生态建筑设计浅析

摘要：随着城镇化的飞速发展，建筑业迎来了前所未有的发展，但也带来了巨大的环境和能源问题。生态建筑强调建筑与人文、环境及科技的和谐统一，由传统高消耗型发展模式转向高效生态型发展模式是建筑发展的必由之路，也是建筑可持续发展的必然趋势。文章主要阐述生态建筑的相关知识和生态建筑设计的原则和设计要求。

关键词：生态建筑；设计原则；设计方法

1.生态建筑的概念

工业革命至今的200多年时间，相比地球40亿年的历史仅仅是一个小小的片段，人们却创造了亿万倍于祖先的财富。人类无节制的征服、掠夺自然资源却给整个自然界带来了无法弥补的损失与破坏，同时也给自身生存造成了严重的威胁。严酷的现实促使人类进行思考与反省。20世纪70年代的石油危机之后，全球范围内保护生态环境，建设生态家园的呼声日渐高涨。对“生态学”、“可持续发展”的研究也在世界各国迅速开展起来。

何谓“生态建筑”？其实就是将建筑看成一个生态系统，通过组织(设计)建筑内外空间中的各种物态因素，使物质、能源在建筑生态系统内部有秩序地循环转换，获得一种高效、低耗、无废、无污、生态平衡的建筑环境。 “生态建筑”准确地表达了“可持续发展”一词在人为环境的更新与创造方面所包含的意义。生态建筑的环境是充分考虑到自然环境与资源问题的一种人为环境，其目的是尽可能地不消耗一切不可再生的资源和能源，减少对环境的不利影响，同时有助于人类的身体健康。生态建筑具有以下四个方面的特征：

1)节能和利用再生资源。节能的技术原理是通过蓄热等措施减少能源消耗，提高能源的使用效率，并充分利用可再生的自然资源，包括太阳能、风能、水利能、海洋能、生物能等，减少对不可再生资源，例如石油和煤炭等的依赖。在建筑设计中结合不同的气候特点，依据太阳的运行规律和风的形成规律，利用太阳光和通风等节能措施达到减少能耗的目的，应用材料的蓄热和绝热性能，提高围护结构的保温和隔热性能，利用太阳能冬季取暖，夏季降温，通过遮阳设施来防止夏季过热，最终提高室内环境的舒适性。

2)材料的再生利用。使用再生或可循环利用的材料和资源。例如在建筑的建造过程中使用再生的建筑材料，减少建筑垃圾。

3)减少废物排放。避免向外界环境排放有毒有害的污染物，通过各种手段在排放之前进行无害化处理。

4)环境与文化属性。广义范围内的生态建筑和可持续发展建筑还涉及环境和文化领域。

2.生态建筑的设计原则

2.1 对自然环境的关心与尊重

对自然环境的关心是生态建筑存在的根本，是一种环境共生意识的体现。它首先要求建筑师调整自己的心态，正确地认识到建筑作品仅仅是环境中的一分子，以一种谦逊的姿态处理与环境的关系，给予自然环境以更多的关心。这种关心主要体现在以下几个方面：对建筑场地的充分考虑，它包括建筑物的朝向、定位、布局，对地形、地势的利用，场地气候条件的影响，对植被的考虑等；对节省能源的考虑：如何尽可能多地降低能耗、提高效率成为生态建筑的一个重要课题；对可再生能源的利用，在设计中应尽量考虑利用可再生的能源，如太阳能的利用、天然冷源的利用，自然的采光、通风、降湿等；此外，还包括尽可能利用当地技术、材料，降低建造成本，尽可能使用无污染、易降解、可再生的环境材料。

2.2 对使用者的关心

对使用者的关心表现在以下几个方面：尽可能利用自然的方法创造宜人的通风、温度、湿度环境，在尽量减少能耗的同时保证以至提高舒适性；创造良好的声环境氛围，给使用者提供一个安静、和谐、宜人的居住、工作环境。如良好的照明系统、宜人的光环境；空间尺度亲切，布局合理、对各种使用者作全面考虑，包括对残障人士的关心提高安全性，增强防灾能力；完善的通讯系统，使用者可以方便、快捷地与外界沟通。

2.3 增强使用者与自然环境的沟通

建筑物作为联系使用者与自然环境的桥梁，应尽可能多地将自然的元素引至使用者的身边，这是生态设计原则的一个重要体现。在这里，建筑不再是隔绝人类与自然环境的厚重屏障，不再是冷漠与远离自然的代名词，它将提供给人们种崭新的生活。引

2.4 具有足够的弹性以包容未来科技的应用与发展

可持续的概念是一种动态的思想，体现在生态建筑中，就是建筑应具有足够的弹性以适应未来的发展。这就体现在对建筑结构、建筑设备等设计方面具有灵活的、可选择性的要求上。

①楼体的可生长性：包括基础的预留量，楼地板对承重的预考虑，周边环境的生长预留地。

②预留的管道空间包括水、电、通讯的发展空间。

③家具系统的可变化性包括家具的可拆卸、灵活拼装。

④利用机器、模拟机器，甚至干脆被设计成机器。

信息技术和先进制造技术的发展，使现代机器不仅适应于数字化控制，而且具有高度的可调节性。智能化的生态建筑实践正是这方面的一个反映。这类建筑事实上成为一种高精度的“机器”。

2.5 采用环保技术和材料

环保技术和材料是生态建筑的技术支撑。虽然到目前为止，并没有足够理想的技术和材料来支持生态建筑的设计实践，但至少我们应认识到大力开发环保技术和材料对生态建筑的支撑作用。清华大学吴良镛教授指出：“就我国情况而言，适用技术应当理解为既包括先进技术，也包括‘中间’技术，以及稍加改进的传统技术”。建筑设计中应积极采用适用技术和环保技术，采用新材料、新产品，促进建筑业的现代化，使建筑和居住环境符合当代人的生理和审美要求。

2.6 依照法律和规范开展生态建筑设计

法律和规范是建筑设计的基本依据，直接影响到我国生态建筑发展的战略方向。在生态建设方面，目前我国已颁布了《中华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《民用建筑节能管理规定》、《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》等法律法规，对我国节约建筑能耗，保护环境，保障人体健康，推进住宅产业现代化起到了积极的推动作用。

3．生态建筑的设计手法

生态建筑从设计手法上，可分为三个类型：

(1)从建筑所在地域出发，提倡利用本地材料和传统技术的乡土地方设计手法；

(2)既重视地方性，又适当地引入“适宜技术”的设计手法；

(3)结合当地自然生态条件与最新生态理论，充分利用新技术和新材料来解决生态问题的高技术设计方法。

这三种手法有一个共同点，都是从当地的具体生态环境出发进行设计，所不同的是对技术的应用观念与方式。

3．1 乡土的生态建筑。

这种建筑类型需要建筑师了解环境地理现状，学习并继承传统建筑中蕴含的生态智慧，不依赖耗能设备，而在建筑形式、空间、布局和构造上采取措施，以改善建筑环境，实现微气候建构。印度建筑大师查尔斯•柯里亚的作品对该思想作了有力的注释。他注重对当地气候的研究，提出了“形式追随气候”的口号。柯氏认为：在热带气候条件下，空间本身就象钢筋水泥一样也是一种资源。为解决干热气候下建筑遮阳和通风，柯里亚提出了“开敞空间”和“管式住宅”两个命题。他于1963年设计的甘地纪念博物馆，其灵活的平面布置，空间的渗透与穿插，庭院的介人及其对气候的调节等等都反映了“开敞空间”的命题。“管式住宅”是把烟囱拔风原理应用于剖面设计中，在低层高密度的住宅群体中，既可创造小型化的阴影户外空间，又有效地解决了室内空气流通的问题，并产生了直接反映气候特征的建筑形象。

3．2 适宜技术的生态建筑。

这种建筑类型以马来西亚的杨经文先生为代表。他从生物气候学的角度研究建筑设计，适当采用新技术与新材料，在高层建筑设计上尝试利用自然能源并建构良性微气候。他称之为生态气候学(Bioclimatic)，其具体目标是满足人的舒适和精神需求以及降低建筑能耗。他在热带高层建筑设计中运用生物气候学所采用的方法，大体上有下列几个方面：

(1)在高层建筑的表面和中间的开敞空间中进行绿化；

(2)沿高层建筑的外面设置了不同凹入深度的过渡空间；

(3)在屋顶上设置固定的遮阳格片；

(4)创造通风条件加强室内空气对流，降低由西晒引起的升温；

(5)平面处理上主张把交通核设置在建筑物的一侧或两侧；

(6)外墙的处理上除了做好隔热，他还通过研究，建议采用墙面水花系统。杨经文认为通过这些措施，在热带地区的高层建筑可节省运转能耗的40％。

3．3 生态高技建筑。

生态高技建筑是同周围生态环境协同发展、具有可持续性特点的高技术建筑，是对当今生态危机的一种积极、主动并且有效的解决之道，因而是高技术建筑未来发展的方向。生态高技建筑对于建筑微气候的关注可以具体归结为以下三方面：一是适宜的室内湿度和温度，满足人体热舒适及健康的要求；二是尽可能多地获得自然采光(减少人工照明的能耗)；三是最大限度地获得自然通风(减少空调能耗)。通过最高效的人工技术手段来实现以上目标，或达到各要素之间的平衡就成为生态高技建筑师不懈追求的方向。其具体的设计手法是：

(1)引入绿色植物创宜人的景观。结合建筑构造技术和先进的电脑控制技术，生态高技建筑能够将绿色生态体系“移植”到建筑内部，使建筑内部有良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力，创造出田园般的舒适环境。诺曼•福斯特事务所设计的法兰克福商业银行总部大厦，成功地将自然景观引入超高层集中式办公建筑中，被称为世界上第一座“生态型”超高层建筑。福斯特设计了9个14．03m高的花园，沿9层高的中央通风大厅盘旋而上，花园外侧面为电控调节开启程度的双层玻璃幕墙，花园面对大厅完全敞开，根据方位种植各种植物和花草，这样可以给建筑内的每～个办公室都带来令人感到愉快和舒适的自然绿色景观，并获得自然通风，还可以使阳光最大限度地进入建筑内部。

(2)尽可能多地获得自然采光。屋顶是光线进入室内的主要途径，于是各种光线收集、反射构件被应用于屋顶形式。如皮亚诺设计的戴姆勒•克莱斯勒汽车公司新设计中心由七个长短不一的扇形体量交叠在一起，屋顶交界处是一片倾斜的天窗，为室内提供照明。柏林国会大厦的改建的穹顶也是一个新型的采光装置。中庭是中高层建筑中光线进入的主要通道，在生态高技建筑中可以看到大量采光中庭。阳光由中庭渗入建筑，通过阳光收集、反射装置达到内部空间。与这个开敞空间相连的房间不仅可以减少一半的热量流失，同时减少制冷需耗。

(3)最大限度获得自然通风。生态高技建筑师们利用风压、热压以及机械辅助的手段尽可能地获得自然通风。在基宝文化中心的设计中，皮亚诺设计了一套十分有效的被动通风系统。其原理是采用双层结构，使空气可以自由地在弓形表面与垂直表面之间对流，而建筑外壳上的开口则是用于吸纳海风，或者引导建筑所需的对流。针对不同风速和风向，通过调节百叶窗的开合和不同方向上百叶的配合来控制室内气流。另外，生态高技建筑师们还充分利用新材料、新能源等为生态建筑服务，如低辐射中空玻璃等新型玻璃以及太阳能光电材料等在建筑上的应用，大大降低了能耗。

4.我国生态建筑设计的发展现状及前景

目前我国已经出台了《绿色建筑评价标准》和《绿色建筑评价技术细则》，统计数据显示，截至2010年7月，共评出43个绿色建筑评价标识项目，其中公共建筑25项、住宅建筑18项。截至2010年3月，已有19个省市已建立了地方管理机构，并获准开展地方一二星级绿色建筑评价标识工作。可以看到，生态建筑意识从无到有,从弱到强,绿色生态建筑从默默无闻到成为时尚,从理想到现实,发展迅速,成绩显著。相信不久的将来生态建筑空间设计在中国会有突破性的进展，这将会带给当代中国人一个真正健康舒适、和谐优美的花园世界。