极端气候条件下绿色建筑研究的开拓者——记西安建筑科技大学教授、博士生导师张群

■ 常龄

张群，西安建筑科技大学教授、博士生导师、学科带头人、国家一级注册建筑师，中组部“西部之光”学者，中国建筑学会资深会员，日本建筑学会会员。长期致力于极端地域气候条件下动态建筑设计方法、高性能建筑设计与建筑环境品质提升、绿色建筑与建筑节能等方面的研究工作。累计主持完成自然科学基金面上项目2项、“十一五”科技支撑计划课题1项，主持在研自然科学基金项目1项，参编国家标准1项、主编参编专著7部，获批专利5件，完成重要工程设计10余项。

在国内首次提出“极端气候区建筑设计”概念并开展了系统研究；首次揭示了现代建筑设计理论体系的基本假定条件和操作模式；首次指出既有绿色建筑理论方法在极端气候区应用的缺陷；建立了适应极端气候条件的动态建筑设计的理论和方法……自 2016年国家自然科学基金委员会面上资助项目“极端气候区绿色建筑动态设计模式和方法”获批以来，在该项目负责人、西安建筑科技大学建筑学院教授张群的带领下，“极端气候区绿色建筑动态设计模式和方法”课题研究取得了突破性进展。近日，笔者专程拜访了张群教授，就该项目的选题背景、拟解决的术学问题、研究进展以及所作出的创新性突破等进行了交流。

聚焦极端气候区绿色建筑动态设计

张群师从我国绿色建筑学科带头人——中国工程院院士、西安建筑科技大学教授刘加平，从2008年攻读建筑设计及其理论专业博士研究生开始，他的研究重点就逐渐聚焦于解决极端恶劣地域气候条件下建筑设计方法、建筑品质提升与性能改善技术、动态绿色建筑设计方法等领域，在一系列国家级课题的支持下，研究工作达到了学科前沿水平。

在多次赴严酷地理与极端气候区开展建筑调查基础上，张群敏锐地发现既有建筑设计理论与方法在此类地区的应用存在障碍，他意识到未来在极端气候条件下开展绿色建筑研究必将是一个崭新的领域。经过反复酝酿准备，他于2016年3月提交了“极端气候区绿色建筑动态设计”立项计划，顺利获得了国家自然科学基金委员会的立项支持，证明了该选题的前沿性、探索性和开创性。

INDIGO 酒店设计

课题实施以来，张群足迹遍及各类极端地理气候地区，包括高寒高海拔的青藏高原、川西南干热干冷山区、夏季台风侵袭频繁的东南沿海、冬季极端低温的东北地区、垂直气候差异分布明显的云南高山峡谷、高温高湿的海南岛礁、干热干冷的西北内陆、梅雨季节极端潮湿的长江中下游流域，开展了一系列系统研究工作，并取得了创新性成果。

多个“首创”，完善现代建筑设计理论体系

首次提出并定义了极端气候条件建筑设计的概念范畴。极端气候区是指气象参数严重偏离人们生理环境舒适范围的地区。这类地区的定居条件恶劣，气候参数变化异常剧烈，经常性地呈现出干旱、洪涝、高温高湿、台风、暴雨和低温冻害等极端不利气候现象。极端气候区在我国乃至全球所占的比例和绝对面积十分广泛。与“极端气候区”相对应的是气候温和的广大区域，如欧洲大陆、东亚地区、北美等地区，这里往往是人类早期文明的起源地、现代工业文明的发祥地，也是现代工业生产和服务业高度发达的地区，孕育了现代建筑理论和实践活动。

明确了在极端气候区开展建筑研究和实践活动的必要性。虽然由于气候恶劣、自然生态条件脆弱，极端气候区往往不具备开展常规的、大规模工农业生产和人类聚居的理想条件，且加上人口稀少，人居环境建设长久以来没有得到充分的重视和科学研究，建筑发展滞后。但是，这些极端气候区却往往是重要的资源富集地、能源生产地、军事边疆要塞、民族文化聚居地、地球环境科学研究基地。出于宏观战略安全考虑，研究发展针对极端气候区条件的绿色建筑十分有必要。

首次揭示了现代建筑设计理论体系的基本假定条件和操作模式。既有建筑设计理论和方法都遵循了趋利避害的基本原则，人们总是愿意选择那些气候条件温和、地形地貌平坦、物产资源富饶的地方聚居，进而形成了适应各地自然气候条件的丰富多样的地域传统建筑类型、空间形态和技术体系。现代建筑设计理论和方法事实上也孕育和起源于气候温和的欧美大陆，将气候条件视为常量，形成了完整的理论和方法体系，完美地解决了工业革命后大量涌现的崭新的生产生活方式对建筑使用功能、空间、技术经济与造型风格等的新要求，实现了建筑品质的一次巨大飞跃。现代建筑设计运用了现代工程技术普遍采用的“问题驱动”型操作模式，努力解决“功能-形式” 这一阶段性关键问题，对设计要素和目标进行了抽线和简化，以工业化、标准化的方式提高了设计建造效率、显著改善了建筑空间质量和环境品质、有效控制了建造成本，历史意义重大。

陕西佳县刘文西美术馆鸟瞰图

首次指出既有绿色建筑理论方法在极端气候区应用的缺陷。在现代建筑理论与方法体系衍生出来的既有建筑设计理论和绿色建筑技术不适合极端气候区条件，直接应用存在巨大隐患。具体包括以下几点：一是极端气候与温和地区建筑设计理论的基本假设条件不同。既有建筑设计理论的假设条件往往将气候当作常量或既定条件，而将功能与形式当作关键变量；而极端气候地区恶劣的初始气候条件必然需要成为设计的核心问题和重要变量，在处理与气候的矛盾关系过程中去形成建筑基本形态。二是建筑绿色化目标与既有建筑理论之间存在理论上的错位关系。既有建筑理论主要侧重解决工业革命后建筑“形式与功能”的逻辑关系和矛盾，没有将绿色性能当作其理论系统的目标、没有建立与之对应的方法，再加上现代建筑理论在极端气候工况条件的理结构性缺陷，简单应用现代建筑理论方法不能实现极端气候地区建筑绿色化目标。三是常规的绿色技术和方法在极端气候区失效。对于一般温和地区而言，只要在施工图阶段稍微注重材料选择、设备系统和构造做法等技术设计内容，基本上可以实现城市建筑绿色化的阶段性要求，也就造成了经常忽略方案及前期设计对建筑性能的决定性作用，试图通过利用“不绿色”的技术去获得更高得分的不当方法，根本没有切中绿色建筑的要害。将这些常规做法放到极端气候地区，显然不能适应极端气候的特殊要求，技术失效。四是静态的“线性”建筑设计方法不能满足绿色建筑多元化的动态设计目标。现代建筑体系出于提高设计生产效率、简化工作类型的目的，各专业都设置了独立的、静态的目标，造成不同工种和设计阶段之间的信息互动受阻，技术方案的趋同化情况严重，难以实现绿色建筑的整体性、动态设计目标和多元化；既有绿色建筑设计方法无法做到动态应对千变万化的环境条件和多元化实现绿色建筑的目标，不能对建筑设计本身的思路和方法做出根本变革。

银川掌政镇碱富桥村塞上新村

建立了适应极端气候条件的动态建筑设计的理论和方法。在研究各类极端气候区的基础上，张群以应对各种典型气候困境为核心目标，建立了环境、能耗、功能、空间、形态等要素之间的协同关系，形成了以气候为导向的建筑空间与形态动态化设计方法，在全多个不同极端气候地区得到了工程技术应用，显著提升了建筑性能和环境品质。

为探索未来建筑发展提供新路径

西安大唐不夜城高端酒店鸟瞰图

张群在“极端气候条件下绿色建筑”领域取得的创新性研究成果，颠覆了已经使用百余年、人们习以为常的以“功能和形式”核心的建筑设计理论体系，建立了动态化的绿色建筑设计理论和方法，在设计之初就能积极应对极端气候条件，以营建舒适建筑性能为主要工作目标，为科学确定建筑形态和空间格局提供了方法支持，大幅提升了建筑环境品质、显著降低建筑能耗，为探索未来建筑发展提供了新的路径，对于补充和完善现代建筑理论具有重要的推进意义。