建筑生態優化策略設計探討

李學偉 李景成

摘 要：建筑生態不僅關注建筑與人的關系，同時也關注資源消耗與資源使用效率的關系，但最為關鍵的是建筑與人居系統安全、和諧的共生優化系統。本人就這些問題作簡單闡述。

關鍵詞：建筑生態；策略設計

【文章編號】1627-6868（2016）05-0070-04

Abstract： Construction of ecological architecture is not only concerned about the relationship between people， but also concerned about the relationship between resource consumption and efficient use of resources， but the most critical is the UN system security architecture and harmonious coexistence optimization system. I briefly elaborate on these issues.

Keywords： building ecology； strategy design

建筑的生態優化策略設計目的是實現綠色建筑的功能，針對建筑的地域、氣候、環境及使用功能，考慮投資及經濟性，進行設計方法的選擇及各項技術的集成，是常規建筑設計的前奏。

1.建筑的生態優化策略設計

建筑的生態優化策略設計是從建筑師的角度幫助建筑師開始思考，并著手建筑生態的設計，實現建筑的優化功能，其設計方法與建筑師目前習慣的方法有差異。建筑的生態優化策略設計主要是主動式設計與被動式設計。

建筑的主動式設計即通過各種高效集成的技術手段，實現建筑的功能。被動式是在適應和利用自然環境的同時對其潛能通過設計靈活應用，即根據符合地域氣候的建筑物本身的設計，來控制能量、光、空氣等流動，在減少地球環境負荷的同時，考慮獲得舒適的室內環境的設計方法，并用機械設施，即技術手段補充不足部分。被動式設計能夠提高建筑物的安全性、健康性、也能獲得綜合考慮了地區、風土的設計構思。

建筑的生態優化策略設計就是在開始具體建筑設計之前，基于建筑外環境，針對建筑生態不同的子系統，分別考慮設計方法和技術手段，再從系統角度集成，通盤考慮哪些是建筑生態可用的設計方法，哪些是可以集成的技術手段及其經濟性、可實施性、可操作性如何。

建筑的子系統包括建筑生態必須具備的能源、水環境、氣環境、聲環境、光環境、熱環境、植物系統、綠色建筑材料系統等要素。在這些要素中，能源特別是綠色能源是首當其中的。

2.建筑能源的生態優化策略設計

建筑的能源系統是建筑的核心，也是建筑生態策略設計的重要部分，從城市到建筑生態單再到建筑生態室內，體現在建筑生態的規劃階段、單體建筑設計階段。建筑之外的城市能源系統對城市節能來說極為重要，能源規劃是對能源資源、生產消費歷史、現狀調研以及分析研究的基礎上，根據國民經濟和社會發展目標需求以及資源和環境的制約情況，制定能源能源發展（包括節能）的長遠規劃（至少4-5年或10-20年）。能源規劃可以形成良好的建筑能源外環境。

2.1充分利用自然采光

主要指使建筑充分利用陽光照明，通過中庭、玻璃幕墻、通窗等手段使室內光線充足，改善建筑采光質量以及在建筑物中設置日光反射器、反射板等裝置，利用相應的技術手段，結合智能控制實現對日光的引入。這項技術對控制和改善室內光環境，減少因人工照明所導致的能耗有積極作用，在設計中被廣泛應用。

2.2智能化遮陽系統

主要是指建筑設計利用智能控制技術使建筑的遮陽系統對陽光的變化采取措施，做到互動平衡，以達到室內光環境照度均勻或塑造特殊光線效果的目的，目前發達國家采用較多。

2.3改善隔熱保溫性能

改革墻體和屋面，加強住宅建筑的保溫隔熱性能。無論是采用被動式還是主動式環境策略，建筑物的隔熱保溫性能都是很重要的系統控制指標。如對熱橋采取特殊措施，房間的保溫百葉和雙層隔熱玻璃系統是實現這一設計目標廣為采用的技術。

2.4充分的自然通風

有無充分利用氣候條件使用建筑物自然通風或利用建筑智能控制技術改善建筑通風狀況，維護建筑內空氣流通，是智能生態建筑與一般性建筑項目的明顯區別。自動風擋在智能控制下對建筑空氣流通實施有組織調整是實現此目標的常用技術。

2.5采取降溫隔熱措施

有效降溫隔熱多與當地氣候特點研究（如熱帶地區）密切結合考慮并引入建筑設計領域。利用智能控制的窗簾、水幕、挑檐板等構件有效控制陽光輻射對室內溫、濕度的影響，以低消耗甚至零能耗創造恒溫恒濕的宜人室內溫、濕度。

2.6隔離噪聲的干擾

建筑物的聲環境是重要的環境指標之一，當前該領域的研究多與噪聲的相關研究結合在一起。有效的隔離或控制噪聲的技術措施包括設置可控吸聲擋板、吸聲墻等。

2.7太陽能發電材料的應用

利用光電技術生產的光電電池板作為外墻和屋頂材料已經開始應用于滿足建筑物自身能源策略的設計實例中，但技術要求較高且造價相對昂貴，目前還處于局部試用階段。

2.8利用壓力、溫差的作用

自然條件下或設計中通過智能控制實現的原因、溫差作用，是進行熱量傳遞，保持環境衛生的重要資源。合理、有效地利用這些資源對建筑物內部微環境進行控制和改善是智能生態建筑的重要能源策略和設計方法。

3.建筑植物系統的生態優化策略設計

植物與建筑等生態要素組成的建筑生態系統是城市生態系統的重要組成部分。良好的建筑生態建造成本和運行成本低，綜合效益高，對環境的不有影響小，因此，它需要在生態規劃的指導下進行規劃設計，依照建筑生態系統與整個城市的生態安全框架的關系和生態功能分區的要求，充分發揮生態服務功能，同時注重發揮植物系統的景觀及其他服務功能。

建筑植物生態系統設計要充分尊重植物學、生態學和景觀學的基本原則，包括以下幾個方面。

3.1系統原則

依據生態系統學基本理論，要考慮建筑生態系統與整個城市生態系統的關系，注重植物系統在建筑生態系統各個層面功能的發揮。在建筑場地的組織與設計、外圍護結構方面、室內環境中，注重植物系統與建筑生態的和諧與統一，注重系統的整體性與連續性原則，把建筑生態系統看作是整個城市生態系統的重要組成。強調系統的經濟原則，降低從外界環境的能量輸入和物質投入；通過內部有限土地等資源的合理使用以及植物系統的優化配置，強調生態系統的循環與再生；通過植物群落的合理配置，為動物棲息、覓食與遷徙提供良好空間結構，并在此基礎上構建穩定高效的生態系統，發揮植物系統最大的服務功能，實現系統的高效使用。對建筑生態系統進行系統評估時，應注重系統的總量控制指標即建筑生態綠容率指標。

3.2適地適樹的原則

植物具有不同的生態習性，使得幾乎建筑生態系統的種類生境都有不同的植物生長。建筑生態具有不同的功能分區需求，植物系統具有綜合功能也具有獨特的功能，要求不同的功能分區，配置適宜的植物系統，發揮植物系統的最大功能。

3.3主導因子原則與主要功能和綜合功能相結合的原則

不同的植物具有不同的功能，建筑生態系統內部各個要素、各個環節對植物功能的需求是綜合的。比如清新空氣、適宜的溫度、優美的景觀，但由于所處環境的主導因子不同，比如在醫院周圍和有一定污染的工廠附近，對植物系統的主要功能也就不盡相同。因此，在進行建筑生態植物系統設計時，要根據由主導園子決定的各個功能分區的要求，選擇適宜的植物設計合理的植物系統，充分實現植物系統的最佳功能，它是對適地適樹具體原則的有益的補充。此外，還要注意主導因子也不是一成不變的。

4.建筑水環境系統的生態優化策略設計

4.1水環境與建筑規劃

（1）建筑性質與規劃。

建筑區域的建筑功能、設計人口數量或設計生產性質與規模直接影響供水需求量和污水的排放量，以及相應的供水與排水管線、構筑物等的規模。如考慮建筑污水再生為雜用水，則污水的再生處理構筑物及設備裝置規模由設計再生水量決定。

（2）建筑用地規劃。

小區建筑規劃需要考慮自來水、污水與雨水，還可能包括直飲水、市政再生水、地下水或地表水等的引入、輸送、排放和處理等。建筑區域內如設置水處理構筑物，其規劃和位置也需要與整個建筑規劃相配合。

雨水的收集、利用、排放與建筑生態規劃密切相關。如建筑區域屋面、綠地、道路等占地面積與其表面鋪裝材料直接影響雨水徑流量與下滲量，若以增加雨水下滲量為目的則勢必要選擇透水性較好的路面、廣場等鋪裝材料，改善綠地基質，增加其蓄水量。屋面綠化也會蓄留部分降雨，減小屋面雨水的徑流量，徑流系數可以從0.9降低到0.3左右。雨水的收集、利用系統和綠地、景觀水體往往有密不可分的聯系。

（3）建筑區域高程關系

在場地水景中，因降雨、補水、蒸發、滲漏等原因會造成水位上下起伏，因此水景設計需要考慮不同水位情況的景觀效果以及水景溢流排放。特別是在利用雨水資源補充場地水景用水時，雨水的自然匯集與凈化、水景需水量、調蓄空間與雨水匯流區域需要合理考慮，匯流區域內的地熱應盡可能坡向水景。

綠地有蓄積雨水增加雨水下滲量、截流雨水污染物的作用，因此，綠色建筑中綠地地勢應盡量設計低于道路、廣場等以便于更好地發揮綠地功能和綜合效益。

（4）道路與停車場

建筑物外的污水與雨水管線還需要與場地道路規劃相統一，以便于管道的開挖與日后維修。道路與停車場雨水徑流水質較差，雨水收集時需要考慮合適的截污措施，如抵勢綠地、生態滯留系統等。

4.2水環境與與園林景觀環境

水景常為園林景觀的重要組成部分甚至是核心。水景往往是建筑水環境包含的一個小環境，自身即為一個小生態系統，對建筑生態環境有重要影響，特別是當水景規模較大時。水景直接影響到建筑環境與效果，也關系到建筑水環境的水量保障問題，還需要考慮其自身水質保障問題，需要有綜合的思路與技術以保證其景觀效果。

4.3水環境與建筑結構

建筑屋頂設計影響到屋面雨水的徑流量與水質情況，如瀝青屋面比瓦質等屋面的雨水污染嚴重；有屋頂花園時，屋面種植層對雨水的蓄積、截污作用可收集雨水，減小雨水徑流量并凈化雨水水質。屋頂花園、綠色屋面材料等對建筑結構、建筑效果、熱島效應等也都會產生直接或間接的影響。因此，建筑師應結合以上因素認真考慮建筑屋面的設計。

建筑內的供水管線系統、排水管線系統需要與建筑結構相配合。管線的布置與建筑各用水點的設置直接相關，同時管道的設置也需要考慮不破壞建筑內的景觀效果與建筑功能的發揮。

4.4場地水環境與建筑的關系

場地水環境除了雨污水排放或收集、處理利用系統外，水景池通常也是一種主要的形式，它們都需要考慮并妥善處理與建筑的關系。某種程度上水景設計跟建筑設計有更密切的關系，而且需要與建筑設計中的各系統相配合，除了水景形式和景觀效果上需要與整體建筑風格相協調外，還需要妥善解決水景環境與建筑、園林、道路、給排水等不同專業之間的關系，合理設計水景的形式、位置、規模、水量與水質保障等。

5.建筑風環境的生態優化策略設計

5.1充分發揮風對建筑熱環境的影響

不同環境地區以及不同季節中建筑對風的要求都有所不同，是因時因地而變化的。如在濕熱地區的夏季加強風的利用對建筑環境質量是至著重發的，它可以降溫、除濕、改善人體的舒適度；在干寒地區的冬季，強風會降低圍護結構的保溫性能，加速熱能的損失，冷風滲透能降低人的舒適度，而室內空氣衛生標準要求必須要有新鮮空氣的補充，所以此時通風應該是可以控制的。我國中西部的大部分地區是處于夏熱冬冷的氣候區內，建筑既要考慮夏季的隔熱和降濕，又要適應冬季的保溫和保濕的衛生要求，這就要求建筑的通風設計應具有很強的可調性。

（1）選擇合適的風速區域布置建筑

建筑與周圍環境的熱交換速率在很大程度上取決于建筑周圍的風環境，風速越大，熱交換也就越強烈，因此，如果想減小建筑與外界的熱交換，達到保溫隔熱的目的，就應該選擇避風的場所；反之，如果想加速建筑與外界的熱交換，特別是希望利用通風來加快建筑散熱降溫，就應設法提高建筑周圍的風速，這就是建筑通風設計的基本原則。

（2）注意風環境對圍護結構的影響

風速的大小會影響建筑圍護結構的熱交換速率，風滲透或通風會帶走（或帶來）熱量，使建筑內部空氣溫度發生改變。因此，在失熱的情況下盡可能減少建筑的體形系統。但是，即使是同一地區，不同季節對通風的要求可能有所不同，通過合理的建筑和細部設計來控制通風的所流流量、流速和流場，滿足不同的需求，這就是建筑通風設計的目的。

5.2利用風對建筑形態的影響進行設計

建筑生態風環境的被動式設計對建筑的規劃設計布局形態影響很大，尤其對大型公共建筑、辦公、會展等。對建筑體形及內部空間進行設計，可以實現良好的建筑通風。

5.3盡量采用自然通風取代空調制冷技術

采用自然通風取代空調制冷技術至少具有峽谷方面的意文：一是實現了被動式制冷，自然通風可在不消耗不可再生能源情況下降低室內溫度，帶走潮濕污濁的空氣，改善室內熱環境；二是可提供新鮮、清潔的自然空氣，有利于人體的生理和心理健康。

5.4建筑風環境的規劃與設計方法

建筑外部風環境的狀況直接影響到建筑通風的質量和效果，如風速、風向、空氣溫度、空氣衛生質量等。為達到舒適的室內風速，在年平均風速較低地區和有利風向應盡量避免對風的遮擋；年平均風速高且處于不利風向時，應有所遮擋和分流。

6.建筑光環境的生態優化策略設計

建筑的光環境

光作為萬物之源，除了給建筑帶來熱工作性能外，還帶給人的視覺感受。光環境包括自然光環境和人工光環境。它滿足人的需求，給人帶來可見度、作業功效、視覺舒適、社會交往、心情和氣氛、健康、安全和愉悅和美的鑒賞，影響建筑形式、構圖、風格。良好的光建筑環境可取得好的經濟與環境效益。

對人工光環境，即照明質量的要求可概括為三個層次：明亮、舒適、有藝術表現力，三者融為一體的照明是最佳的照明。

建筑生態環境的生態策略設計，對于城市生態環境建設而言有三個基本宗旨；保護環境、節約能源和促進健康。

6.1注重建筑光環境的被動式設計

建筑生態光環境的被動式設計是創造全新建筑形象和形態的重要設計方法，直接影響建筑的外觀設計。如建筑圍護結構的開窗方式，受光環境的影響，直接形成全新的建筑外觀。

6.2發揮建筑光環境設計的節能、環保和健康作用

近年特別關注照明造成的負面影響：眩光、光污染和光干擾、因此，應充分發揮建筑生態光環境的節能、環保和健康作用。

6.3進行綠色照明的設計觀念和設計手法的革新

對照明質量的全面理解與照明新技術的涌現促成了設計觀念和手法的革新，包括以人為本，個性化的設計——普及照明調控，關懷個人對光的不同需求，追求個性化的照明風格；注重光色的選擇，用光營造情調和氛圍，滿足人們心理上和精神上的追求；非均勻照明，動態照明，在需要光的時間，把適量的光送到需要的地點；室內、室外照明手法的互補和交叉等。

6.4加強照明設計師與建筑師之間的溝通與密切合作

加強照明設計師與建筑師之間的溝通與密切合作，使“光”成為建筑和室內外空間設計的有機組成部分。

7.建筑聲環境的生態優化策略設計

7.1建筑聲環境生態策略設計的原則

最大限度地節約并利用可再生資源的前提下，運用科技發展的成果，從人的角度出發，消除和抑制人不喜歡的聲音，保留和制造使人愉快的聲音，營造健康舒適的聲環境。

7.2建筑聲環境營造模式

（1）采取主動的方式，充分利用自然的聲音，將自然聲引入環境中，滿足人們作為自然人的屬性；利用現代科技發展的成就，人為地使用在種類環境中，滿足人們作為社會人的屬性。

（2）考慮聲音和其他環境要素的關系。

規劃設計時，環境和建筑的熱工、通風、采光也存在聯系。例如，保溫材料也多可用作隔聲材料，利于采光但不利于隔熱的玻璃也同時不利于隔聲，自然通風孔及空調送風口也是室內外噪聲的重要來源。

7.3建筑聲環境生態策略設計要點

（1）適應氣候；

（2）利用地形地貌；

（3）合理組織功能分區；

（4）營造自然聲以及電聲。

8.建筑生態交通道路系統的優化策略設計

生態交通道路系統又可以稱為生態型道路系統，是基于可持續發展理念的交通運輸系統。它以環保、安全和高效為目標，從觀念、技術、政策上協調出行需求，交通設施供應、環境質量與經濟發展之間的相互關系。生態型道路系統也是一體化與智能化的交通體系。一體化強調區域和城市各種交通方式與交通體系在規劃、建設和管理層面的協調；智能化強調通過現代交通工程、計算機和信息技術，提供面向公眾、以人和生態為本的交通服務。

8.1生態策略設計

城市是一個有機動態的大系統，隨著社會經濟的發展，交通出行需求顯著增長。然而轎車的大量發展加速了城市環境的惡化，嚴重污染城市環境。由于各種規劃及生態策略設計不夠完善，造成交通的阻塞，加劇了城市交通的污染。交通道路系統的生態策略設計，正是針對這種“城市病”的一種有效策略。

現代的交通道路系統生態策略設計基本上可理解為應用生態學的基本原理，根據經濟、社會、自然等方面的因素，從宏觀、綜合角度，通過生態策略設計將道路人工系統內的尾氣、粉塵、噪音等污染降至最低，并協調經濟、交通、土地利用、環境、能源消費、道路建設、污染消納、自然資源利用與再生等方面的相互關系，為實現整體效益的協調統一創造一個舒適和諧的環境。

8.2空間及景觀策略設計

生態交通系統理念框架下的道路空間設計包括道路的功能性設施、空間規劃組織、自然景觀的營造、人文景觀及社區可識別性。生態道路空間及景觀的策略設計即是結合生態規劃，從人性化角度入手，著眼于綠化的構筑、空間組織、功能型設施規劃，營造生態道路交通系統，使道路交通網絡成為城市中的綠色體系，串聯整個城市人居活動空間，成為真正的生態化道路。

8.3交通出行及管理策略設計

交通規劃和管理人員提出了一系列的交通出行及管理策略，通過綠色出行策略發送地區交通結構并結合一系列的交通抑制措施降低穿越交通量，改善道路交通環境，建立以人為本的道路系統及科學的交通出行理念。

綠色出行策略包括鼓勵自行車交通、同車共乘、錯峰出行、公交優先等綠色交通理念，交通抑制策略包括對場地道路系統進行特別的設計，通過改變路面物理條件和道路設計構造，減少不必要的交通進入，保證行人及沿街住戶路權的優先。這樣的道路不僅承擔了傳統的交通出入的功能，還提供了一個充實的生活空間供孩童嬉戲，居民閑聊。這種不嚴格區別道路與生活空間，既不威脅行人與居民生活功能，又允許車輛通告的道路系統即是人車共存的生活化道路。

參考文獻

[1 ]李路明.綠色建筑評價體系研究[D].天津大學建筑學院，2008.

[2] 綠色建筑技術導則，2007.7