高層建筑生態化分析
——以2020塔為例的生態設計實踐與發展

文/許欣悅、于曉晨 山東建筑大學建筑城規學院 山東濟南 250101

1、背景

在全球城市化快速發展的歷程中，人口與環境的關系越加緊張，對全球未來城市發展帶來了巨大的挑戰。近年來的不斷探索，各國將生態理念放到了高層建筑發展方向上。高層建筑空間大，不僅可以滿足人們生活的基本要求同時還可以處理好與環境的關系。生態建筑的本質是將建筑作為生態系統，人類為系統內的一個種群，通過合理調配系統內外種種因素，使系統內物質、能源有序地循環轉換，構建一個高效生態、低耗少排的生活或工作環境[1]。近年來，各種生態高層建筑案例使得全球對其未來發展充滿了希望。

在21世紀初期，華盛頓的城市化已達到了鼎盛，面臨著用地緊缺資源消耗過度的問題。2001年，華盛頓國家建筑博物館委托Kiss +Cathcart建筑事務所為該館設計一個假想建筑。這個設計的提出是為了創建一個針對高層建筑的新生態理念，將城市的生活水平以及生活質量提升至最高。在這個設計中，事務所與工程師決定采用最先進的技術，但該設計不僅是簡單的藍圖，而是一個在2020年前可以進行實施的實用且經濟的建筑。

2、2020塔項目概況

2.1 建筑理念

2020塔是一座多功能用途的建筑，同時是一座150層樓高的生產性建筑，可以生產各種能源，處理和再利用水和廢物等物質資源。可生產的能源如太陽能和風等，2020塔所獲得的太陽能和風能可以維持整個建筑能源消耗的100%。同時建筑屋頂所收集到的雨水以及內部使用過的廢水通過內部處理系統可以滿足建筑內部水消耗的90%。2020塔的被設定為一個垂直城市，集居住、商業以及娛樂為一體的建筑[2]。整個建筑可以容納近兩萬人，人口可以達到城鄉人口數量。在理念生成前期，Kiss + Cathcart建筑事務所希望2020塔有別于熟知的單一功能的高層建筑，而是將2020塔設計成多功能理念使之可以更有效的發揮功能。

2.2 功能分析

2020 塔被分為30個垂直單元，集商業、娛樂功能于一身，還包括了室外開放空間。在每單元的下一層設立了生物處理系統以及溫室等特色空間。溫室作為整個建筑的特色功能，不僅可以服務內部人員，還可以美化整個建筑。每個公共樓層都有一個特色功能空間，有酒店、影院、大學、植物園以及動物園等。在公共樓層的室外空間不僅是一空中公園，同時還有直升機著陸臺。在發生嚴重問題時，離救援不超過15層樓。居住空間的陽臺被利用起來做成室內小型種植區域，種植方法主要通過水培技術或是普通的外掛技術，陽臺的種植區域可以滿足一部分家庭需要。

2.3 資源代謝與技術分析

在2020塔的設計中，所有當前最先進的技術都被使用，在整個建筑內部內資源循環代謝體現得淋漓盡致。水循環、能源循環、養分循環等。

2.3.1 水處理技術

2020 塔內部超過80%的建筑用水可重復使用。這得益于內部的水處理系統以及建筑內部的溫室以及種植區域。在每個公共樓層的下部都包含一個清潔和再循環廢水的生物處理系統，屋頂收集的雨水以及樓層內生活污水匯集到每一層的水處理中心，處理后或用于澆灌植物或用于生活。

2.3.2 能源技術

2020塔內部的平均能耗為每年50-60千瓦時/平方米，約為2001年標準建筑消耗量的四分之一。建筑物的外表皮采用的是最先進的光伏薄膜模塊，超過15%效率和成本，同時從外觀看起來與涂層夾層玻璃相似[3]。建筑的窗戶采用的是透明的BIPV窗，它的耗能效率僅是不透明窗戶的三分之一，同時建筑內部采用了不透明的溫控器，使得建筑總耗能減少了三分之二。

2.3.3 養分循環技術

建筑內部的種植及溫室是養分循環的主要來源。2020塔的建筑表皮采用多層技術，可以適應藤蔓或其他植物以及水培生長系統。垂直綠化的采用不及可以減少陽光直射所帶來的高熱量，減少蒸發冷卻，同時還可以提供種植空間，城市農業概念也可以植入進來，生產以蔬菜水果為主的植物，可以為建筑內部人員提供自給自足的生活。

2.3.4 結構新突破

建筑內部采用了全新的鋼管網格結構，這種結構在立面上形成自支撐梁，具有高度的抗壓性同時也易于拆卸。在不影響建筑完整性的情況下，可以被拆除。在建筑中，為了使得建筑可以獲得良好的自然通風與采光，建筑設計了薄形建筑，該薄型技術增加了太陽能板的接觸面積，同時也增加了能源使用所覆蓋的面積。與具有單一核心和最小外圍的傳統建筑相比，此技術提供了更高質量的空間，同時增加了多核心的便利性和安全性。

3、總結與未來展望

2020塔的出現是對于高層建筑來說一個全新的概念，與傳統高層建筑相比，占地面積不僅更小，還可以帶來更高質量空間的經濟效益（例如，窗戶辦公室與內部空間的租金更高）以及更低的運營成本以及更高的人力生產力。2020塔的設計目的是在運行能源方面自給自足，包括建筑內的加熱，冷卻，照明，制冷。采暖以及電力等。這對于我們未來高層建筑的發展有著更現實的意義。這反映出了對該項目與能源相關的環境影響的更有效的評估通過2020塔我們可以看出，現在全球高層建筑都處在一個飛速發展的階段，可持續發展理念在高層生態建筑中得到了很好的體現。現如今土地資源緊缺，環境破壞嚴重，物質資源消耗加快而高層生態建筑理念的提出，可以很好地解決我們面臨的問題。同時還能通過建筑本身的生態設備，減少物質資源的消耗以及環境的破壞。因此我們應該繼續研究高層建筑的生態化建設，同時與我國國情以及地域特色相結合，設計出最適合我國的高層生態建筑。