地域文化与绿色技术交融的绿色校园整体设计实践研究

刘 骁，丘建发，包 莹

（华南理工大学建筑设计研究院有限公司 广州 510641）

1 背景

从理论到实践，国内外都逐渐重视绿色校园的创建，并做了多年的研究和探索［1-4］。我国早期的大学校园节能减排领域，缺乏具体的实施路径，直到2007年的我国节约型校园示范建设、2009年开始的校园节能监管体系示范建设，开启了我国大学校园的绿色发展之路。经过数年的努力和发展，我国绿色校园建设正经历从“节约型校园”到“绿色校园”的升级，在2016年12月22日，教育部学校规划建设发展中心联合国内7 家高校建筑设计研究院共同发起成立“中国绿色校园设计联盟”，发出《中国绿色校园发展倡议》，以解决越来越综合的校园可持续设计问题，促进绿色校园全面发展。

2 理论基础

何镜堂院士针对当前建筑创作领域现状，提出并深入阐释了“两观三性”的建筑创作理论，即建筑要坚持“整体观”和“可持续发展观”，建筑创作要体现“地域性”、“文化性”、“时代性”，成为整体设计方法的认识论基础［5］。

绿色大学校园设计引入“整体设计”理论具有必要性：一方面，“现代大学是一个综合的系统，被认为是社会上最复杂的机构之一”［6］；另一方面，从国内的绿色大学校园建设现状和使用过程中发现的问题来看，许多问题都是由于孤立地考虑校园某方面、某层面问题，而没有以整体、联系的思维设计造成的，因此无论从理论发展角度，还是现实需求角度，绿色大学校园设计都需要引入一套系统化、跨专业、综合化的理论框架和创作方法［7］。

以“两观三性”设计理论为理论基础［8-10］，针对地域文化与绿色技术的发展趋向，根据“文质和谐、特色鲜明”的原则，探索当代绿色技术在校园绿色建筑创作中的本质规律和发展趋势，整合地域文化的展示、时代精神的彰显、绿色技术的应用等多层面设计要素，建构体现“地域性”、“文化性”和“时代性”的绿色校园整体设计策略（见图1）。

图1 地域文化与绿色技术交融的绿色校园整体设计Fig.1 Holistic Green Campus Design Integrating Local Culture with Green Technology

⑴地域文化的展示：地域性是建筑赖以生存的根基，文化性决定建筑的内涵和品味。建筑创作扎根地域，适应地方气候、地形、地貌、场地、周边环境等，同时延续历史文脉，体现精神象征与纪念性意义，尊重宗教道德和经验习俗等，从而以校园建筑及环境的语言与形式展示地域文化内涵。

⑵时代精神的彰显：时代性体现建筑的精神和发展。以符合时代的审美情趣、艺术形式、空间构成、功能配置等进行建筑创作，体现校园建筑及环境的传承与创新。

⑶绿色技术的应用：通过对节能、节水、节材、节地、环保等方面绿色建筑技术的研发与集成应用，并以智慧协同的模式进行提升，取得校园建筑及环境各项性能的优化［11］。

3 实践分析

3.1 中山大学珠海校区优化设计

中山大学广州南校区坐落在珠江之畔，占地l.208 km2。以中央景观轴为核心的校园布置，强调了校园的延续性和生长性。规划布局及建筑风格的地域化、人文化体现了中大校园深厚的文化底蕴，创造出独特的校园空间特色（见图2）。

中山大学珠海校区始建于1999年，自然生态系统良好，山水景观丰富，但是新校园文脉缺失、缺少与老校区的联系。建筑色彩和风格样式较多，缺乏统一的校园形象，地域特色不明显，且局部体量参差不齐，空间围合感不足。

优化设计传承了中山大学广州南校区的传统空间特质，珠海校区以宽度40 m 的平整草坪从山地延伸到滨海沿岸，构成了校园景观骨架的长轴线，成为贯通全校的绿轴。通过对不同尺度、形态、围合感的开放空间的推敲，创造具有集体记忆与情感的场所（见图3）。

图2 中山大学广州南校区规划分析Fig.2 Planning Analysis of SYSU South Campus

图3 中山大学珠海校区优化设计总平面图Fig.3 Optimized Site Plan of SYSU Zhuhai Campus

校园景观风貌方面，校园长轴将中山像、牌坊、图书馆、教学楼、绿化中心带等校园节点串联起来，营造令人难忘的经典意象和场所特征，提升中大校友的认同感和归属感，使其成为校园中的经典记忆。精心设计的人性尺度与空间密度，有利于提升校园的学府气质和文化底蕴，形成丰富的校园生活图景。

校园建筑风貌方面，提取传统岭南建筑的精华，结合现代建筑手法，呼应中山大学广州南校区中西合用的建筑风格，比如建筑色彩遵循老中大的红楼风格，采用红砖作为建筑主色；沿用老中大的经典三段式构图，采用现代的建筑手法，重新诠释老中大建筑细部中的檐口、墙身、柱廊等；借鉴岭南传统建筑园林和老中大的建筑布局模式，采用院落式布局，通过庭院、围廊等建筑手法营造出老中大的校园氛围（见图4）。

图4 优化设计后的中山大学珠海校区景观与建筑风貌Fig.4 Optimized Landscape and Buildings in SYSU Zhuhai Campus

在做好文脉传承与弘扬中大历史文化精神的同时，基于海绵城市建设理念，结合校园现状以及建设目标，构建校园低影响开发（LID）系统。该系统遵循“净用为主，渗滞为辅，蓄排结合”的综合模式，如图5所示主要技术措施有：在校园步行道、广场、车行道路等硬化路面采用透水砖、透水混凝土、碎石等透水铺装，提高雨水下渗能力；对校园林地、谷地旁的自然绿地进行改造，削减径流产水量，进一步滞留雨水；将校园现状景观湖和水渠串联，利用景观水体作为雨水调蓄设施，提升校园雨水调蓄功能，同时雨水湿地净化水质；设置雨水花园、生态植草沟与生态树池等生态滞留设施，对径流雨水进行截留、下渗、净化；建筑结合绿化屋顶设置雨水回收系统，将集中收集到的雨水进行处理及再利用，主要用于冲厕、室外绿化、景观水体补水等；对校园水体堤岸进行生态护坡处理，保证水渠排涝能力［12］。

图5 中山大学珠海校区海绵城市设计分析Fig.5 Analysis of Sponge City Design in SYSU Zhuhai Campus

3.2 南京某大学新校区设计

3.2.1 地域文化与绿色技术交融的设计理念

南京某大学新校区选址于南京市浦口区江浦街道新合社区，用地面积约167 公顷，总建筑面积约126 万m2，一期立项单体合计72.98 万m2。计划建设成为人才培养与科学研究一体化的综合性校区。

遵循人性化、集约化、生态低碳的现代校园建筑设计理念，力图塑造具有浓郁深厚的地域特色、精简凝练的文化神韵、庄重大气的现代风格的校园建筑单体。设计贯彻可持续发展理念，构建示范性的“绿色低碳校园”。基于对通风、日照等方面的分析，采用适宜性生态低碳节能技术，保护环境，减少污染与碳排放，为师生提供健康、适用、高效的使用空间（见图6、图7）。

图书馆以“育”作为设计理念，发掘和传承校园历史文脉，建筑造型富有六朝古都的城市气息。设计顺应校园主轴线，采用中间通透、两侧对称的整体构成，让中轴线前后的景观与空间序列得以连续。裙楼屋顶通过有机的横竖分隔，配合不同植物，形成有趣的田园意向。建筑以简洁现代的设计手法，延续中国传统建筑特色。立面与屋顶抽象提取中国传统瓦屋顶和木构件原型，层层向上搭接；细部遮阳构件，形成了渐变而具有韵律感的建筑形象。室内通高中庭的核心空间为带书架的连续坡道，结合跌级设置的学习平台，整个中庭充满知识的氛围和空间的趣味。运用外立面种植与绿化边庭、屋顶花园，最大限度引入自然采光，优化建筑的生态主题与使用体验。

图6 校园中轴线建筑单体鸟瞰图Fig.6 Bird's Eye View of Singular Buildings on the Central Axis of the Campus

图7 图书馆绿色建筑技术分析图Fig.7 Green Building Technology Analysis of the Library

公共教学楼采用院落式书院布局，与中心景观环境相得益彰。既充分营造出浓郁的校园文化氛围，又展示出融合创新的时代精神。建筑主体呼应轴线中轴对称，在体现庄重大气的校园氛围的同时，重现老校区逸夫楼的场所记忆。借鉴江南园林塑造庭、廊、园等空间的设计精髓。群体建筑采用园林式布局，将教学、休闲、展览等功能综合其中，开放共享的功能布局，适度的功能复合，有利于提升校园公共教学的活力和交流环境。建筑首层通过架空，将各园林空间串连互通，师生在阳光和绿色下穿行、休憩、讨论交流，灵感在这里不断迸发。

3.2.2 主要被动式技术与模拟分析

⑴局部架空通风分析

设计中充分考虑建筑布局对场地风环境的影响，对于体量较大的建筑，如公共教学楼（见图8）、生命科学大楼、行政大楼等，在其首层设置大量架空、开放或半开放连廊等，并结合建筑功能需求，设计与室外相通的庭院或上部设置空中花园。通过CFD 软件FLUENT 的模拟分析结果可知（见图9），设计为建筑提供优良生态环境的同时，改善了建筑内部通风及热环境，提高师生的舒适体验［13］。

图8 公共教学楼优化通风设计（开放/半开放连廊、庭院）Fig.8 Optimized Ventilation Design of Teaching Buildings（Open/semi-open Corridors，Courtyards）

图9 公共教学楼通风云图Fig.9 Ventilation Cloud Diagram of Teaching Buildings（m/s）

⑵中庭热压通风分析

除风压通风外，设计还对图书馆等校园大型公共建筑充分考虑热压通风，通过设置高大中庭，结合合理的首层进风口及屋顶天窗设计，形成明显的热压拔风效应，增强过渡季室内通风。其基本原理为：建筑内部人员、灯光等热源散热，导致室内空气被加热，密度减小，继而在浮力作用下不断上升，至屋面天窗处排出室外，由此在建筑下部进风口处形成负压，吸入室外新鲜空气。由于上述过程不涉及风压作用，因此在静风条件下，仍可以形成良好的室内通风。热压通风不仅可以增强室内通风，改善室内空气质量，还有利于排除室内热量，降低空调能耗［13］。

图10 图书馆垂直方向的压力梯度Fig.10 Vertical Pressure Gradient of Library

图11 图书馆在热压作用下的温度梯度分布Fig.11 Temperature Gradient Distribution of Library under Thermal Buoyancy

图12 图书馆首层温度分布Fig.12 Temperature Distribution on Library - F1

图13 图书馆2层风速分布Fig.13 Wind Speed Distribution of Library - F2

图14 图书馆首层通风流线示意图Fig.14 Ventilation Circulation Schematic Diagram of Library - F1

以CFD 软件FLUENT 辅助优化设计，模拟分析热压通风条件下，图书馆内部温度、压力情况，以及在热压梯度作用下的通风情况如图10～图14所示。室外温度取夏季通风室外温度31.2 ℃。建筑下部进风口（主出入口及建筑侧面开窗）、天窗排气口初始压力均为0 Pa。模拟结果显示，在热源的加热作用下，室内空气在竖直方向形成规则的温度梯度、压力梯度。在热压作用下，图书馆首层～3层均可形成良好的通风，风速位于人感觉舒适度区间内，并可带走大部分室内热量，降低室内温度，减少空调能耗。可以预见，随着垂直方向高度向中和面趋近，热压效应逐渐减弱，首层热压通风效果最佳，至3层时仍可在室内形成0.4 m/s左右的室内风速；排热方面，首层室内温升可控制在2 ℃以内，2层、3层室内温升分别约 3 ℃、4 ℃。

⑶采光分析

天然光营造的光环境以经济、自然、宜人、不可替代等特点为师生所习惯和喜爱。教学建筑中充分利用天然采光，在满足室内光环境舒适性要求前提下，最大限度地降低照明能耗，对于保障师生健康、节约能源、保护环境和构建绿色健康建筑等，均具有重要重要意义［14］。

教学建筑中学生长期停留的室内空间，其采光尤其重要，教室等主要功能房间宜采用大面积侧窗采光，玻璃可见光透射比＞0.60。研究表明采光系数能较精确地预估房间内可获得的日光，是量化室内日光的一种有效手段和工具［15］。因此，设计过程中对公共教学楼典型层采光进行模拟分析，绿建斯维尔的Dali 采光分析软件结果显示（见图15）：教学楼各主要功能房间采光情况良好，整体采光系数满足现行国家标准《建筑采光设计标准：GB 50033-2013》要求的面积比例可达90%。同时，应注意平衡采光与建筑得热。对于必须采用人工照明的时段或空间，应尽可能采用绿色照明系统。

图15 公共教学楼主要功能房间采光系数模拟分析Fig.15 Simulated Analysis of Daylighting Coefficient in Main Functional Rooms of the Teaching Buildings

4 结语

本文以“整体设计”理论和“两观三性”设计理论为理论基础，整合地域文化的展示、时代精神的彰显、绿色技术的应用等多层面设计要素，建构了体现“地域性”、“文化性”和“时代性”的绿色校园整体设计策略。以中山大学珠海校区和南京某大学新校区的绿色校园整体设计实践，论证践行地域文化与绿色技术交融，设计一方面将延续百年的历史文脉与应合时代的创新发展相结合；另一方面将绿色生态的校园环境与高效适用的建筑空间相结合。

在应对全球气候危机、推动中国绿色创新发展的背景下，地域文化与绿色技术交融的绿色校园整体设计，将助力解决我国绿色校园实践中的问题，指引大学绿色校园建设，以期保证绿色、生态理念与历史传承的实施落地，实现地域性、文化性、时代性和谐统一的可持续发展校园［16-18］。