建筑與環(huán)境的共生——全生命周期內(nèi)的適宜性設(shè)計策略

顏曉強，章嘉琛

0 引言

建筑與環(huán)境的關(guān)系是一個永恒的話題，也是建筑師執(zhí)業(yè)過程中需要面對的關(guān)鍵問題。建筑與環(huán)境，始終呈現(xiàn)出動態(tài)變化的互動關(guān)系。

環(huán)境影響著建筑，場地所處的地理位置所擁有的日照條件、風(fēng)環(huán)境、水資源等因素，所接觸的周邊動植物、鄉(xiāng)村和城市文脈等，都成為建筑的底色。建筑也影響著環(huán)境，建造所需的資源利用、能源消耗和廢棄物排放，都影響著環(huán)境的品質(zhì)。建筑無法脫離周邊環(huán)境而獨立存在；環(huán)境也必將受到建造過程的影響，無論是正面還是負(fù)面。

在可持續(xù)發(fā)展和綠色建筑已成為行業(yè)和專業(yè)共識的今天，在建筑實踐過程中，正確地處理建筑與環(huán)境的關(guān)系，仍然存在著諸多問題。其中有兩個問題比較突出：（1）綠色可持續(xù)的理念與設(shè)計，未能在建筑的全生命周期內(nèi)得到貫徹和實現(xiàn)。表現(xiàn)在：功能目標(biāo)需求的不確定性和反復(fù)變更；可持續(xù)目標(biāo)不明確；追求標(biāo)志性的造型和形式化的設(shè)計語言為先，影響建筑性能和建造成本的綠色性能分析和綠色技術(shù)比選滯后于設(shè)計決策；建設(shè)過程各階段的參與方只關(guān)注本階段的利益實現(xiàn)；建設(shè)開發(fā)模式的制約和責(zé)權(quán)的不對等，建筑師無力主導(dǎo)設(shè)計，控制建筑的可持續(xù)目標(biāo)達(dá)成。（2）建筑師對于適宜性設(shè)計的應(yīng)用沒有充分的重視。表現(xiàn)在：對于場地所處環(huán)境的條件和因素等環(huán)境需求缺乏細(xì)致的分析，設(shè)計策略往往從單一功能需求或形式美的角度出發(fā)；建筑空間的通用性和適變性不強，建筑在建成時已無法滿足多樣性使用和后續(xù)功能變化的需要；簡單地依賴設(shè)備和材料的組合，缺乏適宜性技術(shù)的比較和選用。

促成建筑與環(huán)境和諧共生的狀態(tài)，呈現(xiàn)高品質(zhì)的建筑和高完成度的建筑作品，是浙大設(shè)計院（以下簡稱UAD）的建筑師在“持續(xù)生態(tài)”的理念下始終追求的目標(biāo)[1]。聚焦全生命周期內(nèi)的設(shè)計應(yīng)對，并通過適宜性設(shè)計策略進(jìn)行建筑實踐，是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。

1 全生命周期的應(yīng)對策略

在處理建筑與環(huán)境的關(guān)系時，需要進(jìn)行全生命周期維度的分析與實踐，這既是持續(xù)生態(tài)理念的體現(xiàn)，也是更加系統(tǒng)更全面的設(shè)計策略。建筑師需要在前期策劃、全過程設(shè)計、監(jiān)督建造、交付運行和更新改造等各個階段，主動介入，持續(xù)服務(wù)，延伸并貫徹建筑與環(huán)境和諧共生的目標(biāo)。

在前期策劃階段，細(xì)致地分析各方需求至關(guān)重要。通過全面地分析環(huán)境需求和建筑功能需求，聚焦各方核心關(guān)切的目標(biāo)，可幫助建筑師搜尋重點需要解決的問題[2]。建筑師善于協(xié)調(diào)各方并通過設(shè)計解決問題，有的放矢，選擇適宜性的策略，進(jìn)行適宜性的設(shè)計。

當(dāng)然，在項目開始之初甚至是推進(jìn)過程中，業(yè)主或者委托方的需求可能是不確定的，尤其是在項目周期壓縮嚴(yán)重的情況下，為建筑師的實踐帶來了極大的挑戰(zhàn)。這就要求建筑師在全過程設(shè)計階段，積極應(yīng)對，主動適變，協(xié)助業(yè)主進(jìn)行決策。這一階段是建筑全生命周期中很短的一個階段，但卻是影響最深遠(yuǎn)的一個階段。建筑師需要盡早評估建筑的性能需求并將實現(xiàn)綠色性能的技術(shù)融入設(shè)計語言，在運用設(shè)計手法和形體空間塑造的時候，保持克制的理性，這也是適宜性設(shè)計的體現(xiàn)。

在監(jiān)督建造階段，建筑師的現(xiàn)場督造是實現(xiàn)其設(shè)計理念和目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。建筑設(shè)計區(qū)別于藝術(shù)設(shè)計，建筑師不會被AI取代的一個重要原因，可能就在于社會對于“真實建造”的需求和實踐1）。通過合適的材料選用及合理的構(gòu)造設(shè)計，督促施工團隊實現(xiàn)良好的建造質(zhì)量，服務(wù)現(xiàn)場、減少錯誤和返工浪費，可使建筑性能目標(biāo)得以實現(xiàn)的同時，減少建設(shè)過程對環(huán)境的影響。在目前建設(shè)開發(fā)模式下，建筑師需要付出成倍的努力：一方面設(shè)計理念和目標(biāo)需要在全生命周期內(nèi)傳遞貫徹，而方案設(shè)計團隊和EPC建造團隊往往存在割裂的情況；另一方面，對于造價的嚴(yán)格控制，也往往會制約設(shè)計目標(biāo)的實現(xiàn)。

在交付運行階段，建筑師的影響力相較于其他階段更弱一些。但這一階段，卻是建筑與環(huán)境相互作用最長期的階段。良好設(shè)計和建造的建筑可能由于使用不當(dāng)，無法發(fā)揮應(yīng)有的性能，同時消耗更多的能源，排放更多的污染物。在建筑與環(huán)境持續(xù)交互的階段，建筑師適宜的服務(wù)策略有兩點：（1）可以嘗試在設(shè)計和建造的基礎(chǔ)上，將專業(yè)經(jīng)驗和運維方法傳達(dá)給使用者，通過使用者的行為促進(jìn)建筑長期良好運行，并減少資源的消耗，此為建筑領(lǐng)域碳中和的重要路徑之一；（2）可以對建筑和使用者進(jìn)行評估和回訪，評估當(dāng)初的需求分析和適應(yīng)性設(shè)計是否吻合，回訪使用者對于功能和性能的體驗和感受，以此判斷建筑與環(huán)境共生的目標(biāo)和狀態(tài)是否實現(xiàn)。UAD每年會組織多種形式的工程質(zhì)量和設(shè)計回訪，聽取使用方的反饋，這些寶貴信息可以回流到設(shè)計端，促使設(shè)計工作不斷優(yōu)化。

最后，在更新改造階段，可以理解為新一輪的“前期策劃”階段，會出現(xiàn)新需求、新問題、新目標(biāo)，需要找尋新的適應(yīng)性設(shè)計策略。

2 適應(yīng)性設(shè)計策略

建筑處于特定的真實環(huán)境之中，環(huán)境也對具體建筑的形態(tài)和空間產(chǎn)生鮮明的影響。它們之間是互動、共生的關(guān)系。建筑師在處理建筑與環(huán)境的關(guān)系時，需要根據(jù)環(huán)境需求和功能需求，選擇適宜性設(shè)計策略。基于我們的長期思考和近期實踐，本文聚焦以下典型的適宜性設(shè)計策略。

2.1 多樣的環(huán)境共生策略

在進(jìn)行建筑實踐時，首先需要對建筑所處的環(huán)境進(jìn)行分析，是處在自然環(huán)境、鄉(xiāng)村環(huán)境，還是城市建成環(huán)境中。針對多樣的環(huán)境類型和環(huán)境需求，各自會有不同的應(yīng)對方式。

當(dāng)建筑處于自然環(huán)境中時，設(shè)計需要采用謹(jǐn)慎的介入方式將建筑融入自然環(huán)境中。例如，海寧鵑湖科技創(chuàng)新園處于這類環(huán)境中，順應(yīng)場地自然條件，消減建筑體量，最大程度地將自然環(huán)境引入建筑形體和空間中成為其適宜的共生策略（圖1）。

圖1 海寧鵑湖科技創(chuàng)新園建筑的總體布局

當(dāng)建筑處于“半自然”的鄉(xiāng)村環(huán)境中時，設(shè)計需要關(guān)注鄉(xiāng)村環(huán)境和鄉(xiāng)村生活的關(guān)系，發(fā)掘鄉(xiāng)村文化的物質(zhì)承載的價值，在滿足當(dāng)代功能需求的同時，關(guān)注新舊建筑之間的傳承。例如，王戶村村民之家在新舊建筑之間建立起了功能和形式的聯(lián)系（圖2）。

圖2 王戶村村民之家的周邊環(huán)境

當(dāng)建筑處于城市建成環(huán)境中時，基于多變的功能需求的分析，在限定的條件下，小心協(xié)調(diào)處理建筑與城市環(huán)境的空間界面，引入城市生活的同時，采用克制的設(shè)計態(tài)度避免形體特異的標(biāo)志性。例如，順昌體育中心在設(shè)計時，弱化了臨街立面的視覺形式，在將市民活動引入場地內(nèi)部空間的過程中，展現(xiàn)其建筑群的整體形態(tài)和空間界面（圖3）。

圖3 順昌體育中心場地內(nèi)部空間界面

2.2 適變的空間營造策略

適變的空間營造策略是指營造一種可變、靈活，具有彈性的建筑空間，以滿足不同功能、不同使用對象、不同時間跨度的需求。需要注意的是，這一適宜性設(shè)計策略的應(yīng)用有一個先決條件，正如前文所述的，在前期策劃階段，建筑師團隊需要在細(xì)致分析各方需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行歸納和重組，營造彈性可擴展的空間和復(fù)合多功能的空間。

（1）營造彈性可擴展的空間

建筑設(shè)計通常會按照不同的功能需求對空間進(jìn)行對應(yīng)的布局和劃分。適宜性的設(shè)計策略是根據(jù)功能需求和未來的靈活使用的規(guī)劃，優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)的尺寸模數(shù)，構(gòu)建規(guī)整標(biāo)準(zhǔn)的單元空間，這些單元空間可分可合，可根據(jù)未來的使用需求擴展或收縮。例如，海寧鵑湖科技創(chuàng)新園采用單元空間組合可擴展的方式，應(yīng)對不同規(guī)模和發(fā)展階段的企業(yè)對空間的差異性需求（圖4）。

（2）營造復(fù)合多功能的空間

另一種策略是整合平面空間，將服務(wù)空間或結(jié)構(gòu)核心筒外置，塑造通用開放的靈活空間。在結(jié)構(gòu)主體不改變的情況下，空間內(nèi)部的劃分和組合可以隨著時間和功能需求的改變而重新布局。空間內(nèi)部的分隔構(gòu)件均采用輕質(zhì)、裝配化的隔斷[3]。例如，農(nóng)行溫州分行大樓的標(biāo)準(zhǔn)層通過核心筒服務(wù)空間的整合，形成了4個較大的開放空間，每個空間內(nèi)部可根據(jù)部門的功能需求進(jìn)行靈活分隔，開放空間之間也可以通過組合進(jìn)行擴展（圖5）。

圖5 空間的靈活分隔與組合

當(dāng)然，這些適變的空間營造策略需要根據(jù)建筑與環(huán)境的實際需求判斷是否采用，否則又變成“非適宜性設(shè)計策略”了。

2.3 適宜的綠色技術(shù)策略

采用適宜的設(shè)計技術(shù)創(chuàng)造舒適的室內(nèi)外環(huán)境，一直是設(shè)計和建造綠色建筑的重要內(nèi)容，也是UAD持續(xù)關(guān)注、研究和倡導(dǎo)的方向。浙江省大部分地市具有典型的夏熱冬冷氣候區(qū)特征，在這一氣候區(qū)的建筑，既要考慮夏季隔熱和遮陽，又要平衡冬季保暖和日照，還要在春秋過渡季節(jié)自然通風(fēng)。這一特征和其他氣候區(qū)是有明顯差異的，因此在處理建筑與環(huán)境關(guān)系時，必須采用適合地域氣候特征的設(shè)計和技術(shù)。UAD作為浙江省現(xiàn)行綠色設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)2）的主編單位，較早將適宜性的理念體現(xiàn)在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，通過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行引領(lǐng)，將隔熱、通風(fēng)、遮陽等適宜性技術(shù)措施詳細(xì)地寫入標(biāo)準(zhǔn)中。這些技術(shù)措施在國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有詳細(xì)要求，我們通過地方標(biāo)準(zhǔn)，以引導(dǎo)性的方式，提供給廣大建筑師。這里選取其中重要的3點進(jìn)行闡述。

（1）合理設(shè)計可開啟外窗，營造自然通風(fēng)的環(huán)境

夏熱冬冷氣候區(qū)的建筑注重通風(fēng)效果，除了通過形體穿插、局部抬升、庭院布置實現(xiàn)良好的外部自然通風(fēng)環(huán)境之外，建筑外表面設(shè)置可開啟外窗，有利于形成室內(nèi)外通風(fēng)銜接，促成“穿堂風(fēng)”。良好的通風(fēng)能提高人的舒適度，提升綠色性能，降低能源消耗。在浙江省的綠色建筑和節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，我們要求主要功能房間的每一個開間都應(yīng)該設(shè)置可開啟窗（玻璃幕墻同理），并且推薦可開啟部分占房間外墻面積達(dá)到一定的比例。當(dāng)環(huán)境適宜時，人們愿意打開窗戶通風(fēng)，而不是通過開啟空調(diào)降溫。“人與外界的聯(lián)系不僅是通過透明的外立面所實現(xiàn)，更重要的是通過開窗這一具體動作，隨后聽到的戶外聲音，皮膚所感受到的戶外空氣而建立起來的”[4]。同時，伯克利大學(xué)的研究也表明，當(dāng)建筑空間設(shè)計了可控制的混合通風(fēng)系統(tǒng)（可開啟窗和機械通風(fēng)組合）時，使用者對于室內(nèi)溫度、濕度等的適應(yīng)能力會大大提高[5]。這一設(shè)計策略對于大體量的公共建筑，特別是玻璃幕墻建筑尤其重要。另外，在全過程設(shè)計的前期，進(jìn)行初步的風(fēng)環(huán)境模擬，建筑師可以對建筑布局和形體組合進(jìn)行優(yōu)化，以營造良好的通風(fēng)環(huán)境。這些調(diào)整優(yōu)化是無法在設(shè)計后期實現(xiàn)的，這也是我們倡導(dǎo)將設(shè)計擴展到全生命周期維度的重要原因。

（2）結(jié)合建筑朝向和形體造型，設(shè)置多樣的外遮陽措施

江南傳統(tǒng)建筑寬大的屋檐、窗外的花格都是良好的外遮陽措施。當(dāng)我們設(shè)計建造新建筑的時候，往往沒有根據(jù)建筑朝向和造型設(shè)置相適應(yīng)的外遮陽措施。例如，朝南方向的建筑，適宜設(shè)置橫向挑出的遮陽構(gòu)件，在減少立面上日照輻射的同時，不影響視線通透。朝西方向的建筑，西曬強烈，豎向的遮陽構(gòu)件可以抵擋大部分低角度的日照，同時也可以減少眩光對人的影響。設(shè)計結(jié)合不同材料和孔隙率，可以實現(xiàn)豐富的建筑造型效果。在浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院東一辦公樓的實踐中，設(shè)計了多種形式的遮陽措施（圖6、7）。當(dāng)然這只是從立面構(gòu)件的角度出發(fā)的策略，如果設(shè)計能考慮建筑空間布局的因素以及不同朝向不同窗墻比的綜合設(shè)計，不失為處理建筑與環(huán)境關(guān)系更好的方式。麗水電力生產(chǎn)調(diào)度中心在形態(tài)和平面布局上采用了不同于一般高層建筑空間布局的策略，做出了有益的探索[6]。

圖6 東一辦公樓多種形式的遮陽措施

圖7 東一辦公樓多種形式的遮陽措施

（3）選用高性能的門窗，提高室內(nèi)的舒適度和建筑品質(zhì)

建筑師在設(shè)計建筑時，善于推敲立面虛實和門窗洞口的光影效果，但對門窗等透光圍護結(jié)構(gòu)的性能著力較少。從綠色技術(shù)策略的角度看，門窗等透光圍護結(jié)構(gòu)的性能，對使用者的舒適性和建筑整體的品質(zhì)影響很大。這些性能包括熱工性能、氣密性能、隔聲性能、透光性能以及防水耐久性能等。在低碳發(fā)展的大背景下，低能耗建筑的營造將成為主流，在圍護結(jié)構(gòu)性能提升技術(shù)方面，采用高性能的門窗是其中重要且適宜的技術(shù)策略。同樣，在浙江省低能耗建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，我們倡導(dǎo)采用雙腔中空玻璃（俗稱“三玻兩腔”）的門窗，倡導(dǎo)采用系統(tǒng)化技術(shù)設(shè)計制造的工業(yè)化門窗產(chǎn)品。例如，在浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院裝配式建筑B1樓的實踐中，所有幕墻玻璃采用了雙腔中空玻璃（圖8）。當(dāng)然，這些高性能的門窗，目前的成本相對較高，但通過優(yōu)化設(shè)計，并與其他適宜性設(shè)計策略結(jié)合，在建筑全生命周期內(nèi)，不僅能提升使用者的感受和建筑的品質(zhì)，而且成本是合理可控的。

圖8 采用雙腔中空玻璃的幕墻

3 結(jié)語

可持續(xù)性可能是當(dāng)代被過度使用的“明星”詞匯之一，但如果我們將它聚焦在建筑的全生命周期內(nèi)，持續(xù)地進(jìn)行適宜性設(shè)計，處理建筑與環(huán)境的關(guān)系，那么可持續(xù)性就會變得具體，建筑與環(huán)境的關(guān)系也將最終達(dá)到和合共生的狀態(tài)。□

注釋

1） 王建國院士最近在西安的講座“創(chuàng)意營境，自然同行——近期建筑選例分享”最后提到，建筑學(xué)和建筑設(shè)計在應(yīng)對人工智能挑戰(zhàn)的時候，“包含多維規(guī)則和基于現(xiàn)場的建筑創(chuàng)意和實體建造是最后的底線”。

2） 浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院主編了浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》 DB 33/1092-2016版、2021版（現(xiàn)行），《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》 DB 33/1036-2007版，2021版（現(xiàn)行），《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》 DB 33/1015-2015版、2021版（現(xiàn)行）等多部綠色建筑和節(jié)能方面的標(biāo)準(zhǔn)。