生態建筑學理念用于城市高層建筑設計的應用分析

江健華

廣東省建筑設計研究院有限公司七所 廣東 廣州 510630

1 生態建筑學理念概述

生態建筑是在生態學與建筑學的基礎上結合發展來的，目的是根據自然生態系統打造出人工生態系統，利用建筑科技手段與現代科學技術對建筑工程多方面要素合理組織安排，有機結合建筑、環境、氣候與生物等多方面，使建筑與周圍環境協調發展，滿足人們對居住環境的需求。生態建筑學可以使建筑與周圍生態環境形成一個良好的循環系統，將生態建筑學應用于高層建筑中，目的就是設計出一個完善的生態系統，使建筑與生態之間互相結合，從而達到和諧相處的目的。近年來，我國能源消耗十分巨大，然而我國的能源儲備較低，因此，目前我國大力提倡利用可再生能源，發展健康的可持續經濟。傳統建筑施工只對人們居住舒適性考慮，缺乏考慮建筑與自然環境的融合程度，浪費了大量能源，對環境造成嚴重污染，而且還會產生空氣污染、噪音污染等問題。生態建筑作為建筑行業未來發展趨勢，對社會發展有著積極促進作用，生態建筑設計目標是讓建筑、人以及自然和諧相處，為城市居民創造出適合居住的環境，將生態建筑與周圍環境協調，始終遵循可持續發展原則，合理控制環境、建筑以及經濟效益之間的關系，使人造景觀與自然景觀協調融合[1]。

2 城市高層建筑中生態建筑設計理念

2.1 舒適化設計理念

人們對生活工作的環境提出了更高要求，同時也越來越關注建筑的舒適性，因此，建筑行業致力于改善人們的生活工作環境，提高人們的居住質量，同樣也是生態建筑設計的發展趨勢。在城市高層設計中應該盡可能選擇對人體健康無害的建筑材料，減少使用揮發性有機化合物，避免有害輻射、氣體、電波對人體健康造成威脅，保持建筑內充足的換氣，自動化控制居住環境溫度與濕度，科學合理的桌面照度，避免建筑之間產生對視與通視現象發生，應用新型建筑材料，避免建筑受到噪音干擾。法蘭克福德意志商業銀行總部就是一個全面貫徹舒適化設計理念的高層建筑，其中的生態設計都是為人們的舒適體驗所服務。

2.2 自調節設計理念

城市高層建筑通常情況下需要經過決策、設計、建造、使用的一個生命周期，和自然界的生命體產生、生長、成熟、衰落的周期極其相似，在生態建筑學中具有自我調節的設計理念，將其應用于高層建筑設計中，可以實現城市高層建筑自我調節能力與自我進化能力，在生態設計過程中對高層建筑的功能不斷完善，包括高層建筑的通風功能、濕溫度控制功能以及采光效果，同時還有利于高層建筑污染廢棄物的排放減少，使高層建筑實現健康持續發展，有效延長使用周期。法蘭克福德意志商業銀行總部是一種生態建筑設計理念所設計的，其中具有突出的自調節功能，設計人員將每一個辦公室都可以通過打開窗子來自然通風，其中還存在大量設備進行自我調節，在面對氣候變化時可以靈活面對。

2.3 自然體系設計理念

自然體系設計林業作為建筑生態學中的重要設計理念之一，是指對建筑周邊的自然環境因素，包括水、空氣、土壤等外部因素，將其外部因素與建筑物進行整體規劃設計，從而為高層建筑營造出良好的生態環境，同時還可以將不必要的建筑設施減少，有效實現節能環保目的。在高層建筑設計中，可以對太陽能、風能以及沼氣等可再生能源充分利用，不但可以有效減少高層建筑使用周期中的資源能源消耗，還可以避免對周圍環境產生污染。與此同時，設計人員還可以通過對高層建筑結構科學合理設計，積極引進先進技術，通過利用自然風與自然光來為高層建筑提供良好的通風采光效果，將自然生態環境與高層建筑設計充分結合，為人們營造良好的舒適居住環境。世界資源研究所根據自然體系設計理念所設計出的綠色環保辦公室，其中的所有設施都采用自然環保材料制作，比如地板采用栓皮棉的樹皮制作，栓皮棉在剝去樹皮后還可以再生，不會因為剝皮而死亡，通過這種材料所制作成的地板可以為人提供舒適體驗，將自然體系與建筑設計所結合，使人仿佛身處大自然中[2]。

3 生態建筑學在高層建筑設計中應用

3.1 舒適化設計

人們對居住環境品質也提出了更高要求，現階段人們更加關注建筑舒適設計，舒適性也已經成為生態建筑設計的重要部分之一，城市中高層建筑越來越多，因此在生態設計過程中，必須全面考慮建筑整體空間利用，科學合理的組織布局空間結構，使高層建筑整體具有綜合美感，為居住者帶來更加舒適體驗。高層建筑設計還必須與周圍環境，將自然空氣循環系統應用于高層建筑設計中，使其形成對流的自然通風環境，極大程度減少能源消耗，使高層建筑與周圍生態環境融為一體。將生態建筑學應用于高層建筑設計中，還需要從動靜與功能兩方面進行分區，并且逐漸向采光、通氣以及舒適度擴展分析。馬來西亞建筑師楊經文長時間從事生態高層建筑的設計研究工作，他所設計的新加坡展覽塔樓作為代表建筑，新加坡展覽塔樓位于滑鐵盧與維多利亞大街的交匯處，其中包括住宅、飯店、會堂、購物以及展覽空間等多種功能，其中還包含大量的舒適化設計理念，包括空調、空氣凈化設備以及休息區域，通過固定遮陽板與建設導風墻，可以將自然涼風吹入建筑中庭與室內空間，有效降低空調的使用率。

3.2 環境優化設計

在城市里建造高層建筑會對周圍的生態環境與局部氣候產生一定影響，甚至還會破壞周圍的生態環境，因此在設計城市高層建筑時，要求設計人員充分考慮建筑施工周圍環境，盡可能不要對周圍生態環境產生破壞，建筑物與自然生態環境融為一體，兩者之間實現相輔相成、和諧共處的關系。所以，高層建筑外部生態環境必須針對性的優化設計，絕不能對周圍生態環境產生破壞，要從建筑空間層次、結構布局等方面設計出立體的多層次綠化系統，對建筑物周圍的生態環境與氣候條件優化改善，可以將綠色生態引進高層建筑室內景觀設計中，使居住者可以直接感受到自然環境。

3.3 空間組合設計

設計人員在高層建筑設計中應用生態建筑學設計理念，必須對建筑空間與生態空間的結合充分考慮，從居住環境布局、空間經濟的特征，建筑設計應該充分考慮節能、環保以及舒適特點，根據空間來設定溫度、自然光照以及景觀，因此，生態建筑學設計理念在高層建筑設計中應用要不斷擴展的功能區、動靜區、環境區以及輕緩中區的設計中，不但要考慮熱效應與舒適性，還要考慮高層建筑設計的經濟性與結構均勻性。在新加坡展覽塔樓中融入了楊經文設計師的多種新構想與空間組合設計方案，通過立面設計插入凹進的平臺空間與空中庭院，遮陽板與斜向坡道通向各個樓層，使摩天樓的豎向空間實現自然過渡，將底部展覽空間設計為街道的縱向延伸，酒吧、咖啡屋以及商業店鋪像街道一樣分布在寬坡道上，使人們可以從街道自然過渡到展覽城。

3.4 建筑施工生態材料與技術應用

3.4.1 綠色環保材料使用。施工材料作為工程建設基礎，高層建筑設計必須注重使用綠色環保材料，綠色環保材料具有使用性能較好，環境負擔較小的特點，對人體健康危害較小。綠色建筑材料在生產使用中，采用了新科技與新工藝進行生產，通過循環利用廢棄物來節約資源，將工業廢渣與生活垃圾作為綠色建筑材料生產原材料，通過先進技術加工成綠色環保、可回收利用的建筑材料。建筑材料作為建筑工程整體建設的關鍵構成部分，建筑工程環保性能與節能程度直接受到建筑材料選擇的影響。臺北市立圖書館作為一個生態環保建筑，其中大幅度減少混凝土與鋼結構的使用，盡可能使用建筑工程廢棄材料與回收材料，減少對生態環境的傷害與負擔（臺北市立圖書館如圖1所示）。

圖1 臺北市立圖書館

3.4.2 門窗系統設計。門窗系統是高層建筑環保節能的重要部分，施工人員必須重視優化設計門窗系統。首先對門窗系統材料材質選用與采購嚴格把控，增強門窗對紫外線與輻射的吸收能力，進而提高門窗系統對溫度控制能力，將建筑溫度控制在合理范圍內。保溫性與空氣密閉性作為門窗系統的重要參數，應用新型節能環保材料有利于提高門窗性能，盡量減少建筑溫度流失。在建筑工程施工與后續使用中利用可再生資源，可以更好實現節能減排的目標。日本豐岡生態住宅作為日本生態住宅項目之一，由于日本冬天寒冷多雪，夏季炎熱潮濕，從而產生了一種傳統住宅，內部存在一個較大的空穴空間，在這樣的空間內可以通過天窗將熱空氣與濕氣擴散出去，門窗系統作為建筑的空氣調節系統，內窗可以對濕氣與熱氣捕捉，在冬天寒冷的時候還可以通過天窗來獲取太陽能量，在夏季利用室外涼爽空氣降低室內溫度（日本豐岡生態筑宅如圖2所示）。

圖2 日本豐岡住宅

3.4.3 高層建筑墻體設計。在傳統建筑設計中，往往對建筑外觀的裝飾作用、視覺作用過分重視，在現代高層建筑設計中應用生態建筑學理念，對建筑外觀的控制功能與支撐功能更加重視，包括太陽輻射、自然光、自然風以及生理舒適，盡可能避免煙氣、灰塵對建筑造成污染，可以為用戶提供健康舒適的居住環境。在建筑施工中，保溫墻體施工是將膠結料與輕骨料等材料在一定比例下進行混合，并且加入相應的助劑，在此基礎上加入保溫砂漿與水泥均勻涂抹在建筑墻體上，使建筑墻體發揮保溫作用。在冬季氣候寒冷的日本豐岡地區，生態住宅墻體主要由保溫耐冷材料構成，在冬季寒冷氣候一方面通過天窗來調節溫度，另一方面依靠保溫性能好的墻體材料保持室內溫度，盡可能避免室內熱量流失，減少制熱設備使用，有效降低能源消耗[3]。

4 結束語

在社會經濟的快速發展下，人們對居住條件提出了更高要求，21世紀作為一個人與自然協調發展的新時代，各行各業發展始終堅持生態環保理念，城市大力建造高層建筑可以有效節約土地資源，已經成為城市主要建筑，高層建筑與生態建筑學是建筑行業的未來發展趨勢，兩者相互結合可以有效提高高層建筑居住舒適度，提升建筑居民幸福感，將生態設計應用于高層建筑中，才能實現人與自然生態環境的協調良好發展。生態建筑設計理念應用于高層設計中，可以有效提高經濟效益、社會效益以及生態效益。將生態建筑學設計理念應用于高層設計中，設計人員首先需要根據不同地區環境、不同文化環境中的居民需求和特點，設計出綠色環保的高層建筑，同時充分分析建筑施工環境，盡可能減少建筑施工對周圍生態環境的影響，避免建筑施工對外界環境造成破壞，實現人與自然和諧相處。