生态建筑学理念用于城市高层建筑设计的应用分析

江健华

广东省建筑设计研究院有限公司七所 广东 广州 510630

1 生态建筑学理念概述

生态建筑是在生态学与建筑学的基础上结合发展来的，目的是根据自然生态系统打造出人工生态系统，利用建筑科技手段与现代科学技术对建筑工程多方面要素合理组织安排，有机结合建筑、环境、气候与生物等多方面，使建筑与周围环境协调发展，满足人们对居住环境的需求。生态建筑学可以使建筑与周围生态环境形成一个良好的循环系统，将生态建筑学应用于高层建筑中，目的就是设计出一个完善的生态系统，使建筑与生态之间互相结合，从而达到和谐相处的目的。近年来，我国能源消耗十分巨大，然而我国的能源储备较低，因此，目前我国大力提倡利用可再生能源，发展健康的可持续经济。传统建筑施工只对人们居住舒适性考虑，缺乏考虑建筑与自然环境的融合程度，浪费了大量能源，对环境造成严重污染，而且还会产生空气污染、噪音污染等问题。生态建筑作为建筑行业未来发展趋势，对社会发展有着积极促进作用，生态建筑设计目标是让建筑、人以及自然和谐相处，为城市居民创造出适合居住的环境，将生态建筑与周围环境协调，始终遵循可持续发展原则，合理控制环境、建筑以及经济效益之间的关系，使人造景观与自然景观协调融合[1]。

2 城市高层建筑中生态建筑设计理念

2.1 舒适化设计理念

人们对生活工作的环境提出了更高要求，同时也越来越关注建筑的舒适性，因此，建筑行业致力于改善人们的生活工作环境，提高人们的居住质量，同样也是生态建筑设计的发展趋势。在城市高层设计中应该尽可能选择对人体健康无害的建筑材料，减少使用挥发性有机化合物，避免有害辐射、气体、电波对人体健康造成威胁，保持建筑内充足的换气，自动化控制居住环境温度与湿度，科学合理的桌面照度，避免建筑之间产生对视与通视现象发生，应用新型建筑材料，避免建筑受到噪音干扰。法兰克福德意志商业银行总部就是一个全面贯彻舒适化设计理念的高层建筑，其中的生态设计都是为人们的舒适体验所服务。

2.2 自调节设计理念

城市高层建筑通常情况下需要经过决策、设计、建造、使用的一个生命周期，和自然界的生命体产生、生长、成熟、衰落的周期极其相似，在生态建筑学中具有自我调节的设计理念，将其应用于高层建筑设计中，可以实现城市高层建筑自我调节能力与自我进化能力，在生态设计过程中对高层建筑的功能不断完善，包括高层建筑的通风功能、湿温度控制功能以及采光效果，同时还有利于高层建筑污染废弃物的排放减少，使高层建筑实现健康持续发展，有效延长使用周期。法兰克福德意志商业银行总部是一种生态建筑设计理念所设计的，其中具有突出的自调节功能，设计人员将每一个办公室都可以通过打开窗子来自然通风，其中还存在大量设备进行自我调节，在面对气候变化时可以灵活面对。

2.3 自然体系设计理念

自然体系设计林业作为建筑生态学中的重要设计理念之一，是指对建筑周边的自然环境因素，包括水、空气、土壤等外部因素，将其外部因素与建筑物进行整体规划设计，从而为高层建筑营造出良好的生态环境，同时还可以将不必要的建筑设施减少，有效实现节能环保目的。在高层建筑设计中，可以对太阳能、风能以及沼气等可再生能源充分利用，不但可以有效减少高层建筑使用周期中的资源能源消耗，还可以避免对周围环境产生污染。与此同时，设计人员还可以通过对高层建筑结构科学合理设计，积极引进先进技术，通过利用自然风与自然光来为高层建筑提供良好的通风采光效果，将自然生态环境与高层建筑设计充分结合，为人们营造良好的舒适居住环境。世界资源研究所根据自然体系设计理念所设计出的绿色环保办公室，其中的所有设施都采用自然环保材料制作，比如地板采用栓皮棉的树皮制作，栓皮棉在剥去树皮后还可以再生，不会因为剥皮而死亡，通过这种材料所制作成的地板可以为人提供舒适体验，将自然体系与建筑设计所结合，使人仿佛身处大自然中[2]。

3 生态建筑学在高层建筑设计中应用

3.1 舒适化设计

人们对居住环境品质也提出了更高要求，现阶段人们更加关注建筑舒适设计，舒适性也已经成为生态建筑设计的重要部分之一，城市中高层建筑越来越多，因此在生态设计过程中，必须全面考虑建筑整体空间利用，科学合理的组织布局空间结构，使高层建筑整体具有综合美感，为居住者带来更加舒适体验。高层建筑设计还必须与周围环境，将自然空气循环系统应用于高层建筑设计中，使其形成对流的自然通风环境，极大程度减少能源消耗，使高层建筑与周围生态环境融为一体。将生态建筑学应用于高层建筑设计中，还需要从动静与功能两方面进行分区，并且逐渐向采光、通气以及舒适度扩展分析。马来西亚建筑师杨经文长时间从事生态高层建筑的设计研究工作，他所设计的新加坡展览塔楼作为代表建筑，新加坡展览塔楼位于滑铁卢与维多利亚大街的交汇处，其中包括住宅、饭店、会堂、购物以及展览空间等多种功能，其中还包含大量的舒适化设计理念，包括空调、空气净化设备以及休息区域，通过固定遮阳板与建设导风墙，可以将自然凉风吹入建筑中庭与室内空间，有效降低空调的使用率。

3.2 环境优化设计

在城市里建造高层建筑会对周围的生态环境与局部气候产生一定影响，甚至还会破坏周围的生态环境，因此在设计城市高层建筑时，要求设计人员充分考虑建筑施工周围环境，尽可能不要对周围生态环境产生破坏，建筑物与自然生态环境融为一体，两者之间实现相辅相成、和谐共处的关系。所以，高层建筑外部生态环境必须针对性的优化设计，绝不能对周围生态环境产生破坏，要从建筑空间层次、结构布局等方面设计出立体的多层次绿化系统，对建筑物周围的生态环境与气候条件优化改善，可以将绿色生态引进高层建筑室内景观设计中，使居住者可以直接感受到自然环境。

3.3 空间组合设计

设计人员在高层建筑设计中应用生态建筑学设计理念，必须对建筑空间与生态空间的结合充分考虑，从居住环境布局、空间经济的特征，建筑设计应该充分考虑节能、环保以及舒适特点，根据空间来设定温度、自然光照以及景观，因此，生态建筑学设计理念在高层建筑设计中应用要不断扩展的功能区、动静区、环境区以及轻缓中区的设计中，不但要考虑热效应与舒适性，还要考虑高层建筑设计的经济性与结构均匀性。在新加坡展览塔楼中融入了杨经文设计师的多种新构想与空间组合设计方案，通过立面设计插入凹进的平台空间与空中庭院，遮阳板与斜向坡道通向各个楼层，使摩天楼的竖向空间实现自然过渡，将底部展览空间设计为街道的纵向延伸，酒吧、咖啡屋以及商业店铺像街道一样分布在宽坡道上，使人们可以从街道自然过渡到展览城。

3.4 建筑施工生态材料与技术应用

3.4.1 绿色环保材料使用。施工材料作为工程建设基础，高层建筑设计必须注重使用绿色环保材料，绿色环保材料具有使用性能较好，环境负担较小的特点，对人体健康危害较小。绿色建筑材料在生产使用中，采用了新科技与新工艺进行生产，通过循环利用废弃物来节约资源，将工业废渣与生活垃圾作为绿色建筑材料生产原材料，通过先进技术加工成绿色环保、可回收利用的建筑材料。建筑材料作为建筑工程整体建设的关键构成部分，建筑工程环保性能与节能程度直接受到建筑材料选择的影响。台北市立图书馆作为一个生态环保建筑，其中大幅度减少混凝土与钢结构的使用，尽可能使用建筑工程废弃材料与回收材料，减少对生态环境的伤害与负担（台北市立图书馆如图1所示）。

图1 台北市立图书馆

3.4.2 门窗系统设计。门窗系统是高层建筑环保节能的重要部分，施工人员必须重视优化设计门窗系统。首先对门窗系统材料材质选用与采购严格把控，增强门窗对紫外线与辐射的吸收能力，进而提高门窗系统对温度控制能力，将建筑温度控制在合理范围内。保温性与空气密闭性作为门窗系统的重要参数，应用新型节能环保材料有利于提高门窗性能，尽量减少建筑温度流失。在建筑工程施工与后续使用中利用可再生资源，可以更好实现节能减排的目标。日本丰冈生态住宅作为日本生态住宅项目之一，由于日本冬天寒冷多雪，夏季炎热潮湿，从而产生了一种传统住宅，内部存在一个较大的空穴空间，在这样的空间内可以通过天窗将热空气与湿气扩散出去，门窗系统作为建筑的空气调节系统，内窗可以对湿气与热气捕捉，在冬天寒冷的时候还可以通过天窗来获取太阳能量，在夏季利用室外凉爽空气降低室内温度（日本丰冈生态筑宅如图2所示）。

图2 日本丰冈住宅

3.4.3 高层建筑墙体设计。在传统建筑设计中，往往对建筑外观的装饰作用、视觉作用过分重视，在现代高层建筑设计中应用生态建筑学理念，对建筑外观的控制功能与支撑功能更加重视，包括太阳辐射、自然光、自然风以及生理舒适，尽可能避免烟气、灰尘对建筑造成污染，可以为用户提供健康舒适的居住环境。在建筑施工中，保温墙体施工是将胶结料与轻骨料等材料在一定比例下进行混合，并且加入相应的助剂，在此基础上加入保温砂浆与水泥均匀涂抹在建筑墙体上，使建筑墙体发挥保温作用。在冬季气候寒冷的日本丰冈地区，生态住宅墙体主要由保温耐冷材料构成，在冬季寒冷气候一方面通过天窗来调节温度，另一方面依靠保温性能好的墙体材料保持室内温度，尽可能避免室内热量流失，减少制热设备使用，有效降低能源消耗[3]。

4 结束语

在社会经济的快速发展下，人们对居住条件提出了更高要求，21世纪作为一个人与自然协调发展的新时代，各行各业发展始终坚持生态环保理念，城市大力建造高层建筑可以有效节约土地资源，已经成为城市主要建筑，高层建筑与生态建筑学是建筑行业的未来发展趋势，两者相互结合可以有效提高高层建筑居住舒适度，提升建筑居民幸福感，将生态设计应用于高层建筑中，才能实现人与自然生态环境的协调良好发展。生态建筑设计理念应用于高层设计中，可以有效提高经济效益、社会效益以及生态效益。将生态建筑学设计理念应用于高层设计中，设计人员首先需要根据不同地区环境、不同文化环境中的居民需求和特点，设计出绿色环保的高层建筑，同时充分分析建筑施工环境，尽可能减少建筑施工对周围生态环境的影响，避免建筑施工对外界环境造成破坏，实现人与自然和谐相处。