談綠色建筑系館的設計

邱叢叢

(武漢大學城市設計學院，湖北 武漢 430000)

1 概述

建筑系館的設計隨著學科以及社會的發展經歷了一系列的變化，到如今已是千姿百態，并將隨著社會的發展不斷優化下去。不可否認的是建筑系館與建筑教育息息相關[1]。真正意義上的建筑教育是從法國巴黎美術學院的“學院派”開始誕生的，此時建筑系館才應運而生[2]。隨著工業革命的進步，德國“包豪斯”教育模式適應了時代的要求，而由這兩種教育模式影響下的建筑系館也由最初的修道院式的封閉的圍合式院落發展為以克朗樓為代表的符合功能需求的新型建筑系館。到20世紀，“學院派”在美國得到了新的發展，并影響了國內的建筑系館的設計。20世紀60年代前，建筑系館體量巨大、工藝精湛，如東南大學中大院；1980年—1990年，建筑系館的設計整體強調干凈的雕塑感，如清華大學建筑系館[3]。從2005年開始，建筑系館的設計進入了折中主義時期，各種設計手法層出不窮，在這個時期建筑系館的公共空間成為了各大建筑師尋求突破的主題，如以“無盡的走廊”出名的麻省理工學院建筑與城市設計學院。而自從1987年《布倫特蘭報告》中提出可持續發展原則[4]，綠色建筑技術的發展又在新的歷史階段對建筑系館的設計提出了更高的時代要求，至今已經有大量的設計師為此做出了嘗試，如充分應對氣候條件的深圳大學建筑系館等。

2 建筑系館設計要求

2.1 建筑系館設計的影響因素

建筑系館不僅僅只是一個簡單的教育建筑,它從一方面體現了其所處時代的社會文化環境和經濟發展狀況，另一方面也體現了建筑教育的模式與理念。其設計應注重以下幾個方面：

1)功能要求。建筑系館首要的設計基礎就是客觀的功能要求，隨著教學模式的轉換，空間功能都有了不同的要求，與時俱進的進行這些空間的更新是建筑系館設計的首要標準。

2)地域環境與文脈。海德格爾認為:“一切本質的和偉大的東西,都源于這一事實:人有一個家并且扎根于一個傳統”[5]。這反映了一個重要的地域性的概念，也是建筑系館另一個需要重點關注的方面。繼承傳統文脈，充分考慮周邊環境，才能讓建筑系館扎根在它所在的地域。建筑系館的設計只有充分塑造空間環境的文化意蘊，才能不斷熏陶莘莘學子，培養出更優秀的建筑師。

3)建筑技術的創新。隨著經濟技術的發展，會促進學科的進步，建筑學作為一項世界前沿的學科，更應該緊隨時代潮流，對新技術了解的更早、更熟練，才能更好的應用到建筑設計中來，這就會對空間功能提出新的要求。如隨著BIM的廣泛應用、AI大數據時代的到來，促使我們無法忽視建筑專業在計算機方面的教育，跨領域、多元化已經是建筑學專業發展的共識，這就會要求建筑系館設計方便軟件學習交流的空間。而綠色技術也有了長足發展，也成為了建筑設計不可忽視的一部分。

4)建筑系館與校園總體規劃的關系。建筑系館一方面要符合高校建筑的普遍性,服從于校園的整體規劃,與周邊校園和諧共生；另一方面應該具有本專業的獨特性，體現建筑學教學理念的同時又滿足功能的需要。

2.2 建筑系館的基本功能空間組成

建筑專業的特點決定了建筑系館在功能上不同于一般的教學建筑，其主要功能如表1所示。

表1 建筑系館功能分類表

3 建筑系館的綠色技術策略

3.1 綠色技術簡述

從古羅馬建筑大師維特魯威提出建筑三要素“堅固、適用、美觀”[6]以來，近幾年“綠色”也被頻繁的作為一個重要的建筑要素被提及，甚至有些建筑學家認為“綠色”的重要性要遠高于“美觀”。由此可以看出，綠色建筑在未來的建筑設計中已經成為不可避免的趨勢，而建筑系館作為培養未來建筑設計師的搖籃，更應該抓住這個趨勢，在建筑系館的設計中充分體現綠色建筑技術，一方面可以節省建筑系館本身的能耗，另一方面使得建筑系館能夠為設計師未來的建筑設計起到示范作用。

建筑系館的綠色設計應達到以下三點:

1)在總體規劃和建筑設計中，充分考慮選址、布局、朝向、間距、綠化等方面,充分利用朝向、室外氣候及地形條件控制建筑的體形系數,組織良好的自然通風降低能耗。

2)建筑的外殼結構的熱性能符合綠色設計的節能要求：控制窗口到墻的比率，使用合理的圍護結構，必要的遮光設施、屋頂隔熱等，以及建筑物安全性和節能玻璃窗戶、絕緣功能的大門。

3)使用合理的設備和系統，諸如節能空調和加熱器，以及集中太陽能電熱水供應或地熱泵、空氣泵等智能集成系統和它們的產品，從而使設備的節能和建筑設計可以進行有機結合[7]。

建筑的綠色技術有兩種方式：主動式綠色技術和被動式綠色技術，而在建筑系館設計中，目的就是通過被動式的方式實現節能減排，所以采取被動為主、主動為輔的設計原則。

3.2 綠色建筑系館設計過程及綠色技術

綠色建筑系館的設計相較于一般的建筑設計，除了要體現其獨一無二的教育意義，將綠色技術與建筑設計相互融合，取得“1+1>2”的正向系統性結果是這個設計的最終目的。一般會有如下設計過程：

1)根據項目所在地進行環境分析。根據《民用建筑設計統一標準》，我國共有7個主氣候區，20個子氣候區，不同的氣候區有不同的氣候特點。在進行建筑系館的設計時，不同氣候區會有不同的熱工性能需求，這是環境分析的一個方面。其他的環境分析如地形地貌、歷史文脈、環境污染，以及上位規劃中所要考慮的用地、交通、人流等。

2)根據環境分析及功能要求進行設計。建筑系館作為教育建筑，相較于一般的民用建筑，其功能空間對物理環境要求更高，包括充足的光照，遠離噪聲污染、空氣污染，便捷的內外部交通等，環境分析是功能布局的基礎。

3)引入建筑技術對方案進行模擬。自2011年，計算機模擬引入建筑領域之后，提前預知建筑物理環境成為了可能。通過數字化的方式對不同的方案設計進行模擬，目前的算法不斷優化發展，使得這種模擬方式越來越具有可信度。

4)優化方案。根據具有可信度的模擬結果進行設計方案的優化是綠色建筑系館另一個重要設計過程。優化建筑物理環境，使得到的建筑空間更符合人體熱舒適度，建筑對于人的最基礎的意義有了可靠的保障。

如此可以看出，綠色建筑系館在設計的過程中，每一步都與綠色技術緊密相關，通過一種新的維度來優化建筑系館設計，使得建筑系館設計更符合節能減排時代的主題，也更宜居。

3.3 被動式節能措施

被動式節能措施具體包括在建筑設計過程中合理布置建筑的朝向，設計有利于自然通風的建筑開口設計，設置一定的遮陽措施和圍護結構的保溫隔熱措施等。

3.3.1 自然通風

自然通風是被動式節能措施中使建筑獲得最大節能效率的手段之一，在建筑系館的設計中顯得尤為重要。

形成室內自然通風的方式主要有熱壓通風和風壓通風兩種。熱壓通風的影響因素主要與進風口和出風口的溫度差、高度差有關，而風壓通風的原理是采用的伯努利效應和文丘里效應。這兩種自然通風的方式在漢諾威博覽會26號館中有很精準的體現。在漢諾威26號展廳項目中，新鮮的冷空氣從距離地面4.7 m高度吹進，冷空氣緩慢下降后逐漸升溫上浮，由吹過屋頂的風帶走，此時屋頂形成負壓，進一步促進通風，如圖1所示。

除了這個例子，形成熱壓通風的方式還有改變室內外的溫差。對此我們可以采取的措施有在進風口做遮陽裝置、噴淋裝置、立面綠化等，此處進風口處有一個人工湖也會促使室內外溫差的形成。

當然室內自然通風的形成與室外的風環境也有很大的關系，包括建筑系館的進風口朝向與風向形成45°的夾角，使得室內獲得人體感覺最舒適的風速。

這些措施不僅影響建筑系館室內的空間設計，它們對建筑系館的立面設計以及場地設計都具有非常重要的參考意義。

3.3.2 遮陽

建筑物的遮陽對于有遮陽需求地區的建筑來說是極為重要的。對于建筑系館的遮陽設計可以根據四面不同的日照情況設置不同的遮陽裝置。就夏熱冬冷地區而言，其中建筑的西面是造成室內過熱最嚴重的朝向，可以采用全遮陽的方式，如固定式綜合遮陽板，但是該朝向的太陽光又是最充足的，可以在建筑設計中加以利用，如采用可以追光的太陽能板，既可以起到遮陽的作用，同時又獲得了太陽能用于建筑自身的能耗。在建筑的東向和北向太陽光照時間較短，光線強度較低，可以采用半遮陽的形式，如穿孔鋁板、木質格柵等材料。而在南向，是建筑需要爭取的最大光照面，一方面需要滿足室內的采光需要，另一方面需要實現室內的除濕需求。

除了可以立面遮陽，系館設計中可以采用屋頂綠化，形成類似“海綿城市”的雨水鏈。屋頂綠化不僅可以進行遮陽，給屋頂降溫，同時可以作為雨水的收集裝置，成為雨水收集的一部分，在下文詳細描述。

3.3.3 水資源回收利用

建筑系館作為一個教學建筑，適用人群大部分為老師和學生，而建筑專業的特殊性又使得系館的使用時間較普通教學樓時間長(甚至是全天候的使用)，所以水資源的回收利用就顯得尤為重要。

在建筑系館的設計中，從采用屋頂綠化—雨水收集—落水管—植草溝—池塘等一系列的雨水收集方式(主要是室外場地的規劃設計)，使得建筑能夠將一部分雨水保留在場地內，又可以經過中水處理后用于建筑內部衛生間等的使用。

3.3.4 采光

建筑的自然采光是教學類建筑設計中最為重要的一項，建筑系館在普通教學樓對采光需求的基礎上，又具有其特殊性。如一些展覽空間對太陽漫射光的需求較高，而專業上課教室就需要大量的太陽直射光，而一些實驗室對光照的要求又有所不同。為滿足不同的采光需求，就要在立面設計的時候充分考慮內部的功能，如為了-1層增加光照，可以采取下沉庭院的形式；在不易接受光照的部位可以采用凸面鏡對光照進行反射利用等。

3.4 主動式節能措施

主動式節能措施也是建筑實現綠色化中不可或缺的一方面，所以在建筑系館的設計中也應該盡可能的采用一些合理的主動式節能措施。

3.4.1 太陽能轉化系統

太陽能作為一種基本零污染的清潔能源，從開發以來就被廣泛使用[8]。而近年來關于該能源的質疑聲漸起——太陽能板在生產過程中會釋放大量的污染物，遠大于太陽能利用過程中對環境的保護。就此觀點而言，作者認為雖然在生產過程中會產生污染，但這并不是太陽能這種能源本身的問題，而是生產工藝或生產技術的問題，我們要做的是改進生產技術而不是拒絕能源利用。故此，在建筑系館的設計中采用太陽能板依舊值得提倡，通過收集太陽能用于建筑內部的能耗。太陽能板主要有集熱器和光伏電板兩種，可以將太陽能轉化為熱能和電能兩種形式用于建筑內部的能耗以及中水處理時所消耗的能量。太陽能板的安裝位置需要設計師去設計，可以如前文中提到的安裝在立面上兩用，也可安裝在屋頂上以獲取最大的光照，這就涉及到建筑的立面設計和屋頂設計。

3.4.2 其他能源利用系統

對于不同的地區，其本地具有的可以利用的能源會有所不同，如炎熱地區可以利用太陽能，高原地區可以利用風能，地熱資源較豐富的地區可以利用地熱能等。在建筑設計中安裝不同的裝置，選擇最合適的能源加以利用，這是建筑系館得以起到示范作用的一個重要方面。

4 結論與思考

建筑系館的設計中采用綠色技術是不可避免的趨勢，通過對被動式和主動式的綠色技術措施的總結以及相關案例的研究，梳理了綠色建筑系館的設計以及可以采用的綠色技術，為綠色建筑系館的設計適應當代社會發展和建筑學教育模式提供了啟示。