對剖面空間設計的被動式建筑設計策略的研究

史南

摘要：隨著人類的建筑建造對生態環境的破壞日益嚴重，被動式綠色建筑越來越被人們所關注。建筑剖面從傳統意義上講是一種圖式表達，反應了建筑的空間與結構。但是在當今的被動式綠色建筑實踐中，剖面已成為了反映被動式策略、甚至是推動被動式設計提升的重要手段。本文以建筑剖面為入手點，分析了建筑空間與被動式綠色建筑的關系。

關鍵詞：被動式；綠色建筑；建筑剖面；設計空間

中圖分類號：TU111 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—130—02

前言

建筑剖面設計在建筑內部空間的塑造上起到了決定性的作用，而建筑空間的好壞直接影響了其自然通風、采光等效果。文章從空氣流動、采光優化、節約用地等方面，闡述了良好的建筑空間對于建筑內、外環境的影響，同時表明了營造良好建筑空間與建筑剖面設計的必然聯系。

1被動式綠色建筑與建筑剖面空間的基本聯系

1.1基于空氣流動的角度

空氣在建筑空間中的流動主要有兩種形式：熱壓通風和風壓通風。熱壓通風依靠室內外空氣溫差所造成的空氣密度變小，從而產生了壓強差，形成了熱空氣向上冷空氣向下的空氣流動現象。風壓通風是因為建筑迎風面在風的作用下壓力升高，因此與建筑背風面產生了壓強差，產生了風由迎風一面向背風一面流動的現象。

（1）溫室空間

建筑溫室空間的主要原理是“溫室效應”.借助玻璃的物理屬性：普通玻璃允許通過的太陽光的波長是在0.4～2.5μm之間的短波，太陽短波通過玻璃進入到室內被室內的物品所吸收，溫度升高的物品會再次輻射出波長大于2.5μm的長波輻射波，使室內的溫度升高，但是波長大于2.5μm的長波不能透過玻璃輻射到室外。因此，太陽能的輻射熱就被留在了室內。長時間的輻射可以使得室內的溫度上升，這樣就形成了建筑的“溫室效應”。建筑的“溫室效應”有利于得熱，是一種常見的利用被動式太陽能的設計手法。從空氣流動的角度來講，太陽輻射使得該空間內的空氣溫度升高，溫度高的空氣密度變小，從而產生了向上運動的趨勢。對于熱空氣具體的流動方向，還是由這個“溫室空間”具體的位置和形態決定的。可以最直觀地表達這個空間的建筑圖示——剖面圖，成為了分析和設計此空間的重要的方法。

（2）煙囪空間

建筑煙囪空間的主要原理是“煙囪效應”，其原理是由于建筑內部的高差所形成的壓強差。所以建筑的煙囪空間的主要目是加強建筑內部的通風。盡管現代建筑的空調系統已經非常完善了，但是借助機械設備來達到通風目的的同時，或多或少會造成環境的破壞。利用自然通風來達到建筑室內的通風要求則更加注重生態設計，是從建筑師的角度出發，設計更加合理的空間，以達到充分利用自然通風的目的。

建筑內部空間的高差與其煙囪效應的效果是成正比關系的，高差越大，則效果越明顯。煙囪空間往往存在于建筑內部貫穿多層的豎向空間中，如中庭空間、通風井、樓梯間等。建筑師可以通過對豎向空間的合理設計來提高煙囪效應的效果。與風壓通風不同，煙囪效應的應用范圍更加廣泛，能適應更加復雜的氣候環境。

剖面是單個豎向空間抽取的片段，將這些片段連續在一起，就可以表達豎向空間的整體設計意圖和設計概念。在空間較為復雜的建筑中，剖面往往比平面蘊含著更多的信息，而“煙囪空間”往往存在于復雜且貫通的空間。

（3）雙層表皮空間

雙層表皮是一個形態上的概念，我們把建筑的外圍護結構三維化，含有多個層次或一定厚度的復合化的外圍護系統統稱為雙層表皮。建筑的雙層表皮的成因有很多種，如有的是為了把承重結構和圍護結構分開，為了達到一種立面上的效果；有的是利用雙層表皮的空腔來達到空氣流通的效果；有的則是利用雙層表皮來達到保暖的作用。

表皮系統的空間既不是外部環境空間也不是室內空間，表皮系統可以看作是建筑所處的環境中的除室外空間和室內空間外的剩余空間。建筑的室內空間始終和室外環境進行著能量的交換，表皮系統則承擔起一個媒介的作用，即康所說的“服務空間”。然而，對于這個空間形態和比例的描述，我們一直缺少一種簡單而直觀的表達。如果我們從剖面的角度將雙層表皮的形態和空間進行簡化，在得到清晰表達方式的同時，將會對其設計和分析起到很好的輔助作用。

1.2基于采光優化的空間

（1）退臺空間

建筑的退臺空間指的是，建筑立面或是內部的中庭空間呈逐層退進或是逐層外挑。逐層退進的目的是為了使建筑上層對下層盡量少的遮擋，讓每一層盡量多地接受自然采光，并加強熱量的獲得，對寒冷地區建筑的采光極為有利；逐層外挑的目的是為了讓建筑上層對下層有稍微的遮擋，避免炫光的產生，并加強建筑的遮陽效果，對炎熱地區的建筑比較有利。

由于太陽高度角和日照方向的不同，基于建筑采光優化的退臺空間也不盡相同。而建筑剖面，則為退臺空間提供了一種“可調節”的設計方法。建筑南立面，為了防止其在夏季受到陽光強烈的照射，可以將其剖面外墻在沿太陽入射的方向進行稍微調整。這樣一來，不僅解決了強光照射的問題，也沒有影響到冬季的采光（由于冬季太陽的入射角較低），而且可以縮短建筑之間的日照間距。

（2）中庭空間

對于大進深或大開間的建筑，建筑難免會存在自然光很難照射到空間。這時，一般的解決方法是，在建筑跨度大的地方加入中庭空間，調節其周圍內部空間的采光。光是由上至下射入建筑中，平面圖可以確定中庭的進深和面寬，但不能從光的入射方向對中庭的豎向空間進行調整。剖面是對空間的描繪，是將空間從二維提升到三維的一種圖示表達。剖面不僅僅作為一種結果，它更是一個過程、一種方法。若從剖面對建筑的中庭空間進行設計和優化，必定會帶來更加準確且有效的結果。

以頂部采光的中庭空間為例，其高度與寬的比值就決定了這個空間的類型與使用范圍。當比值較小的時候，其空間較為低矮和開敞，有利于獲得更多的自然采光，可以解決進深過大而造成的自然采光不足等問題，適用于寒冷地區的氣候特點；當比值較大的時候，其空間較為高大和狹窄，有利于減少太陽光的直接照射，減少熱量的獲得，較大的高度有利于溫室效應的發揮，加強自然通風的效果，適合于炎熱地區的氣候特點。此外，還可以根據當地不同的太陽高度角在其剖面上做出具體的調整，如圖1所示。

2營造良好被動式綠色建筑空間的剖面設計

2.1類型的選擇

按照建筑空間形式的不同，可以將被動式綠色建筑的剖面空間大致分為四種類型，即：矩形空間、V形空間、三角形空間和不規則空間。

矩形空間是一種最常見的建筑空間，可以應用于諸多類型的建筑當中去，其設計的重點在于布置的位置和比例關系。根據不同的要求，在剖面上安排不同的矩形空間，這些都關系到被動式設計的效果。

V形空間是一種典型的適用于寒冷地區的空間形式，由于建筑的上層對下層沒有遮擋，可以使每一層都能充分地獲得自然采光。但由于下層建筑的進深會越來越大，有可能會形成黑房間，不利于使用。

三角形空間與V形空間剛好相反，由于上部的空間比較狹窄，可以減少太陽光的直射。同時，由于文丘里效應，上部組件縮小的形態可以強化煙囪效應的產生，有利于自然通風。適用于炎熱氣候地區的建筑形式。

異形空間指的是根據特定的功能需要所形成的不同于傳統造型的空間，如異形的采光井、通風塔、雙層表皮等。

建筑剖面的空間往往與平面一樣也存在著復合的形式，即多個基本空間形式組合的復合空間形式。在實際的項目中，很少存在只有單一空間的建筑，所以在進行剖面設計時要考慮到各種各樣的空間形式，這樣才能達到最理想的效果。

2.2剖面設計與地形的結合

關于建筑場地設計的問題，平面設計要順應地形設計，而剖面設計要結合地勢來設計。只有將兩者結合起來，才能形成豐富且富有特色的空間形式。正如查爾斯·柯里亞設計的考瓦拉姆海濱度假酒店，建筑師完全尊重當地的地形地貌，建筑與山、建筑與海都形成了一種良好的呼應關系，使得建筑就像是從場地里生長出來的一樣，達到了與場地的和諧統一（如圖2）。

2.3剖面設計與節地設計

人們之所以要對場地進行整合，其目的是為了獲得一個最基本的建筑平臺。整合場地的方法一般有三種：填土、挖土和保持土地原貌（架空、懸挑等）。剖面圖可以作為對地形的坡度進行分析的一種圖解方法，從豎向的角度，分析和整合基地，對建筑的土方量加以控制和協調，并結合地形對建筑的豎向空間進行設計。舉一個簡單的例子，首先將一個45°坡九等分，通過上述的三種改造地形的方式將其進行改造，可以得到如圖3所示的可能的改造圖示；接著根據我們對建筑功能及類型的需求來選擇適合的地形改造方案；最后，根據地形的剖面圖示生成建筑基本單元的組合體。

3結語

被動式綠色建筑的設計往往體現在建筑設計的各個層面上，其中剖面空間設計在被動式設計上有其獨特的表達。無論是在基地整合、還是內部空間的設計上，剖面都有其明確且直觀地表達。在剖面設計中有很多平常不容易發覺的被動式設計因素是可以為我們所用的，可以提取出來為我們創造更加經濟有效的被動式綠色建筑空間。