基于軟件模擬的校園公寓綠色化改造設計研究
——以全國綠建設計競賽獲獎方案為例

孫豪 吳丹 雷婧資

西南科技大學/木工程與建筑學院 四川 綿陽 621010

引言

近年來，隨著國內高等教育快速發展，高校的招生規模不斷擴大，配套公寓設施的需求也在快速增長。而許多高校早期規劃未充分考慮到長期發展的需要，導致校園內配套設施與日益增長的需求產生激烈矛盾。目前，大多高校選擇新建校區的方式來解決，但會面臨建設周期長、投入資金大等諸多問題。相較而言，對校園內已有的老舊、廢棄宿舍進行改造成為一個短期內解決問題的可行辦法。宿舍是集公共與私密為一體的空間，具有其特殊性[1]，也是校園建筑的重要組成部分。當前的老舊宿舍在結構安全、消防安全、節能措施、室內舒適度等方面不能夠滿足大學生對居住品質的要求，也不符合建筑綠色環保的發展趨勢[2]。若粗暴地對其進行拆除重建，既是對校園歷史文化的破壞，也會造成經濟上不必要的浪費。對其進行符合當下居住要求和建筑綠色化節能改造是更為合理、有效的處理方式。

1 建筑綠色可持續發展理念

我國高速城鎮化和工業化的大規?；A建設，促進了經濟的快速增長，同時也面臨著嚴峻的資源和環境挑戰，而發展綠色可持續建筑正是解決這些資源和環境問題的重要戰略[3]。自進入21世紀以來，我國大力推動綠色建筑的發展，陸續編制和發布了綠色建筑相關的標準體系[4]。自2005年，我國頒布了第一部有關于綠色建筑的相關規范—《綠色建筑技術導則》[5]。經過我國學者十多年的研究探索，在綠色建筑各個領域做出大量理論研究和實踐作品，取得了較大進展。

綠色可持續發展的校園設計理念也在不斷發展，其中不僅包含對校園新建建筑的合理設計，也要將校園老舊建筑進行綠色化的節能改造。綠色建筑由最初的從設計方面出發到現在從設計到交付使用全程把控，并基于數據可視化的軟件模擬實現精準量化與控制，真正實現建筑綠色化、人性化和可持續發展的目標。

2 現狀研究

本次項目改造對象為地處亞熱帶濕潤季風氣候區的綿陽市高校公寓，該公寓總用地面積為1927m2，總建筑面積為3327m2，建筑密度32%，共五層。在采光保溫隔聲等方面，現有條件均不能滿足居住要求。現因該建筑戶型單一、功能缺失、老舊惡劣居住環境、無獨立衛浴、幾乎零綠化、無公共活動、采光通風差等問題，已荒置。在了解既有建筑的區位性、氣候特征并進行實地考察后，我們發現其存在以下問題。

2.1 交通問題

三條內廊空間過長導致內部核心交通空間采光通風不足，對居住者的生理及心理上造成不適感。由于活動空間缺失，走廊中堆積大量雜物，易造成消防隱患。且樓梯間數量設置不足。

2.2 總平場地設計不合理

基地中大片土地被荒置，未做具體規劃。且公共活動場地無直接出入口，交通不便。

2.3 居住功能問題

公寓內部空間狹小，戶型單一，功能缺失。戶型未設置廚房，因此住戶自行改造陽臺，易造成安全隱患。基礎設施無法滿足居民的使用要求，公寓內僅設置公共衛生間浴室，對居民生活造成不便。低樓層戶型無封閉陽臺，隱私性差。

2.4 建筑人居環境問題

基于綠建斯維爾仿真模擬分析，建筑室內外采光、通風、隔聲等條件均不滿足要求。

3 改造措施

舊教師公寓建于1965年，沒有考慮較多節能措施，隨著時代發展，已經越來越不符合綠建設計標準以及居民的舒適度要求，現基以《既有建筑綠色改造評價標準》GB/T 51141-2015[6]中的要求為標準，從熱工、聲、光、風四個方面進行綠建改造技術。

3.1 熱工

3.1.1 外墻：為了維持建筑室內的熱穩定性，提供舒適居住環境，改善墻體外圍護結構的熱工性能至關重要。本項目中，在建筑物外圍護結構的基礎構件上附加保溫層，使建筑不容易在溫度應力作用下產生變形，不占據室內空間，同時應注意熱橋部位處理，此處保溫層采用25厚EPS保溫。

3.1.2 屋頂：設置坡屋頂，通過提高屋頂隔熱減少外界熱輻射影響，原屋面采用擠塑形聚苯板進行倒鋪式屋面構造，使防水層受保溫層保護，保持耐久性，在現坡屋面結構層和防水層之間設外保溫結構，由于坡屋頂坡度較大，需要對保溫層采取固定措施。坡屋頂與原屋面形成屋頂公共空間。

3.1.3 門窗：提高建筑外門窗材料的熱阻，用中空玻璃代替單層玻璃，在門窗框料中加入熱阻大的材料作為斷熱裝置，增強門窗密封性能，減少空氣流通。

3.2 建筑聲環境

通過前期調研，了解到居民反映該建筑隔音條件差的問題，通過對隔墻、門扇、樓板進行改造解決：①隔墻：在隔墻雙側板材中留空氣間層，填入巖棉做吸聲材料；②門扇：在門開啟縫兩側加入橡膠條，減少門扇開關噪聲；③樓板：在樓板面層鋪設橡膠墊，用礦棉吸聲板做吊頂。

3.2 建筑光環境

在廊道交匯處設天井，在原建筑內部光照條件最差區域引入自然光，同時改善原有戶型平面，縮短內廊長度，擴大廊道窗戶面積，增加采光量。在西側立面采用可自動調節遮陽板，通過調節遮陽板角度與伸出長度避免太陽光直射。

3.4 建筑風環境

①通高空間開大窗，開向夏季迎風面，作為捕風口引入氣流；②采取底層架空及設置捕風口的形式消除旋渦區，將自然風引向室內和后庭院無風區，造成良好場地風環境；③一層架空大空間與二層以上中庭小空間結合形成煙囪效應，利用風壓與熱壓效應共同引入自然風，改善室內風環境；④門、窗位置貫通，減少氣流流通的阻力；⑤窗外設置導風板改善室內通風（圖1）。

圖1 風環境改造示意圖

3.5 空間設計層面改造

①針對場地荒廢用地問題，重新合理規劃場地環境；②建筑一層架空，連通建筑后側廢棄庭院，既擴大了原有活動場地，也將自然風引向后庭院，改善了原有室外風環境；③在廊道交匯處設中庭與旋轉樓梯，緩解原有一個樓梯的疏散壓力，同時豐富住戶空間體驗，增進住戶交流；④建筑北向盡頭設錯層通高空間，作為不同屬性交流學習空間。

3.6 經改造后軟件仿真模擬

建筑經改造后利用綠建斯維爾軟件進行仿真模擬分析生成可視化圖譜[7]。由圖譜可知，經改造后室外無風區和旋渦區消除，并且室內風環境也得到大為改善（圖2）；建筑內部引入了更多的自然光，室內光環境顯著提高，并且建筑視野率達到標準要求；建筑場地內的平均熱島強度下降至0.39℃，住區熱環境改造十分有效；最終，經建筑節能仿真模擬分析，各項均滿足綠色建筑節能設計規范。

圖2 夏季（上）、冬季（下）室內壓強云圖

4 結束語

學生，作為社會中一個特殊的群體，他們擁有自己心理和生理上的活動規律[8]。而校園老舊公寓作為其居住空間，不僅僅需滿足學生的基本生活需求，更要立足于人性化設計的角度提高居住品質。實現設計重心從增量向品質的轉變，真正滿足于當下時代的需求。并且，在環境挑戰日益嚴峻的今天，可持續發展的建筑設計理念已深入人心。我們既要注重高校歷史文化在建筑上的延續和實現現有資源的最優化配置，也要減少建筑能耗。而現有建筑的綠色改造，是實現建筑可持續發展的一項重要途徑[9]。