論新加坡濱海南花園的室內生態可持續設計—— 以“云霧森林”Cloud Forest園為例①

羅子荃 lUO Ziquan

1.華中科技大學，武漢（Huazhong University of Science and Technology，430074 Wuhan）

2. University of Florida，32611 Gainesville, Florida（佛羅里達大學，32611蓋恩斯威爾，佛羅里達，美國）

一、背景介紹

1.濱海南花園的歷史

圖1 濱海南Cloud Forest和Flower Dome花園鳥瞰②

坐落于新加坡河入?？诘臑I海南花園（見圖1[1]），與后續正在建設中的濱海東花園及濱海中花園構成了新加坡乃至世界上最大的熱帶主題花園——濱海灣花園組團。昔日由英國殖民時期開始的填海工程促使新加坡南部的海岸線不斷延伸，并為濱海灣花園這一超大型的熱帶公園群落提供了土地，如今的濱海灣花園緊鄰新加坡新興金融中心，連同附近的幾大著名地標如魚尾獅像公園、濱海藝術中心和金沙酒店等共同組成了當今新加坡對外展示的窗口。

2.濱海灣花園的設計源起

為了更好地體現“花園中的城市”這一主題，同時對外展現當今21世紀的新加坡民眾在這座幾近完美的熱帶花園城市中工作和生活的質量，新加坡政府于2006年1月舉辦了一場國際級別的總體規劃設計大賽，針對濱海灣地區進行整體的規劃設計。這一比賽吸引了來自24個國家超過170家大型國際設計公司的參與。同年9月，Andrew Grant和Gustafson Porter這兩位來自英國的景觀建筑師最終憑借其獨到的設計理念成為了濱海南花園和濱海東花園的主設計師。

3.濱海南花園的現狀

正如詹姆士·科納所說：“在建筑景觀中，景觀建筑師提供一種在自然和文化之間的實踐的探索，因而產生建構現實的基本元素?！盵2]自2011年11月正式對外開放之日起，濱海南花園作為首個已經完成的公園組團吸引了來自世界各地超過幾百萬游客的觀賞，其精妙絕倫的仿生建筑造型和色彩鮮艷、種類繁多的熱帶植物展示無疑是花園的最大亮點。除此之外，花園內部充分應用生態可持續能源循環系統連接幾大主要景觀建筑，因此為整個花園的持續運作和保養維護節省了大部分能源。這其中，尤以2012年中旬正式對外開放的貝殼造型濕冷型玻璃溫室（cooled conservatories）“云霧森林”最為突出。當然這一設計案例也讓我們深切地意識到，由于“建筑消耗了地球60%的資源，現在人類面臨著被迫使用生態型建筑材料和設計方法的壓力?！盵3]

二、“云霧森林”的建筑構成

1.總體規劃定位——從“蘭花”到建筑

在濱海南花園總體54公頃的平面布局上，我們可以清晰地看到一叢蘭花的生長脈絡：從“根莖”（水體，能源，通訊系統中心）開始，由北向南逐漸彌漫，代表著葉子的綠地，連接著蘭花的枝條（園內交通系統）到每一朵“蘭花”（印度，中華，馬來，殖民主題花園等），徐徐綻放在這片土地之上，而占據著新加坡國花“蘭花”根莖這一重要位置的大型玻璃和鋼結構景觀建筑“云霧森林”及“花穹”③在視覺上和功能上都充分體現了建筑本身的準確定位（見圖2[4]）。

圖2 Grant Associates設計規劃方案草圖④

2.“云霧森林”的設計理念——微縮高地云霧林

濕冷型玻璃溫室“云霧森林”占地0.8公頃，高58m，容量1200人，外墻面積12 000m2，內部溫度常年維持在23℃到25℃之間，濕度控制在80%到90%左右，如此嚴格的數據指標是為了維持園林內部的微縮高地云霧森林生態系統。高地云霧森林主要生長于馬來西亞、南美洲和非洲山地區域，海拔在1 000m到3 500m之間，來自海面的濕冷霧氣常年籠罩著山峰，植物通過凝結的水汽吸收水分，并將之導回溪流、山地和湖泊之中，最終回歸大海，行成水體循環?！霸旗F森林”溫室內部將野外熱帶高地雨林的生態循環系統進行了數據分析和模擬，在巨大的貝殼造型溫室花園內部構成相應的微縮山地雨林地形，在水體和氣體的循環原理上實現了了高仿真模擬。

3. “云霧森林”的建筑構成

（1）“云霧森林”的內外結構?！霸旗F森林”外層由光譜性選擇玻璃構成的貝殼型玻璃溫室以及起輔助穩定結構作用的弧形鋼結構網組成，溫室內部有依附著環形建筑結構而修建的植物叢，種植著包括落羽杉和針葉樹在內的生長于高海拔地區的喬木及各種蕨類植物，溫室的中心是“竹蓀”造型的多孔人造中空假山，假山外部由壁面綠化表皮覆蓋，呈殼形菌菇狀結構（見圖3[5]），內部是占據了六層樓的五大主題區域，殼的頂端一條瀑布飛流直下，匯入地面一層池內，再通過旋轉的水池蜿蜒流入地底一層的“秘密花園”主題區（見圖4[5]），其形象逼真的仿生建筑造型非常貼近于溫室植物園主題。

圖3 設計師手稿④

圖4 為山體建模④

（2）墻體構造。被設計師稱之為“Living Skin”的園內假山壁面栽種著大量蕨類和蘭科類附生植物，顏色艷麗的花朵隱藏在枝葉之中，豐富了假山的綠化表皮。為了建構不規則“竹蓀”結構的綠化表皮墻壁，結構設計師通過柔韌性和抗拉強度高的Geotextile Reinforced Earth Walls（GREW）合成材料的加筋土檔墻定義了墻面造型，創造出具有自由弧度的混凝土殼狀結構，依附于墻面的立面種植板能夠固定植物并沿著不規則形態的外墻進行精確度極高的網狀植物覆蓋框架，從而創造出了極為自然的綠化覆蓋表皮。多孔的“竹蓀”混凝土表皮結構為了給附生植物生根和成長提供更好的條件，施工人員在混凝土墻面材料合成中加入了一定比例的有機材料，使墻面可以滯留大量水分，從而創造出了潮濕的仿高山土壤環境⑤。

在植物的選擇上，墻面植物以可以脫離土壤生長的附生植物為主，不需要大量的培養土壤，植物可以依附著立體植物固定板生長，從水汽和腐殖質中吸收營養。翠綠的墻面被松蘿、石斛和苔蘚地衣以及各種蕨類植物所覆蓋，這些植物能夠在較短的生長周期內依次開花結果，維持著假山外層豐富的視覺效果（見圖 5、圖6）。

圖5 園內中空假山⑥

圖6 園內蘭花⑥

（3）立體交通流線設計。“云霧森林”從山頂至山底分為內部和外部兩個立體行走路線。一條是內部貫穿五個主題空間的豎向電梯和螺旋形防火走道，一條是外部連接頂層“迷失世界”和第四層“洞穴”的“云霧廊”懸空螺旋鋼架走廊，以及第三層環繞內部全場的“樹頂漫步”走廊（見圖7）。為了維持高地云霧林的生長環境，園內定時進行冷汽噴霧，模擬由海洋而來的偏冷霧氣，從山頂開始彌漫的霧氣被玻璃結構包裹、覆蓋了內部整片假山區，位于頂層空中走廊行走的游客能夠在俯瞰整個內部園林時霧里看花，尋香溯源。

圖7 園內樹梢走廊③

（4）山體結構的內部設計。山體內部將由上至下從高山物理環境的模擬到可持續信息的展示全部囊括其中，可以分為三大主題區域。頂層的“迷失世界”展示了從海面而來的霧氣在山頂積聚行成云霧的過程；橫貫第二到第四層的“巖洞”部分展示了地球的歷史和生物的多樣性以及與高山云霧林直接相關的信息；地面一層到地底一層的“山谷”部分作為教育和信息交流的空間，通過地球環境惡化對人類環境帶來的危害充分說明了可持續發展的重要性——信息豐富而且含義深遠（見圖8）。

迷失世界

位于山頂部分的迷失世界，代表著在地球暖化過程中漸漸消逝的云霧林，山頂部分由覆蓋各色花卉的弧形墻壁圍合，中央是一方靜謐的水池，小型的假山置于其中，被鮮花和枝條圍繞，極具馬來特色的小木舟隱藏在假山之后，霧氣從水池邊上緩緩彌漫，很快覆蓋了整個區域，人行走在其中，仿佛置身于云霧林中（見圖9）。

圖8 園內鳥瞰圖

圖9 迷失世界⑥

巖洞和晶石峰

位于山殼第四層的“巖洞”及瀑布廊道和占據地上二到三層空間的晶石峰，是專門為游客設置的信息展示空間，順著內部電梯向下，我們能夠從不同造型的“巖石”信息提示板上了解到高山植物鏈的組成和生長環境，野生動物的種類和地球的形成歷史；位于晶石峰部分的區域，上下兩層貫通，豎立的鐘乳石和石筍記錄著地球的歷史，為了營造石洞的真實氣氛，頂層的天花懸掛著鏡面，通過各種角度折射著倒立的鐘乳石，創造出三維鐘乳石的鏡面幻象；立面的墻壁成為了地球歷史進化的時間線展示區，記錄了各種各樣的礦石種類。

巖洞和晶石峰內部空間為半開放式，游客可以從墻壁上的空洞看到外部的植物以及逐步彌漫向下的潮濕霧氣，也可以通過連接內外空間的園內走廊俯瞰園內植物的冠層。從頂層直下的瀑布發出震耳的轟鳴聲，由4層的瀑布廊道經過，飛躍的水珠不時濺入廊內，營造了極為逼真的山地環境。整個山體內部動靜結合，具有極為豐富的視覺、聲覺、觸覺和嗅覺效果，為游客提供了豐富的現場體驗機會（見圖10）。

圖10 巖洞和晶石峰⑥

地球檢驗室和+5℃秘密花園

圖11 地球檢測室⑥

位于地面一層的地球檢驗室（見圖11）是一個半封閉型的多媒體影像室，投影在墻壁上的圖表數據展示著世界各個國家二氧化碳的排放量和能源的消耗值，海平面上升對城市的危害以及全球變暖的整個形成過程；森林的覆蓋率的降低和南極冰山融化對生物帶來的各種影響都是以數據的方式投影在墻面，能引人深思。地底一層的冷水池一側是+5℃溫度升高體驗室，大屏幕上循環放映著冰川融化、海平面上升帶來的各種自然災害對人類居住環境的影響，海嘯之后被摧毀的人類家園被一張張顯示在屏幕上。與此同時，室內溫度被逐漸升高，坐在模仿南極冰山環境的座椅上，游客仿佛感受到了冰川融化帶來的直接后果。

三、可持續的花園

1.內部能源和外部能源循環再利用的完美結合（見圖12⑦）

圖12 冷卻冷室能量循環圖②

（1）玻璃穹頂對室外陽光的過濾和降溫。為了維持園內高地云霧林氣候環境以及各種附生植物的蓬勃生長，整個玻璃溫室被設計成濕冷型溫室，即在外部氣候炎熱的環境中，保持室內部分的潮濕與低溫環境。新加坡地處熱帶雨林氣候區，常年高溫多雨，日照強烈，為了在低能消耗的前提下維持內部氣溫，建筑本身就需要從熱量來源部分開始進行調節。

在構成貝殼型溫室表面結構的材料上，設計者采用了特殊的雙層低輻射涂膜（low-E coating）玻璃，通過低輻射涂膜對紅外光的過濾吸收及反射有效地減少了來自太陽光的多余熱量，在引入65%日光的同時只吸收其中35%的熱量。這個結構既保證了園內植物進行光合作用的日光，又減少了進入室內的多余的熱量[6]。同時，位于玻璃結構外部的三角造型特殊織物材料遮光板（shading fabric）能夠自動地根據室內亮度進行伸展調節，從而有效地控制了溫室內部光量的吸收。

（2）園內空氣局部冷卻和節能。濕冷型玻璃溫室的容積共計153 000m3，可以裝滿60個奧林匹克游泳池，在如此巨大的空間內進行完全冷氣覆蓋所需要消耗的額外能量是難以估計的。為了節省能源，園內使用了局部冷卻的方式進行降溫，在需要濕冷空氣的假山植物表層和一層環形植物圈部分進行局部冷空氣的釋放。設置于地底的吸收冷卻器和電冷卻器通過管道提供冷凍水，冷凍水流被提取到地板以下的管道進行循環流動以達到降低地表溫度的目的。與此同時，底層一層至地面一層的地表冷水池也對園內低層降溫起到了實際的作用⑧。貫穿整片假山區域的豎向瀑布帶動了園內整體的空氣循環，促進冷熱空氣的對流速度，因此產生了冷鋒效應，不僅降低了假山內部區域的溫度，同時由冷空氣推動熱空氣上升，通過建筑頂層的自動溫度控制系統——通風口釋放多余的熱氣。

（3）合理的冷卻循環系統?！霸旗F森林”內部動用了最新的氯化鋰溶液型干燥除濕技術，從玻璃結構底部引入室外高溫潮濕的自然空氣，進行液體除濕劑冷卻后，成為干燥冷氣而被導入室內，由此產生余熱將被管道引導和同從屋頂導入的熱空氣相結合，再同地底生物燃料機在向電冷卻器和吸收冷卻器供能中所產生的余熱合并，通過管道導入園外的液體干燥劑池中，進行干燥劑更新，產生的新液體干燥劑將被管道循環送回地底干燥劑儲藏處，持續不斷地為建筑底部的液體除濕裝置供應除濕劑。

（4）生物燃料供能。維持整個建筑內部電力系統的三聯供生物燃料鍋爐Combined Heat Power（CHP），是建筑的能源核心，它通過燃燒生物廢料產生的能量推動蒸汽渦輪機發電，為電冷卻室提供電力，產生降溫用的水流，同時為發動機熱水吸收冷卻劑提供熱水。兩種冷水儀器產生的冷水通過管道引入山體內部，匯入地板冷水循環降溫系統管道和地底地表一層的冷水池，實現了溫室內部全面降溫的效果。

有別于空調需要電力消耗實現持續運作的原理，三聯供生物燃料爐產生能量的主要來源是生物廢料的燃燒，這些廢料來源于園內及國家公園局從新加坡其他園林調運來的園藝廢棄物，通過生物廢料的燃燒降低了溫室對于空調的依賴，同時也降低了大量的能源消耗。

2.內部可持續之旅

（1）內部的解說“坐標”。從山頂到山底一層，山體內部的墻壁都被合理而有效地用作了信息展示空間，應景的巖石造型說明臺，展示了土壤、陽光和植物之間的關系，資料豐富而圖示詳盡的解說標識，吸引游客去瀏覽，除了對生物植被種類的講解、地球發展歷程的解析，墻壁上也會提出許多和可持續發展相關的問題，如人在環境中的作用、經濟與環境發展間的協調、即將滅絕的生物群、正在消失的森林、日漸污染的水體以及脆弱而超負荷運作的地球生態系統，對于不太了解可持續發展問題與生物圈具體組成的游客而言，這是一次很好的與生態環境信息直接接觸的機會（見圖13）。

圖13 園內負一層的說明標識⑥

（2）了解、體驗和反思。在體驗“游山”之旅的過程中，游客將通過對各種珍稀高山植物的欣賞和了解，產生對自然環境的喜愛之情。從頂層的迷霧花園，到步行下樓的過程中通過對墻壁和信息欄所列環境問題的了解，到最終建筑出口部分的全球變暖體驗，整個旅程帶給人以直觀的現場感受。

園中所有我們欣賞和拍攝的植物正在從地球上逐步消失乃至滅絕，而其根源是全球變暖造成的海洋云層形成海平面的不斷上升，導致山頂植物圈迅速縮小，而人類社會燃燒燃料所產生的廢氣和污染物則是帶來全球災害的直接原因，植物種類的快速滅絕只是一個小的層面，全世界沿海城市圈所面臨的直接威脅則是設計師最終給我們的提示與警告。

設計師選擇將全園最值得反思和最充滿疑問的部分放在了溫室的出口處，也許是希望游客在這趟內容豐富的可持續生態之旅的最后環節帶著問題離開。

四、結語

“云霧森林”（cloud forest）這座矗立在新加坡河入?？诘呢悮ば螠厥遥碇鞘袦厥覉@林又一新的發展方向——創造可持續的大型溫室景觀，從設計思路的蘭花到內部節能系統的采納，處處都體現著生態建筑的基本特征：“生態建筑應當表現生態設計，生態設計應當表現可持續發展”[7]，充分體現了新加坡人民對環境保護和文化的高度重視。從花園城市到花園里的城市，在人口如此高密度集中的國家，新加坡依舊堅持著提高城市綠化率、創造高質量生活的高標準城市發展理念，很是值得我們深思。

從另外一個層面來講，該園林的設計目的在于創造一次可持續體驗之旅，設計師將園林本身作為一種教育媒介，讓受眾從全方位的角度了解、接收和深思可持續的意義及影響，這一點使其區別于了普通的園林，在具備觀賞性的同時，更具有教育意義和讓民眾參與的價值，通過與游客的互動向其傳達了一種新的生活方式和生活理念，即如何在維持高質量生活水平的同時，做到資源的循環利用、人與環境的友好共處和諧發展。

注釋

① 作者現就讀于美國佛羅里達大學設計、建造與規劃學院（University of Florida,College of Design, Construction and Planning）。本文是作者2013年5月間隨導師William Tilson受新加坡國家發展部門（MND）之邀，赴新加坡進行“新加坡環境可持續問題研究”學術活動期間完成的研究項目.

② 照片為Shinkenchiku-sha拍攝.

③ http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4778-competition.aspx First the garden takes root on a piece of new garden infrastructure and grows out towards the City. Leaves (earthworks)and roots (water, energy, communication systems)and shoots (paths, roads and links)create an integrated network across the space and beautiful flowers (feature/theme gardens)occur at key intersections or nodes.

④ 2013格蘭特合作有限公司制作.

⑤ http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4800-allin-the-detail.aspx Green Walls and Vertical Planting The project includes extensive use of green walls both internally and externally. They are of three main types.Geotextile Reinforced Earth Walls (GREW)help to define spaces and offer a way of softening steep slopes that might otherwise be developed as concrete walls.Vertical planting panels offer a more refined framework for planting on vertical surfaces including the ‘Supertrees’ and selected walls. ‘Living Render’ provides a porous and roughly textured concrete surface that incorporates a proportion of organic material in the concrete mix to create moisture retention and rooting zones for epiphytes. The Mountain in the Cloud Forest Dome Conservatory will be a major display of this technique.

⑥ 照片為羅子荃拍攝.

⑦ Meredith Davey, Gardens by the Bay:Ecologically Reflective Design [J].Experimental Green Strategies: Redefining Ecological Design Research, Volume81,Issue 6, November/December 2011: 108–111.The facade design is based on a highly selective double-glazed unit that allows approximately 65 percent of the incident daylight to pass through with only 35 per cent of the solar heat. Low-e coating on the glazing acts as an infrared light reflector filtering unwanted heat from the daylight spectrum.

⑧ Meredith Davey, Gardens by the Bay:Ecologically Reflective Design [J].Experimental Green Strategies: Redefining Ecological Design Research, Volume81,Issue 6, November/December 2011: 108–111.Integrated displacement ventilation is to be the primary temperature conditioning method of both biomes, coupled with chilled water being circulated through pipes in the flooring.

[1]https://www.japlusu.com/news/gardens-bay.

[2]詹姆士·科納.論當代景觀建筑學的復興[M].吳琨，韓曉曄，譯.北京：中國建筑工業出版社，2008 ：序言vii.

[3]米格爾·魯亞諾.生態城市——60個優秀案例研[M].呂曉惠，譯.北京：中國電力出版社，2007：9.

[4]http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4778-competition.aspx

[5]http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4800-allin-the-detail.aspx

[6]http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4778-competition.aspx incident daylight to pass through with only 35 per cent of the solar heat. Low-e coating on the glazing acts as an infrared light reflector filtering unwanted heat from the daylight spectrum.

[7]布賴恩·愛德華滋.可持續性建筑[M].周玉鵬,宋曄皓，譯.北京：中國建筑工業出版社，2003：253.