浅述绿色建筑的集成设计方法——以江苏城乡建设职业学院研发楼方案设计为例

朱少君

(江苏城乡建设职业学院建筑艺术系，江苏 常州 213147)



浅述绿色建筑的集成设计方法
——以江苏城乡建设职业学院研发楼方案设计为例

朱少君

(江苏城乡建设职业学院建筑艺术系，江苏 常州 213147)

建筑设计是一个复杂的过程，建筑师在设计过程中必须考虑一系列复杂而相互矛盾的影响因素。传统的建筑设计过程对功能、形式和空间的考虑较多，而对诸如气候、维护结构、设备系统等影响建筑环境性能的因素考虑较少。随着绿色建筑的不断发展，传统的设计方法已难以满足绿色建筑的要求，有必要针对绿色建筑提出新的设计方法，因此集成设计应运而生。

绿色建筑；集成设计；节地；节能；节水；节材

绿色建筑是我国建筑业未来的发展趋势，绿色建筑在其全寿命周期内最大限度地节约资源、保护环境和减少污染，为人们提供健康、实用和高效的使用空间，与自然和谐共生[1]。绿色建筑要求在建筑设计、建造及使用过程中充分考虑环保、节能、经济、舒适等综合因素，实现建筑与生态的协调可持续发展，因此，建筑设计能力和水平的高低在很大程度上决定着绿色建筑的发展。

随着现代设计理念的发展以及绿色建筑设计意识的普及，传统的线性设计流程的弊端日益显现，建筑师已无法只关注建筑的平面功能、立体造型及构造技术，设计过程已逐步进化为多学科融合的集成化阶段。所谓绿色建筑集成设计，是指因地制宜、以人为本，对一系列新材料、新技术的合理应用，实现整个建筑系统最优化，在不影响健康、舒适的使用环境的前提下，大大提高能源资源的使用效率以及降低建筑的运行成本[2]。

集成设计与传统设计方法存在不同，集成设计流程保证了在设计初期阶段引入各个专业的相关信息，并在设计初期综合考虑所有的影响因素和设计的多种可能性，主要体现在两个方面：纵向比较，在整个设计过程中，集成化设计将建筑本身与外部环境看做一个整体，把建筑全寿命周期作为设计决策的出发点；横向比较，集成化设计要求各专业设计人员紧密合作，将可持续建筑设计策略融合在功能、形式、性能和经济等各层面，以实现建筑的可持续发展为最终目的，获得低成本、高性能及各方面的收益[3]。

下面以江苏城乡建设职业学院研发楼方案设计过程为例，探讨如何在绿色建筑的设计过程中进行集成设计。

1　项目概况

该项目位于江苏城乡建设职业学院新校区内，基地北面属于校园的综合配套区，用地及四周均为农林用地，场地较为平坦，西侧为学生食堂，东侧为创意楼，南侧为学校的教学区。场地毗邻校园北面主入口，北侧为校外城市道路，西侧和南侧均为校园规划主干路，东侧与创意楼紧邻，出入方便(如图1)。

图1　研发楼总平面图及工作模型

该项目是一栋综合的、富有特色的办公楼，集办公、教学、居住、商业、实验、研发于一体，具有创新的办公模式，能够满足多样的使用要求，地上5层，地下1层。1～5层用为商铺、研发办公、创新工坊、实验，地下一层为汽车库(图2)。因该项目在绿色建筑方面有较强的示范意义，所以遵循本土、低耗、精细化策略，按照国家三星级绿色建筑的标准，对项目进行了精心设计和优化。

图2　各楼层项目图

2　集成设计目标及流程

项目的设计目标有两个：一是结合绿色和生态的特点，设计出有特色的配套空间，包括绿色产品展销、绿色小型餐饮、展示交流空间等，成为学院所在地江苏常州城西职教园区特色创意配套中心；二是充分考虑当地气候和周边环境特点，选取适宜的技术体系，在低成本的前提下实现三星级绿色建筑，成为夏热冬冷地区低成本绿色建筑示范项目[2]。

在方案设计阶段，参与设计的人员包括：业主(学校)、建筑师、结构工程师、设备工程师等。其中，建筑师作为设计团队的核心和领导者，负责技术问题的综合解决和协调，工程师也在该阶段起着非常重要的作用，对建筑设计过程的复杂性有一定的了解，并具备解决复杂问题的综合技术知识。

方案设计整体的设计思路分为两部分：建立三维方案模型和对模型进行生态性能模拟分析。首先利用Revit Architecture建立方案模型(如图3)，在建模中要进行墙体、屋面、遮阳板、地面等构造做法的设置(包括厚度、材料、保温材料)，以及窗户的等级和类型。同时，模型建立不是建筑师一个人的事情，各个专业的设计人员应该互相启发和交流，使得各专业的信息进行汇总和整合。模型建立好后，把模型导入各性能模拟分析软件，根据采暖、通风和采光等要求，分析设计存在的问题并反馈到模型中进行修改，直至获得最终理想的方案。

图3　研发楼Revit建筑模型节地与室外环境

3　集成设计考虑因素[3]

3.1节地与室外环境

3.1.1室外环境

本项目室外绿地面积4 887.33 m2，室外透水铺装面积总计为5 206 m2(透水路面716 m2、植草格3 323 m2、水系1 167 m2)，室外透水地面面积比可达65.9%，能够有效改善室外场地微气候，降低热岛效应。通过将该项目内的水面与整个校区内水系连通整合，构成灵动的活水；对项目进行微地形塑造，塑造高差错落的空间，给人生动的体验；设计透水地面，对雨水回收利用，减少城市排水管道压力；在方案中体现立体生态修复的理念，通过屋顶绿化、中庭绿化、墙面垂直绿化和室外周边绿化等多种绿化形式返还城市绿地，有效改善建筑微环境，很好地保护生态系统(图4～5)。

图4　研发楼生态系统分析图一

图5　研发楼生态系统分析图二

3.1.2出入口及公共交通

本项目科技研发楼临近校园主入口布局，方便使用，有利于校内外联系。同时，在学校东侧拟规划建设公交首末站，距离学校大门东侧仅有167 m的距离，有利于步行、公交出行等绿色出行模式。

3.1.3景观绿化

本项目绿化种植设计遵循了“以人为本”的设计理念，通过具体的乔、亚乔、灌、亚灌、地被、草、花等相互间的搭配，建成符合自然生态的群落，最大限度地增加绿视率和绿量，提高生态效益。适地适树，以乡土树种香樟、垂柳为骨架，花灌木、地被分布其中，因地制宜地将植物与地形、道路、景观小品相融合，通过丰富的植物景观，更好地展现校园景观特色。本项目二层、三层简单式屋顶绿化，四层、屋顶层采用花园式屋顶绿化，屋顶绿化面积1 580 m2，占屋顶可绿化面积的74.78%，能够显著改善屋顶保温隔热效果并提高生态效益。

3.2节能与能源利用

3.2.1建筑节能设计

夏季中庭利用屋面的遮阳百页避免阳光的直晒，并可将侧面通风装置打开形成热压和风压通风，二层以上的南向墙面将立面构件打开，增加建筑内外通风面积并改善室内热环境，还可通过内遮阳百页帘保证通风的同时防止太阳热辐射，一层若将转门打开则形成架空层，可以很好地改善通风效果。冬季中庭通过屋面遮阳百页的角度引入冬季的阳光，形成冬季的阳光室，二层以上的南向墙面可将遮阳百页打开引入冬季阳光，一层将转门关闭并密封好满足保温要求；将室内的大空间灵活分割，满足空间多用的需要；不同季节利用架空平台等可变空间形成宜人的工作环境(图6)。

图6　研发楼中庭通风和主要立面遮阳分析图

建筑的围护结构不应是“热水瓶”式的密闭装置，而应该是能对气候进行“过滤”的建筑表皮。也就是说，它不仅应该具有前者的一切功能特征(不变部分)，还应具有类生命体的“可变化”部分，积极适应外界气候的变化。一般情况下，四季更替的室外气候与人类基本生理要求的热舒适条件之间，存在着不同程度的差异。外部的气候条件，主要由周期性季节变化的太阳辐射所决定，而人的基本热舒适指标则是相对稳定的，试图缩小或取消这种环境差异的调控手段便是“气候控制”，在本项目中为实现此目标采用包括新型墙体材料预制混凝土夹心保温复合板、外墙屋面LOW-e玻璃门窗保温隔热技术、立体绿化和种植表皮等各种手段，根据当地气候环境特点，南向、东向立面设计采用“自遮阳+外廊+构件遮阳+可变墙体”形式来满足夏季遮阳通风要求，北向、西向立面设计采用“自遮阳+双层墙体+凹窗+可变墙体”形式来满足四季的保温隔热要求，通过屋顶绿化、中庭绿化、墙面垂直绿化和室外周边绿化等多种绿化形式吸收有害气体，增加空气负氧离子，减噪、降温、增湿、除菌，有效改善建筑微环境并营造视觉方面的舒适(图7)。

图7　研发楼可变墙体设计图

3.2.2低耗结构

主体功能建筑采用模数化设计和标准柱网，是最经济适用的多层框架结构；同在基地范围内的实验工坊是特殊空间，运用大跨度钢结构设计，为后续多功能利用提供空间，同时还可用作会议、展示、培训、实验、办公、商业等多种可能(图8)。

图8　研发楼柱网设计图

3.2.3高效设备与再生能源

针对现行空调系统普通存在霉菌问题、高能耗问题和臭氧层破坏等问题，本项目空调系统采用集中和分散两种，用下送风替代上送风，高效又舒适(图9)，室内设备选择节能器具、节能灯以节省能源，通过在屋面设置太阳能光伏电池板和太阳能集热器实现太阳能综合利用，不仅增加研发楼的电量补充，还有效解决研发楼冬季采暖、夏季制冷和全年热水供应问题。

图9　研发楼空调系统原理示意图

3.3节水与水资源利用

3.3.1水系统规划设计

本项目建筑区域内共有两种水源：分别为市政自来水与区域再生水。生活给水水源来自校区，从校区生活加压管网上引管直接供各层生活用水及消防用水；再生水水源为区域再生水，从校区中水加压管网上引管直接供各层卫生间冲厕、绿化浇洒、车库冲洗及道路冲洗。

本项目采用污废水合流、雨污分流的排水体制。室内污废水经化粪池处理后排入园区污水管道；场地雨水经雨水口收集到弃流井，初期雨水排入园区雨水管道，其他雨水作为补充水源汇入园区湖中。地下室集水坑由潜水泵抽升至室外雨水检查井，通过雨水管网排出，潜水泵的启停由集水坑内的水位自动控制。

3.3.2节水措施及非传统水源利用

本项目建筑物内卫生器具及给水配件均采用节水型。采用雨水入渗，区域内室外透水地面面积比均大于40%，增加雨水渗透能力，减轻排水系统负荷，减少排水径流量，该项目非传统水水源，为市政中水。

3.4节材与材料资源利用

1)本项目混凝土全部采用预拌混凝土，砌筑采用预拌砂浆，节省材料消耗，减小混凝土生产过程对环境的污染。

2)在保证安全和不污染环境的情况下，建筑设计选材时考虑使用材料的可再循环使用性能。

3)本项目为土建装修一体化设计施工，可减少空间重新布置时重复装修对建筑构件的破坏，节约材料。

4)本项目办公室、展示空间室内隔墙采用玻璃隔断、预制板隔断、轻钢龙骨水泥压力板隔断等灵活隔断，可变换的节约空间。

5)本项目利用周边工地的废弃物作为景观环艺的材料，如废弃的混凝土块或石块碎料，可以作为人行小径与驳岸边上的铺装材料，还可以作为坐椅等运用，如废弃铁质材料，可以重新塑造形成小品雕塑，铁质雕塑等。

6)本项目填充墙采用粉煤灰混凝土小型空心砌块，具有良好的保温隔热效果，同时还具有可重复使用、节省土地资源等优点。

4　集成设计中的建筑性能模拟分析

绿色建筑的三维模型建好后，接下来设计人员将对模型进行生态模拟分析，所谓生态模拟分析，就是重点围绕建筑的采光、通风、能耗、防噪等方面进行设计和推敲，以达到建筑可持续发展的要求和满足室内舒适的要求。用Revit构建的模型是物理模型，其中包含了很多复杂的图形元素，但是在进行生态分析时，却无需太多建筑方面的细节，而是要进行一些简化，以加快分析和建模的速度，同时需要房间体积等在进行建筑设计时所不常用的信息。因此，在正式导入到分析软件之前需要对模型进行一些处理，由物理模型转换为生态分析所需要的模型，即分析模型，以满足分析需要。分析过程举例说明如下。

4.1室内自然采光模拟分析[4]

分析研究的目的是评估现有设计方案的自然采光效果，分析建筑室内主要功能空间的采光效果是否达到国家GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》和国家GB 50033—2013《建筑采光设计标准》的要求，并针对采光不足存在的可能性，提供优化设计意见和建议，从而在设计上做到合理、经济，并满足使用人员的工作、生活等需要。具体利用 Ecotect软件作为模拟分析软件说明采光模拟分析过程(图10)。

图10　研发楼采光模拟分析图

针对研发楼每一层进行室内自然采光模拟分析后，得出结论：项目楼层平面分布和外窗布置较为合理，研发楼办公区域自然采光达标面积可达8.65%，研发楼公寓区域自然采光达标面积可达 100%，均能够满足75%以上的主要功能空间室内采光系数，满足现行国家标准GB 50033—2013《建筑采光设计标准》及GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》的要求。

4.2室内自然通风模拟分析

建筑内部的自然通风是由建筑的迎风面与背风面的压力差形成的，风压的压力差和建筑形式、建筑与风的夹角以及周围建筑布局等因素相关。一般来说，风压差越大对室内通风越有利，但如果建筑前后风压差小，通过合理的室内布局与户型开窗方式也会使室内有较好的通风效果。在夏季，利用建筑物前后合适的风压差而形成的室内自然通风，可以帮助扩散室内的热量，改善室内人员的热舒适性。具体利用 PHOENICS 软件作为模拟分析软件说明通风模拟分析过程(图11)。

针对研发楼每一层进行室内自然通风模拟分析后，得出结论：建筑与夏季主导风向有一定夹角，建筑立面背迎风面可形成 2～4 Pa 以上的风压压差，为室内自然通风创造了较好的前提条件。选取本项目1～5层楼典型楼层进行自然通风模拟，通过分析可知：本项目典型楼层主要功能房间室内空气龄均保持在 1 800 s 以下，即换气次数大于 2 次/h，室内自然通风效果良好，能够满足GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》的要求。

4.3建筑综合能耗模拟分析

本项目采用能耗分析软件 e-QUEST对建筑进行全年 8 760 h的能耗模拟。程序根据设备工程师输入的建筑情况(包括建筑结构、围护结构材料、供暖空调方式与系统分布、室内人员活动规律、照明情况等)和室内设定温度值的要求，动态计算出建筑物的全年能耗情况，并以各种表格、图形式输出。在本项目模拟中，设定利用能源的类型，对建筑的空调系统、设备、照明系统等进行能耗模拟，可以直接输出全年的能源消耗总额(图12～13)。

图11　研发楼在能耗分析软件中的三维和二维模型图

图12　研发楼通风模拟分析图

通过计算得出结论：本项目全年能耗为参照建筑的 79.41%，满足GB/T 50328—2014《绿色建筑评价标准》要求，即“建筑设计总能耗低于国家批准或备案的节能标准规定值的 80%”。

4.4场地环境噪声模拟分析

采用通过国家环境保护总局环境工程评估中心

认证的德国Cadna/A噪声模拟软件系统构建项目环境模型，对项目环境噪声进行模拟分析。依据最不利原则，对场地内的环境噪声进行模拟分析。本项目建成后1.5 m高度处，场地人员活动区域的昼间及夜间噪声情况模拟结果及建筑立面噪声分布如图14所示。

图13　设计建筑和参照建筑年能耗比分析图

图14　研发楼噪声分析图

通过模拟分析得出结论：该项目场地环境噪声良好，内部人员主要活动区域的环境噪声满足国家标准 GB 3096—2008《声环境质量标准》的1类声环境功能区域噪声要求，即昼间不大于55 dB(A)，夜间不大于45 dB(A)，因此，满足国家标准GB/T 50328—2014《绿色建筑评价标准》对场地声环境的相关要求。

5　结语

该项目以因地制宜、低投高效为原则，在节能、节水、节材、室内外环境控制等方面按照绿色建筑技术要求实施，确保绿色建筑三星级建设目标的实现。在设计过程中，以绿色建筑节能和可持续发展为设计目的，借助BIM平台软件Revit chitecture和其它性能模拟分析软件的运用，体现了在建筑设计早期阶段，运用集成设计方法，提高了建筑的各项效能，为建筑的可持续发展和实现绿色建筑目标打下了坚实的基础，验证了对于绿色建筑运用集成设计方法是行之有效的。

绿色建筑集成设计是一种适应绿色建筑要求的多专业配合的设计方法。它是把传统观念人为与建筑设计不相关的主动式技术和被动式技术等集合到一起考虑，以较低的成本获得高性能和多方面的效益。这种设计方法通常在形式、功能、性能和成本上把绿色建筑设计策略与常规建筑设计标准紧密结合起来，通过在设计过程中关键问题上的协同工作，使设计参与者可能找到非常好的解决办法来满足设计需求，可以说，绿色建筑只有通过集成设计，才能确保绿色建筑目标的实现。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50378-2014绿色建筑评价标准[S].北京： 中国建筑工业出版社，2014.

[2] 徐峰.集成化建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011：12-14.

[3] 徐峰.以建筑节能为目标的集成化设计方法与流程[J].建筑学报，2009(11)：55-57.

[4] 深圳市建筑科学研究院.江苏城建院研发楼报建文本[Z].深圳：深圳市建筑科学研究院，2012：5-10.

A Brief Description on the Integrated Green Building Design-Taking the Design to the Research & Development Building of Jiangsu Urban and Construction College as an Example

ZHU Shao-jun

(DepartmentofArchitectureandArt，JiangsuUrbanandRuralConstructionCollege，ChangzhouJiangsu243147，China)

Architectural design is a complicated process，so architects must consider a series of complex and contradictory factors in the design process.In traditional architectural design process the consideration to function，form and space has been paid more attention.While，the consideration to the influence factors such as climate，structure maintaining，and equipment system reparation has been paid less attention.With the continuous development of green building，the traditional design method has been difficult to meet the requirements of green building，and it is necessary to put forward new design method，so the integration design arises at the historic moment.

green building；integrated design；land；energy conservation；water conservation；materials conservation

10.3969/j.issn.1009-8984.2016.03.018

2016-04-06

朱少君(1977-)，男(汉)，江苏省金湖县，讲师

主要研究建筑CAD、建筑设计。

TU244.3

A

1009-8984(2016)03-0076-07