基于生態(tài)理念的辦公建筑設(shè)計(jì)研究
——以奧速科技辦公樓方案設(shè)計(jì)為例

文／吳澤勛 福州大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院 碩士研究生

林志森 福州大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院 副院長 碩士生導(dǎo)師 教 授 國家一級(jí)注冊建筑師（通訊作者）

引言

2020 年9 月，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上發(fā)表有關(guān)“碳達(dá)峰，碳中和”重要講話，力爭二氧化碳排放量于2030 年前達(dá)到峰值，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。我國快速城市化進(jìn)程中，辦公建筑的營建活動(dòng)從未間斷，營建過程中產(chǎn)生的能源浪費(fèi)及高碳排放等問題日益凸顯。隨著全球能源、環(huán)境問題的加劇惡化，人們已意識(shí)到在城市發(fā)展過程中應(yīng)調(diào)高建筑生態(tài)性考慮的優(yōu)先級(jí)，不可將其置于經(jīng)濟(jì)發(fā)展之后。在辦公建筑生態(tài)性探索階段中，人們深入研究辦公建筑生態(tài)性設(shè)計(jì)策略與技術(shù)，進(jìn)行可行性模擬，追求實(shí)現(xiàn)使用者的舒適性要求與個(gè)性化需求。

1 生態(tài)理念內(nèi)涵解析及生態(tài)模擬軟件應(yīng)用

尊重自然和生態(tài)的內(nèi)在價(jià)值，以及二者運(yùn)動(dòng)和發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律是生態(tài)理念的關(guān)鍵所在[1]。生態(tài)建筑以人、建筑、自然和社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)，有節(jié)制地利用和改造自然，將建筑環(huán)境作為一個(gè)有機(jī)的、具有結(jié)構(gòu)和功能的整體系統(tǒng)來看待[2]。現(xiàn)代辦公建筑的生態(tài)性設(shè)計(jì)應(yīng)注重現(xiàn)代生態(tài)技術(shù)與傳統(tǒng)環(huán)保手段的合理搭配使用，將建筑打造成一個(gè)節(jié)能與產(chǎn)能并重的微生態(tài)系統(tǒng)，需滿足內(nèi)部使用環(huán)境的高舒適度要求及使用者的個(gè)性化需求。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)從多方面進(jìn)行生態(tài)性考慮，如環(huán)境協(xié)調(diào)性、生態(tài)節(jié)能結(jié)構(gòu)搭建與舒適性環(huán)境打造等。應(yīng)充分利用地形和在地植被協(xié)調(diào)環(huán)境，減少建設(shè)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的利用最大化與破壞最小化[3]，搭建合理的建筑結(jié)構(gòu)，對維護(hù)結(jié)構(gòu)，如建筑立面和屋面等，進(jìn)行綠色生態(tài)性設(shè)計(jì)，充分利用可再生自然資源，減少其他資源的浪費(fèi)。

Autodesk Ecotect Analysis 是一款可對建筑采光、日照、能耗、聲學(xué)、可視度、氣象數(shù)據(jù)及經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行模擬的全面技術(shù)性輔助設(shè)計(jì)軟件，極具三維交互分析性能。在建筑方案設(shè)計(jì)階段，通過擬建空間模型，可對建筑生態(tài)性能進(jìn)行模擬，如有學(xué)者將其用于模擬比較分析建筑空間和形態(tài)的低碳性[4,5]、建筑被動(dòng)式節(jié)能改造方式的適用性[6]和建筑材料節(jié)能降耗性[7]等建筑各方面生態(tài)性能。在文章中，作者通過對辦公建筑各方面采用不同設(shè)計(jì)策略進(jìn)行生態(tài)性模擬分析，探尋辦公建筑生態(tài)性設(shè)計(jì)路徑。

2 項(xiàng)目及場地的概況

奧速科技辦公樓設(shè)計(jì)項(xiàng)目地塊位于福州市高新區(qū)，用地規(guī)模為17.94 萬平方米，交通便利，場地方正，地勢平緩（圖1）。項(xiàng)目業(yè)主為研發(fā)類科技企業(yè)，要求辦公樓需滿足生產(chǎn)、辦公、食宿和對外租賃等功能，并最大程度節(jié)能減耗，降低建筑運(yùn)營維護(hù)成本，為辦公人群提供一個(gè)極具舒適性與綠色生態(tài)性、易于員工溝通交流、促進(jìn)人才靈感激發(fā)的辦公環(huán)境。項(xiàng)目建筑群在總體功能布局上，將企業(yè)自用區(qū)與租賃區(qū)采用明確的邊界進(jìn)行劃分。文章研究分析對象為項(xiàng)目中的高層辦公建筑單體設(shè)計(jì)（圖2），對辦公建筑立面、屋頂及公共交互空間進(jìn)行生態(tài)性優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足使用者的創(chuàng)意激發(fā)和生態(tài)性需求。

圖1 方案總平面圖（圖片來源：作者自繪）

圖2 方案效果圖（圖片來源：作者自繪）

3 辦公建筑生態(tài)性設(shè)計(jì)構(gòu)思

3.1 塑造生態(tài)立面，引入綠色景觀

建筑立面在一定程度上具有類似生物細(xì)胞膜的選擇透過特性，最原始的功能是抵御與隔離外界不利環(huán)境因素對內(nèi)部環(huán)境的侵?jǐn)_。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑立面的功能趨于多元化發(fā)展，逐步從被動(dòng)抵御向主動(dòng)利用方向發(fā)展，亦更注重立面的生態(tài)性能。基于生態(tài)性考慮，項(xiàng)目建筑立面采用玻璃幕墻系統(tǒng)，材料選用中空層為16 毫米的LOW-E 中空玻璃，這比傳統(tǒng)建筑立面采用的單層玻璃在建筑能耗、室內(nèi)環(huán)境改善力和視覺效果等方面有較優(yōu)效果。考慮到烈陽直射產(chǎn)生的眩光及強(qiáng)紫外線對整個(gè)建筑的傷害，綜合使用水平式與垂直式遮陽方式，對不同尺度的橫向與豎向構(gòu)件進(jìn)行組合，使辦公樓在夏季避免過多輻射，在冬季有較好日照效果。同時(shí)，將綠色景觀引入立面系統(tǒng)中，在不同的橫向及豎向構(gòu)件圍合成的立面單元空間中置入綠植（圖3），有一定的吸收噪聲、水平遮陽的效果，提高視覺觀賞性的同時(shí)，為忙碌之余的工作者提供一個(gè)澆灌花草、舒緩心情的方式。

圖3 建筑生態(tài)立面示意圖（圖片來源：作者自繪）

3.2 構(gòu)建綠化屋面，維持生態(tài)效益

傳統(tǒng)的屋面處理方式是“留白”，但在一定程度上造成大面積的硬質(zhì)材料裸露現(xiàn)象，進(jìn)而有礙視覺觀賞效果，并加劇建筑物的熱島效應(yīng)[7]。這為屋面生態(tài)節(jié)能利用提供了優(yōu)化方向。項(xiàng)目屋面采用種植綠化的處理方式，使建筑屋面在城市環(huán)境中，維持吸收一定陽光和抵御陽光暴曬之間的相對平衡，選取的綠植作為其間的過渡介質(zhì)。本設(shè)計(jì)的種植屋面構(gòu)造與傳統(tǒng)非種植普通保溫屋面不同。屋面采用聚苯板保溫層作為保溫層，以LC5.0 輕集料混凝土和水泥砂漿作為找平層材料，加設(shè)細(xì)石混凝土保護(hù)層、凹凸型蓄水板和無紡布過濾層，在其上覆種植土，再進(jìn)行植被種植。通過調(diào)節(jié)覆土厚度，減低屋面荷載，選擇不同種類綠植，保證整個(gè)構(gòu)造系統(tǒng)對水分的維持能力。同時(shí)，屋頂輔以太陽能收集利用裝置，對自然能源進(jìn)行利用，同步進(jìn)行被動(dòng)式節(jié)能生態(tài)設(shè)計(jì)與主動(dòng)式產(chǎn)能生態(tài)性設(shè)計(jì)，以期屋面長期處于高生態(tài)效益狀態(tài)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)城市生態(tài)小氣候，降低建筑所產(chǎn)生的熱島效應(yīng)。

3.3 營建綠色空間，促進(jìn)交互共享

本設(shè)計(jì)的內(nèi)部功能區(qū)劃分不同于傳統(tǒng)辦公建筑的界限分明，作為一個(gè)各類數(shù)據(jù)信息融匯、溝通傳遞與再創(chuàng)造的場所，更注重為員工提供舒適的生理環(huán)境，并打造一個(gè)促進(jìn)彼此溝通和激發(fā)創(chuàng)造靈感的交互空間。項(xiàng)目在交通核旁設(shè)置共享庭院及露天花園，采用綠化設(shè)計(jì)方式增強(qiáng)中庭生態(tài)效果（圖4）。設(shè)計(jì)的共享中庭以追求生態(tài)節(jié)能為前提，試圖打造一個(gè)“綠色生態(tài)倉”，不追求宏大的規(guī)模與繁復(fù)的形式。因?yàn)檫^于巨大且通透的空間尺度固然可以提高視覺沖擊性，卻易為生態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)埋下隱患。中庭植物的選取考慮本地的氣候及其生長特性與功效等因素，利用植物自身特性調(diào)節(jié)庭院空間的微氣候，提升空氣質(zhì)量，改善室內(nèi)濕度，降低環(huán)境噪聲。在中庭設(shè)置不同高度的通風(fēng)窗，采用熱壓通風(fēng)與風(fēng)壓通風(fēng)結(jié)合的方式，配合建筑整體通風(fēng)系統(tǒng)，促進(jìn)室內(nèi)通風(fēng)換氣，降低空氣調(diào)節(jié)能耗。

圖4 生態(tài)共享庭院效果圖（圖片來源：作者自繪）

4 建筑節(jié)能模擬

運(yùn)用Ecotect Analysis 生態(tài)分析軟件對本案建筑進(jìn)行節(jié)能模擬，探究辦公建筑生態(tài)性設(shè)計(jì)的可行性與優(yōu)勢所在。構(gòu)建在屋面、立面與室內(nèi)交互空間等三個(gè)方向生態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的建筑模型，包括未進(jìn)行任何優(yōu)化設(shè)計(jì)、僅進(jìn)行單項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、進(jìn)行多項(xiàng)綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)的建筑模型，控制其他變量一致，分析在同等環(huán)境條件下，建筑生態(tài)設(shè)計(jì)優(yōu)化前后的節(jié)能優(yōu)劣性（表1）。

表1 項(xiàng)目建筑生態(tài)性設(shè)計(jì)優(yōu)化前后主要變量對照表（表格來源：作者自繪）

建筑在不同季節(jié)維持同等室內(nèi)舒適環(huán)境過程中，產(chǎn)生的能量損耗與排碳量是反映建筑節(jié)能性高低的重要指標(biāo)。對本案建筑優(yōu)化前后進(jìn)行逐年能耗模擬，結(jié)果表明，在同一環(huán)境下采用同等空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，建筑進(jìn)行立面、屋面與室內(nèi)空間單項(xiàng)優(yōu)化、多項(xiàng)綜合優(yōu)化后，建筑逐年能耗相應(yīng)減少（圖5）。對建筑進(jìn)行立面單項(xiàng)優(yōu)化、屋面單項(xiàng)優(yōu)化、室內(nèi)空間單項(xiàng)優(yōu)化、多項(xiàng)綜合優(yōu)化后，經(jīng)計(jì)算，本案建筑逐年能耗分別降低約16%、4%、7%與23%，可知多項(xiàng)綜合優(yōu)化后生態(tài)性能提升較為明顯。對比結(jié)果說明，生態(tài)性設(shè)計(jì)可高效促進(jìn)辦公建筑節(jié)能與節(jié)碳效果，辦公建筑立面、屋面與室內(nèi)共享空間的整體生態(tài)性設(shè)計(jì)，對營建一個(gè)高生態(tài)、低能耗、低碳排放的辦公環(huán)境具有良性促進(jìn)作用。

圖5 建筑優(yōu)化前后逐年能耗對比圖（圖片來源：作者自繪）

結(jié)語

辦公建筑生態(tài)性設(shè)計(jì)未有約定俗成的方式，但合理利用現(xiàn)有生態(tài)技術(shù)，協(xié)調(diào)建筑體量、空間與造型等做法，是體現(xiàn)生態(tài)理念的常規(guī)途徑。設(shè)計(jì)應(yīng)全程堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的理念，合理利用自然環(huán)境中的各類資源，注重辦公建筑設(shè)計(jì)、建設(shè)與后期經(jīng)營過程中的生態(tài)節(jié)能性考慮，可從立面、屋面、生態(tài)交互空間等方面著手，關(guān)注使用者的環(huán)境舒適性需求與個(gè)性化要求，以期營建生態(tài)、節(jié)能、低碳、高效、高舒適性的辦公與交往環(huán)境。