生態(tài)建筑設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方法研究-石樂萌

生態(tài)建筑設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方法研究石樂萌摘要：生態(tài)建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)技術(shù)集成的設(shè)計(jì)，如能源優(yōu)化問題、污水處理問題、太陽能的采用問題等，需要建筑師和其他各專業(yè)的工程師共同合作，通過運(yùn)用基本的生態(tài)技術(shù)策略，使人、建筑與自然生態(tài)環(huán)境之間形成一個(gè)良性的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑的生態(tài)化。本文主要分析了生態(tài)建筑設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方法，旨在為促進(jìn)建筑和自然生態(tài)環(huán)境之間的良性循環(huán)提供參考。

關(guān)鍵詞：生態(tài)建筑設(shè)計(jì)；原理；方法

前言

以建筑設(shè)計(jì)為著眼點(diǎn)，生態(tài)建筑設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)為：利用太陽能等可再生能源，注重自然通風(fēng)、自然采光與遮陰，為改善小氣候采用多種綠化方式，為增強(qiáng)空間適應(yīng)性采用大跨度輕型結(jié)構(gòu)，水的循環(huán)利用，垃圾分類、處理以及充分利用建筑廢棄物等。從中可以看出，不論哪方面都需要多工種的配合，需要結(jié)構(gòu)、設(shè)備、園林等工種，建筑物理、建筑材料等學(xué)科的通力協(xié)作才能得以實(shí)現(xiàn)。這其中建筑師起著統(tǒng)領(lǐng)作用，建筑師必須以生態(tài)的觀念、整合的觀念從整體上進(jìn)行構(gòu)思。

1.生態(tài)建筑設(shè)計(jì)原理

1.1設(shè)計(jì)與自然相融原理

由于整體生態(tài)系統(tǒng)的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其組成部分功能之和，所以在進(jìn)行建筑活動時(shí)，必須首先明確或預(yù)測整體生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。建筑作為地球生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，建筑活動應(yīng)優(yōu)先考慮建筑生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能需要。保護(hù)地球生物圈的植被，合理利用地球資源，維護(hù)生物多樣性，消除環(huán)境污染，維持生態(tài)平衡，是當(dāng)今建筑活動必須首先考慮的問題。另外，要使建筑生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能合理優(yōu)化，要求在建筑活動時(shí)，不僅要關(guān)注“生物人”和“社會人”的生態(tài)需要，同時(shí)還要顧及其他生物生存和發(fā)展的需要，強(qiáng)調(diào)生物物種和生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值和權(quán)利，認(rèn)為物種和生態(tài)系統(tǒng)具有道德優(yōu)先性。長期以來，建筑活動忽略了建筑服務(wù)于其上層系統(tǒng)的功能，只考慮到人的生存發(fā)展需要，由此造成了盲目建設(shè)，濫用資源，使地球生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞?！罢w優(yōu)先”的原則，要求在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，局部利益必須服從整體利益，短期利益必須服從長遠(yuǎn)利益[1]。

1.2充分利用自然資源的設(shè)計(jì)原理

在目前資源匱乏的現(xiàn)狀下，特別強(qiáng)調(diào)對能源的高效利用，對資材充分利用和循環(huán)利用，充分體現(xiàn)“4R”原則：

1）Reduce，減少對資源的消耗。例如，節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材等，減少對環(huán)境的破壞，減少對人類健康的不良影響；在設(shè)計(jì)中盡量采用本地材料，減少或避免使用制造、加工、運(yùn)輸和安裝過程耗能較大、對環(huán)境不利影響較大的建筑材料或構(gòu)件；

2）Recycle：對建筑中的各種資源，尤其是稀有資源、緊缺資源或不能自然降解的物質(zhì)盡可能地加以回收、循環(huán)使用，或者通過某種方式加工提煉后進(jìn)一步使用；同時(shí)，在選擇建筑材料的時(shí)候，預(yù)先考慮其最終失效后的處置方式，優(yōu)先選用可循環(huán)使用的材料；

3）Reuse：在建筑活動中，重新利用一切可以利用的舊材料、構(gòu)配件、舊設(shè)備、舊家具等，以做到物盡其用，減少消耗。在設(shè)計(jì)中，要注重建筑空間和結(jié)構(gòu)的靈活性，以利于建筑使用過程中的更新、改造和重新利用；

4）Renewable：指盡可能地利用可再生資源，例如，太陽能、風(fēng)能等，它們對環(huán)境無害，且是可持續(xù)利用的。

1.3與周圍環(huán)境相適應(yīng)的設(shè)計(jì)原理

首先是與周圍自然環(huán)境相適應(yīng)。提倡采用“被動式”設(shè)計(jì)策略，提高建筑對環(huán)境氣候的適應(yīng)能力。研究及實(shí)踐表明，與當(dāng)?shù)貧夂?、地形、地貌、生物、材料和水資源相適應(yīng)的建筑，與忽視其周圍環(huán)境、完全依靠機(jī)械設(shè)備的建筑相比，具有更舒適健康且更高效的性能。很好地利用場地現(xiàn)有的各種免費(fèi)自然資源，同時(shí)減少使用稀缺而昂貴的設(shè)備，是讓使用者與其自然環(huán)境有所聯(lián)系的同時(shí)減少建筑造價(jià)的最佳途徑。其次是與周圍人文環(huán)境相適應(yīng)。體現(xiàn)和延續(xù)地方文化和民俗，注重歷史文物和建筑的保護(hù)，發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)精華，并適應(yīng)人文環(huán)境的新需要[2]。

1.4注意過程環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)原理

建筑生態(tài)系統(tǒng)是不斷變化發(fā)展的，在進(jìn)行生態(tài)建筑設(shè)計(jì)時(shí)。要充分考慮這種變動性，并找到適應(yīng)這種變化的策略方法，從而延長建筑的使用壽命，減少其全生命周期的資源消耗。為此，要求在進(jìn)行生態(tài)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，注重每一個(gè)環(huán)節(jié)，預(yù)測其環(huán)境和建筑本身在未來可能發(fā)生的變化，并提出相應(yīng)對策。另外，樹立防患于未然的設(shè)計(jì)意識，具有實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)上的雙重意義。例如：采用低毒或無毒建筑材料和施工方法，比通過大量通風(fēng)稀釋室內(nèi)有毒空氣成分的方法更加有效。通過設(shè)計(jì)減少供熱、制冷和采光需求，比安裝更多或更大型的機(jī)械/電力設(shè)備要更加經(jīng)濟(jì)。

2.生態(tài)建筑設(shè)計(jì)方法研究

2.1遵循自然規(guī)律的設(shè)計(jì)方法

（1）最小擾動量的場地平整與開發(fā)

土地開發(fā)往往會打亂原有的場地條件，以建立新的場地條件，這種擾動通常會導(dǎo)致水土流失、動植物數(shù)量驟降、水體面積縮減等。生態(tài)設(shè)計(jì)要求在場地設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮場地原有的生態(tài)環(huán)境功能，并尋求良好的方法，以盡可能最大限度地保全和利用場地的原有地形和自然環(huán)境要素，包括土壤、植被，動物、水體等。

（2）鄉(xiāng)土植物的運(yùn)用

應(yīng)用植物材料進(jìn)行場地設(shè)計(jì)必須考慮植物本身的生長發(fā)育特性，及其與周圍自然環(huán)境的關(guān)系。從地方氣候、立地條件出發(fā)，在設(shè)計(jì)中盡量使用地方性鄉(xiāng)土植物材料是生態(tài)設(shè)計(jì)的重要途徑之一。

2.2創(chuàng)造適宜的建成環(huán)境

在預(yù)先研究基地既有微氣候特征（包括日照、風(fēng)、水，氣溫等）的基礎(chǔ)上確定建筑和戶外活動場地的選址，并為建筑的外部環(huán)境設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在周圍環(huán)境允許的情況下，戶外活動場地的選址應(yīng)盡可能地接受陽光照射，在場地布局中需要考慮太陽的季節(jié)性交動以及現(xiàn)狀和擬建構(gòu)筑物對于陽光的遮蔽。建筑布局和尺寸、外形設(shè)計(jì)應(yīng)有效緩解建筑，特別是高層建筑形成的風(fēng)力效應(yīng)的負(fù)面影響，主要包括街角旋流、下沉氣流和尾流等[3]。

2.3遮陽與天然采光設(shè)計(jì)

建筑遮陽設(shè)計(jì)可以運(yùn)用屋檐、挑檐、遮陽板、窗簾、百葉窗等構(gòu)造措施以及建筑周邊綠化，達(dá)到調(diào)節(jié)日照、節(jié)省能源的效果。例如：百葉窗和保溫窗簾具有改善室內(nèi)熱環(huán)境的作用，夏季可以反射陽光，減少熱量的侵入，冬季則可以減少熱量的散失；在低層建筑的南向栽種落葉植物，夏季可以遮擋陽光，而冬季又不太影響太陽輻射熱的獲得；在西向墻面栽種攀緣植物進(jìn)行立體綠化，可以吸收大量的西曬熱量等。

建筑設(shè)計(jì)中對自然光的利用主要有直接利用和間接利用兩種：直接利用是將從采光口進(jìn)入的自然光直接用于室內(nèi)照明；間接利用是通過金屬反光板和其他反光面的設(shè)置將入室的自然光再分配，可以給室內(nèi)深處照明，這種方法可用于大進(jìn)深房間和對光線均勻度要求很高的博物館建筑中。建筑的開窗位置，窗戶的朝向、面積和傾斜度，建筑進(jìn)深和層高，建筑周圍綠化和其他建筑等都是影響天然采光質(zhì)量的重要因素[3]。

2.4自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

利用建筑迎風(fēng)面和背風(fēng)面的壓力差進(jìn)行通風(fēng)是生態(tài)建筑通風(fēng)常用的方法。壓力差的形成與建筑的形式、建筑與風(fēng)的夾角以及周圍建筑布局等因索相關(guān)（圖1）。在設(shè)計(jì)中，通常使用活動韻窗戶或其他類型的室外空氣進(jìn)口，有時(shí)還會使用翼墻增加空氣對流。利用風(fēng)壓來實(shí)現(xiàn)建筑自然通風(fēng)，首先，要求建筑有較理想的外部風(fēng)環(huán)境；其次，建筑應(yīng)面向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，房間進(jìn)深較?。ㄒ话阋诵∮?4m），以便形成穿堂風(fēng)。

2.5建造材料的有效利用

在生態(tài)設(shè)計(jì)中，對于建造材料的選擇與設(shè)計(jì)主要考慮的是高效原則，包括對當(dāng)?shù)亟ú?、廢棄建材、構(gòu)筑物和廢物、綠色材料的有效利用。這通常可通過更新改造、減少使用，重新使用、循環(huán)使用這4種方式達(dá)成。其中，更新改造通常是指對于場地上既有的質(zhì)量較好，具有一定歷史文化、景觀或生態(tài)價(jià)值的建筑物、構(gòu)筑物進(jìn)行改造，以滿足新功能需要。這樣可大大減少資源的消耗并降低能耗，減少扔向自然界的廢棄物，還可節(jié)約因拆除而耗費(fèi)的財(cái)力、物力，實(shí)現(xiàn)開發(fā)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。

3.結(jié)語

總的來說，建筑生態(tài)設(shè)計(jì)需要充分考慮場地的功能、建筑物位置、設(shè)計(jì)元素組成、能源和資源制約，以及使用活動等多種因素相互關(guān)系基礎(chǔ)之上的合理化設(shè)計(jì)，是一種多學(xué)科專家參與的，集成式設(shè)計(jì)的概念。在生態(tài)設(shè)計(jì)中，只有將每個(gè)場地、每幢建筑，每個(gè)微小的設(shè)計(jì)元素都被視為一個(gè)生命體，才能使建筑在不斷變化過程中保持健康狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鵬，譚剛.生態(tài)建筑中的自然通風(fēng)[J]