生态设计在公共建筑中的应用与研究

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摘要：公共建筑作为以建筑为“底”的“图”，从古至今备受关注，占据了与其数量不成比例的资源配额，因此公共建筑的生态化设计是其健康发展的必由之路。本文首先基于对生态研究和公共建筑研究的背景分析，认为二者的整合研究对于各自的深化发展都极具建设性。其次从公共建筑的本体特点入手探讨了它的生态使命，重点讨论探讨了生态化设计在公共建筑的应用内涵。

关键词：生态设计；公共建筑；应用

前言

建筑本身始终在表明，建筑之所以存在的基础正是永恒的价值和内涵及这些价值与内涵在不同历史时期所经受的变化之间的不稳定平衡。但由于功能、技术含量较高，构思涉及“自变量”更多，使得公共建筑的生态化设计一直是建筑师不愿碰触的雷区和死角，而显得扑朔迷离。本文通过对生态建筑理论的深化，对公共建筑的生态化进行了有益探索。

1.生态化公共建筑的特性

公共建筑生态化设计以系统思维为指导，以建筑与环境之间动态变化的张力关系和功能组织关系为拓扑蓝本进行技术建构和艺术塑造，并逐渐形成全新的从能量信息到物质的整套生态美学导向，是一次设计范式的跃迁。生态化公共建筑的根本要义在于系统集约、经济高效、健康适宜和地域本土性，这四方面又是内在相互依赖、相互影响的整体关系。

1.1系统集约

系统集约是通过辩证地理顺公共建筑各个设计目标之间的关系，全方位调动全寿命周期内的每个设计因素的积极性，从而使整个设计目标及设计因素之间呈现平衡网状关系，变单兵作战为协同共进，每个过程和因素都不可或缺，在减少成本的同时提高建筑性能，并且在外部环境发生变化时能动态适应，整体系统更加有序并显现出“活”、“动”的新气象。系统集约是其他三个特征的基础，正是它的存在使后三者能真实有机地呈现[1]。

1.2经济高效

系统优化是系统发展演化的目的，经济高效是集约化设计系统的必然结果，意即通过优化性能及智能控制，用全寿命周期费用评价来综合审视建筑的效益，以最少的投入获得最大的产出，从而避免无谓浪费的同时提高设计因素的效率，即“少费多用”，包括三方面因素：设计阶段预期的空间功能高效、建造阶段的材料高效和使用阶段的能源利用高效。建筑的能源耗费从全寿命角度可以分为建造阶段的能源耗费和正常使用阶段的能源耗费，建筑运行、维护需要耗费的大量的能源和资源。有数据表明，一个建筑使用六年所消耗的能量就相当于这个建筑建造中所消耗的能量，而建筑的寿命要长达50—100年。正常使用阶段的能源耗费具有更大的实际意义。

1.3健康适宜

健康适宜的内涵包括公共建筑环境对使用者生理、心理上的关怀及其对地球环境的无害负责，这就需要综合调度建筑设计与技术参数，多层次满足各种不同的需要。健康不仅指没有疾病，而且是指身体、精神及社会性的一种完好狀态。从这个意义出发，健康环境的特征应是与自然相和谐，使人身心健康并富有生气。适宜则是在当前能源环境恶化背景下的一种理性选择，一反以前以人的绝对舒适为目标，凸显了“适度”原则，通过对舒适范围的动态调控达到相对舒适状态。

1.4地域性

地域性表现为根据当地地形地貌、气候、物候、工艺等实际，因地制宜地进行生态建构，从而逻辑地生成一种时代技术背景下抵抗全球化的新地域特色，并且公共建筑能更有机地契合本土地点环境，形成色彩斑斓、和而不同的公共建筑地域拼图，实现“乡土建筑现代化，现代建筑地区化”目标。

由于内在的系统集约性，生态化设计的公共建筑在形态上则表现出环境的地缘化、体形的张力流线化、表皮的多元复合化、结构的有机轻量化和空间的灵活自然化等倾向，并在表情上显现出洋溢着生命活力的生动个性化特征。

2.生态设计在公共建筑中的应用策略

2.1采光计划

天然采光是实现内部环境自然化的主要策略。从全寿命周期角度分析，照明能耗占建筑运行总能耗的40%～50%，天然采光无污染、无能耗。从生理上说，自然光昼夜复始的更迭，控制着人体的生物钟，使我们的生命节奏保持平衡，自然光制造维生素和众多营养物质，使我们的机体得到补益，保持健康。从心理上说，明亮的、愉悦的、活跃的自然光可以振奋人的精神，经过精心设计和处理的光环境能产生出柔和、稳定、明快、静谧的气氛，能够引导和调节人的心理感受，是实现众多建筑功能的重要手段[2]。

对公共建筑而言，屋面采光天窗具有节能、采光效率高、构造简单、布置灵活、易达到室内照度均匀的特点，可通过以下几类基本方法实现：

1）结合屋面构件采光。这种方式将采光与屋盖结构构件融为一体，并将天然光的处理同结构的韵律美结合起来。

2）全透射顶棚。这是在屋顶结构革新及新型合成材料出现后的一种全新顶向自然采光方式。主要包括PVC、PTFE、ETFE等膜材料和聚碳酸酯屋面板。阳光透过薄膜或阳光板散出柔和均匀的漫射光，使内部空间通体明亮，人在其中犹若置身于室外般自由开放。

2.2公共建筑中遮阳设施的应用

公共建筑的透明围护结构部分应采用可调节外遮阳、内遮阳、双层幕墙空气间层中的遮阳帘等遮阳设施。屋顶的透明部分应提高其保温隔热性能，并设置遮阳设施及合理的通风系统。京都西京极综合运动公园游泳馆的主馆和副馆都尽可能通过墙壁和屋顶谋求自然采光，由于主馆在冬季改作为滑冰馆使用，在墙面上设置遮阳百叶等调光装置，同时顺理成章地成为该馆外立面设计的一大特色。

如林茨设计中心的日光格栅系统是赫尔佐格与光学专家巴腾巴赫为解决建筑的屋顶采光问题专门合作开发的，将一种塑料格栅装配在屋顶面板上，通过复杂的折射、反射，仅使来自北向的漫射光能进入建筑，而把南侧的直射光屏蔽掉，就可避免夏天室内产生过热现象，光反射格栅厚度仅16mm，覆盖有薄的纯铝反射涂层，置于屋顶双层玻璃之间。格栅的几何划分通过计算机程序确定，其设计综合考虑了太阳在不同季节的高度角和方位角，对建筑的遮挡和建筑的朝向及屋顶的坡度，进行隔热处理的钢结构构件有助于减少穿过建筑表层的热损失。该系统使展示区成功地达到很高的采光质量，却没有牺牲室内热舒适度，同时也未增加额外的能耗[3]。

2.3内容结合生态

随着现代技术的广泛应用和不断异化，公共建筑逐渐偏离了对外界环境“用”与“防”之间平衡点，越发成为人与自然之间交流的鸿沟。随之而来的“容器”负效应促使建筑学人对其生态健康问题进行反思。健康不仅指没有疾病，而是身体、精神及社会性的一种完好状态。从这个意义出发，健康环境应与自然相和谐，使人身心健康并富有生气。它遵循建材设备无害化和空间自然化、宜人化原则，实现全面意义上对人的终极关怀。

如某公共建筑在对气候资源的利用方面，为了能让人们获得最高品质的室内舒适环境，在屋盖中间采用玻璃天窗，配有光控百叶窗以充分利用自然光并可消除投射在车道上的阴影。智能系统控制室内亮度、风压、风向以及温度，通过天窗引导气流或将热空气从百叶窗排出，当室内温度过高时，热空气通过顶棚上的百叶窗排出，而冷空气则由观众座位下的通风管导入；当需改变室内风压时，则可利用对流原理通过开窗引导气流实现，从而将环境调整到最舒适的状态。

3.结语

公共建筑已不是纯粹为了功能目的或美学追求而建造的，而是物质需求和精神需求合力的产物。同时当资源相对于人类利用能力接近无穷时，即使技术水准有限，人们还是可以相对自由地对公共建筑以资源倾斜为基础进行空间秀、形式秀；在可支配资源捉襟见肘时，尽管技术已相对集约化，但“巧妇难为无米之炊”，那种感性粗放的传统设计模式已难堪此任。异军突起的生态建筑学迅速成为建筑学系统中一支极富建设性的力量，并将担负起文化救赎的重任，而公共建筑生态化设计则正是其中坚。并随着生态技术的蓬勃发展，生态理性及其衍生的生态美学也将成为公共建筑领域的主流语境。

参考文献：

[1]周帅.绿色小城镇生态设计策略及其效益分析[D].武汉理工大学.2013.

[2]陈海杰.走向诗的空间——日本著名建筑师高松伸的创作旅程[J].时代建筑.2013（04）

[3]王譞.深生态设计视野下景观安全构建研究[D].南昌大学.2013.

作者简介：

吕谷敏（1985.9-），女，广西南宁人，助理建筑师，本科，从事建筑设计工作。