生态智能建筑的内涵特征及技术探析

李东和，李英杰

(1.山东建筑大学 建筑城规学院，山东 济南250101;2.山东建筑大学机电工程学院，山东济南250101)

0 引言

随着科学技术的发展和城市化的加剧，人类社会面临着一系列重大环境与发展问题的严重挑战。人口剧增、资源耗竭、气候异常、环境污染和生态破坏等问题威胁着人类的生存和发展。

随着人类环境保护意识的觉醒和加强，人们已产生共识:在城市的建设和发展过程中，必须优先考虑生态环境问题，并将其置于与经济和社会同等重要的地位上;同时，还要高瞻远瞩，通盘考虑有限资源的合理利用问题，即要实现“可持续发展”，必须要改变以牺牲环境为代价、掠夺性和破坏性的发展模式，使其从传统的资源型发展模式，走上良性循环的生态型发展模式——可持续发展，促使经济与社会、环境协调发展。其中经济持续发展是社会发展的前提与基础;社会持续发展是经济发展的结果与目的;生态环境持续发展是经济、社会发展的条件，建筑是三者的综合体［1］。这种新的发展观必然导致产生新的建筑观——可持续发展建筑观，保护提高生态环境质量、创造舒适、安全、可持续发展的人类生存环境是21世纪建筑师及建筑设计的主题和基本任务。生态建筑、生态智能建筑及其研究和实践正是为实现这样的目标而提出的。

1 生态智能建筑的内涵

随着世界生态环境问题日益突出，为了能够较好地对生态环境问题做出响应的建筑，通常被称为生态建筑或可持续发展的建筑，利用高科技手段创造的此类办公建筑往往被称为生态智能办公建筑。

生态建筑又被称为“节能建筑”、“绿色建筑”，严格地讲都是不全面的。现代意义上的生态建筑，是指根据当地自然生态环境，运用生态学、建筑技术科学的原理，采用现代科学手段，合理地安排并组织建筑与其它领域相关因素之间的关系，使其与环境之间成为一个有机组合体的构筑物［2］。

生态智能建筑是基于生态系统良性循环原则，以“生态”经济为基础，“和谐”社会为内涵，“智能”技术为支撑，“绿色”环境为标志建立的一种新型建筑体系。生态智能建筑要赋予建筑以生命，它是一个能积极地与环境相互作用的、智能型的、可调节的系统，是采用现代先进的传输、网络、信息等技术，通过精密设计，优化集成，补偿建筑物硬件的不足，同时运用现代科学技术成果，合理设计建筑物内外空间和能源利用，使其在系统内部进行有序循环转换，实现建筑物的节时、节能效果，从而达到高效、节能、环保、无污染、健康、安全、舒适等特点，以满足生态平衡［3］。

以目前的科技、经济和人类认知水平还无法达到生态智能建筑或无法建设出真正意义上的生态智能建筑，但现在无法建设，并不代表以后也无法建设，相信我们一直在进步之中。就目前而言，一些学者或专家提出的所谓“生态化、智能化”建筑最多只是在原有建筑的基础上增加了一些生态因素和智能因素，然这远非真正意义上的生态智能建筑。

真正的生态智能建筑，应该遵循中国古代“天人合一”的思想，并在此基础上达到“人、环境、建筑”三者的合一，其追求的不仅仅是物质上的高度发达，而且追求精神上的高度“发达”，其使人类在生活的过程中与自然，与建筑融合，使其成为一个有机的整体。

2 生态智能建筑的特征及发展趋势

2.1 生态智能建筑的特征

生态智能建筑，是以智能建筑、绿色生态建筑为依托，以可持续发展的思想为宗旨，在合理利用信息化、网络、控制、绿色生态等技术的基础上，实现居住环境的安全性、健康性和舒适性，最大限度地降低能源消耗、减少环境污染、提高建筑本身利用率的新型建筑。

智能绿色生态建筑是高于智能建筑和绿色生态建筑的现代建筑，具有如下的特征［4］:

(1)生态性:生态建筑其实就是将建筑看成一个生态系统，通过设计建筑内外空间中的各种要素，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。

(2)智能化:生态智能建筑以智能化技术为手段，合理的集成及运用信息化、网络、控制技术，实现建筑的健康、舒适、环保性。

(3)多目标优化:生态智能建筑是一个大系统，需要多视角地考虑技术、管理、经济、人文环境等因素的大系统运行目标，并目调动各种手段使系统达到最优的综合目标。

(4)可持续性:从可持续发展的战略角度出发，注重生态平衡，保护环境，合理利用资源和节约能源，这是生态智能建筑发展的永恒主题。

生态智能建筑的实施要注重与环境的协调，采取各种积极手段和高科技措施，防止对自然环境、生态系统的破坏。同时想方设法提高能源效率，尽可能采用日光照明和太阳能等干净能源，采用HVAC新系统，延长建筑物的可使用寿命、降低建筑物的运行维修费用。

(5)多因素相关性:生态智能建筑与社会信息化、深化经济发展、管理模式、装备技术发展、政府导向等有着十分密切的关系。

(6)多学科综合:生态智能建筑的规划、设计、运行和管理所涉及的技术、经济、管理以及法律问题，需要应用各学科的知识成果。

(7)和谐性:要以人为本，生态智能建筑的最终受益者应该是其中生活、工作的人，其不应是单纯的高新技术产品的简单合成，而应是采用了高科技能满足人的需求，改善和提高人工环境的品质，更好地为人服务，达到舒适、和谐。

2.2 生态智能建筑的发展趋势

国际上，生态智能建筑发展有两个大的趋势:一是调动一切技术构造手段达到低能耗，减少污染，并可持续性发展的目标;第二，在深入研究室内热功环境和人体工程学的基础上，依据人体对环境生理、心理的反映，创造健康舒适而高效的室内生活环境［5］。

3 生态智能建筑技术案例分析

目前，欧洲的生态智能建筑技术走在了世界前列，国外成功的生态智能建筑较多。生态智能办公建筑因其高舒适度和低能耗的特点，具有很高的价值和市场竞争力。生态智能建筑是21世纪建筑的方向，而光学纤维技术、纳米技术、光电转换技术是发展生态智能建筑的关键技术之一［6］。

3.1 国外案例分析

(1)智能建筑一词，首次出现于1984年［7］。人类历史上第一栋理论意义上的智能建筑是在美国的康涅狄格州，是对一栋旧楼进行智能化的改造成果。当时，由美国联合技术公司(UTC，United Technology Corp.)的一家子公司一联合技术建筑系统公司(United Technology Building System Corp.)在美国康涅狄格州的哈特福德市改建完成的，名为City Place(都市大厦)的大楼;重点是使计算机对大楼的空调系统、照明系统、防灾和防盗系统、电梯设备、通信和办公自动化系统、消防系统统一监控;除可实现舒适性、安全性的办公环境外，并具有高效、经济的特点，从此诞生了公认的第一座智能建筑。

(2)软件大亨比尔·盖茨的房子可以称为是智能建筑的集大成者。盖茨花了7a时间与心血建成一幢独一无二的豪宅，在他下班回家途中就可在车内利用电脑遥控家中浴缸，自动注入适当温度的水供他回家后享用。房子里的电脑感应器能随时应主人的喜好，控制室内的温度、灯光、音响和电视系统;客人到访时只要佩戴小型电子胸针，让电脑识别他们的位置，便可为他们提供服务;为了实现家庭的智能化，盖茨的住宅里共铺设了52英里长的电缆。

比尔·盖茨的房子也许正代表着一种趋势:人与世界的关系正逐步受到由数字化处理的信号的控制，声音和视像、思想和行动，全都可以加以数字化处理。

(3)位于德国杜塞尔多夫市的维多利亚保险公司总部大楼，是欧洲非常著名的一栋生态智能建筑。

这座建筑在2000年被德国权威机构授予德国生态环保一等奖，它所采用的系统不是欧洲最尖端的，但是一整套相当成熟可靠的技术系统。此幢建筑最关键的技术有智能玻璃幕墙、置换式新风系统、建筑施工安装等。

智能玻璃幕墙:智能玻璃幕墙建筑，技术上主要是通过双层玻璃幕墙来实现。由于这幢大厦双层幕墙没有现成资料，在设计过程中为确定双层幕墙的基本构造，如通风形式、进风口大小、开窗形式、遮阳中间空气层宽度等技术数据，首先做出1∶7的模型，委托亚琛大学专家进行了大量的实验。在此基础上完成了幕墙设计。因为大楼接近杜塞尔多夫机场，从机场安全考虑，要求降低大楼玻璃幕墙对雷达波的反射作用。所以在大楼面向机场方向上采用了加入纤细钢丝的20mm厚胶合玻璃。

置换式新风系统:进风装置设在固定外侧幕墙的竖框之内，每一竖框内侧左右各设22个直径60mm的圆形进风口，相当于每一窗扇单元有0.12 m2的进风面积。进风口内侧有特殊合成材料制成的防鸟网。出风口设在位于楼顶高度的水平方向百叶之中，高度450mm铝合金百叶倾斜角37°，可以有效地防止雨水进入幕墙内侧。

建筑施工安装:塔楼外立面是由约1800mm×3500mm大小、在工厂加工完毕的单元式双层幕墙构件组成，在工地上整体吊装，因而能保证施工精度和简短的安装工期。每个单元构成相对独立的通风系统，安装时垂直方向在楼板高度上完全封闭，单元与单元水平相接处为构造变形缝，相互之间形成6°夹角。通过这一夹角使窗框和玻璃都是平面的双层幕墙单元，能够围合成圆形的建筑体量。

3.2 国内案例分析

(1)世界上首座可完全拆装重建、可循环再利用的建筑物—“IN的家”，于2001年11月2日在香港建成。该建筑占地2000m2，汇集了世界上最新智能设计与高科技环保技术成果，目的是用来展示未来建筑的新概念。这一建筑的落成，预示着我国21世纪的建筑将朝着智能型生态化方向发展，生态建筑将成为我国新一轮城市建筑的主题［3］。

(2)深圳蓝牙水晶是国内较全面应用生态节能高科技的案例，这是由五合国际主持设计的作品。

蓝牙水晶位于深圳市中心区重要枢纽地段，因此项目用地比较苛刻，建筑容积率非常高，接近8，所处位置规划高度又有限制，并且大厦后面有一所学校和幼儿园，日照遮挡非常严重，如何解决这些问题成为建筑设计的关键。设计中比较了各种方案，最后确定，建筑由高150m的三角形塔楼和高100m的L形板楼组成，最大限度利用日照活动的范围，高层板楼尽量远离学校。在这个建筑设计中，涉及一个巨大悬挑的结构，利用了结构本身的特性和混凝土承压、钢结构承拉的特点，设计出建筑的悬挑结构。

此次设计中，利用十大生态智能技术保证建筑的高品质:能量活性建筑基础系统、天篷柔和辐射制冷系统、分散式新风系统、第三代窗箱式装配玻璃幕墙、隐蔽式外窗遮阳百叶、智能采光照明系统、高效太阳能光伏发电系统、高效防噪声系统、双层架空地面系统以及给排水集成控制与水循环再生系统等。其中蓝牙水晶的双层玻璃幕墙，按照深圳的气候特点专门设计，带有隔音窗和百叶。

生态智能建筑技术的应用难点，在于需要参与各方付出额外工作与创新，承担设计过程中的一定风险。技术的采用，不求最新最贵，重在系统的配合与有机互动。同时应该看到，新技术与新材料的应用为建筑设计提供了广阔的发挥空间，需要建筑师更具广泛深厚的技术知识。

4 结语

自然生态环境是人类社会赖以生存和发展的基础，对生态环境的保护理应成为人类必须遵守的行为准则。特别是进入21世纪后，随着我国信息、智能、技术的飞速发展以及改造生态环境的迫切需要，建筑师应从全面、整体、综合的角度出发，利用现代先进的科学技术，通过精密设计，优化集成，创造出符合环保要求的高效、节能、健康、舒适的智能型生态建筑。生态智能型建筑是未来建筑设计和建设发展的必由之路，是改善生态环境最合理的方法，是人类重视环境、保护环境、节约资源、选择可持续发展的必然产物。

［1］吴荻，原颖.环境保护与绿色建筑［J］.林业科技情报，2010，42(1):24－26.

［2］利仕选.浅谈生态建筑及智能建筑的发展［J］.科技资讯，2006，25(26):67.

［3］匡小平，周正华.21世纪智能型生态建筑将崛起［J］.湖南林业科技，2002，29(2):48 －49.

［4］王博，杨欢欢，李小利.浅谈智能绿色生态建筑［J］.北京工业职业技术学院学报，2008，7(3):86 －89.

［5］沈时迪.国际上生态智能建筑发展趋势［J］.住宅产业，2009(7):87－88.

［6］邹宁宇.由智能建筑到生态智能建筑［J］.江苏建材，2002(3):1－3.

［7］张琦.浅谈生态智能建筑的设计［J］.江苏建筑，2008(3):13－15.