淺述綠色建筑的集成設計方法
——以江蘇城鄉建設職業學院研發樓方案設計為例

朱少君

(江蘇城鄉建設職業學院建筑藝術系，江蘇 常州 213147)

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淺述綠色建筑的集成設計方法
——以江蘇城鄉建設職業學院研發樓方案設計為例

朱少君

(江蘇城鄉建設職業學院建筑藝術系，江蘇 常州 213147)

建筑設計是一個復雜的過程，建筑師在設計過程中必須考慮一系列復雜而相互矛盾的影響因素。傳統的建筑設計過程對功能、形式和空間的考慮較多，而對諸如氣候、維護結構、設備系統等影響建筑環境性能的因素考慮較少。隨著綠色建筑的不斷發展，傳統的設計方法已難以滿足綠色建筑的要求，有必要針對綠色建筑提出新的設計方法，因此集成設計應運而生。

綠色建筑；集成設計；節地；節能；節水；節材

綠色建筑是我國建筑業未來的發展趨勢，綠色建筑在其全壽命周期內最大限度地節約資源、保護環境和減少污染，為人們提供健康、實用和高效的使用空間，與自然和諧共生[1]。綠色建筑要求在建筑設計、建造及使用過程中充分考慮環保、節能、經濟、舒適等綜合因素，實現建筑與生態的協調可持續發展，因此，建筑設計能力和水平的高低在很大程度上決定著綠色建筑的發展。

隨著現代設計理念的發展以及綠色建筑設計意識的普及，傳統的線性設計流程的弊端日益顯現，建筑師已無法只關注建筑的平面功能、立體造型及構造技術，設計過程已逐步進化為多學科融合的集成化階段。所謂綠色建筑集成設計，是指因地制宜、以人為本，對一系列新材料、新技術的合理應用，實現整個建筑系統最優化，在不影響健康、舒適的使用環境的前提下，大大提高能源資源的使用效率以及降低建筑的運行成本[2]。

集成設計與傳統設計方法存在不同，集成設計流程保證了在設計初期階段引入各個專業的相關信息，并在設計初期綜合考慮所有的影響因素和設計的多種可能性，主要體現在兩個方面：縱向比較，在整個設計過程中，集成化設計將建筑本身與外部環境看做一個整體，把建筑全壽命周期作為設計決策的出發點；橫向比較，集成化設計要求各專業設計人員緊密合作，將可持續建筑設計策略融合在功能、形式、性能和經濟等各層面，以實現建筑的可持續發展為最終目的，獲得低成本、高性能及各方面的收益[3]。

下面以江蘇城鄉建設職業學院研發樓方案設計過程為例，探討如何在綠色建筑的設計過程中進行集成設計。

1　項目概況

該項目位于江蘇城鄉建設職業學院新校區內，基地北面屬于校園的綜合配套區，用地及四周均為農林用地，場地較為平坦，西側為學生食堂，東側為創意樓，南側為學校的教學區。場地毗鄰校園北面主入口，北側為校外城市道路，西側和南側均為校園規劃主干路，東側與創意樓緊鄰，出入方便(如圖1)。

圖1　研發樓總平面圖及工作模型

該項目是一棟綜合的、富有特色的辦公樓，集辦公、教學、居住、商業、實驗、研發于一體，具有創新的辦公模式，能夠滿足多樣的使用要求，地上5層，地下1層。1～5層用為商鋪、研發辦公、創新工坊、實驗，地下一層為汽車庫(圖2)。因該項目在綠色建筑方面有較強的示范意義，所以遵循本土、低耗、精細化策略，按照國家三星級綠色建筑的標準，對項目進行了精心設計和優化。

圖2　各樓層項目圖

2　集成設計目標及流程

項目的設計目標有兩個：一是結合綠色和生態的特點，設計出有特色的配套空間，包括綠色產品展銷、綠色小型餐飲、展示交流空間等，成為學院所在地江蘇常州城西職教園區特色創意配套中心；二是充分考慮當地氣候和周邊環境特點，選取適宜的技術體系，在低成本的前提下實現三星級綠色建筑，成為夏熱冬冷地區低成本綠色建筑示范項目[2]。

在方案設計階段，參與設計的人員包括：業主(學校)、建筑師、結構工程師、設備工程師等。其中，建筑師作為設計團隊的核心和領導者，負責技術問題的綜合解決和協調，工程師也在該階段起著非常重要的作用，對建筑設計過程的復雜性有一定的了解，并具備解決復雜問題的綜合技術知識。

方案設計整體的設計思路分為兩部分：建立三維方案模型和對模型進行生態性能模擬分析。首先利用Revit Architecture建立方案模型(如圖3)，在建模中要進行墻體、屋面、遮陽板、地面等構造做法的設置(包括厚度、材料、保溫材料)，以及窗戶的等級和類型。同時，模型建立不是建筑師一個人的事情，各個專業的設計人員應該互相啟發和交流，使得各專業的信息進行匯總和整合。模型建立好后，把模型導入各性能模擬分析軟件，根據采暖、通風和采光等要求，分析設計存在的問題并反饋到模型中進行修改，直至獲得最終理想的方案。

圖3　研發樓Revit建筑模型節地與室外環境

3　集成設計考慮因素[3]

3.1節地與室外環境

3.1.1室外環境

本項目室外綠地面積4 887.33 m2，室外透水鋪裝面積總計為5 206 m2(透水路面716 m2、植草格3 323 m2、水系1 167 m2)，室外透水地面面積比可達65.9%，能夠有效改善室外場地微氣候，降低熱島效應。通過將該項目內的水面與整個校區內水系連通整合，構成靈動的活水；對項目進行微地形塑造，塑造高差錯落的空間，給人生動的體驗；設計透水地面，對雨水回收利用，減少城市排水管道壓力；在方案中體現立體生態修復的理念，通過屋頂綠化、中庭綠化、墻面垂直綠化和室外周邊綠化等多種綠化形式返還城市綠地，有效改善建筑微環境，很好地保護生態系統(圖4～5)。

圖4　研發樓生態系統分析圖一

圖5　研發樓生態系統分析圖二

3.1.2出入口及公共交通

本項目科技研發樓臨近校園主入口布局，方便使用，有利于校內外聯系。同時，在學校東側擬規劃建設公交首末站，距離學校大門東側僅有167 m的距離，有利于步行、公交出行等綠色出行模式。

3.1.3景觀綠化

本項目綠化種植設計遵循了“以人為本”的設計理念，通過具體的喬、亞喬、灌、亞灌、地被、草、花等相互間的搭配，建成符合自然生態的群落，最大限度地增加綠視率和綠量，提高生態效益。適地適樹，以鄉土樹種香樟、垂柳為骨架，花灌木、地被分布其中，因地制宜地將植物與地形、道路、景觀小品相融合，通過豐富的植物景觀，更好地展現校園景觀特色。本項目二層、三層簡單式屋頂綠化，四層、屋頂層采用花園式屋頂綠化，屋頂綠化面積1 580 m2，占屋頂可綠化面積的74.78%，能夠顯著改善屋頂保溫隔熱效果并提高生態效益。

3.2節能與能源利用

3.2.1建筑節能設計

夏季中庭利用屋面的遮陽百頁避免陽光的直曬，并可將側面通風裝置打開形成熱壓和風壓通風，二層以上的南向墻面將立面構件打開，增加建筑內外通風面積并改善室內熱環境，還可通過內遮陽百頁簾保證通風的同時防止太陽熱輻射，一層若將轉門打開則形成架空層，可以很好地改善通風效果。冬季中庭通過屋面遮陽百頁的角度引入冬季的陽光，形成冬季的陽光室，二層以上的南向墻面可將遮陽百頁打開引入冬季陽光，一層將轉門關閉并密封好滿足保溫要求；將室內的大空間靈活分割，滿足空間多用的需要；不同季節利用架空平臺等可變空間形成宜人的工作環境(圖6)。

圖6　研發樓中庭通風和主要立面遮陽分析圖

建筑的圍護結構不應是“熱水瓶”式的密閉裝置，而應該是能對氣候進行“過濾”的建筑表皮。也就是說，它不僅應該具有前者的一切功能特征(不變部分)，還應具有類生命體的“可變化”部分，積極適應外界氣候的變化。一般情況下，四季更替的室外氣候與人類基本生理要求的熱舒適條件之間，存在著不同程度的差異。外部的氣候條件，主要由周期性季節變化的太陽輻射所決定，而人的基本熱舒適指標則是相對穩定的，試圖縮小或取消這種環境差異的調控手段便是“氣候控制”，在本項目中為實現此目標采用包括新型墻體材料預制混凝土夾心保溫復合板、外墻屋面LOW-e玻璃門窗保溫隔熱技術、立體綠化和種植表皮等各種手段，根據當地氣候環境特點，南向、東向立面設計采用“自遮陽+外廊+構件遮陽+可變墻體”形式來滿足夏季遮陽通風要求，北向、西向立面設計采用“自遮陽+雙層墻體+凹窗+可變墻體”形式來滿足四季的保溫隔熱要求，通過屋頂綠化、中庭綠化、墻面垂直綠化和室外周邊綠化等多種綠化形式吸收有害氣體，增加空氣負氧離子，減噪、降溫、增濕、除菌，有效改善建筑微環境并營造視覺方面的舒適(圖7)。

圖7　研發樓可變墻體設計圖

3.2.2低耗結構

主體功能建筑采用模數化設計和標準柱網，是最經濟適用的多層框架結構；同在基地范圍內的實驗工坊是特殊空間，運用大跨度鋼結構設計，為后續多功能利用提供空間，同時還可用作會議、展示、培訓、實驗、辦公、商業等多種可能(圖8)。

圖8　研發樓柱網設計圖

3.2.3高效設備與再生能源

針對現行空調系統普通存在霉菌問題、高能耗問題和臭氧層破壞等問題，本項目空調系統采用集中和分散兩種，用下送風替代上送風，高效又舒適(圖9)，室內設備選擇節能器具、節能燈以節省能源，通過在屋面設置太陽能光伏電池板和太陽能集熱器實現太陽能綜合利用，不僅增加研發樓的電量補充，還有效解決研發樓冬季采暖、夏季制冷和全年熱水供應問題。

圖9　研發樓空調系統原理示意圖

3.3節水與水資源利用

3.3.1水系統規劃設計

本項目建筑區域內共有兩種水源：分別為市政自來水與區域再生水。生活給水水源來自校區，從校區生活加壓管網上引管直接供各層生活用水及消防用水；再生水水源為區域再生水，從校區中水加壓管網上引管直接供各層衛生間沖廁、綠化澆灑、車庫沖洗及道路沖洗。

本項目采用污廢水合流、雨污分流的排水體制。室內污廢水經化糞池處理后排入園區污水管道；場地雨水經雨水口收集到棄流井，初期雨水排入園區雨水管道，其他雨水作為補充水源匯入園區湖中。地下室集水坑由潛水泵抽升至室外雨水檢查井，通過雨水管網排出，潛水泵的啟停由集水坑內的水位自動控制。

3.3.2節水措施及非傳統水源利用

本項目建筑物內衛生器具及給水配件均采用節水型。采用雨水入滲，區域內室外透水地面面積比均大于40%，增加雨水滲透能力，減輕排水系統負荷，減少排水徑流量，該項目非傳統水水源，為市政中水。

3.4節材與材料資源利用

1)本項目混凝土全部采用預拌混凝土，砌筑采用預拌砂漿，節省材料消耗，減小混凝土生產過程對環境的污染。

2)在保證安全和不污染環境的情況下，建筑設計選材時考慮使用材料的可再循環使用性能。

3)本項目為土建裝修一體化設計施工，可減少空間重新布置時重復裝修對建筑構件的破壞，節約材料。

4)本項目辦公室、展示空間室內隔墻采用玻璃隔斷、預制板隔斷、輕鋼龍骨水泥壓力板隔斷等靈活隔斷，可變換的節約空間。

5)本項目利用周邊工地的廢棄物作為景觀環藝的材料，如廢棄的混凝土塊或石塊碎料，可以作為人行小徑與駁岸邊上的鋪裝材料，還可以作為坐椅等運用，如廢棄鐵質材料，可以重新塑造形成小品雕塑，鐵質雕塑等。

6)本項目填充墻采用粉煤灰混凝土小型空心砌塊，具有良好的保溫隔熱效果，同時還具有可重復使用、節省土地資源等優點。

4　集成設計中的建筑性能模擬分析

綠色建筑的三維模型建好后，接下來設計人員將對模型進行生態模擬分析，所謂生態模擬分析，就是重點圍繞建筑的采光、通風、能耗、防噪等方面進行設計和推敲，以達到建筑可持續發展的要求和滿足室內舒適的要求。用Revit構建的模型是物理模型，其中包含了很多復雜的圖形元素，但是在進行生態分析時，卻無需太多建筑方面的細節，而是要進行一些簡化，以加快分析和建模的速度，同時需要房間體積等在進行建筑設計時所不常用的信息。因此，在正式導入到分析軟件之前需要對模型進行一些處理，由物理模型轉換為生態分析所需要的模型，即分析模型，以滿足分析需要。分析過程舉例說明如下。

4.1室內自然采光模擬分析[4]

分析研究的目的是評估現有設計方案的自然采光效果，分析建筑室內主要功能空間的采光效果是否達到國家GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》和國家GB 50033—2013《建筑采光設計標準》的要求，并針對采光不足存在的可能性，提供優化設計意見和建議，從而在設計上做到合理、經濟，并滿足使用人員的工作、生活等需要。具體利用 Ecotect軟件作為模擬分析軟件說明采光模擬分析過程(圖10)。

圖10　研發樓采光模擬分析圖

針對研發樓每一層進行室內自然采光模擬分析后，得出結論：項目樓層平面分布和外窗布置較為合理，研發樓辦公區域自然采光達標面積可達8.65%，研發樓公寓區域自然采光達標面積可達 100%，均能夠滿足75%以上的主要功能空間室內采光系數，滿足現行國家標準GB 50033—2013《建筑采光設計標準》及GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》的要求。

4.2室內自然通風模擬分析

建筑內部的自然通風是由建筑的迎風面與背風面的壓力差形成的，風壓的壓力差和建筑形式、建筑與風的夾角以及周圍建筑布局等因素相關。一般來說，風壓差越大對室內通風越有利，但如果建筑前后風壓差小，通過合理的室內布局與戶型開窗方式也會使室內有較好的通風效果。在夏季，利用建筑物前后合適的風壓差而形成的室內自然通風，可以幫助擴散室內的熱量，改善室內人員的熱舒適性。具體利用 PHOENICS 軟件作為模擬分析軟件說明通風模擬分析過程(圖11)。

針對研發樓每一層進行室內自然通風模擬分析后，得出結論：建筑與夏季主導風向有一定夾角，建筑立面背迎風面可形成 2～4 Pa 以上的風壓壓差，為室內自然通風創造了較好的前提條件。選取本項目1～5層樓典型樓層進行自然通風模擬，通過分析可知：本項目典型樓層主要功能房間室內空氣齡均保持在 1 800 s 以下，即換氣次數大于 2 次/h，室內自然通風效果良好，能夠滿足GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標準》的要求。

4.3建筑綜合能耗模擬分析

本項目采用能耗分析軟件 e-QUEST對建筑進行全年 8 760 h的能耗模擬。程序根據設備工程師輸入的建筑情況(包括建筑結構、圍護結構材料、供暖空調方式與系統分布、室內人員活動規律、照明情況等)和室內設定溫度值的要求，動態計算出建筑物的全年能耗情況，并以各種表格、圖形式輸出。在本項目模擬中，設定利用能源的類型，對建筑的空調系統、設備、照明系統等進行能耗模擬，可以直接輸出全年的能源消耗總額(圖12～13)。

圖11　研發樓在能耗分析軟件中的三維和二維模型圖

圖12　研發樓通風模擬分析圖

通過計算得出結論：本項目全年能耗為參照建筑的 79.41%，滿足GB/T 50328—2014《綠色建筑評價標準》要求，即“建筑設計總能耗低于國家批準或備案的節能標準規定值的 80%”。

4.4場地環境噪聲模擬分析

采用通過國家環境保護總局環境工程評估中心

認證的德國Cadna/A噪聲模擬軟件系統構建項目環境模型，對項目環境噪聲進行模擬分析。依據最不利原則，對場地內的環境噪聲進行模擬分析。本項目建成后1.5 m高度處，場地人員活動區域的晝間及夜間噪聲情況模擬結果及建筑立面噪聲分布如圖14所示。

圖13　設計建筑和參照建筑年能耗比分析圖

圖14　研發樓噪聲分析圖

通過模擬分析得出結論：該項目場地環境噪聲良好，內部人員主要活動區域的環境噪聲滿足國家標準 GB 3096—2008《聲環境質量標準》的1類聲環境功能區域噪聲要求，即晝間不大于55 dB(A)，夜間不大于45 dB(A)，因此，滿足國家標準GB/T 50328—2014《綠色建筑評價標準》對場地聲環境的相關要求。

5　結語

該項目以因地制宜、低投高效為原則，在節能、節水、節材、室內外環境控制等方面按照綠色建筑技術要求實施，確保綠色建筑三星級建設目標的實現。在設計過程中，以綠色建筑節能和可持續發展為設計目的，借助BIM平臺軟件Revit chitecture和其它性能模擬分析軟件的運用，體現了在建筑設計早期階段，運用集成設計方法，提高了建筑的各項效能，為建筑的可持續發展和實現綠色建筑目標打下了堅實的基礎，驗證了對于綠色建筑運用集成設計方法是行之有效的。

綠色建筑集成設計是一種適應綠色建筑要求的多專業配合的設計方法。它是把傳統觀念人為與建筑設計不相關的主動式技術和被動式技術等集合到一起考慮，以較低的成本獲得高性能和多方面的效益。這種設計方法通常在形式、功能、性能和成本上把綠色建筑設計策略與常規建筑設計標準緊密結合起來，通過在設計過程中關鍵問題上的協同工作，使設計參與者可能找到非常好的解決辦法來滿足設計需求，可以說，綠色建筑只有通過集成設計，才能確保綠色建筑目標的實現。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB/T 50378-2014綠色建筑評價標準[S].北京： 中國建筑工業出版社，2014.

[2] 徐峰.集成化建筑設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2011：12-14.

[3] 徐峰.以建筑節能為目標的集成化設計方法與流程[J].建筑學報，2009(11)：55-57.

[4] 深圳市建筑科學研究院.江蘇城建院研發樓報建文本[Z].深圳：深圳市建筑科學研究院，2012：5-10.

A Brief Description on the Integrated Green Building Design-Taking the Design to the Research & Development Building of Jiangsu Urban and Construction College as an Example

ZHU Shao-jun

(DepartmentofArchitectureandArt，JiangsuUrbanandRuralConstructionCollege，ChangzhouJiangsu243147，China)

Architectural design is a complicated process，so architects must consider a series of complex and contradictory factors in the design process.In traditional architectural design process the consideration to function，form and space has been paid more attention.While，the consideration to the influence factors such as climate，structure maintaining，and equipment system reparation has been paid less attention.With the continuous development of green building，the traditional design method has been difficult to meet the requirements of green building，and it is necessary to put forward new design method，so the integration design arises at the historic moment.

green building；integrated design；land；energy conservation；water conservation；materials conservation

10.3969/j.issn.1009-8984.2016.03.018

2016-04-06

朱少君(1977-)，男(漢)，江蘇省金湖縣，講師

主要研究建筑CAD、建筑設計。

TU244.3

A

1009-8984(2016)03-0076-07