关于高层建筑设计中生态学的研究

摘 要：从城市总体发展来看，高层建筑有利于缩短道路和各项管线设施的长度，节约城市建设的投资，节约用地，提供更多的城市自由空间，经济上有优越性。但是随着高层建筑的发展，出现了人口过度集中、交通不方便、能耗过大、内部空间环境质量不佳等等诸多问题。因此，生态绿色建筑的理念开始被引入高层建筑设计当中来，世界各地的建筑师也从不同方向开始了这方面的理论研究和建筑实践。

关键词：高层建筑；生态设计；可持续发展

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

生态学研究的基本对象包含两个方面的关系: 生物之间的关系、生物与环境之间的关系。而生态建筑的定义为，以尊重生态为原则的、运用生态技术方法设计的建筑。其主要特点是采用可再回收、再利用的建筑材料，最大限度地无设备污染，不破坏自然生态系统的连续性和周围环境的生物多样性，将建筑融入良性自然生态环境系统中。由此可见，生态建筑的研究范畴对应的是生态研究中关于生物与环境的关系这一对象，确切地说，是以研究人与环境的关系为主要目标的科学。

一、高层生态建筑设计的原则

生态高层建筑设计是将高层建筑这一人工物置于自然环境当中时，组成建筑与生态环境之间相互作用的生态系统，应充分考虑其对自然环境的适应和影响，以及建筑与自然环境之间物质能量的交换在目前资源匮乏的现状下，特别强调高层建筑在资源利用方面主要包括5个方面的原则，即重新评价、更新、减少、再利用、回收利用。

（1）重新评价。重新评价可以被引申为“再思考、再认识”。长期以来，人们对自然无休止的索取，以牺牲有限的地球资源，破坏地球环境为代价，疯狂的进行各种人类活动，直到这种破坏开始直接威胁到了人类的生存人们才意识到问题的严重性。人们重新审视自己过去的行为，重新评价传统的价值观念。

尽管现代高层建筑对此也有所反映，开始强调使用功能在建筑中的重要性。但是，在对高层建筑的实际评判过程中，人们往往会对“艺术”的部分给予更多的关注，至于高层建筑对于周边环境、生态的影响、似乎很少有人去关注，这是一大误区。所以，只有更新观念，以可持续发展的思想对高层建筑“再思考”和“再认识”，才能真正认清方向，重新找到准确的设计切入点。

（2）更新。更新主要是指对旧建筑的更新、改造，重新利用。拆除旧建筑必然带来垃圾污染、噪声污染，造成人力屋里财力的浪费，也意味着增加新建筑。新建筑的建造过程又会产生新的资源和能源的消耗，产生新的废弃物，还会占用更多的土地，增加新的环境负担。由此可见，如果能充分利用现有质量较好的建筑，通过一定程度的改造之后加以利用，满足新的需求，将可以大大的减少资源和能量的消耗，有利于环境的保护，值得提倡。

（3）减少。在生态建筑中，则有三重含义，即减少对资源的消耗（节能、节约材料等），减少对环境的破坏，充分利用可再生资源，减少对人体的不良影响。

（4）再利用。在生态高层建筑中，是指重新利用一切可以利用的旧材料、构配件、旧设备、旧家具等，以做到物尽其用，减少消耗，维护生态环境。

（5）回收利用。主要是指根据生态系统中的各种资源尤其是稀有资源、紧缺资源或不能自然降解的物质尽可能的加以回收利用，或者通过某种方式加工提炼后进一步使用。同时，在选择建筑材料的时候预先考虑其失效后的处置方式，优先考虑可以循环使用的材料。

二、建筑能源问题研究

矿物燃料的消费是我们最大的环境问题之一，在生态敏感地区钻探、原油泄漏事故、空气污染和大气破坏都源于人类对矿物燃料惊人的需求。也许我们认为汽车和工厂是我们环境最明显的敌人，但是建筑能耗却超过了世界总能耗的一半。空调与采暖机械系统、照明系统和其它建筑技术现在正按照低能耗标准重新进行设计，并且最重要的是，替代能源正在开发之中。现在，当建筑业主门能够购买可再生能源也就是清洁能源（太阳能、风能或水力发电）时。许多建筑师也在设计能够自己产生清洁、可再生能源的高层建筑，如果这种趋势得以继续，将来建筑师就可以设计出电力完全自给的建筑，并且还有足够的剩余电力送入城市供电系统。

路透社大厦由福克斯与福尔建筑师事务所设计，位于纽约市第七大道和第四十二号大街 占据了时代广场的显要位置。大厦的玻璃幕墙内设计装有燃料电池和光电电池以提供能源，当这些技术最终得以实施后，它将是全美最大的两个注重环保的建筑之一。它装配的玻璃既可以减少阳光热量的集结，同时可以获得最佳的日光照明，此外它的空调系统配有双燃料吸收式冷却器，在防火楼梯间和维修间内装有占用传感器。

三、被动式照明和通风系统的应用

在20世纪70年代能源危机时期，许多建筑师建议把摩天楼和大型建筑物的全玻璃幕墙改成小一些的密封窗。人们设想，通过使采暖和制冷能量不至于散失到室外就可以减少用电量了。不幸的是，这一做法却导致了建筑过于依赖于机械空调和人工照明，室内空气质量恶化。尽管如此，少数有远见的建筑师还是设计出了更符合逻辑、兼顾人们舒适和健康的大厦方案，这些大厦采用了日光照明，用既能透气又能降噪隔热的双层窗来解决自然通风问题。现在，自然通风和照明的建筑策略已经成为更加广泛的共识，建筑师们正在开发先技术以便在最炎热的气候条件下为那些空前巨大的高层建筑提供自然通风，同时也重新启用古老的、已经被遗忘的一些策略，如百叶窗、天窗和遮阳板。

梅特拉UMNO大厦位于马来西亚槟城，由汉沙与杨建筑事务所设计。梅特拉UMNO大厦是一个21层高的建筑，底座的6层由银行和停车场组成上面有14层是写字楼，由于槟榔屿地区的房租较低，设计在运用自然通风来节省空调系统的耗能方面做了重点的考虑。对气流和太阳轨迹进行研究是杨经文的一贯方法，而对气流的研究在这个设计中尤为突出，以至于该建筑的外形也明显表现出空气动力学对建筑美学的影响，这成为杨经文设计造型的新的来源。针对当地的主导风向，设计了“导风的翼形墙体”，从进风口导入的气流通过专门设计的平台，这些平台发挥了类似“空气锁”的气囊作用，配合设置的可开合的落地门来引入自然风。翼形墙体的导风作用原理是在气流与建筑呈夹角的时候，位于建筑开口处的迎风翼形墙体可以产生一个压力梯度，与建筑开口结合形成一种类似气囊的作用聚集并引导风流向建筑的内部 设计这种翼形墙体需要了解当地的主导风向，结合建筑的平面进深和建筑的形态，运用风洞试验或计量流体动力学模拟试验来验证，以此为依据来确定建筑开口大小、翼形墙体的形态 墙体的朝向、以及内部平面布局等。

四、植物和水的应用

利用自然植物可以减轻建筑对于周围环境的影响，建筑师理解绿色植物、水和污水之间的关系是相当重要的。高层建筑每天消耗数百万加仑的水，而一场暴风雨就会白白损失上百万加仑的水，这些水流入污水管道，或者成为吸收建筑材料中有毒物质的地下水。工程师和建筑师现在正在联手开发利用这些流失的水作为洗涤和卫生间使用的非饮用中水。由于进行光合作用而有助于人类健康，绿色植物也与建筑相结合用于在排入周围环境前治理充满化学物质的肥水。在一些建筑实例当中，绿色植物和其他生物甚至被用来把废水转化成饮用水。

瑞士再保险公司总部由福斯特 Foster主持设计，这座41层高的圆柱体塔楼可以容纳以伦敦为基地的再保险公司的全部员工。建筑包括办公室、零售区和公共广场。建筑的特点在于用若干螺旋上升的采光井将一系列旋转、放射状排列的楼层联系起来，这些采光井内有绿色植物，能打破建筑的尺度，并能行成风压差从而改善自然通风。新鲜的空气从每层楼外墙板上狭长的风口吸入，抽出的空气排放到室外或回收用于采暖。预期这套系统非常有效，以至于一年中大部分时间不需要空调，比一般的办公楼具有显著的节能效果。

五、结束语

总之，生态设计是生态学原理用于建筑设计的实践，目前从世界范围来看还是理论多于实践，而这也给当代的建筑师去进一步的探索提供了机会。先锋的设计还要遇上先锋的业主和使用者，没有业主的认同和支持，或者建筑建成之后在运转维护方面跟不上，生态设计的可持续发展目标很可能不能完全实现。

生态设计从长期看来是经济、节省并能获得可持续的社会效益的建筑，但建筑项目的初期投资却可能增加，增加的钱用于能源循环系统、水循环系统、太阳能系统等必需的投资。生态设计，显然是日后高层建筑发展的一个重要方向。

参考文献

[1]吴向阳，杨经文.北京:中国建筑工业出版社，2007

[2]大师系列图书编辑部,编著.诺曼.福斯特的作品与思想.北京:中国电力出版社，2005