探析響應海南氣候的建筑與綠化一體化設計

摘 要：綠化作為一種生物性手段，在對環境進行生態補償、提高外圍護結構節能效益、改善室內外環境質量等方面具有獨特的作用，建筑與綠化的一體化設計一直是建筑師進行設計創新的重要領域。文章結合實例，對綠化與墻面一體化設計的類型做了簡要介紹。

關鍵詞：氣候響應;建筑綠化;一體化設計

基金項目：本文系三亞學院人才引進項目“響應海南氣候的建筑與綠化一體化設計策略研究”（USYRC19-14）研究成果。

一、建筑界面生態修復的思考

建筑界面是室內外環境相互作用的媒介，更是眾多生態設計手段集成設計的載體，其物理、生物特性可對室內外環境之間的能量流動過程產生重要的影響。綠色植物與建筑界面的整合設計意義重大，綠化作為一種生物性手段，在對環境進行生態補償、提高外圍護結構節能效益、改善室內外環境質量等方面具有獨特的作用。建筑界面與綠化的一體化設計可視為一種生態修復工程，通過生態補償性設計可增加人居環境生態系統的生物多樣性，最大限度利用其生態服務功能來改善居住環境的生態質量。綠化也可視為一種特殊的建筑材料，利用遮陽與蒸騰作用來調節建筑圍護結構的表面溫度、室外空氣溫度與平均輻射溫度等熱環境參數，顯著減少圍護結構的太陽輻射和熱量，進而獲得優于常規圍護結構的熱工性能和生態效益。據上海植物園的相關研究，在夏季高溫時段，屋頂綠化可使建筑外表面溫度下降24.6℃，內表面溫度下降3～5℃，壁面綠化墻面溫度可比無綠化時低5～14℃，室溫可相應降低0.5～5℃[1]。

海南地處亞熱帶氣候區，夏無酷熱，冬無嚴寒，氣溫年較差小，光、熱、水資源以及地方鄉土植物物種與資源較為豐富，遮陽、通風、隔熱、防臺風和暴風雨是海南建筑氣候適應性設計的重點問題。建筑與綠化一體化設計技術利用植物的自然生態過程來實現室內外微氣候環境的調控，這是海南城鄉人居環境建設積極響應地域氣候、體現椰風海韻特色的基礎性研究工作，也是一個具有廣泛應用前景的建筑產業發展方向。

二、建筑與綠化一體化設計技術

作為一種獨具魅力的建筑語言，建筑綠化得到了越來越多建筑師的青睞，尋求綠化與建筑整合設計之道一直是建筑師進行設計創新的重要領域。綠化不僅是建筑結合自然的一個語言載體，而且還通過對陽光、風雨的過濾形成了舒適宜人的室內環境。馬來西亞建筑師楊經文在高層建筑設計中結合熱帶氣候建構了生物氣候學理論，他不僅分析了植物在美學、生態學與能源保護等方面的作用，還創造性地將綠色植被引入高層建筑，充分挖掘了高層建筑與立體綠化一體化整合設計的潛力，空中花園、階梯式平臺綠化、螺旋式立體綠化是楊經文常用的設計手法。在新加坡EDITT Tower設計之初，他就非常關注生態系統的自然演替屬性，利用特色鮮明的綠化組織方式形成了連續的空中綠化景觀坡道，從地面蔓延到建筑頂層，既有利于物種遷移，又與雨水利用系統緊密結合，還改善了建筑界面的生態環境與微氣候環境（圖1）。在印度古爾岡Manesar千禧之巔信息技術園的Spire Edge大樓設計中，他也運用了類似的設計手段，其主要設計特色也是通過連續的綠色坡道從地下室延伸到屋頂花園，雨水經景觀坡道過濾后匯入地下室儲水箱，將雨水收集與再利用循環系統與建筑形式語言融為一體（圖2）。日本東京奈良塔的方案設計，結合旋轉平面的設計手法，在建筑外立面上形成形式新穎的螺旋式連續立體綠化，既有利于形成連續穩定的植物群落，又將雨水收集系統巧妙地寓于其中，整個系統設計具有較強的創造性（圖3）。上述一系列工程實踐立足于生態系統的視角，超越了形式語言的表象，遵循著深層生態邏輯，全面展示了建筑與綠化進行深層生態整合設計的可能性。

三、綠化與墻面一體化設計的類型

從生態視角來看，住區環境綠化的設計目標是對內創造舒適宜人的微氣候環境，對外架構人與自然環境實現親和的友好橋梁。環境綠化在住區微氣候環境調控方面的作用主要體現在溫濕度、風環境與遮陽等方面，加強綠化設計的整體性、注重挖掘綠化在節能設計中的潛力已成為當前住區規劃設計新的發展方向。墻面綠化是立體綠化中占地面積最少，而綠化面積最大的一種形式。與天然土壤相比，墻面綠化的生境較差，而且因朝向、位置、高度與表面材料的差異形成了多樣化的生境條件，需要結合區域氣候特點與建筑功能要求，選擇適宜的植物類型與技術方法，以降低后期養護成本。根據綠化與墻面的整合形式可分為攀援類綠化、設施輔助類綠化、構造整合類綠化、工業部品類綠化。

（一）直接攀援類綠化

直接攀援類墻面綠化利用攀援植物的吸附、纏繞等特性，使其在生長過程中直接依附于建筑墻面。墻面表層材料是攀援植物吸附的基礎，墻面越粗糙越有利于植物生長吸附，如清水磚墻、水泥拉毛墻面等。該綠化類型有破壞墻面構造、攀援高度受限、綠化周期長等弊端。據重慶建筑大學的相關研究，植物直接附著于墻面不利于墻體散熱[5]。為避免上述問題，可分層設置種植槽和輔助固定措施，在綠化和墻面之間形成通風間層，一方面可避免植物根系對外墻的破壞，另一方面可增強隔熱與通風散熱效果。同濟大學行政樓改造項目采用了工字鋼結構支承種植槽，同時輔以繩索、遮陽網作為植物輔助攀援設施（圖4），該方法也可用于既有住宅建筑的改造工程。

（二）設施輔助類綠化

設施輔助類墻面綠化利用支架來輔助植物攀援生長，該綠化類型在墻面設置各種形式的構架以支持綠化模塊，并有配套的灌溉系統，通過綠化與建筑的一體化設計，可取得較好的建筑立面效果。對于多層和高層建筑可在外墻上分段設置種植臺，如重慶天奇花園住宅在西墻上分層設置了種植臺構件與自動灑水裝置，在綠化與墻面之間預留有一段距離，此舉可提高墻面遮陽和通風散熱效果（圖5）。日本某建筑利用墻體之外55cm處耐腐蝕性的穿孔板作為藤蔓植物攀爬的裝置，創造了與植物一體化的建筑形象（圖6）。

（三）構造整合類綠化

該綠化類型將綠化作為建筑創新設計的形式語言，通過合理的構造措施為綠化提供良好的生境條件。日本著名建筑師藤森照信設計的“蒲公英之家”是構造整合類綠化類型的經典實例，它以石飾面板與載土鋼架作為綠化載體，并運用穿孔金屬板來解決土壤排水與通風問題，這些構造措施為綠化與建筑和諧共生創造了條件（圖7、8）。隨著綠化技術的發展，日本許多綠化公司已研發出多種多樣的工業化綠化構造技術，用土壤容器和供藤蔓植物攀爬的金屬網形成系統化的組件，在鑲板與外墻之間預設維護通道，便于工業化施工（圖9、10）。這些產品形式充分利用工業化技術體系、施工工藝與構造措施，為綠化與建筑一體化整合設計提供了廣闊的應用前景。

（四）工業部品類綠化

隨著體系化、輕質化的成套產品不斷問世，綠化技術的集成化與產業化進一步推動了一批新技術、新材料的迅速發展，通過工業化途徑以體系化的施工方法將綠化產品與構件進行整合，為建筑界面的生態修復提供了成套的復合型綠化產品與技術支撐體系。日本垂直森林墻技術將基盤與植物整合為一體，該產品土壤穩定，既解決了墻面植物固定與風速過大的問題，又為產品標準化、模塊化快速施工創造了條件。綠化鑲板技術將不銹鋼種植箱與人工輕質土、植物整合成一體化的產品單元，利用特制土壤袋形成穩定的生長基質，綠化通常采用耐寒、耐濕、耐干、耐病蟲害且木質化較快的地柏，維護極為方便。為了解決荷載限制、土壤固著、綠化日常管理等問題，鹿島開發了一種可用于坡面屋與垂直墻面的人工輕質綠色模塊，厚約5cm，以蛭石為主要成分，添加緩釋肥料，基盤較輕，通過鋁制框架安裝到混凝土墻面上能快速實現綠化覆蓋效果。

四、結語

在《中國（海南）自由貿易試驗區總體方案》的指導下，海南將更加積極主動地貫徹生態文明和綠色發展的總體要求，人居環境的綠色發展與生態修復技術必將成為新的熱點問題。其中，在城鎮人居環境生態修復的眾多技術手段中，建筑與綠化一體化設計技術將會成為響應海南地域氣候、體現椰風海韻特色的一個基礎性研究工作。目前，生態修復研究領域對受損山體植被修復的相關技術比較成熟，建筑綠化領域的技術成果也頗為豐碩，這些技術都將為建筑界面的生態修復提供技術上的保障。建筑師應立足于海南亞熱帶城市人居環境建設的現實問題，以節能技術為切入點，以推動地方植物物種資源及其產業化為手段，綜合運用相關學科的研究成果，結合建筑界面的生境特點與功能要求，在滿足建筑基本功能與審美需求的同時，充分利用自然調和的能量轉換機制，將建筑界面的生態與氣候調節功能進行集成整合，使之真正融入到建筑設計創作的技術體系之中，這是一個具有廣泛應用前景的建筑產業發展方向。

參考文獻：

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[8][9]包慕萍.東京蒲公英之家，日本[J].世界建筑，2001（4）：40-45.

作者簡介：

吳耀華，博士，三亞學院藝術設計學院講師。研究方向：綠色建筑與城市設計。