生態智能建筑的內涵特征及技術探析

李東和，李英杰

(1.山東建筑大學 建筑城規學院，山東 濟南250101;2.山東建筑大學機電工程學院，山東濟南250101)

0 引言

隨著科學技術的發展和城市化的加劇，人類社會面臨著一系列重大環境與發展問題的嚴重挑戰。人口劇增、資源耗竭、氣候異常、環境污染和生態破壞等問題威脅著人類的生存和發展。

隨著人類環境保護意識的覺醒和加強，人們已產生共識:在城市的建設和發展過程中，必須優先考慮生態環境問題，并將其置于與經濟和社會同等重要的地位上;同時，還要高瞻遠矚，通盤考慮有限資源的合理利用問題，即要實現“可持續發展”，必須要改變以犧牲環境為代價、掠奪性和破壞性的發展模式，使其從傳統的資源型發展模式，走上良性循環的生態型發展模式——可持續發展，促使經濟與社會、環境協調發展。其中經濟持續發展是社會發展的前提與基礎;社會持續發展是經濟發展的結果與目的;生態環境持續發展是經濟、社會發展的條件，建筑是三者的綜合體［1］。這種新的發展觀必然導致產生新的建筑觀——可持續發展建筑觀，保護提高生態環境質量、創造舒適、安全、可持續發展的人類生存環境是21世紀建筑師及建筑設計的主題和基本任務。生態建筑、生態智能建筑及其研究和實踐正是為實現這樣的目標而提出的。

1 生態智能建筑的內涵

隨著世界生態環境問題日益突出，為了能夠較好地對生態環境問題做出響應的建筑，通常被稱為生態建筑或可持續發展的建筑，利用高科技手段創造的此類辦公建筑往往被稱為生態智能辦公建筑。

生態建筑又被稱為“節能建筑”、“綠色建筑”，嚴格地講都是不全面的。現代意義上的生態建筑，是指根據當地自然生態環境，運用生態學、建筑技術科學的原理，采用現代科學手段，合理地安排并組織建筑與其它領域相關因素之間的關系，使其與環境之間成為一個有機組合體的構筑物［2］。

生態智能建筑是基于生態系統良性循環原則，以“生態”經濟為基礎，“和諧”社會為內涵，“智能”技術為支撐，“綠色”環境為標志建立的一種新型建筑體系。生態智能建筑要賦予建筑以生命，它是一個能積極地與環境相互作用的、智能型的、可調節的系統，是采用現代先進的傳輸、網絡、信息等技術，通過精密設計，優化集成，補償建筑物硬件的不足，同時運用現代科學技術成果，合理設計建筑物內外空間和能源利用，使其在系統內部進行有序循環轉換，實現建筑物的節時、節能效果，從而達到高效、節能、環保、無污染、健康、安全、舒適等特點，以滿足生態平衡［3］。

以目前的科技、經濟和人類認知水平還無法達到生態智能建筑或無法建設出真正意義上的生態智能建筑，但現在無法建設，并不代表以后也無法建設，相信我們一直在進步之中。就目前而言，一些學者或專家提出的所謂“生態化、智能化”建筑最多只是在原有建筑的基礎上增加了一些生態因素和智能因素，然這遠非真正意義上的生態智能建筑。

真正的生態智能建筑，應該遵循中國古代“天人合一”的思想，并在此基礎上達到“人、環境、建筑”三者的合一，其追求的不僅僅是物質上的高度發達，而且追求精神上的高度“發達”，其使人類在生活的過程中與自然，與建筑融合，使其成為一個有機的整體。

2 生態智能建筑的特征及發展趨勢

2.1 生態智能建筑的特征

生態智能建筑，是以智能建筑、綠色生態建筑為依托，以可持續發展的思想為宗旨，在合理利用信息化、網絡、控制、綠色生態等技術的基礎上，實現居住環境的安全性、健康性和舒適性，最大限度地降低能源消耗、減少環境污染、提高建筑本身利用率的新型建筑。

智能綠色生態建筑是高于智能建筑和綠色生態建筑的現代建筑，具有如下的特征［4］:

(1)生態性:生態建筑其實就是將建筑看成一個生態系統，通過設計建筑內外空間中的各種要素，使物質、能源在建筑生態系統內部有秩序地循環轉換，獲得一種高效、低耗、無廢、無污、生態平衡的建筑環境。

(2)智能化:生態智能建筑以智能化技術為手段，合理的集成及運用信息化、網絡、控制技術，實現建筑的健康、舒適、環保性。

(3)多目標優化:生態智能建筑是一個大系統，需要多視角地考慮技術、管理、經濟、人文環境等因素的大系統運行目標，并目調動各種手段使系統達到最優的綜合目標。

(4)可持續性:從可持續發展的戰略角度出發，注重生態平衡，保護環境，合理利用資源和節約能源，這是生態智能建筑發展的永恒主題。

生態智能建筑的實施要注重與環境的協調，采取各種積極手段和高科技措施，防止對自然環境、生態系統的破壞。同時想方設法提高能源效率，盡可能采用日光照明和太陽能等干凈能源，采用HVAC新系統，延長建筑物的可使用壽命、降低建筑物的運行維修費用。

(5)多因素相關性:生態智能建筑與社會信息化、深化經濟發展、管理模式、裝備技術發展、政府導向等有著十分密切的關系。

(6)多學科綜合:生態智能建筑的規劃、設計、運行和管理所涉及的技術、經濟、管理以及法律問題，需要應用各學科的知識成果。

(7)和諧性:要以人為本，生態智能建筑的最終受益者應該是其中生活、工作的人，其不應是單純的高新技術產品的簡單合成，而應是采用了高科技能滿足人的需求，改善和提高人工環境的品質，更好地為人服務，達到舒適、和諧。

2.2 生態智能建筑的發展趨勢

國際上，生態智能建筑發展有兩個大的趨勢:一是調動一切技術構造手段達到低能耗，減少污染，并可持續性發展的目標;第二，在深入研究室內熱功環境和人體工程學的基礎上，依據人體對環境生理、心理的反映，創造健康舒適而高效的室內生活環境［5］。

3 生態智能建筑技術案例分析

目前，歐洲的生態智能建筑技術走在了世界前列，國外成功的生態智能建筑較多。生態智能辦公建筑因其高舒適度和低能耗的特點，具有很高的價值和市場競爭力。生態智能建筑是21世紀建筑的方向，而光學纖維技術、納米技術、光電轉換技術是發展生態智能建筑的關鍵技術之一［6］。

3.1 國外案例分析

(1)智能建筑一詞，首次出現于1984年［7］。人類歷史上第一棟理論意義上的智能建筑是在美國的康涅狄格州，是對一棟舊樓進行智能化的改造成果。當時，由美國聯合技術公司(UTC，United Technology Corp.)的一家子公司一聯合技術建筑系統公司(United Technology Building System Corp.)在美國康涅狄格州的哈特福德市改建完成的，名為City Place(都市大廈)的大樓;重點是使計算機對大樓的空調系統、照明系統、防災和防盜系統、電梯設備、通信和辦公自動化系統、消防系統統一監控;除可實現舒適性、安全性的辦公環境外，并具有高效、經濟的特點，從此誕生了公認的第一座智能建筑。

(2)軟件大亨比爾·蓋茨的房子可以稱為是智能建筑的集大成者。蓋茨花了7a時間與心血建成一幢獨一無二的豪宅，在他下班回家途中就可在車內利用電腦遙控家中浴缸，自動注入適當溫度的水供他回家后享用。房子里的電腦感應器能隨時應主人的喜好，控制室內的溫度、燈光、音響和電視系統;客人到訪時只要佩戴小型電子胸針，讓電腦識別他們的位置，便可為他們提供服務;為了實現家庭的智能化，蓋茨的住宅里共鋪設了52英里長的電纜。

比爾·蓋茨的房子也許正代表著一種趨勢:人與世界的關系正逐步受到由數字化處理的信號的控制，聲音和視像、思想和行動，全都可以加以數字化處理。

(3)位于德國杜塞爾多夫市的維多利亞保險公司總部大樓，是歐洲非常著名的一棟生態智能建筑。

這座建筑在2000年被德國權威機構授予德國生態環保一等獎，它所采用的系統不是歐洲最尖端的，但是一整套相當成熟可靠的技術系統。此幢建筑最關鍵的技術有智能玻璃幕墻、置換式新風系統、建筑施工安裝等。

智能玻璃幕墻:智能玻璃幕墻建筑，技術上主要是通過雙層玻璃幕墻來實現。由于這幢大廈雙層幕墻沒有現成資料，在設計過程中為確定雙層幕墻的基本構造，如通風形式、進風口大小、開窗形式、遮陽中間空氣層寬度等技術數據，首先做出1∶7的模型，委托亞琛大學專家進行了大量的實驗。在此基礎上完成了幕墻設計。因為大樓接近杜塞爾多夫機場，從機場安全考慮，要求降低大樓玻璃幕墻對雷達波的反射作用。所以在大樓面向機場方向上采用了加入纖細鋼絲的20mm厚膠合玻璃。

置換式新風系統:進風裝置設在固定外側幕墻的豎框之內，每一豎框內側左右各設22個直徑60mm的圓形進風口，相當于每一窗扇單元有0.12 m2的進風面積。進風口內側有特殊合成材料制成的防鳥網。出風口設在位于樓頂高度的水平方向百葉之中，高度450mm鋁合金百葉傾斜角37°，可以有效地防止雨水進入幕墻內側。

建筑施工安裝:塔樓外立面是由約1800mm×3500mm大小、在工廠加工完畢的單元式雙層幕墻構件組成，在工地上整體吊裝，因而能保證施工精度和簡短的安裝工期。每個單元構成相對獨立的通風系統，安裝時垂直方向在樓板高度上完全封閉，單元與單元水平相接處為構造變形縫，相互之間形成6°夾角。通過這一夾角使窗框和玻璃都是平面的雙層幕墻單元，能夠圍合成圓形的建筑體量。

3.2 國內案例分析

(1)世界上首座可完全拆裝重建、可循環再利用的建筑物—“IN的家”，于2001年11月2日在香港建成。該建筑占地2000m2，匯集了世界上最新智能設計與高科技環保技術成果，目的是用來展示未來建筑的新概念。這一建筑的落成，預示著我國21世紀的建筑將朝著智能型生態化方向發展，生態建筑將成為我國新一輪城市建筑的主題［3］。

(2)深圳藍牙水晶是國內較全面應用生態節能高科技的案例，這是由五合國際主持設計的作品。

藍牙水晶位于深圳市中心區重要樞紐地段，因此項目用地比較苛刻，建筑容積率非常高，接近8，所處位置規劃高度又有限制，并且大廈后面有一所學校和幼兒園，日照遮擋非常嚴重，如何解決這些問題成為建筑設計的關鍵。設計中比較了各種方案，最后確定，建筑由高150m的三角形塔樓和高100m的L形板樓組成，最大限度利用日照活動的范圍，高層板樓盡量遠離學校。在這個建筑設計中，涉及一個巨大懸挑的結構，利用了結構本身的特性和混凝土承壓、鋼結構承拉的特點，設計出建筑的懸挑結構。

此次設計中，利用十大生態智能技術保證建筑的高品質:能量活性建筑基礎系統、天篷柔和輻射制冷系統、分散式新風系統、第三代窗箱式裝配玻璃幕墻、隱蔽式外窗遮陽百葉、智能采光照明系統、高效太陽能光伏發電系統、高效防噪聲系統、雙層架空地面系統以及給排水集成控制與水循環再生系統等。其中藍牙水晶的雙層玻璃幕墻，按照深圳的氣候特點專門設計，帶有隔音窗和百葉。

生態智能建筑技術的應用難點，在于需要參與各方付出額外工作與創新，承擔設計過程中的一定風險。技術的采用，不求最新最貴，重在系統的配合與有機互動。同時應該看到，新技術與新材料的應用為建筑設計提供了廣闊的發揮空間，需要建筑師更具廣泛深厚的技術知識。

4 結語

自然生態環境是人類社會賴以生存和發展的基礎，對生態環境的保護理應成為人類必須遵守的行為準則。特別是進入21世紀后，隨著我國信息、智能、技術的飛速發展以及改造生態環境的迫切需要，建筑師應從全面、整體、綜合的角度出發，利用現代先進的科學技術，通過精密設計，優化集成，創造出符合環保要求的高效、節能、健康、舒適的智能型生態建筑。生態智能型建筑是未來建筑設計和建設發展的必由之路，是改善生態環境最合理的方法，是人類重視環境、保護環境、節約資源、選擇可持續發展的必然產物。

［1］吳荻，原穎.環境保護與綠色建筑［J］.林業科技情報，2010，42(1):24－26.

［2］利仕選.淺談生態建筑及智能建筑的發展［J］.科技資訊，2006，25(26):67.

［3］匡小平，周正華.21世紀智能型生態建筑將崛起［J］.湖南林業科技，2002，29(2):48 －49.

［4］王博，楊歡歡，李小利.淺談智能綠色生態建筑［J］.北京工業職業技術學院學報，2008，7(3):86 －89.

［5］沈時迪.國際上生態智能建筑發展趨勢［J］.住宅產業，2009(7):87－88.

［6］鄒寧宇.由智能建筑到生態智能建筑［J］.江蘇建材，2002(3):1－3.

［7］張琦.淺談生態智能建筑的設計［J］.江蘇建筑，2008(3):13－15.