建筑的整体性和自然环境的融入

摘要

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，应该更全面的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。

关键词：

整体化设计策略；自然环境资源；高舒适度；低能耗

引言

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他重要的东西?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。

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训‘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及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，通过自然的介人来提高环境品喷，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，在外界温度达50℃的情况下依旧保持巢穴的适宜温度(30℃左右)，这让我们充分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人自然因素，提高环境品质减低能源消耗的方法。下面就通过一个案例来形象地说明建筑整体设计的基本策略。

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)；三期与一期性赁相同(建设前期)，计划为6层商业裙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～个L型的两层商铺与一期商业裙房形成了颇具人气的商业街

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10000。，天气适宜的时候人们可以在阳光下喝咖啡。结台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。这是～个商业运行空间，女蹑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没性的意见，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。

1．气候条件分析

上海位于典型的冬冷夏热地区，夏季最高温度可达38℃左右，最冷月温度却可能低于一5℃，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℃)，上海地区全年3／4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200KW／m。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蓄意避免的，而夏季的东南方向盛行风则是应该被充分引导和利用的。

2．什么样的环境是舒适的?

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提出了不同的要求。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、热环境与声环境，并对各自的舒适标准进行研究、确立。

3．风环境模拟和改善

本案风环境研究的主要目的是通过与环境相呼应的设计策略来避免由于高层建筑导致的下降风或局部由于建筑空间布局等引起的风速加快(通常所说的风口效应)，保证设想的经营行为能够发生，营造舒适怡人的风环境。研究昕用的是国际流行的最新CFD模拟软件。

在上海地区，西北／北以及东南是城市主导盛行风，但同时也考虑到城市街道的布局导致两风向和南风向情况会更为恶劣，所以在模型中使用的检测风向分别为北、西和南，每种风向采用全年基本最大的风速作为俭验依据。整个研究着眼于模拟最恶劣条件下的状态，力求保证全年任一时间段的舒适度都满足人们的需要。

4．热环境分析

热环境模拟是一种应用很广的技术， 它不仅能够预测温度分布情况，也可以模拟能耗。在本案中，热环境模拟主要用于检测不同的材料应用和环境策略的改变对设计屋盖下面的空间，尤其是距地面2m的范围内的温度分布情况的影响。所有的模拟都是在TAS软件中完成的．

5．噪声对周边住宅的影响

噪声研究的目的是探索新建的星盖以及随之而增加的人的行为活动对周围居住建筑的可能影响，同时也关注可能由此而产生的对两条相邻商业街的影响。根据建筑图纸，一个动态的计算机噪声模型在软件Cadna／A中建成，输人的噪声源为80dBj(A)(距离地面lm高处)，此数据是根据通常餐饮及相关的娱乐活动估计的，在一般小范围的吃饭聊天活动中，其噪声标准不会突破此数值。为了更好地说明新建屋盖的影响，模型分别在没有屋盖和有屋盖两种情况下进行预测。图15和图16的对比表明新增屋盖可以减低住宅表面的噪声最多可达10dB。住宅表面与广场噪声源通过屋盖与现有商业建筑屋面的开口部分可以直线连接的部分，由于增加屋盖减少的噪声可以说是非常小，但是越高的部分由此降低的噪声就越大。

6．整体化设计建议

在热环境分析中，我们知道在此空间中完全依赖设计方式的调整和材料的运用也是很难满足人基本热舒适吱的要求的。营造近人空间的撒气候成为较为经济可行的选择。风与温度通常相互作用，两者相结合的结果是人们真正感受的温度。根据美国NOAA国家天气眼务中心关于风与温度相互怍用情况对照表，9℃在2m／s的风速作用下，人体感知的温度只有5．7℃。这为我们夏天制冷带来了新的启发。整体化建议参照以上所进行的种种研究成果，并结合舒适度范围延展的原理，给出了具体的设计参考建议。

低。如果条件允许，建议一期建筑东北角新加的人口空间形状改为三角形，这样可以使地面部分的风环境得到改善

结论

可以看到所有的数据都表明建筑的整体性和自然环境对建筑本身有许多要求，就本次设计的商场建筑而言，同样也需考虑这些因素。

这是一个很简单的案例：一个已建成的坏境和一个增加新元素来完善整体功能的单纯想法，不简单的是它融人了建设方对使用者的关怀和对环保节能的重视。它原本可以按照传统的设计方式被确定，并不被察觉地建成使用，而把一系列问题留待建成后再思考，或干脆把难题同租赁合同一起转给经营者。以上的文字清晰地讲述了一个简单的设记背后，隐含着建设者和使用者、建筑与自然深刻而明晰的内在关联，它还告诉我们建筑不仅是一个功能的载体、美学的表达，还是一个有机的、科学的运行体系：它不是粗鲁地把自然隔绝在窗外，对人工的一切自我欣赏，而是打开窗户，说：自然，请进来!

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。