高层建筑生态设计策略

摘要：从环境理念出发，通过对人类环境构成的分析，从环境的角度阐述高层建筑的生态设计手法。针对场地设计与选址；应对城市“热岛”与“干岛”效应的策略；高层建筑的生态设计需要强调竖向的特点，提出竖向绿化、竖向城市化和竖向通风的设计理念。以此达到高效、节能的目的。

关键词：日照、风向、竖向交通、烟囱效应、热岛效应

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

对于城市发展的趋势研究，世界上有两种理论模式：扩散型的城市发展模式与紧凑型的城市发展模式。前者认为城市化进程对于土地、资源、空间的需求不断增加，同时拥挤的环境带来低劣的生活品质，因此扩散的形态可以满足城市发展的需要；后者则反对近来兴起由于汽车普及引发的离散聚居的概念，反对城市的无限扩张，认为应将其转换成高密度、整体、具有一定建筑高度的城市。基于我国土地资源紧张的现状，提高土地使用的质量与效率是我们的一项基本国策。从“可持续发展”的要求出发，紧凑形的城市应当是适合我国国情的一种发展模式。“紧凑”并非密度越高越好，而是要达到合理的容积率。空间的充分利用与适宜的生态环境达到一个平衡点，才能形成高效、有机的城市结构形态。

一、环境分析

（一）、日照对高层建筑朝向的影响

阳光是人类赖以生存的自然资源，他不仅仅给予人类光明，还赐予我们能量。因此充分利用阳光(日照)是最经济、最合理的低碳节能环保途径，建筑的的布局更应该考虑日照因素。

1.建筑的基地应选择在向阳的平地或山坡上，以争取尽量多的日照，为建筑单体的节能创造先决条件；

2.设计建筑的(向阳)前方无固定遮挡，任何无法改造的“遮挡”都会令设计建筑采暖负荷增加，造成不必要的能源浪费；

3.建筑位置要有效避免西北寒风，以降低建筑围护结构(墙和窗)的冷风渗透；

4.建筑应满足最佳朝向范围，并使建筑内的各主要空间有良好朝向的可能，以使建筑争取更多的太阳辐射。建筑的“最佳朝向”具有明显的地域特征，它是在综合考虑了当地地理、气候条件下对朝向的研究结论。“最佳朝向”考虑的因素有：冬季日照和防风、夏季防晒和自然通风、降雨、利用地形和节约用地等。

5.建筑相对位置的合理布局或科学组合，可取得良好的日照，并同时可以组织建筑的阴影效果达到遮阳之目的。

（二）、风对高层建筑朝向的影响

高层建筑对环境的气流影响也比较大。由于建筑的存在，可能在地面层产生令人不适的强风。通常建筑物的迎风面为正压区，背风面为负压区。体形过长、过宽的高层建筑，会在背风面形成旋涡区，对自身通风有利，但对其后的建筑通风很不利。

1.建筑规划合理布置。减小受风面面积，建筑体块布置顺主导风向摆放。

2.建筑平面和剖面形状合理选择。在高层住宅部分设置空洞、高层建筑周围设裙房或挑檐。

3.设置有关的遮蔽物，例如绿化树木、围墙、防风网、隔断式拱廊等。这应设置在建筑易产生气流剥离的角部及其周围。

4.重视细部设计。如在冬季主导风迎风面设计水平向的板状构件，有利于高层住宅本身的防风需要；利用阳台或线脚的凹凸变化，也可以减弱气流的剥离

二、高层竖向空间组织

（一）、空间的竖向延续

传统的高层建筑空间组织模式，强调竖向的空间堆栈。垂直方向靠电梯进行交通联系。每一层都是封闭、均质的使用空间。空间缺少连贯性，往往是重复、机械的分层，而成为孤立的空间体量。一般高层是相同的平面围绕着电梯、楼梯、服务单元的核心筒。使用者先通过门厅进入电梯，再到达各层。流线追求简单直接，平面布局追求使用面积最大化。设计标准是经济、功能、理性。竖向联系纯粹是交通、机械、设备的要求。当使用者进入大楼后，如同进入了功能化的方盒子。使用者体验到的是单调乏味、整齐划一的空间形态，感觉到紧张和压抑。

然而建筑不是隔绝于自然界之外的独立体系。建筑服务于人，而人是生物体，天生有亲近自然的需求。因而，高层建筑内部也应强调不同功能空间、以及内外空间之间的空间渗透，这样有利于自然环境与建筑空间的融合，提高空间质量，满足人们多方面的精神需求。

现代设计理念强调空间的流动与渗透。城市空间是在二维空间内延伸。由于交通联系的方便，通常建筑与城市以及周围环境之间的联系是以地面层为主，人的活动习惯于平面展开。然而平面的空间容量不能够满足大量的活动需要。城市空间逐渐向立体化方向发展。地面以上多层群房互相贯通，形成整体；地面以下结合地下快速轨道交通，建设“地下城”。城市活动不再仅仅是“一层皮”，而发展成为三维体的概念。

高层建筑的底层与外部城市街道相连接，城市的公共开放空间可以通过竖向连接延伸到建筑体内部，使得城市空间向三维立体方向发展。将地面绿化景观和城市生活引入高层建筑之中，使得内外空间相互渗透、有机联系。

（二）、烟囱效应

空间的竖向组织也有利于内部空间的垂直通风。自然通风的最基本动力是风压与热压。自然风垂直吹向高层建筑时，会在底部产生正压，而在顶部产生负压，上下的压力差形成了垂直的风道效应。热压原理在于，热空气上升，从建筑顶部风口排出，而新鲜的冷空气从底部吸入，室内外温差越大，建筑高度越大，热压形成的“烟囱效应”就越明显。

由于高层建筑区别于低层建筑，是将空间垂直发展，可以形成内部上下贯通的中庭或者采用专用风道，并且有足够的高度，才能够形成既有平面的穿堂风效果，又有立体的垂直通风效果，即是如上所述的“烟囱效应”。

同样建筑高度如果过高的话，反而会产生过强的气流，造成不利的影响。因而有些高层的内部中庭，采用逐段分隔的办法，进行人工调节、控制；或者利用换气装置进行加压与减压。

三、改善“热岛效应”

现代城市普遍存在“热岛”效应。城市热岛效应是指城市中的气温明显高于郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。由于高层建筑物密集，阻碍了气流通行，使城市风速减小。同时，城市建设改变了下垫面的热力属性，其中包括各种建筑墙面等。这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。这些因素都是造成热岛效应的主要原因。

研究表明，有攀援植物攀附的墙面，夏天温度可降低4～5℃，室内温度可降低2～4℃。高层建筑的外表面积（立面、屋顶）通过合理绿化，能够有效的改善城市局部的热环境。高层建筑外墙的绿化可以采用的方式有攀爬式、上垂下爬式、内栽外露式。适用的植物为各种藤本植物。常见的木香、紫藤、凌霄等是喜阳植物，适宜配置在南向和东南向墙面；而常春藤、扶芳藤等喜阴或耐荫的爬藤植物，适宜在背阳处的墙面生长。同时，建筑基地环境应尽量保留土壤层，栽植绿化。路面及停车场地多运用渗透性强的铺地。

结语

随着社会的发展人，类的进步，高层建筑已经是人们生活居住不可或缺的建筑形式，但我们不能简单地将刚层建筑当做仅供人类居住的集中式住宅，它是我们环境的一份子，只有让高层建筑更好的融合于自然环境中，它才能更好服务于人类，为我们提供良好舒适环保节能的生活环境，营造生态、高效、美观而充满活力的空间。

参考文献：

周浩明、张晓东，生态建筑——面向未来的建筑，东南大学出版社,2002

美国高层建筑与城市环境协会，高层建筑设计，中国建筑工业出版社,1997.11

李华东，技术生态建筑，天津大学出版社，2002.2.25

作者简介：

第一作者：李阳 男 1987.12.07 长安大学建筑学院 建筑设计及其理论专业

第二作者：王东鹏 男 1987.12.07 长安大学建筑学院 建筑设计及其理论专业