此同时,它对人的心的理安抚作用也是不可忽视的。
　　从以上分析可以看出,本建筑整体布局与平面功能上强调了生态设计理念,充分利用现有场地空间,最大限度满足建筑自然通风,并布置绿化景观的需要。
　　4.4建筑节能多元化设计
　　超高层建筑的能耗为一般建筑的数倍,这是个综合性的课题,节能设计是重点,主要包括:新能源的开发和应用,选择低能耗的设备智能化的管理,有效利用自然资源和管理资源,使建筑和设备方面的寿命成本最小,减少污染并达到可持续发展。从建筑设计角度讲,群体布局单体设计、构造处理都是节能的关键。
　　4.4.1运用建筑设计手法实现节能设计
　　本建筑在总体布局上,通过主楼和群楼进行退让,把沿街角打开形成广场,引导风向进入室内,减少能耗并降低噪音。在单体设计上,裙楼及主楼6~20层酒店客房按公共建筑节能要求进行设计,主楼21层以上办公及公寓部分按居住建筑进行节能设计。各屋面主要保温层采用30厚保温防水一体化材料硬质泡聚氨酯,导热系数0.028;外墙主要保温材料采用20厚挤塑板,导热系数0.03;门窗及幕墙的玻璃均为浅灰色L0w―E中空玻璃,传热系数3w/m2・K,自身遮阳系数0.4~0.45,气密性5级,水密性4级。合理设计外窗开启扇,有效利用空气自然对流。幕墙外的竖向金属线条不仅能在视觉上形成强烈的韵律感,同时也是有效的竖向外遮阳。
　　4.4.2运用技术手段实现节能设计
　　生活热水系统为全日供应热水,供应对象为主楼6~20层酒店客房、裙楼内的餐厅、厨房。热源采用各自独立热泵机组及热回收空调机组供热。裙楼屋顶的泳池、员工的淋浴间采用太阳能热水器供应热水。
　　中央空调系统的设置:主楼酒店客房及办公楼均采用风机盘管加新风的方式,采用动态平衡控制系统,实行自动调节和分段控制,最大限度实现建筑整体节能。
　　
　　5结语
　　综上所述,绿色生态型高层建筑设计是建筑实现未来可持续发展的一种设计方向。除了从“绿”字下手,建立了包括屋顶绿化、室内绿化在内的立体多层次绿化体系,我们还应从能源、材料等方面研究生态原则的运用,试图实现建筑学更广泛意义上的生态化,从而趋利避弊,使高层或超高层建筑得到进一步发展。
　　
　　参考文献:
　　[1]绿色建筑.西安建筑科技大学绿色建筑研究中心.北京,中国计划出版社,1999.
　　[2]曹伟.生态建筑,生态建材,发展战略[J]新建筑.2005.5.
　　[3]彼得・摩里著,王桂祥译.生态建筑[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

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