建筑设计的自然观与科学观：建筑的整体化设计策略

上一篇 / 下一篇 2007-01-08 10:53:32

(发表于《建筑学报》2006.02)绿色建筑博客Ovp!J1A9H0F2}8b

摘要：本文以一个实际工程为例，提出建筑设计不仅仅是功能性与艺术性的综合，应该更全面地考虑与之相关的因素，即建筑的整体化设计策略新主张：建筑设计应该从建筑所处的环境出发，充分利用自然环境资源；运用科学的模拟技术，对建筑进行评估和改善；注重提高建筑的舒适度，并减低能耗和建设投资；强调建筑是人与自然的和谐统一，是技术和艺术的有机结合。绿色建筑博客TOi;y+GM

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关键词：整体化设计策略自然环境资源建筑模拟技术高舒适度低能耗绿色建筑博客fV l5uDP,s

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ABSTRACT：An integrated design strategy is carried out by a real case study in order to indicate that architecture design is not only the functional combination and visual enjoyment; other related issues should also be considered, for example, occupant comfort and energy consumption. From this point of view, the utility of natural resources such as solar radiation and wind condition should be one part of the design thinking. The international-level widely used simulation techniques are highly recommended to assist the design process and finally improve the building performance in the future.绿色建筑博客-Dl3COPz5f5E

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KEY WORDS:Integrated design strategy, Natural resources, Simulation techniques, Occupant comfort, Energy efficiency

在全球温度逐渐升高,环境压力日益紧迫的今天,很多经典的建筑概念被质疑：建筑是居住的机器？它的功能性定义是不是应该更宽泛一些？它作为功能载体是否提供了足够的舒适和人们需要的其它重要的东西？或者建筑是凝固的音乐？它的艺术性与其地域性是不可分割的，没有了与自然的呼应对话，建筑是孤独的，缺乏足够的生命力的。在某种程度上,建筑不仅仅是人造的庇护所,同时也是一个科学的有机运行的体系。建筑设计应该更全面地考虑周边环境，整合自然资源，探索建筑的整体化设计策略：它主张采用国际先进的建筑模拟技术对建筑整体或重点部分进行科学的分析、预测,积极响应自然,利用自然的能量(风能及太阳能等)替代部分日趋贫乏的可用自然资源,防止一些本来可以避免的问题在建筑建成后才被认识,从而增强建设信心,减少盲目投资。它排斥人工的、机械的建造方式,对空调设备营造的人工环境带来的社会能源大量消耗和由此而带来的对人们健康的潜在危害提出质疑,主张建筑与城市发展应该追求与自然的和谐发展与对话关系,通过自然的介入来提高环境品质,降低消耗。在非洲沙漠地区,聪明的白蚁可以通过建造方式的调整,在外界温度高达50摄氏度的情况下依旧保持巢穴的适宜温度(30摄氏度左右),这让我们充分的相信环境舒适品质的提升可以通过改变相应的建造方式来达到而不一定是只有高科技的手段才能达到。这种舒适度的提高是基于对自然与人的充分关怀,继承自然与人类固有的相互依存的本质。总而言之,建筑的整体化设计策略可以从投资人的角度审视开发建设成本和运行成本,在建筑全生命周期的层面上力求减少所有不必要的甚至是浪费的投资,同时也探索在建筑中引入自然因素,提高环境品质减低能源消耗的方法。

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下面通过一个案例来形象的说明建筑整体设计的基本策略。

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这个项目位于上海，分三期滚动式开发：一期由大型商场和两栋高层办公建筑组成(已建成使用)；二期为高层住宅(基本完成)；三期与一期性质相同(建设前期),计划为6层商业群房与一栋高层办公塔楼。在一期开发用地与另外两块用地之间是一个L型的两层商铺，与一期商业群房形成了颇具人气的商业街，模型如图1所示。目前在L型商业街的转角处为一个圆形的室外广场，面积大约1000平方米，天气适宜的时候人们可以在阳光下喝咖啡。结合三期的发展和对整体功能的调整完善，这个圆形的室外广场最初计划被改造成一个完全的室内空间，主要作为餐饮空间，也兼具交通枢纽的功能。透明的玻璃屋面和局部增建的玻璃墙体在功能上及视觉要求上完全符合需要，但是即将发生的建设成本(空调设备)和运行成本(每年的空调用电费用)会给经营带来极大的压力，因为在上海的气候条件下，这样一个玻璃盒子将在冬天的采暖和夏天的制冷上带来不可估量的空调负荷。具有前瞻眼光和环境责任感的开发商与建筑师决定尝试另外一种方案，保留屋盖，取消墙体，使这个空间既能够作为灰空间联系不同的建筑空间，也可以成为雨雪天气中人们的保护屏障，并能够享有空间中部增加的几百平方米的餐饮空间带来的经济上的长期收益。这是一个很好的想法，但是关键问题是如何保证人们可以在这个空间中一年四季自得其乐地享受悠闲的时光？风是不是足够的温和？温度是不是过冷或过热，周围的声环境适合人们聊天和喝咖啡的需要吗？新的建设会不会给周边的居住建筑带来干扰甚至给开发商带来扰民索赔产生的经济损失？这是一个商业运行空间，如果它不能够提供最起码的舒适条件，那么人们即使有停留的愿望,在生理上也是做不到的，由此产生的商业损失是巨大的。环境咨询顾问基于以上的疑问进行了一系列的研究，在建筑设计，材料选择和投资重点等方面提出了建设性的意见，并综合所有的研究成果，以设计概念草图的形式进行了直观的表达。绿色建筑博客c1Z/Dz:y2U

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1.气候条件分析

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上海位于典型的冬冷夏热地区，夏季最高温度可达38摄氏度左右，最冷月温度却可能低于零下5度，并伴随着全年较高的相对湿度。如果参照通常的建筑室内舒适度标准(18-26摄氏度)，上海地区全年四分之三的时间都需要空调或其它设备制冷或采暖来满足舒适度的要求。这给上海地区的节能降耗提出了挑战。上海太阳能资源相对而言很丰富，七月份水平平面的太阳能强度可以达到每平方米200千瓦时，既给利用太阳能提供了可能，也说明夏季遮阳的必要。风是很宝贵的资源，但是冬季的西及西北风是要着意避免的，而夏季的东南方向盛行风则是应该被充分引导和利用的。

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2.什么样的环境是舒适的？绿色建筑博客 o$gP_L(OQ

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就这个项目而言，圆型屋盖下的空间既不是纯室内，也不是完全室外的。在这个空间中所发生的人的行为方式也是多样的,匆匆经过的、流连忘返享受购物乐趣的或者坐下来休息的；人们的行为方式的不同对舒适度标准的确立也出了不同的要求。在这个项目中,我们把舒适度的内容分割为主要的三部分：风环境、热环境和声环境,并对各自的舒适标准进行了研究、确立。绿色建筑博客!b ];V(nL(V W

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■风环境：绿色建筑博客 m!`i U4S

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尽管前面提到过，夏季的风原则上是受欢迎的，但是必须明确的是如果风速过大，会导致不舒服，甚至带来危险。在城市环境中，在某个街角转弯处突然加剧的风速会让行人促不及防,年老或体弱的人更难应付这种状况。风环境的好坏也会直接影响到一个商业空间经营的效果因为一个看起来很适宜的空间，如果风速过大，便剥夺了人们坐下来小憩片刻的可能。建筑的布局和体量组合会直接影响到风环境,图2表示了动态的风与建筑体量相互作用可能产生的情况。另外必须明确的在一个城市环境中,对于风环境的评价往往是主观的，与行为方式(走路或坐)、穿衣服的多少、年龄和健康状况有关。在英国广泛应用并得到国际认可的LAWSON评价标准(表1)，建议了每种不同的行为方式的最大舒适风速。它同时建议：绿色建筑博客'WF4[LL;K|\