兰州高层建筑生态设计策略浅析*

毕晓莉，陈 谦

（兰州理工大学 设计艺术学院，兰州 730000）

兰州高层建筑生态设计策略浅析*

毕晓莉，陈 谦

（兰州理工大学 设计艺术学院，兰州 730000）

城市的集约型发展是中国城市化进程中的一个必然选择，绿色生态建筑设计已然成为现代高层建筑设计的发展趋势。通过分析兰州高层建筑本身的特点和生存环境，认识兰州高层建筑在生态环境设计方面存在的问题，并提出该类型建筑的生态设计策略。

兰州；高层建筑；生态设计

0 引言

高层建筑是城市形态发展到一定程度的必然产物，是一种重要的城市建筑类型，其有利和有弊的方面均相当突出。因此，城市与高层建筑日趋紧张的矛盾是当前城市建设普遍存在的问题。在注重生态的建筑设计实践中，寻求与“城市环境”共生的生态建筑类型已经受到全世界建筑设计人员的关注。本文将对生态环境影响下的河谷型城市兰州高层建筑设计进行研究，从内部空间和外部环境两方面入手，探究和分析兰州高层建筑与城市的互动关系，寻求建筑与环境关系更加合理的解决方案，实现高层建筑与城市的共生。

1 高层建筑与城市环境的关系

在城市职能体系日趋复杂的今天，传统城市沿着二维平面生长的方式浪费了有限的土地资源，城市功能不能很好地实现。基于中国地少人多的基本面判断，城市的集约型发展是中国城市化进程中的一个必然选择。高层建筑有利和有弊的方面均相当突出：由于高层建筑不仅在施工建造中会消耗大量的原材料，在使用过程中也会消耗不少的能源并且排放出较大规模的废弃物，所以不符合环保节能的要求。但是因为城市土地资源紧张的形势，高层建筑由于占地较少、能够为城市建设提供更多的绿化空间，提高城市空气质量。特别是一些标志性的高层建筑，比如大本钟、埃菲尔铁塔等在城市人们的心中具有特殊的情怀，这些高层建筑的价值已经超过建筑本身，因此其也具有有利的一面。所以，当前城市与高层建筑日趋紧张的矛盾是城市建设普遍存在的问题。

2 国内外高层建筑生态设计现状和发展趋势

2.1 国外高层建筑现状及发展趋势

从18世纪末期到19世纪末期，欧洲和美国的工业革命为欧美等国带来了先进生产力，促进了经济的繁荣发展。其城市化进程显著提高，并造成城市人口规模的扩大，为了在较小的土地范围内建造更多的使用面积，建筑物不得不向高空发展。另一方面，钢结构的发展和电梯的出现则促成了多层建筑的大量建造。在1885年，真正的高层建筑——10层高的芝加哥家庭生命保险大楼建成。20世纪70年代初，虽然国际式高层建筑依旧在广泛建造，不过一些建筑设计师已经在探索新技术和新材料的表现力，有的在甚至研究几何形态的无限潜力，而大部分建筑设计师已将重心放在建筑与人的和谐共存上。其代表人物如建筑师菲利普·约翰逊等。当前，这种探究和争论仍然没有定论，高层建筑正处于新古典、生态观、高技派、解构主义等多种流派共存的发展期。

在高层建筑的设计上，英国建筑师福斯特已经为人们提供了一个成功的范例，比如其设计的德国法兰克福商业银行就比较典型。该建筑高达300 m，共53层，整个建筑分为4个组，每组共有12层的单元——“办公村”，每个“办公村”都带有一个4层高的空中花园。这些空中花园被安排在3个不同方向的标高上，发挥着类似“烟囱”的风口的作用，保障了办公空间的空气通畅。此外，三角形平面的设计可以接收到更多的阳光，形成开阔的视野，同时能避免对北邻建筑的遮挡。所以，该大厦有着“生态之塔”和“带有空中花园的能量搅拌器”的美誉。

不少国外高层建筑在创作中形成了一种技术倾向，那就是体现生态环保和可持续发展的观念，很多高层建筑设计已经向着“绿色”化发展，大量的建筑师都在建筑设计之中想方设法引入“绿色”技术。比如，应用到日光反射材料、光控遮阳构件及各种新奇的控制阳光辐射和热量进入的外墙做法，除了达到节能环保的要求外，而且还可以增加高层建筑物的美观感，彰显强烈的“科技感”。

2.2 国内高层建筑现状及发展趋势

我国高层建筑的发展轨迹与国外相似，都经历了一段从低到高，从一元到多元的发展历程。随着1977年广州白云宾馆建设，我国高层建筑的高度超过了100 m（33层），此后广州花园酒店、南京金陵饭店、北京饭店，以及广州白天鹅宾馆等高层建筑物如雨后春笋般建造。尤其是在深圳、珠海特区，高层建筑开始就具有全新的概念和面貌，并在一定程度上成为这些新兴城市的象征。例如，高160 m的深圳国贸中心大厦就是其中的代表作。进入20世纪90年代，高层建筑在国内高速发展，这主要是城市对土地开发的经济利益的诉求和提升城市形象的需要。之后，我国高层建筑一直保持高速发展势头，如今已呈现“井喷式”发展。

相对于发达国家，我国的高层建筑的建设虽然起步较晚，不过在今天已经获得了不小的成就，以北京、上海、广州、深圳等城市为代表的高层建筑代表着我国高层建筑的发展历史。随着资源短缺问题在世界各地的出现，高层建筑也必须注重环保节能上的设计，所以“生态型”建筑的概念也应运而生。就目前而言，“生态节能型”建筑已经成为高层建筑设计中的共同要求。

3 基于寒冷气候条件的兰州高层建筑生态设计策略研究

3.1 兰州城市环境现状

兰州地处西北地区，干旱少雨，气候寒冷。建国60年来，兰州主城区的面积从16 km2增长到221 km2，已扩张了将近14倍；市区人口从新中国成立初期的19.5万增加到现在的210万人。兰州是黄河流域唯一黄河穿城而过的省会城市，黄河在境内流程150.7 km。兰州市由于在“两山夹一川”的自然地形内进行城市建设（图1），城市用地局限性更大，城市建设表现出：典型的带型城市形态；单一中心城市向多中心城市转变；城市建设用地趋于饱和；交通问题突出；城市市政设施低效率运行；生态环境极度脆弱等特点。

图1 兰州自然地理特征（资料来源：自绘）

随着城市规模的持续增长，在快速城镇化进程中，兰州城市空间已无法满足未来发展的需要，进行三维城市规划设计才能使城市高效发展。合理开发利用高层建筑，是解决兰州目前土地资源紧缺、优化城市环境的一个重要途径。

3.2 兰州高层建筑生态设计策略研究

兰州因其特殊的地理位置和生态环境，近些年高层建筑的建设呈“井喷式”（图2），目前有高层建筑近2 000栋，真正与生态环境结合考虑的设计却很少，因此亦暴露出能源消耗大、环境影响大等诸多问题。这是因为地处西部经济落后地区在很大程度上制约了设计理念的创新和实施。

图2 黄河明珠——兰州

3.2.1 生态设计策略研究

认识到兰州高层建筑在生态环境设计方面存在的问题，应该从以下几个方面考虑进行兰州高层建筑生态设计策略研究：

1）正确认识西北地区生态环境现状，认识寒冷气候条件对高层建筑设计产生的制约因素，寻求与“生态环境”共生的城市空间环境应当引起设计人员的关注重视。研究寒冷气候条件对城市空间设计方法的影响，建立西北地区城市空间系统化、生态化的高层建筑规划设计方法体系，形成脆弱生态环境下高层建筑设计模式等3个高度关联的方面开展深入分析和研究。

2）从建筑本身探讨高层建筑生态设计的理念与手法，提出针对兰州高层建筑的特点，进行竖向空间的生态化组织。同时研究分析外表皮在生态设计中起的作用，并研究如何应用数字化设计、能源利用等技术手段有助于高层的生态化。根据生态学上的理论，以高信息、低能耗、可循环性和自我调节性的设计理念构建一个节能环保的系统，在高层建筑设计过程中强调技术手段及理念与地域相结合。建立城市高层建筑可持续设计的概念，为生态高层建筑的发展提供理论依据。

3）应充分运用资源环境带来的条件，把生态策略贯彻落实到高层建筑设计中，实行针对性的建筑方式和工艺，创造出与西北气候条件、生态规律相符合的建筑形态，从而构建一种全新的、绿色的、富于生气的办公或居住的高层建筑设计模式。研究以相关生态学理论为基础，秉持高信息、低能耗、可循环性和自调节性的设计理念去创造一个节能的系统，利用“技术性思维”来转变传统的设计观念。

4）应从地域性出发分析寒冷气候条件引起的能量变化，注重研究生物气候条件和人类生物感觉之间的复合、整体关系，通过生物气候要素、自然要素和人工要素的整合探讨基于寒冷气候条件的高层建筑设计策略；从环境的角度阐述高层建筑的生态设计手法，探讨高层建筑的环境设计策略，引导城市环境良性循环，实现城市、人与自然的协调发展。

3.2.2 具体研究方法

1）实践调查：以西部典型的河谷型城市兰州为示范性案例，从内部空间和外部环境两方面入手，运用城市规划、建筑生态学、生物气候学、建筑设计等学科的基础理论，采用历史分析与规划设计和实践相结合的研究方法，对生态环境制约下的兰州高层建筑设计进行研究，研究其建筑布局、朝向、空间、材料等建筑设计要素的关系，探求其与城市自然环境、社会经济发展以及地域人文条件之间的内在联系。

2）比较分析：依据西北地区气候特点，应用生物气候设计从植物、水体、日照等方面分析影响城市综合体建筑室内空间、室外环境的规划设计因素。分析气候特点对人行为造成的影响。在生态层面给予充分考虑，并制定对应策略。建构基于生物气候条件的适宜于西部半干旱地区的兰州高层建筑生态设计的理论依据。

3）环境评估：基于生物气候条件的综合体设计过程主要体现在设计开展的初期阶段，设计人员首先应分析场地环境以及气象条件等数据信息，并明确室内开展活动的舒适条件。然后就是对比分析外界既存的气候条件与满足舒适需求的必备条件之间的关系，确定影响舒适条件的气候因素等。

4）生态化技术应用：将适宜的被动式设计方针，比如太阳能采暖、外围护结构保温、通风控温等，包括具体可行的设计建议，连同经济、社会和美学因素，一同纳入兰州高层建筑设计构思草图及方案设计中，从而创造出一个可以适应地域气候的高层建筑。生物气候技术层面的解决是影响其发展的重要因素。

4 结语

高层建筑因其庞大的体量和综合功能，能源消耗较一般建筑更为严重，对城市环境和生态的影响日益凸现。因此，绿色生态建筑设计已然成为现代高层建筑设计的发展趋势。研究其建筑布局、朝向、空间、材料等建筑设计要素的关系，探求其与城市自然环境、社会经济发展以及地域人文条件之间的内在联系，建构基于寒冷气候条件的适宜于西部半干旱地区的高层建筑生态设计的理论依据及设计模式。研究有助于正确认识兰州脆弱的生态环境现状，保障城市健康、可持续发展，解决兰州高层建筑设计中存在的生态问题，为其他生态环境脆弱地区的高层建筑生态设计提供借鉴和参考。

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[5]涂靖.生态建筑学在高层建筑设计中的应用[J].城市建筑，2012（17）：50-52.

TU972

A

1673-1093（2015）01-0065-03

毕晓莉，就职于兰州理工大学设计艺术学院。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.01.016

2014-08-27；

2014-09-07

甘肃省住房与城乡建设厅科技项目资助（JK2013-22）