从框架导向到问题导向——绿色建筑技术组织思路的转变

黄献明 / HUANG Xianming

1 《绿色建筑评价标准》与框架导向技术组织思路

我国在2006年颁布了《绿色建筑评价标准》，首次在国家级标准层面，明确了绿色建筑的基本定义和系统组成。从2006年开始，配合这一标准的实施，《绿色建筑评价技术细则》、《绿色建筑评价标识管理办法》陆续出台，在这些文件的指导下，2008年起住建部陆续推出了四批正式取得国家绿色建筑标识的项目，为更多的绿色建筑实践提供了参考。作为绿色建筑设计的纲要，《绿色建筑评价标准》建立起的架构体系，也成为许多绿色建筑设计实践的模板，特别是像天津中新生态城这样的绿色建筑实践先行区域，《绿色建筑评价标准》更是所有项目在设计、管理（从区域修建性详细规划开始，方案设计、施工图审查、验收等）过程中，需遵循的基本标尺，在这样的要求下，绿色建筑的技术组织渐渐落入以框架为导向的思路上来。

所谓的框架导向技术组织思路，是指依据绿色建筑评价指标体系（四节一环保）的要求确定绿色建筑设计目标，据此对特定的建筑项目进行一次全面的体系、框架的梳理和诊断，在此基础上论证并确定最终采用的绿色建筑技术。

以清华大学超低能耗示范楼为例，作为我国最早的最为全面合成展示相关技术的实验平台之一（同期的另一个相似的实验平台建于上海的莘庄），该建筑不仅为陆续展开的建筑节能技术研究和绿色建筑理念传播做出了重大的贡献，同时也是我国早期绿色建筑实践的代表性作品。然而该建筑在赢得关注和赞扬的同时，诟病之声就始终存在，其中最大的质疑在于其冗余的系统设置和由此带来建筑造价的大幅增加。

图1 绿色建筑评价指标体系（资料来源：《绿色建筑技术导则》）

其实从项目的定位而言，该建筑主要是作为绿色建筑技术研究和展示平台，“平台”意味着它更像是一个多技术的集中实验体，办公等建筑功能反而因此成为实验条件的一部分。

图2 超低能耗示范楼建筑技术体系

也正是出于全面研究建筑相关节能技术的需要，该建筑是框架导向的绿色建筑技术组织思路的一次最彻底的实践，清晰的技术框架及其所对应的各项绿色建筑技术、部品，成为诠释绿色建筑与众不同的最有力论据，因而对于后来的绿色建筑设计实践产生了深刻的影响（图2）。

图3 工作思路

然而，随着实践的深入，框架导向技术组织思路的消极影响也渐渐显现，绿色建筑实践似乎进入到一个技术罗列的时代，“四菜一汤”式的技术的全罗列使许多“绿色建筑”成为八股文，对这一领域稍有些了解的人最后都能提出基本一致的绿色技术清单，这不得不令人怀疑起“绿色建筑”的技术含量来。

2 技术组织思路从框架导向向问题导向的转变

“四节一环保”基本构架为我们的设计实践提供了“纲”，各种技术措施因而有了秩序感，但仅停留在这个层次是不够的，要从框架导向的技术思维定式中突围，最重要是重新确立绿色建筑的精神核心，就像《木偶奇遇记》中的皮诺曹，一个四肢健全的木偶要成为真正的“人”，还需要寻找并确立他的精神，绿色建筑的精神核心其实是通过环境友好的设计，创造一个更为健康（生理与心理）与和谐（自然与社会）的建筑环境。

当然，不同的设计实践，其绿色核心会有不同的表现，建筑的功能、业主或使用者的使用需要/心理需求、环境协调都有可能成为不同项目的实际核心，只有寻找并确立这样的核心，绿色建筑实践才有可能从机械的技术罗列和刻板的模式化表现中抽身，形成富有针对性和活力的技术方案。

基于这样的思考，技术组织思路首先需要从侧重综合的框架导向，向侧重分析的问题导向进行转变，对于每个具体的项目，先从分析其绿色设计所面临/所要解决的主要问题和主要矛盾（而不是技术罗列）入手，从主要矛盾出发，以点带面逐步形成与“四节一环保”框架相对应的绿色技术体系。如在极度缺水型地区，提高建筑系统的水资源利用效率就应该是该地区绿色设计的首要目标，能源、材料、节地、环保等系统均应围绕节水组织技术策略与措施；而在过度碳排放带来严重气候问题的今天，对于大部分项目而言，绿色设计的基本核心即为“低碳化”，基于这样的问题导向思路所形成的技术体系，会更贴近绿色设计的初衷。

以下是我们团队在这一思路指导下的部分实践，希望由此来验证其可行性。

3 以工程实践为例看绿色建筑技术组织思路的转变

3.1 联合国工业发展组织国际太阳能技术促进转让中心

兰州联合国工业发展组织国际太阳能技术促进转让中心（以下简称太阳能中心）项目建筑面积13 976m2，主要由研发与实验中心、接待与培训中心以及国际会议中心等三部分功能组成。

图4 兰州生态承载力水平与实际消费的关系

表1 经济最优策略组合的生态经济评价

工作思路：首先确定绿色建筑设计的生态目标；其次，从分析建筑所在区域的气候特征入手，初步分析各种被动式设计策略的有效性，初步确定建筑的基本形态；在此基础上，构建模型，对不同设计策略的生态贡献度进行模拟分析，结合它们的经济投入状况，得出相应的生态经济评价；综合考虑生态设计目标与经济投入的约束，形成不同的 “设计选择模板”，通过计算并比较不同策略组合方案的生态经济指标，最终形成兼顾初投资控制与生态设计目标的设计建议（图3）。

（1）基于生态足迹的绿色目标的设定

基于不同生态承载力以及兰州实际生态消费量分析（图4），综合考虑我国的国情①，在本研究中选择的生态消费削减率目标为：在兰州区域范围内实现生态需求与供给的平衡——生态足迹削减率达到86%。兰州地区基准建筑（寿命以50年计）的年均生态占用估算值为0.546ghm2/cap·a，以削减率86%计，生态占用削减目标为0.467ghm2/cap·a，这成为我们进行本项目设计的绿色目标。

（2）被动式设计策略选择

基于Ecotect的气候分析结果显示（图5），在被动式设计策略中，被动式太阳房和提高围护结构的保温隔热性能，对于提高该地区建筑室内舒适度最为有效，同时利用这些被动式设计策略提高室内的舒适度，也意味着可以减少空调采暖系统的使用时间与频率，从而达到建筑节能的目的。由于与提高围护结构保温隔热性能策略作用相似，自然通风等其他被动式设计策略对于提高室内舒适度的贡献度不明显。

（3）设计策略综合评价与选择

以基准方案作为比较的基础，根据不同的生态经济考量，形成如下策略组合——“设计选择模板”：

① 经济最优（投资效率最高）策略组合；

② 生态最优策略组合。

为达成预设的生态目标，单位建筑面积造价增额达到了经济最优策略组合的5.6倍，远远超过了投资预算，环效—成本率也大幅下降，这样的策略组合在现实操作中很难实现。

图5 基于Ecotect焓湿图的被动式设计策略与室内舒适度相互关系分析图

表2 生态最优策略组合的生态经济评价

表3 弹性优化策略组合的生态经济评价

③ 弹性优化策略组合

基于对以上两种极端状态的分析和投资方对建设初投资控制的基本要求②，根据生态经济优化的基本原则，我们制定了可分阶段实施的弹性设计策略组合方式（表3）。

起步阶段：在现有初投资框架内，完成外围护结构保温隔热性能最优化、HVAC系统优化、照明配电密度优化、提高自然采光率、太阳能热水、组合生物污水处理、雨水回收、屋顶绿化等基础性策略的建设，建设50kWp太阳能光伏发电系统，同时预留光伏发电、风力发电增容空间。

升级阶段：提高太阳能光伏发电比例（容量从50kWp提高到425kWp），增建30kW风力发电系统。

（4）结论

经过对各绿色建筑设计策略进行分别与综合的生态经济评价，最终形成的绿色建筑设计策略是：

① 横向设计策略

首先采取保温、隔热性能最优的外围护结构体系（外墙、屋顶、外窗的传热系数分别达到），其次采取配电密度优化、提高自然采光率、对HVAC系统进行整体优化等策略，使建筑整体的节能率与基准建筑（1980年代水平）相比达到55.2%。在此基础上，引入太阳能光伏发电、太阳能热水、风力发电等可再生能源系统，进一步降低新建筑对常规能源的消耗量。

在节能的同时，通过采取毛管渗滤“生物床”和人工湿地组合生物污水处理、雨水回收等节水设计策略，减小建筑对自来水的消耗，实现生活污水完全自行处理与回用。屋顶绿化可以在一定程度上缓和区域的城市热岛效应。

② 纵向时间安排

确立渐进式的设计策略实施模式，兼顾生态目标与经济约束的要求，实现生态经济目标的协调统一。

图6 最终方案的建筑效果图

图7 建筑模型与功能分区

3.2 三星奥运展示馆

三星奥运展示馆（图6）选址位于北京奥林匹克中央公园中部、奥运主新闻中心和国际广播中心——IBC&MPC东侧的奥运赞助商展示区，占地1216m2。

本项目设计的主要目标应为：展现体育运动的动感与活力——体现运动特色；体现北京奥运“绿色奥运”和“人文奥运”理念——体现北京奥运特色；传达三星品牌的科技和创新特点——体现三星品牌特色。

新展示中心的形象由两部分形体组成，西侧形体包括体验中心和运动员中心等部分，是整体建筑形象中的“实体”部分，东侧聚会广场是一个开敞的的半室外观演空间，阶梯形平台与室外舞台、VJ控制台、LED互动展示屏等要素共同组成“虚体”部分，两个弧线型屋面分别覆盖着虚、实两组空间体块，形成了“叶芽”形象（图7）。“叶芽”形象是生命力的象征，是对体育活动所展现出的动感、活力的贴切隐喻。

图8 光导采光与太阳能充电系统（资料来源：Imagination）

建筑的南北两侧整齐地排列的树形雕塑，不仅营造森林意象，镶嵌其中的可再生、可回收物品，使它的“绿色”意象具有深刻的环保意涵。

强调互动性、参与性的体验项目设置，让参观者亲身体验三星数码科技带来的全新感受，从而对三星品牌的价值观、创新性留下深刻印象。

围绕“叶芽”、“绿色”的设计母题，本方案还形成一套完整的标识体系，以该主题为主要内容的彩画围绕建筑形体，进一步营造时尚、清新的建筑形象。

图9 空气质量监测站建成实景

图10 形象设计构思

就本项目而言，其最突出的是临时性（使用周期较短、建筑规模较小）和传播性（作为企业理念与产品的宣传、展示）两大特点，因此在绿色设计策略组织中，我们有意识以应对临时性建筑的绿色设计策略为主，同时在策略选择与组织过程中，分外强调其可感知性和体验性特征，从而达到理念宣传的目的。

作为临时性建筑，我们首先解决如何降低建设期的材料损耗、提高建筑拆除后材料的可回收性等问题，其次是节能设备的选择，最后才是节水等其他范畴的绿色技术应用。围绕这一定位，在本建筑的设计中，我们的选择如下：

以工厂化程度高、可回收性能好的轻钢结构作为结构类型，同时在钢材提供商的选择上，附加考察钢材中回收成分比例状况，提高整体建筑的再生材料利用率（由于是临时性建筑，供货采用租赁的方式，因此可在一定程度上保证材料的重新利用，同时出于经济性和时间性的考虑，材料提供完全满足500km的绿色半径要求）；

屋面采用可回收性较好的彩钢板；

二层运动员休息区的中央吧台面材，采用了由废弃塑料瓶经粉碎、消毒、冲压形成的再生板；一层聚会广场、二层室外平台所铺设的“草皮”，采用回收废弃物加工制成的复合仿真“草皮”；各种家具的板材都由废木渣屑压制而成。一层观众体验中心实墙面内侧，采用一排外裹彩色宣传图案的再生纸筒进行装饰和点缀，形成富有特色的绿色展示空间界面。

在节能技术方面，该项目主要采用了以下系统：

光导照明系统——通过采光罩高效采集室外自然光线并导入系统，经过高反射率（一般反射率在95%以上）涂层的光导管，由系统底部的漫射器把自然光均匀高效的照射到建筑内部，减少照明系统常规能源消耗。

为了强化技术的宣传效果，本项目的光导照明系统与带太阳能充电系统的手机展示相结合，通过该系统的传导的阳光照射于光伏充电设备上，实现为手机电池充电的目的（图8）。虽然在实际的技术原理与效果上，该种结合方式还有需要商榷的地方，但是从实际的展示宣传效果而言，通过缩短太阳能利用与人们日常生活的距离，较好地达到了传播绿色理念的目的。

VRV空调系统——系统采用一台室外机对应一组室内机，采用变频控制方式，按室内机开启的数量控制室外机内的旋涡式压缩机转速，进行制冷剂流量的控制，在满足灵活控制需要的同时，节能效果也很好。

外围护结构设计——针对本建筑的存续期主要是夏秋季（8～9月份的奥运会与残奥会），在外围护结构性能设计部分，我们主要结合展示需要的色彩贴膜，提高玻璃幕墙的遮阳系数，带复合保温隔热材料的彩钢板屋面，提高直接受热的屋面部分的隔热性能，而刻意弱化了外墙部分的保温性能，一定程度上减少了材料的不必要消耗。

光伏电池发电技术——为了进一步减少常规能源消耗，在建筑西侧屋顶上还设置了一个离网型10kW光伏发电系统，为机房、维护间等没有自然采光的辅助房间提供照明，针对临时性建筑特征，该发电系统不设蓄电池，从而降低了投资和由电池带来的环境污染风险。

所有的绿色技术一侧均配备了简单说明，从而使参观者不仅体验了绿色技术的奇妙特征，也从理论上有了进一步的了解。

3.3 天津中新生态城空气质量监测站

该项目位于中新天津生态城核心区域，占地42.96m2，总建筑面积25.38m2，净使用面积约18m2，主要肩负生态城区域空气环境质量监控与测试的任务，同时兼具教育展示及美化景观用途（图9）。

基于监测站建筑功能性强、规模小、平常无人值守、位于景观开敞区域等特点，我们将节能、节材、雨水回渗设计与绿色教育作为该建筑绿色设计的重点。其中：

（1）形象设计

由于建筑选址紧邻既有的高尔夫球场，空间开阔，具有显著的景观影响，因而在形象创作上，主要从中国传统造园要素中挖掘创作灵感，以“太湖石”为立意基础，经过抽象化处理，形成具有雕塑感的建筑形象（图10）。

由角钢组成的“表皮”包裹着上屋面楼梯、捕风腔、排风管等功能要素，半透的屏风效果和中国红，使整个建筑传达出鲜明的中国文化特点，令人产生丰富的文化联想。

（2）节能设计

运用IES（Integrated Environmental Solutions）模拟分析，我们发现该建筑在具备了较理想的外围护结构保温隔热性能的基础上，室内冷热负荷分布状况与设备的功率的大小直接相关，当仪器设备功率大于1.0kW后，夏季的降温、除湿是暖通空调系统的主要矛盾，而冬季的采暖基本可以依靠仪器设备的自身散热完成，不需要额外提供额外的热源（少数极端恶劣天气除外）。

基于这一特点，节能设计主要围绕室内仪器设备的正常工作要求（工作温度20℃～25℃，相对湿度＜80%，并避免阳光直射）展开，具体策略包括：

图11 水—土壤换热辐射供冷示意图

① 采用高性能外围护结构体系；

② 自然通风设计：在过渡季，利用捕风腔，引入自然通风，经过设在建筑外墙上的进风口（带保温阀）进入室内，通过两根钢管柱排风管，利用烟囱效应，将设备产生的热量派出，实现通风降温目的；

③ 水—土壤换热系统：在夏季，引入水—土壤换热系统保持室温的恒定（图11）。

一般而言，在室外温度14℃～18℃工况下，设计建议以自然通风为主，实现降温目标；在18℃～23℃工况下，则需要同时开启自然通风与水—土壤换热系统；而当室外温度高于23℃时，则需要关闭自然通风系统，而完全采用水—土壤换热系统降低室温；设计还设置一套分体式空调作为后备系统，仅在少数极端气候条件下开启使用，保证室内仪器设备的正常工作。

（3）节材设计

建筑主体采用轻钢结构，工业化建造过程不仅可以有效降低建设期间的材料损耗，而且在未来建筑改造或拆除时，依然可以保证较高的回收率。

（5）雨水回渗

采用有组织排水设计，将屋面雨水汇集至建筑的东南侧，通过在散水处设置的深渗井，实现雨水的短时蓄积和回渗。

（6）绿色宣传与教育

在建筑的东北和西北侧外墙设置展示框，使建筑同时发挥绿色教育和展示的作用。

4 总结

在绿色建筑理念提出的初期，“四节一环保”的技术框架梳理，帮助我们在建筑所面临的纷繁复杂的诸要素中，寻找到绿色组织的内在逻辑，但框架导向的绿色建筑设计，很容易落入技术罗列的窠臼，绿色建筑因而显得机械和刻板。今天，我们很多项目依然是在设计的晚期，才想到引入“绿色”标签，并匆忙选择若干时髦的“绿色”技术附着到常规建筑上，与框架导向的技术组织思路所带来的对绿色建筑认识的偏差，不无关系。

在具体的实践中，不同的建筑需要面对相异的现实需求和客观条件，实践项目的技术选择不可能完全按照理论模型的要求面面俱到，最终选用的技术除了遵循理论模型的要求之外，更多会受到实际用地、所在区域气候条件、特定建筑的功能需要、相关技术的成熟度与经济性、甲方/使用者/当地的文化价值观与审美取向等各因素的影响，因此，绿色建筑首先应该是满足当时、当地要求的建筑，寻找并确定每一个具体项目所应优先解决的绿色问题，是绿色建筑技术体系形成、绿色建筑技术选择的基本依据。要判断一幢建筑是否“绿色”，一个简单有效的办法就是看它的环境表现究竟在多大程度上得到提升，解决了哪些具体的问题（尤其是根本性的难题），而不一定仅仅看它在框架、体系和流程等方面做得多么完善，这也是问题导向和框架导向的最大不同。

当然从框架导向向问题导向的转变，并不意味着对“全要素罗列”工作方法的完全否定，它仍然是我们全面提升建筑环境表现的基础，只是绿色建筑设计必须从机械的技术拼贴、罗列抽身，只有关注绿色建筑的基本目标，并据此形成更有针对性和个性化的技术体系，才能赋予绿色建筑更强的生命力。

注释

① 选取最高标准的原因在于：首先由于我国的人均资源占有量在许多方面都远低于世界的平均水平，而在我国现有与在建项目中，高耗能建筑仍占了相当大的比重，提高建筑的资源利用效率具有现实的紧迫性；与通过改变饮食习惯降低生物资源消费相比，提高能源利用效率具有更强的可操作性。

② 太阳能中心计划建筑安装费约5154万元，太阳能利用设备等可再生能源系统投资不在其中，但要求不超过800万元，因此新建筑建安费总额应不超过5954万元，合3400元/m2，以甘肃省同类建筑基准造价2900元/m2计，新建筑单位造价增额应在400元/m2～500元/m2的范围内。

[1] 国家建设部，国家科技部.绿色建筑技术导则[M].北京，2005.

[2] 江亿主编.超低能耗建筑技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3] 栗德祥，夏伟.绿色建筑被动整合设计方法[J].北京：建设科技，2008（6）.