Ecotect在养老建筑设计中的应用

张子奇

摘 要：伴随着我国人口老龄化速度的不断加快，营造老年人宜居环境、设计和建造高品质适宜老年人的居住房屋成为当下建设设计行业可持续发展的重要内容之一。在设计流程信息化、构思模型数字化处理的背景下，模拟软件作为建筑设计中重要辅助设计手段，在优化建筑方案中的采光、风环境及热舒适度中的设计推敲中，承载了重要的作用。文章以西安地区某养老项目为例，通过Ecotect软件针对当地气候环境、建筑的形体和内部光、热等环境设计要素进行模拟分析，从而提出了可行的优化建议和改进措施。

关键词：Ecotect；养老建筑；气候分析；效果评估

中图分类号：TU201 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）24-0155-03

Abstract： With the rapid aging of the population in China， creating a livable environment for the elderly， designing and building high-quality housing suitable for the elderly has become one of the important contents of the sustainable development of the construction and design industry. Under the background of informationization of design flow and digital processing of conceptual model， simulation software， as an important auxiliary design method in architectural design， is used in the design consideration of optimizing the lighting， wind environment and thermal comfort of building scheme. Plays an important role. Taking a pension project in Xi'an city as an example， this paper simulates and analyzes the local climate environment， building form， interior light， heat and other environmental design elements through Ecotect software， and puts forward feasible optimization suggestions and improvement measures.

Keywords： Ecotect； pension architecture； climate analysis； impact assessment

1 概述

截至2015年底，我國60岁及以上老年人口数量已经达到2.22亿，占总人口的16.15%。伴随着人口老龄化的加速，预计到2030年，全国60 岁及以上人口老龄化率将达到25%，其中65 岁及以上人口老龄化率将达到14%。习近平总书记在十九大报告中指出应对社会人口老龄化问题应“构建养老、孝老、敬老政策体系和社会环境，推进医养结合，加快老龄事业和产业发展”着手。因此，作为社会生活环境的重要组成部分，老年居住环境的建构以及养老建筑的优化设计，实现养老生活的高品质，已经成为建筑设计从业者面临的重要课题。

现阶段我国的养老建筑设计依然存在诸多问题，例如住宿区域北向房间采光缺失、室内光环境水平较低、南侧房间视野遮挡、建筑规划过于密集引发的主要卧室大寒日（冬至日）满窗日照积累时间不足等等问题，都直接影响了建筑使用的舒适度。另外由于建筑设计人员自身方案精细化程度不够，建筑的房间朝向、形体设计的不合理，直接影响了建筑的外维护保温功能的优化设计，从而引发了房间的热舒适度体验感差等问题。

Ecotect是一款全面的技术性能分析辅助设计软件，是建筑设计的全周期概念下，对建筑设计起到辅助数据支撑的作用。在建筑设计的初期，可以通过对基地的气候环境数据诸如光、热、风速模拟、日照系数等具体数据，在给予直观表达基础上，实现设计初步阶段项立项的数据支持。在方案阶段，设计师可以通过建立模型的方式，模拟建筑的采光、室外涡旋风、室内风速流动、以及基地建筑遮挡位置，确定建筑方案和规划方案的关系。进入方案扩初条件阶段，Ecotect提供的室内的环境分析模拟系统，可以全面评测建筑方案的室内光热环境水平，从而协助建筑师对方案进行优化改进。总之，老年人由于身体机能退化，对室内环境的舒适度有着更高的要求，而Ecotect强大的光热的模拟能力，让建筑师实现养老建筑的设计的精细化和精品化，成为了可能。

2 西安地区气候分析

在建筑设计的初期，包含了场地地域温度，湿度，风向、风力，太阳辐射状况等因素的场地气候环境是十分重要的设计依据。优秀的建筑设计是在整合当地现有气候资源的基础上，找出合适的设计策略、营造出舒适的室内环境。

（1）逐时气象分析

首先将西安地区气象资料导入到Ecotect的气象数据分析软件Weather Tool中，可以得到西安地区的气象分析结果（如图1）。由图数据曲线可知，西安地区1-2月温度较低，最冷天气日出现在一月初，最低温度约为-10℃，3-4月温度略有升高，平均温度在10℃左右，5-6月，9-10月份白天温度条件较为舒适，6-8月温度较高，最热天气日在七月份前后，最高温度约为37°。由此可知，基于西安的气候温度特征，7-8月份早晚温度条件适于室外活动，而11-12月份温度降低，与3、4月份差不多，平均温度在10℃左右，该时段室外活动主要以行走区风速控制为主。由西安地区的湿度数据以及太阳辐射分析可知，西安地区全年相对湿度较为平均，夏秋季相对略高，春冬季较为干燥。太阳辐射值变动不大，其中3-10月较高，11月至来年2月相对较低。因此针对老年宜居住区和室内环境的设计，应该体现在防风、保温等问题展开，根据老年人的生活和活动特征，规划出合理的活动范围。针对这一问题，Ecotect提供了焓湿图这一种更加直观和准确的表达方式。

（2）焓湿图分析

焓湿图是一种将地域空气各种参数之间的关系，用图线表示而制成的图表。Ecotect软件的焓湿图所使用的主要参数分别为：干球温度，湿球温度，绝对湿度，相对湿度以及水蒸气分压力等若干项。首先Ecotect将当地采集的气候信息导入到图中，并通过与设计的舒适区域进行比对，就可以直观而且准确的得出当地的环境信息各种指标水平相关信息。建筑师通过Ecotect的舒适区划定的功能，包括通过调整人体不同的活动状态——静坐、行走以及快跑等激烈运动等，来获取人体的舒适温度、湿度区间，最终软件将这些空间范围，以边框的形式表现在焓湿图中，并结合收集的数据进行直接比对，直观的表现当地的气候状况。

因为老人活动能力相对较弱，故将舒适区域的活动程度限定于静坐与较轻之间（图2）。由图可知，西安地区只有极少部分位于舒适区内，由于西安地区四季气候变化较为明显，因此将西安地区春夏秋冬四个季节分别进行了焓湿图的矢量分析。可知，在春秋季，天气较为怡人的时段，约有30%直接位于舒适区域内，其余部分距离舒适区也没有太大距离；夏季，天气较为炎热，仅有15%左右的时段于舒适区域内，其余部分大多因为过于炎热，而远离舒适区；冬季因为过于寒冷，则完全脱离了舒适区。结合先前的西安逐时气象分析结果，即设计应注重防风、保温等问题的基础上，焓湿图则重点细化了夏季通风散热、冬季保温防寒的设计目标。而针对西安地区全年太阳辐射值较高的现状，采用被动式太阳能采暖措施会有较好效果。

3 建筑朝向和形体模拟

在建筑设计时，设计师为了实现设计理念、外观效果以及组合方式的表现，让建筑位于不利朝向或者互相遮挡影响功能，Ecotect可以通过最佳朝向计算和模拟建筑采光的方式来避免不利朝向和建筑遮挡的问题。

（1）建筑朝向

Ecotect通过对基地所在地区热辐射信息的综合分析处理，可以得出该地区建筑的最佳朝向分析。最佳朝向的依据，是根据建筑在过冷时间内得到辐射量较多，在过热时间内得到较少，而最差朝向在过冷时间内得到辐射量较少，在过热时间内得到较多的原理，进行具体的数据化剖析。西安地区冬冷夏热，依据逐时气象分析图，将6-8月设置为最热月份，12-2月设置为最冷月份进行计算。计算结果如图所示，其中朝向为南偏东10°的箭头指向的方向为西安地区建筑的最佳朝向。通过这样的现状，可以以开展增加建筑的冬季得热的措施，一方面增加建筑室内的舒适度，另一方面也减少冬季采暖造成的能源消耗（图3）。

（2）采光模拟

在养老建筑的设计中，居住空间的采光状况是居住品质的重要评价标准之一。根据现有的老年居住建筑设计规范中明确规定，主要的居住空间大寒日满窗阳光照射的累计时间不得低于两小时。实际在设计时，由于建筑物的互相遮挡，太阳辐射变化等原因，设计师往往难以计算居住区的日照积累时间，也就无法确定建筑的日照积累时间是否达标。Ecotect强大的日光模拟手段，可以很好的解决这一问题。

以某方案的前期分析模型为例，将建筑模型导入Ecotect并设定地区和时间，进行日光模拟，可以得到建筑北侧居住区的大寒日日光模拟表格（图4）。依照图例可以直观看到，日照积累时间为8H、2H-8H、1H-2H、0H-1H的不同颜色区域的明确划分。其中A区域位于建筑体内部空间，日照时间为0，属于本位遮挡，B区域受到建筑其他部分不同程度的遮挡，日照时间在1-6H不等。尽管B区域基本满足规范的日照要求，但是对于冬季室内的舒适性较高的养老建筑来说，其作为居住空间并不能让人滿意。以此为依据，设计师最终通过调整方案，将该区域设置为次要功能、增加中庭宽度、调整了建筑形体、减少遮挡，最终延长其日照接受时间。

4 建筑内部热辐射分析

由以上几点分析可知，西安地区冬季寒冷，并不适宜室外活动，然而对于老年人来说，冬季与阳光的亲密接触十分重要。因此增加阳光房的设计成为了提高老年人住宅品质的重要部分。在设计时，设计师通常无法直观准确的感受到室内采光和太阳房的使用效果，只能依靠简单的日光计算甚至是主观臆测。Ecotect作为一款优秀的分析软件，可以通过将建筑数据和当地环境综合计算的方式，数据化的模拟建筑建成后的室内环境。

以西安某养老建筑设计方案为例，方案一层设计平面设计中，在南北两个区域设计了阳光房，将建筑数据导入Ecotect，以大寒日为时间标准进行计算，得出空间内部辐射热的分析结果（图5）。如图可见，北侧阳光房西侧部分受照射效果好，日照平均积累量大约在1400MH左右，满足冬季采光需求；而东侧走廊进深较为窄小，由于并没有得到足够的日照，南侧阳光房在受到不规则遮挡情况下，日照积累量相对较少，日照积累平均值仅有900MH左右。为保证阳光房在冬日的效果，应在设计中进行对应调整，例如增加方案庭院宽度等措施改善其采光效果，实现方案设计的优化。

5 结束语

总之，在养老产业和社会事业蓬勃发展的今天，秉承工匠精神，实现养老建筑的优化设计，需要建筑师统筹各种设计数据，并做到精确把控，而Ecotect软件在养老建筑设计中的应用，可以实现建筑师对于方案设计过程中细节的控制。从建筑初期阶段的辅助信息提供、到设计深入细化阶段的模拟建筑内部环境设计的分析与优化，Ecotect都为建筑师可实现方案的时效性、协同性的设计与修改，提供了更为科学、直观、可视化的数据支持，为推动养老建筑设计产业的信息数字化，贡献了力量。

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