從遮陽與通風一體化策略看綠色建筑立面設計的潛力
——以福斯特建筑事務所作品為例

文/北京市建筑設計研究院有限公司 楊翊楠

0 引言

布萊恩·愛德華茲認為：在一個空間大眾化和價值日益標準化的世界，可持續發展提供了開發特定空間的機會，這是一種特定的設計。如果把“綠色”看成是人類在文化和氣候方面的努力，可持續發展的建筑則是提高生活品味的動力。從來沒有單一的設計文化，即使在一個城市里也有其文化的多元性和復雜性；也從來沒有一種氣候，可用通用的空氣調節方法和標準化的建造方式去適應。

1 可持續發展和綠色建筑

1980年，國際自然保護同盟在《世界自然資源保護大綱》中首次提出“可持續發展”概念。1987年，世界環境與發展委員會出版《我們共同的未來》，將“可持續發展”定義為：既能滿足當代人的需要，又不對后代人滿足其需要能力構成危害的發展。在對“可持續發展”的眾多理解和描述中，世界環境與發展委員會的定義至今是被廣泛接受且影響最大的。

《我們共同的未來》指出，“可持續發展”包括2個重要概念：需要和限制。應將世界各國人們的基本需要放在特別優先的地位考慮；技術和社會組織對環境滿足眼前和將來需要的能力應施加必要的限制。

40余年來，“可持續發展”逐漸成為世界各國的共識。由于可持續發展涉及自然、環境、社會、經濟、科技、政治等方面，不同領域關注的內容各不相同。建筑業是涉及相關領域最多的行業之一。一方面，建筑對于改善人類生存環境具有重要作用，是人類最基本的需求之一；另一方面，建筑的建造過程需使用大量的材料和資源，普遍認為，建筑行業要對約40%的碳排放負責，因此必須采用更多的節能新技術和新材料，并通過設計降低能耗，提倡并踐行可持續設計原則。這是目前擺在建筑師面前壓力最大、最復雜和最具挑戰性的課題。

為在設計中貫徹“可持續發展”理念，并落實到具體應用層面，各國根據自身情況，分別制定綠色建筑認證體系，如美國LEED、英國BREEAM、日本CASBEE、德國和北歐BlueAngel，澳大利亞NABERS。我國也有GB 50378—2019《綠色建筑評價標準》。這些標準的具體條文，涉及建筑、結構、暖通、給排水及電氣電信等專業，可滿足的項目越多，則得分或等級越高。

對于建筑專業，在總圖布置、建筑形體、設備選型、材料選擇等方面的考慮均能體現對綠色建筑的追求。對于建筑師，設計任何一座具體的建筑，遵守法規，滿足功能需求，采用合理的技術和材料，都是必須做到的基本要求和達到目標的手段，最終目的還是要通過這些手段達到良好的呈現效果。綠色建筑標準中的大部分指導原則與最終效果呈現之間的關系往往比較間接，對效果的直接助力不大。滿足上述條件僅為滿足綠色建筑標準所作的規定動作。在這些內容以外，對建筑效果有直接影響的主要是幕墻設計。

幕墻在各種類型和規模的公共建筑中大量使用。玻璃幕墻是最常見的幕墻形式，出于節能考慮，常見做法包括；選擇Low-e玻璃或采用雙層幕墻；在幕墻外設置遮陽構件；幕墻設置開啟扇，使其具備自然通風條件等。每種做法有各自的優點，最終達成的效果是設計團隊設計能力的反映。

2 福斯特建筑事務所可持續設計理念與作品分析

英國的BREEAM制定于1990年，是全球最早的綠色建筑標準。英國的建筑師是綠色建筑的先行者。著名的福斯特建筑事務所（Foster+Partners）更是這方面的佼佼者，自1967年事務所成立以來，一直被歸類于“高技派”建筑師行列之中，熱衷于采用各種“高技術”。在建筑設計中考慮生態環境和節能，并不是全新的理念，古已有之。如今被納入綠色建筑標準的各種設計策略，如堅持自然采光、通風以及節能設計等，一直是“高技派”建筑師普遍認可并始終堅持的原則，福斯特建筑事務所也不例外，在其早期作品中就已有應用。經過50多年的積累，該事務所成立“可持續發展小組”，提出建議、指導方向并衡量目標，針對具體實踐項目制定可持續發展目標。

在福斯特建筑事務所看來，如今的許多工程遠超出建筑的傳統應用，需將建筑環境作為整體考慮。該事務所的項目涵蓋從民用建筑到主要的交通和能源基礎設施，再到家具和門把手的細節。整體思維理念和豐富的實踐經驗使福斯特建筑事務所擅長形式和細節的打造，使綠色建筑技術手段升華為藝術，建筑作品質量完全可與工業產品質量媲美。

蘋果公司總部和彭博社歐洲總部均是在這種理念指導下，將自然通風和遮陽設計高度整合，在體現可持續設計理念的同時，打造既純凈又具有豐富細節的建筑外立面，其設計策略頗具啟發意義。

2.1 蘋果公司總部

蘋果公司總部于2010年開始設計，2017年建成。園區綜合采用多種新材料和新技術，是北美獲得LEED鉑金級認證的規模最大的建筑。蘋果公司總部是一個巨大的圓環形建筑，周邊和中間的巨大圓形花園里種滿樹木，外立面采用超大透明玻璃，使建筑與景觀融為一體，如圖1所示。

圖1 蘋果公司總部建筑外立面

外立面幕墻節點極為簡潔，僅在兩塊玻璃間有細小接縫，可最大限度地減少視線干擾。通常情況下，此種玻璃幕墻均用于全空調加新風系統的建筑中，無法實現自然通風。若要實現自然通風，需在外墻做開啟扇，但會破壞外立面的純凈效果。

在最初設計中，福斯特建筑事務所在玻璃頂部設計了環繞建筑一圈可開啟的百葉。在天氣適宜的情況下，開啟百葉即可實現自然通風。通高的大玻璃也能保證室內外視線貫通。根據福斯特建筑事務所的一貫水準，此種效果已接近完美。

但對于追求完美、不能容忍任何多余元素的喬布斯來說，這是無法接受的設計。在喬布斯的堅持下，設計團隊重新設計節點，沿玻璃在樓板中挖出剖面呈半圓形的空腔，在空腔中設置自動開啟的百葉和紗扇，將自然通風的建筑構件隱藏在樓板中，實現極致純凈的視覺效果（見圖2～4）。

圖2 蘋果公司總部通風空腔節點

圖3 蘋果總部外立面局部

圖4 蘋果公司總部室內效果

除隱藏通風腔外，樓板還有多種用途，可結合輻射加熱和冷卻保證空氣回流。另外，遮陽板從玻璃幕墻外側向外懸挑深遠，可有效遮擋太陽光熱輻射，降低室內能耗。通過精心設計的特殊節點，整合樓板、遮陽板、通風腔及其他設施，將遮陽、自然通風和視覺效果完美結合，營造仿佛身處森林的辦公空間。同時建筑物可實現全年80%的時間處于自然通風狀態，大大降低能耗。

2.2 彭博社歐洲總部

彭博社歐洲總部位于倫敦核心地段，靠近英格蘭銀行、圣保羅大教堂和圣史蒂芬大教堂，2013年開始設計，2019年投入使用。在整體思維理念下，福斯特建筑事務所最終完成藝術氛圍濃厚、恢復古羅馬遺址原始地點、為市民提供底層開放公共空間且綠色節能的高品質總部辦公建筑。該項目擁有英國BREEAM認證，并在所有大型辦公建筑中獲得最高評分。

彭博社歐洲總部由大片無框玻璃、砂巖和古銅遮陽板共同組成的外立面十分引人注目（見圖5）。實現可持續設計的重要構件是立面上的古銅遮陽板，上述遮陽板分布在3～8層的建筑外立面上。具有通風功能的遮陽板共117片，僅為立面遮陽板的一部分，分布在不同立面位置，與其他遮陽板共同構成立面系統的重要組成部分。每片遮陽板并不是輕薄的板狀構件，實際上是1個空腔，在平面呈銳角三角形，尖角朝外，根據不同朝向，在大小、密度、間距和傾斜角度方面均有所變化（見圖6）。

圖5 彭博社歐洲總部建筑外觀

圖6 彭博社歐洲總部立面局部

具有通風腔的遮陽板，沿對角線挖去1/2的體量，朝向玻璃幕墻的一側有可開啟的門。當天氣適宜自然通風時，三角形通風腔朝向玻璃幕墻的一側，通過自動控制系統，打開通風門，形成對外開啟的洞口。內部對應的位置有自動開啟的類似平開門的構件，旋轉打開。二者之間形成風通道，外部自然風從此通風腔折疊形成的洞口吹進通風腔，再通過內部開啟扇進入室內（見圖7～9）。

圖7 彭博社歐洲總部通風系統

圖8 彭博社歐洲總部立面局部（通風腔一側）

圖9 彭博社歐洲總部通風腔開啟時的狀態

2.3 對比分析

蘋果公司總部的設計是福斯特建筑事務所首次嘗試通風遮陽與美學表現的高度整合。通風效果較好，但為達到純粹和極簡的美學效果，環形建筑的一圈各層是統一的水平挑板，這種做法忽略不同方向對遮陽要求的不同，雖然在南側有很好的效果，但無法兼顧各面，因此福斯特建筑事務所的介紹文字中并未提及高度整合的水平挑板的遮陽作用。

彭博社歐洲總部則有意識地進行整合設計，極精巧的構件和節點設計，在達到自然通風和遮陽技術要求的同時，構成極具表現力的外立面。構件高度整合了美學表現和技術性能，是極成功的設計。

值得說明的是，蘋果公司總部和彭博社歐洲總部均為進深較大的建筑，僅靠外立面精心設計的隱藏式開啟扇無法達到自然通風效果。要保證自然通風，主要依靠煙囪效應。在蘋果公司總部中，環形建筑中部設置從地下室到頂層貫通的通風豎井；彭博社歐洲總部則依靠中部的巨大中庭。只有二者同時存在，才能達到預期性能。

此外，2座建筑功能極其復雜，例如，在蘋果公司總部，部分房間需要保密，故多設1道玻璃隔墻，相應多設1道半圓形通風腔，自然風的走向和通風效果會變得復雜且難以憑經驗估計。福斯特建筑事務所通過計算機或由專門的合作團隊進行實體模型模擬，確保在各種復雜情況下的設計效果不打折扣。

3 啟示

福斯特建筑事務所設計的蘋果公司總部和彭博社歐洲總部均為高品質建筑，造價高昂。部分人認為，這樣的建筑不符合我國國情，因此借鑒意義不大。

筆者對此持不同看法，我國是發展中國家，但快速發展的勢頭明顯，部分一線城市的建設量，特別是個別建筑的品質和造價，已與歐美、日本等發達國家基本持平。在此種情況下，少數高標準建筑采用自行研發的昂貴新技術，不是浪費，反而是提升科技含量、帶動建筑行業科技進步的有益嘗試。

我國已向世界承諾，2030年前實現“碳達峰”，2060年前實現“碳中和”。目標的本質不是為了省錢，而是采用合理技術，實現高質量發展，讓我們生活在更好的環境中。在達到這個目標的過程中，整個建筑行業需付出艱辛的努力。建筑師的職業特點決定其在解決技術問題的同時，需考慮效果呈現。

整體思維本就是我國傳統文化的重要特征，面對未來的建設項目，借鑒“高技派”的設計思想和設計手法，有意識地采用“高技術”，有效整合綠色建筑技術手段與具有工業特征的美學表現，創造符合未來發展要求的高水平建筑，是有追求和有擔當的中國建筑師必然要承擔的使命。

圖片來源：福斯特建筑事務所官網