适老化建筑中的系统整合设计研究——以i-Yard 2.0养老住宅为例

金怡淳 石磊 田硕 李珺杰 / JIN Yichun, SHI Lei, TIAN Shuo, LI Junjie

1 背景

随着我国人口老龄化的加剧，65岁以上的老年人占比越来越大（图1），社会养老负担越来越重。同时，随着我国经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，对高品质生活的追求，促使人们对适老化建筑的研究和探讨也在不断深入。人们意识到老年人需要的不仅仅是单纯的养老，还有更加舒适、更加安全、更加宜人的高品质养老环境（Angela Morrison，2016）。适老化建筑在满足养老这个最基本需求的同时，更要考虑老年人生理和心理的双重需求，从而提供一个全方位的更加适宜老人居住的建筑环境。

图1 2005～2015年中国65岁及以上人口变化趋势

图3 一层平面①

2 适老化建筑的系统设计

建筑系统作为建筑的核心部分，对建筑的日常使用和控制具有决定性的影响。建筑系统并不是指某一个独立的系统，它是一群子系统的集合体，通过将各个系统整合以及相互协调来实现系统整体的稳定和安全，最终创造出一个高品质的建筑环境。在以彼得·库克为核心的阿基格拉姆学派中，把使用建筑的人看成是“软件”、把建筑设备看成是“硬件”，是建筑的主要部分，“硬件”可依据“软件”的意图充分为之服务（罗小未，2004），最终通过建筑的“硬件”优化，满足“软件”的使用需求。但是对于老年人心理上的需求与把控，现有建筑系统依然存在大量空缺（闫英俊，2016）。一方面是由于建筑系统自身的局限性，作为物理层面上的产物，要通过外部物理因素直接对老年人的心理产生积极正面的影响，本身就比较困难。另一方面，也是最主要的，即适老化建筑在设计上缺乏对老年人心理诉求的考虑，现有适老化建筑绝大多数都以提高室内居住“品质”为主要导向，而对使用者——老年人的心理缺乏有效的设计，这就阻隔了建筑系统满足老年人心理需求的可能。

因此，在适老化建筑的前提下，建筑系统设计必定需要更高的标准，更加快速的建造方式，更加适老、安全的智能控制系统，更加舒适的室内环境控制系统，更加满足老人心理需求的环境关怀系统。本文通过实际项目案例，从上述几方面依次分析建筑系统所做的应对策略。

图4 二层平面

图5 重钢预制装配式搭建

3 i-Yard 2.0适老化系统整合设计分析

本文依托笔者所在项目团队参加的“2018中国国际太阳能十项全能竞赛”（Solar Decathlon China 2018，以下简称SDC 2018）中一个以适老化为主旨的参赛作品i-Yard 2.0，将其作为研究对象，探讨该建筑适老化设计中的系统整合方法。

i-Yard2.0的设计灵感来源于对中国当下的环境恶化和老龄化社会问题的关注和思考，提出“新城镇颐养社区”的概念，让退休老人远离城市，回到风景优美、鸡犬相闻的乡村生活中，让他们在呼吸新鲜空气、体味田园时光的同时，享受以太阳能等可再生能源利用为基础的舒适、安全、健康的智能家居环境（图2）。

i-Yard2.0是一栋高性能的适老化建筑，同时也是一栋符合建筑工业化发展的装配式建筑。建筑分为两层（图3、4），由9个相同尺寸的模块拼接而成，同时室内空间围绕中庭分布，设计上充分考虑对老人的关怀，包括符合工业化生产的建筑设计、适老化的回游动线设计、符合老年人舒适度的室内物理环境环境设计、高效节能的智能控制系统等。

3.1 适应新城镇养老社区快速建造的建筑系统

建筑整体采用重钢预制装配式模块进行快速拼装建造（图5）。在工厂提前设计安装好使用模块，再根据场地现状、老年人使用需求，进行不同的组合拼接，实现在短时间内完成建筑主体结构的建造。

图6 适老化空间布局：回游动线

同时选用与装配式建造方式相契合的建筑系统：使用特殊的快插式金属管件，实现模块与模块之间水管的快速安装和拆卸；将暖通设备集中布置在几个模块之中，采用最短路径排布进出风管道；分区控制每个模块内部的电力系统，实现模块之间的互不干扰。

3.2 以回游动线为核心的适老化智能控制系统

室内采用适合老人生活起居的回游动线（图6），实现老人在室内生活行动时，不用回头就可以到达建筑的每一个空间，实现空间的连续畅通性（徐建，2018；吴晓凡，2017）。同时，围绕回游动线设置了多个智能控制系统：红外线体感感应灯，保证老年人在夜晚起床活动的安全性；电力导轨，保证老年人可以根据自己的使用习惯，随意地增加或减少每个房间的插座数量；所有室内灯光都可以通过智能APP以及无线物理开关控制，满足习惯不同的两代人的使用。

3.3 以优化室内物理环境为目标的适老化环境控制系统

作为最能影响用户体验的因素，室内物理环境直接影响着人们的日常生活，而对老年人来说，一个好的室内环境甚至可以减少某些疾病的发病率，间接延长他们的寿命。一般来说，评价室内物理环境主要有几个指标：温度（℃）、湿度（%）、PM2.5浓度（ug/m 3 ）、CO2浓度（ppm）等。i-Yard2.0方案采用了 主动式调节和被动式调节相结合的方式。

3.3.1 主动式的系统整合设计

主动式调节主要包括运用辐射膜技术的地暖系统、光伏直驱式多联机空调系统和余热交换新风系统。

图7 电加热的辐射膜辐射地板

图8 光伏直驱多联机空调机

（1）地暖系统（图7）采用安全高效的电加热辐射膜技术，同时采用电气石+方解石的石材地板，一方面有利于提高传热效率，另一方面还可以吸附室内微粒，改善室内空气质量。地暖系统可以在冬天快速稳定地加热室内空气，使其保持在老年人最舒适的温度区间，同时从下往上的传热方式，可以极大地改善老年人因血液循环不畅而导致的脚部异常冰冷的现象，间接改善老年人的体质。

（2）空调系统采用高效节能的光伏直驱多联机空调（图8），并根据最短路径集中布置进出风管道，减少能源消耗。可以在夏天实现室内快速降温，使温度达到老年人的需求，避免老年人产生中暑等一系列问题，同时采用上进上出的进出风方式，避免冷风直吹方式对老年人身体健康的不良影响。

（3）新风系统（图9）采用余热热交换技术。通过将室内空气排出，同时将室外新鲜空气引入的方式，控制调节室内的湿度、CO2浓度及PM2.5的浓度，使其一直保持在相对舒适的区间之内，同时系统通过余热交换系统，将出风和进风实现热量的交换，减少能耗。

3.3.2 被动式气候调节设计策略

被动式设计主要包括空气集热墙系统和可变中庭系统。

图9 余热热交换的新风系统

图10 空气集热墙系统

空气集热墙系统（图10）采用高效吸热的蓝膜技术。在冬季，通过太阳的直接照射，加热空腔内部空气，再将加热后的空气通过空气泵直接输送到室内，以此提高室内温度。同时配合地暖系统，可以实现在冬季建筑全方位的加热升温。

在可变中庭系统中，一方面平台采用气凝胶玻璃，具有良好的保温隔热作用，另一方面中庭平台的升降通过上下位置变化，实现中庭对局部微气候的调节。

在夏季白天，室外温度较高，将平台升到二层避免阳光的直接照射；在夏季夜晚，将平台降下，打开一层门窗和中庭顶部门窗，通过热压通风实现室内空气和室外空气的自然交换，改善室内空气质量并降低室内温度。

在冬季白天，将平台降下，关闭二层中庭的门窗，利用温室效应，通过太阳辐射来提高中庭温度，并影响到其周围环绕的室内温度；在冬季夜晚，将平台升起，减少房屋内部热量的流失（图11）。

3.4 适应老年人生活起居安全的智能控制系统

图12 智能控制系统原理框架

由于生理机能的衰退，老年人的起居安全问题尤其需要重视。在适老化设计中，需要重点关注老年人行动能力下降、身体恢复能力下降、身体变得更加脆弱以及突发性疾病等问题。

因此，i-Yard2.0方案采用了一套由项目组自主研发的智能APP系统（图12），将对老年人身体状况监控和紧急情况处理等一系列安全功能整合在一起，最大化地实现对老年人生命安全的保障。

智能APP主要分为身体状况实时监测系统、居家定位系统和紧急情况报警系统（图13），3个系统都通过老年人手腕上佩戴的手环进行数据的获取和传输。

身体状况实时监测系统：通过手环获取老年人的身体数据，比如心跳、血压、体脂率，等等，然后直接反馈在智能APP上，可以实时显示老年人身体健康指标变化的情况。

居家定位系统：通过GPS（Global Positioning System，全球定位系统）获取手环的位置来定位老年人，方便家人实时了解老人在家中的活动情况（图14、15）。

紧急情况报警系统（图16）：在老年人发生紧急情况时，给亲属或者附近医院发送紧急救助信息，减少安全事故的发生。

图13 智能APP界面

图14 居家定位系统

3.5 适应老年人心理需求的环境关怀系统

步入老年生活以后，生理机能的衰退导致老年人的心理发生了极大的变化。对外界事物感知的弱化，和外界交流的能力和途径减少，子女长期在外，这些都让老年人内心产生了孤独感。同时老年生活的无力感，让他们更加怀念年轻时的生活状态，产生眷恋感。以上种种变化要求建筑设计需要更加关注老年人的心理健康，为他们提供有一个良好环境关怀的晚年生活。i-Yard2.0，主要采用室内照明调节系统、鱼菜共生系统、无水马桶及家庭农田来满足老年人一定的心理需求。

室内照明调节系统主要采用双路控制的方式，通过多种无线连接设备，实现远程操作控制。可以实现无线物理开关和智能APP双重控制，通过调节灯光亮度、灯光色温、一键控制模式和夜晚起床应急灯等来满足老年人不同使用环境下的心理需求。比如，在厨房做饭的时候设置温暖的色光；在离家、回家和睡觉的时候，通过启用一键控制模式，方便快捷地控制房屋内所有灯具；而应激灯可以保障老人夜晚起床以后活动的安全性。

图15 智能手环

图16 紧急情况报警系统

鱼菜共生系统将种植和养鱼相结合，实现养分的循环利用，在中庭开辟生态空间，可以让老年人的日常生活更加充满活力，改善老年人的心理状态；无水马桶和家庭农田，可以增加老年人生活的乐趣，让他们充分参与到家庭的日常生活之中，调节老年人内心的孤独感。

4 结语

由于使用对象的特殊性，适老化建筑在设计方面需要更高的标准。而作为建筑中最核心的建筑系统部分，则更应该关注老年人的生理和心理需求，从而达到适老化的目的（付力澜，2018；冯文琪 等，2017；简洁 等，2017）。因此，良好的建筑系统整合设计能够实现对老年人生理和心理需求的满足，如在建筑最核心的部分——建筑系统，加入对心理层面的考虑和设计是今后适老化设计的核心内容，同时也是最重要、最迫切需要解决的。因此，本文通过对适老化建筑系统的分析，依托i-Yard2.0实践案例，提出适老化的系统整合设计思路。通过建筑系统提供一种新型建造模式，一个稳定舒适的室内物理环境，一个安全可靠的身体监测报警系统，一个合理可行的心理关怀系统，一个方便快捷的智能控制系统，最终实现适老化的目标。

注释

① 图2～16来源为中国国际太阳能十项全能竞赛北京交通大学i-Yard2.0赛队。