基于主動式建筑理念的設(shè)計(jì)策略

仲繼壽

0 引言

化石能源危機(jī)和霧霾天氣讓建筑設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個(gè)節(jié)能優(yōu)先的誤區(qū)，大量傳統(tǒng)的氣候性建筑被現(xiàn)代的氣密性建筑所替代，室內(nèi)環(huán)境及其生活方式對人體健康的影響未能獲得社會的廣泛關(guān)注。

可以看到的現(xiàn)象是，我國建筑的區(qū)域性氣候特征與地方性傳統(tǒng)文化逐漸喪失，表現(xiàn)為從城市到建筑的“千城一面”；廚房串味、衛(wèi)生間返味現(xiàn)象依然嚴(yán)重，成為了與屋頂滲漏一樣的“建筑通病”；“恒X”建筑系統(tǒng)的流行，在產(chǎn)生新的壓抑源和運(yùn)行能耗的同時(shí)，降低了人們對于環(huán)境的主動適應(yīng)能力。

1 主動式建筑理念的由來

人們在追求建筑的超低能耗時(shí)，容易忽視建筑的空間與氣候要素；而在獲得恒溫、恒濕、恒氧等室內(nèi)舒適性能時(shí)，又往往淡化了建筑能耗、氣候適應(yīng)及其使用者與自然互動的議題。

源自歐洲的主動式建筑理念試圖引導(dǎo)人們在建筑的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營維護(hù)的全壽命期內(nèi)，以使用者的生理健康和身心愉悅（well-being）為目標(biāo)，通過提升建筑的主動感知和主動調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)舒適、能源和環(huán)境的性能平衡[1]（圖1）。

1 主動式建筑性能雷達(dá)圖，引自參考文獻(xiàn)[1]

顯然，這里的主動式建筑不是中文字面 “被動房”的相對面或?qū)α⒚妫膊皇呛唵蔚摹爸鲃邮郊夹g(shù)” ，而是強(qiáng)化設(shè)計(jì)師、業(yè)主和使用者對于建筑的主動性，也包括被動優(yōu)先、主動優(yōu)化和綜合平衡的技術(shù)策略。

因此，主動式建筑將自然及其潛能作為設(shè)計(jì)要素，鼓勵將自然引入室內(nèi)，并把人引導(dǎo)到室外。在平衡、適變的設(shè)計(jì)理念下，以使用者利益為導(dǎo)向，不斷提升建筑的主動感知與調(diào)節(jié)能力，以及使用者的主動干預(yù)能力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的動態(tài)平衡。

主動式建筑主張建筑是一個(gè)有機(jī)的生命體，自然通風(fēng)與天然采光，夏天隔熱與冬天得熱，并能主動調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣質(zhì)量、濕熱環(huán)境和光環(huán)境（圖2）；主張最大限度地采用設(shè)計(jì)智慧和模擬技術(shù)，而不是僅僅關(guān)注材料、設(shè)備的應(yīng)用；主張建筑的適變性，以延緩空間與功能的折舊速度；主張引導(dǎo)使用者的行為來影響建筑的舒適、能源和環(huán)境性能，建立自然、建筑與人的交互，最終為健康及長期運(yùn)營增效。

2 動態(tài)表皮與智慧建筑系統(tǒng)

2 設(shè)計(jì)策略的悄然變化

基于主動式建筑理念，設(shè)計(jì)策略正在發(fā)生悄然變化，其顯著的特點(diǎn)是從節(jié)能優(yōu)先走向主動平衡。

2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)

（1）以人的需求為導(dǎo)向，從設(shè)計(jì)建筑走向設(shè)計(jì)生活。通過引導(dǎo)生活方式與工作方式，實(shí)現(xiàn)主動健康和行為減碳。比如，設(shè)計(jì)人性化的環(huán)境，引導(dǎo)人們爬樓梯；使用可升降工作臺面延長人們站立工作的時(shí)間；創(chuàng)建便捷安全的步行或騎行環(huán)境激勵低碳通勤。

（2）設(shè)計(jì)主導(dǎo)下的技術(shù)應(yīng)用。顯然，建筑的關(guān)鍵性能不僅是節(jié)能，還有舒適和環(huán)境，需要讓建筑成為“活著”的建筑，從而適應(yīng)室內(nèi)外的環(huán)境變化，并持續(xù)滿足使用者的健康舒適需求。

（3）從措施導(dǎo)向轉(zhuǎn)向性能導(dǎo)向。我國節(jié)能規(guī)范多數(shù)是通過技術(shù)措施的選擇實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目標(biāo)。如長江流域建筑外保溫做法就是一個(gè)典型的措施導(dǎo)向，而這些區(qū)域的住房以間隙采暖或制冷方式為主，開窗換氣和行為節(jié)能已經(jīng)成為生活習(xí)慣。《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》以環(huán)境和能耗作為約束指標(biāo)，避免了簡單的措施導(dǎo)向[2]。

（4）面向運(yùn)維優(yōu)先的建筑功能與空間優(yōu)化。建筑的全生命期是連續(xù)時(shí)間軸上的靜態(tài)問題，而使用人群與其健康狀況卻是動態(tài)的。除了不同年齡人群的健康差異外，環(huán)境對健康的影響具有累積效應(yīng)，所以需要提早干預(yù)。干預(yù)的手段和技術(shù)同樣具有動態(tài)特征。因此應(yīng)該沒有老年住宅，只有適老住宅。

2.2 減碳路徑

（1）建筑適應(yīng)氣候不能完全依賴設(shè)備。崔愷院士提出的“氣候適應(yīng)性建筑”的設(shè)計(jì)方法，以基于氣候適應(yīng)的空間形態(tài)為核心，兼顧空間圍護(hù)體系及使用者對空間環(huán)境性能感知差異的設(shè)計(jì)技術(shù)，并符合結(jié)構(gòu)邏輯和生長模式（圖3）。因此，通過不斷加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能并通過集中新風(fēng)及其熱量回收系統(tǒng)維持室內(nèi)空氣質(zhì)量的德國被動房技術(shù)體系并不適合中國各個(gè)氣候區(qū)。建筑應(yīng)該具有動態(tài)變化的表皮，能夠根據(jù)外界環(huán)境、氣候及人的需求變化實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和呼吸。研究表明，氣候適應(yīng)性建筑在能耗、運(yùn)維成本、工作效率和降低健康風(fēng)險(xiǎn)等方面效益明顯。

3 雄安市民服務(wù)中心企業(yè)臨時(shí)辦公區(qū)

（2）從專業(yè)節(jié)能走向功能匹配的空間節(jié)能方向。應(yīng)基于碳足跡來研究城市—社區(qū)—建筑—生態(tài)修復(fù)等不同層級的空間節(jié)能與減碳路徑和技術(shù)應(yīng)用場景。

（3）從節(jié)能建筑邁向產(chǎn)能建筑。建筑電負(fù)荷的可變形、可平移、可中斷特性，以及電動汽車的普及為光儲直柔技術(shù)應(yīng)用場景創(chuàng)造了最直接的條件。因此，智慧建筑應(yīng)該包括健康、環(huán)境和負(fù)荷管理。顯然，柔性用電負(fù)載及其系統(tǒng)將增強(qiáng)可再生能源消納能力，并改善建筑與城市關(guān)系。

2.3 建造技術(shù)

基于建筑工業(yè)和建筑服務(wù)業(yè)來研究建造方式與建筑體系的關(guān)系時(shí)，人們會將更多精力投入到建筑體系及其建筑材料的研發(fā)中，而不僅是建筑工業(yè)化方式。干濕混合施工工藝的裝配整體式鋼筋混凝土建筑和服務(wù)模式尚不成熟的鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全隱患，應(yīng)該引起重視。

圖4 是“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題落地式空中造樓機(jī)示范建造現(xiàn)場（圖4）。面向高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的落地式空中造樓機(jī)，以樓層為建造單元，沿建筑高度方向形成建造現(xiàn)場的自動化生產(chǎn)線，可實(shí)現(xiàn)建造平臺同步升降、墻梁模板自動開合、混凝土2D 尋址澆筑和構(gòu)件3D 運(yùn)輸（圖5）。顯然，這是符合混凝土結(jié)構(gòu)特征的工業(yè)化建造方式。

4 落地式空中造樓機(jī)示范建造

5 落地式空中造樓機(jī)水平運(yùn)輸及豎向結(jié)構(gòu)模板系統(tǒng)

3 結(jié)論

（1）通過設(shè)計(jì)賦能建筑的主動感知與主動調(diào)節(jié)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)健康舒適、節(jié)約資源與保護(hù)環(huán)境的性能平衡；

（2）通過統(tǒng)一建筑全壽命期的健康與碳足跡指標(biāo)及其預(yù)算工具，明確健康與減碳的進(jìn)階指標(biāo)和責(zé)任主體，可以避免出現(xiàn)措施導(dǎo)向與技術(shù)堆砌的設(shè)計(jì)；

（3）通過設(shè)計(jì)引導(dǎo)低碳建造方式和健康生活方式，并鼓勵建筑源頭和使用者行為健康與減碳，將會促進(jìn)設(shè)計(jì)與建造科學(xué)的創(chuàng)新。□