绿色铁路客站建筑方案设计的被动式设计策略应用探讨

王彦

（铁道部经济规划研究院工程师，北京100038）

绿色铁路客站建筑方案设计的被动式设计策略应用探讨

王彦

（铁道部经济规划研究院工程师，北京100038）

绿色铁路客站的建筑设计应以被动式设计策略为基础。分析绿色铁路客站建筑设计策略的主动、被动两种方式，结合案例和铁路客站建筑设计的特殊性，探讨被动式设计策略在绿色铁路客站建筑方案设计中的应用，以期推动被动式设计策略的运用发展。

绿色建筑；铁路客站；建筑方案设计；被动式设计策略

0 引言

近年来绿色建筑越来越受到社会各界的重视，铁路客站作为一类重要的公共建筑，其绿色度也倍受关注。铁路客站作为公共建筑，包含了办公用房、生产用房、商业用房、候车厅、售票厅、换乘厅等多种使用功能的空间，除“四节一环保”外，安全、快捷、高效等也是绿色铁路客站评价需要关注的因素[1]。根据GB 50378—2006《绿色建筑评价标准》对绿色建筑的定义，可以把绿色铁路客站定义为：在满足铁路客站设计及建设各项标准基础之上，在建筑的安全寿命周期中，最大限度地节约资源（节能，节地，节水，节材）、保护环境和减少污染，为旅客及运营管理者提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的铁路旅客车站建筑。

绿色铁路客站建筑设计从能源的消耗方式来说，采用了主动、被动两种设计方式。被动式设计是指在建筑方案设计过程中，根据建设地所在区域的气候特征，遵循建筑环境控制技术基本原理，综合建筑功能、形态等需要，合理组织和处理各建筑元素，使建筑物具有较强的气候适应和气候调节能力[2]。被动式设计的概念是基于现代建筑对环境造成的污染与破坏而提出的。现代建筑为了给人们提供舒适的环境，一直利用机械设备和外部不可再生能源输入的“主动式系统”来控制改变环境状况，高额的能源消耗维持着这一系统的运行。与之相对的“被动式建筑设计”则要求建筑师充分了解并尊重地区自然环境状况（太阳光、气候、地质、风向、植被等），在不使用机械设备和外部能源输入的前提下，完全依靠建筑本身的规划布局、建筑造型、建筑材料等的设计，适应并利用地区气候地理特点，从而创造健康舒适的室内热环境，进而达到节约不可再生能源的目的[3]。被动式设计是建筑节能的主要途径之一，为绿色建筑的未来发展提供了一个方向。

1 绿色铁路客站的建筑设计应以被动式设计策略为基础

绿色建筑的设计策略大致分为被动式设计策略和主动式设计策略。从广义上，被动式设计策略主要是指“前空调系统时代”中，建筑设计采用合适朝向、蓄热材料、遮阳装置、自然通风等策略的设计类型。这种设计策略更多的是被动接受或直接利用可再生能源，没有或很少采用机械和动力设备。相对而言，主动式设计策略则主要涉及依赖于石化等不可再生能源的空调和照明系统，也包括利用太阳能、风能等转换的电能的方式，以及依赖于辅助机械和动力设计的太阳热能利用设备[4]。

1.1 被动式设计策略符合我国绿色铁路客站建设的特点绿色铁路客站的建设与发展离不开主动式设计策略的进步，主动式技术可以高效、精确地控制环境参数、能源耗费，并为室内环境健康舒适提供精密的保证，但也受造价不菲、维护成本高、对使用人员素质要求较高以及技术更新换代飞快的限制。我国绿色铁路客站建设的特点是数量大、分布广、技术条件复杂，而且其中大部分是中小型客站。这些中小型客站有的规模较小，有的位置偏远，建设投资有限，后期的运营维护也不方便。面对这样的现实，绿色铁路客站建筑设计中应充分重视和采用基于低技术的被动式设计策略。这种设计策略能够结合中国传统建筑设计理论和技术措施，通过精确的技术分析，因地制宜地进行建筑设计，使客站建筑对气候、环境的适应性增强，从而为主动式技术的高效利用提供一个良好的基础，即设备减量。主动式技术可以看成是被动式技术面对短时间、极端条件下的一个技术补偿措施。即使持续使用主动式技术，被动式设计策略能够提供一个有利于节能绿色的坯子，为铁路客站建设的前期投入以及后期运营维护节约费用。

1.2 被动式设计策略满足绿色铁路客站空间舒适度的要求

人体的舒适度主要受温度、湿度、风速影响。被动式设计策略虽然不像主动式设计策略那样精确、高效，但是如果对舒适度要求有一定弹性幅度，或者外界环境没有那么严苛，被动式设计策略在较大程度上可以满足人们的需求[4]。铁路客站主要空间是候车厅、售票厅、换乘厅这样的大型旅客集散空间，其特点是人流密集，通过性强，空间不易封闭，空间内旅客分布不均。在这样的空间中，旅客对舒适度的要求有限，而且室内的温度、湿度、风速的稳定状态容易被干扰和破坏。针对这种需求和条件，很适合采用被动式设计策略，可以使绿色铁路客站在一年中的特定时间段削减甚至避免使用主动式技术，直接达到节能减碳的目的。

2 被动式设计策略在绿色铁路客站建筑方案设计上的应用

被动式设计策略在绿色铁路客站的设计中已经有所使用，而且节能成效显著。但是在被动式设计策略的选择和侧重上还存在研究不够充分、方式比较单一的问题。同时，铁路客站建筑设计有其特殊性，也限制了被动式设计策略的选择或效果。例如：铁路客站建筑的朝向和位置由铁路线路和城市道路规划确定[5]，无法采取适应主导风向与太阳方向的策略；作为主要空间的候车厅、售票厅等都是进深大的大空间，对风压通风的效果会造成影响。被动式设计策略的重要特点就是因地制宜，根据不同的气候类型选择不同的设计策略。

2.1 适度的空间高度及形态

铁路客站的功能决定了站房内必然有大空间的存在。这些空间面宽和进深都在几十米以上，选择合适的空间高度很重要。空间过低会给旅客带来压抑感，并且影响自然通风的效果；空间过高会增加建筑的热负荷。对于东北严寒地区、西北干寒地区以及青藏高原高海拔地区，自然通风效果不明显，在满足人的视觉空间舒适度的前提下应该尽可能降低站房高度。其他区域可采取调整空间形态的方式，来达到既限制空间容积又满足良好的自然通风的目的。可以采取四周低、中间高的空间形态，坡屋面、弧形屋面等屋顶形式也就应运而生。三亚站的建筑方案采用了有优美曲线的坡屋顶，屋顶的3个制高点覆盖了主要的公共空间（候车厅、出站厅和售票厅），热空气自然集中并上升至屋面制高点，通过可开启的电动天窗排出，形成热压通风。

2.2 合理的窗墙比

根据铁路客站所在的气候类型区，结合造型需要确定合理的窗墙比，是客站建筑围护结构设计的核心内容。窗墙比对建筑的整体热工性能影响很大，是评价建筑节能设计最直观的标准。在建筑创作中，玻璃幕墙往往被大面积地使用在候车厅中，虽然选用空气间层厚、遮阳系数低的玻璃幕墙也能满足热工计算的要求，但是代价比调整窗墙比来说大得多。特别是在冬季需要采暖的地区，这一差别尤为明显。采用适当的创意、运用合适的立面处理手法，从方案设计的源头就控制窗墙比十分重要。大连站的造型以“海水雕琢巨石”为创意，建筑密实、方正又不失现代感，建筑创作与气候特点巧妙地结合在一起，从而避免了大面积玻璃幕墙的使用。

2.3 建筑遮阳

建筑遮阳对于夏季需要防热的地区具有重要意义。遮阳设计要依据太阳高度角来确定遮阳构件的尺寸，不同朝向采用不同的遮阳策略，并与建筑造型融为一体。三亚站站房主立面朝南，屋顶在南北方向上有深邃的出檐，屋檐的出挑长度根据太阳高度角来确定。全年大部分时间挑檐能遮蔽竖向的玻璃幕墙，只有在冬季一些相对较冷的月份，太阳高度角较低，建筑南侧室内会有阳光直射。主立面墙体系统由石材基座、外侧竖向木百叶、内侧玻璃幕墙组成。竖向的木百叶可以有效地遮挡清晨和傍晚的东西向阳光直射，而中午前后的阳光由于太阳高度角很高，则被出挑的屋檐有效地遮挡[6]。

2.4 自然采光

自然采光主要是针对候车厅进深特别大的站房，用天窗的方式来补充室内照度的策略。一般候车厅进深在30 m以下的中小型客站，侧窗或玻璃幕墙基本能满足大部分采光要求。天窗是屋面构造与热工性能的薄弱环节，面积应该控制在合理范围内，形式也要慎重选择，并注意眩光。南京南站吸取中国的传统建筑意象和木构特点，采用了两层叠次的大屋顶造型，天窗结合屋顶造型，设置在双重屋顶之间，另外还设置了几组藻井式天窗。天窗采用四面矩形天窗的型式，可以有效避免眩光。

自然采光还有一种针对高架候车室下站台空间或站场高架桥的桥下空间的采光方式。例如，北京南站在候车厅地面设置了采光区，为站台层增加采光；武汉站在站台上设置了采光带，为站场高架桥下空间增加采光。

2.5 自然通风

自然通风分为风压通风与热压通风。在站房朝向与主导风向一致，且进深不算太大的中小型客站，风压通风的效果才比较明显。站房空间层高较高、温度分层明显，则非常有利于热压通风的组织。

三亚站的朝向与主导风向一致，南北立面部分玻璃幕墙设置为可开启电动窗，来自东南向的夏季主导凉风可以从南侧窗户顺畅进入室内，形成风压通风。同时设置可开启的屋顶天窗，形成热压通风。这样，全年大部分时间可以利用自然通风达到舒适的环境要求，大大降低站房的空调负荷。

南京南站候车厅宽150 m，长360m，室内净高在26m左右。对于这样巨大的空间来说，风压通风效果很不明显，主要依靠热压通风策略来实现自然通风。因此，结合天窗设置了通风开口。经测算：室外温度低于22.04℃时，可完全采用自然通风。如果设定建筑空调季节为5月1日—9月31日，可降低候车层全年空调负荷的7.73%；如果将检票口也全部敞开作为通风开口，室外温度低于23.7℃时，可完全采用自然通风满足室内环境的热舒适性要求，可降低候车层全年空调负荷的14.5%[7]。

3 小结

绿色铁路客站的建设离不开被动式设计策略的运用，需要参与客站建设的各界力量的共同推动。由于这种设计策略更容易与建筑创作融合在一起，建筑师更应该重视这方面的研究，选择并且发掘更多的设计策略，使被动式设计策略成为绿色铁路客站建筑创作的出发点，甚至是出彩点。

[1]赵奕.建立中国绿色铁路客站标准的必要性探索[J].铁道经济研究,2010(3):1-3，17

[2]夏伟.被动式设计策略的适用性研究[J].建筑学报,2009(S1):9-11

[3]殷超杰.夏热冬冷地区被动式建筑设计策略应用研究——基于武汉市艺术家村规划与建筑设计[D].武汉:华中科技大学,2007

[4]宋晔皓,王嘉亮,朱宁.中国本土绿色建筑被动式设计策略思考[J].建筑学报,2013(7):94-99

[5]盛晖,李传成.绿色铁路旅客站建筑设计探讨[J].铁道经济研究, 2010(1):24-30

[6]刘世军,山农,王瑞.现代交通建筑的地域精神——三亚火车站方案设计[J].建筑学报,2009(4):67-69

[7]庄炜茜,田利伟.南京南站节能设计与建筑室内环境分析[A].2011中国铁路客站技术交流会论文集[C].北京:中国铁道出版社,2012：380-389

（责任编辑：魏艳红）

Green railway station architectural design is based on passive design strategies. This article analyzes two strategies -active and passive in green railway station architectural design, and discusses the current situation of application and the particularity of strategies selection by studying the cases, to expect passive design strategies to have a proper application in the green railway station architectural schematic design.

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A

1004-9746（2014）03-0041-03

2014-05-18）