基于綠色建筑理念的智慧校園建筑設計

0 引言

學校建筑是人們?yōu)榱诉_到特定教育目的而興建的教育活動場所，其品質的優(yōu)劣直接影響到學校教育活動的正常開展，關系到學校人才培養(yǎng)的質量。它不僅是開展教學的空間載體，更是一個社會的教育思想與價值觀念、經濟與文化面貌等具體的體現(xiàn)者。

教育在現(xiàn)代化發(fā)展過程中，不僅重視課程教育體系，也注重為學生創(chuàng)造良好的教育環(huán)境，學校建筑在創(chuàng)設教育環(huán)境的過程中發(fā)揮著不可替代作用。研究學校建筑設計的特點，能夠為學校建筑設計創(chuàng)新提供指導，全面提升學校建筑的創(chuàng)新水平，使學校建筑充分發(fā)揮為教育服務的功能。在教育現(xiàn)代化過程中，促進學校建筑現(xiàn)代化發(fā)展，離不開對學校建筑的創(chuàng)新設計。本文以山東省濟南市某小學項目為例，淺析綠色建筑設計理念在智慧校園建筑設計中的運用。

1基于綠色建筑理念校園設計常見問題

綠色建筑理念作為一種可持續(xù)發(fā)展設計方式[1-2]，通過優(yōu)化建筑設計和施工過程，提高建筑的能源利用效率和環(huán)境適應性。它不僅可以滿足人們對建筑使用功能的要求，還能減少碳排放，實現(xiàn)人與自然的和諧共處[3-4]。因此這種新型設計理念成為當前和未來建筑設計的一種趨勢[5-6]。中小學校園建筑是師生工作和生活的重要場所，其舒適性和環(huán)保性對學生的身心健康有著重要影響 [7-8]。當前，大多數(shù)中小學教育建筑的綠色設計重點通常聚焦于某些重要單體建筑，或者運用某些技術措施來提高能源利用效率和環(huán)境適應性[9-10]。然而，對于考慮新型教育模式與建筑辯證關系、融合當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，同時結合綠色建筑和智慧校園設計理念的研究極為少有。

2項目概況

該項目總用地面積約61.59畝，總建筑面積為27560.68m² ，容積率為0.68，建筑密度為 20.89% ，綠化率為 35% 。其包含小學48個班、幼兒園12個班。單體為多層建筑，主要包括小學教學綜合樓、幼兒園、風雨操場、主席臺、門房等，結構類型主要為鋼筋混凝土框架結構和鋼框架結構。

3項目設計理念及技術措施

3.1 設計理念

本項目深入考慮教育模式與建筑設計的辯證關系，力求實現(xiàn)二者的完美融合與統(tǒng)一。該方案構思以“禮”與“野”為主題，從“質勝文則野，文勝質則史，文質彬彬，然后君子”（《論語·雍也》）的辯證角度探索建筑與教育的關聯(lián)。從激發(fā)學習熱情、培養(yǎng)禮儀，同時保留孩子們身上的童趣等角度入手，建造新型教育建筑。

本方案設計在滿足學校各功能組織的前提下，在有限建設用地上優(yōu)化建筑布局。結合設計主題“禮”，引入一條“精神儀式軸”一南北向的架空連廊?！岸Y”—精神儀式軸如圖1所示。

連廊不僅有效聯(lián)系了各棟教學樓之間的交通，作為“灰空間”，還成為師生課余時間的活動場地，極大地方便了師生的使用。同時，它能有效屏蔽東側操場、室外運動場地等傳來的噪聲，為西側教學區(qū)營造出安靜的學習環(huán)境。結合景觀設計，創(chuàng)造充滿活力的校園空間則是對另一主題“野”的思考?？傮w看，本項目建筑設計具有適用性與先導性，體現(xiàn)出學校優(yōu)質的辦學特色和卓越的教育品牌影響力。

3.2基于綠色建筑理念的技術措施

本項目因地制宜，緊密結合生態(tài)環(huán)境，充分考慮使用對象的特征，從源頭出發(fā)優(yōu)化設計。全面貫徹綠色建筑和智慧校園理念，通過優(yōu)化總體布局和關鍵細節(jié)，對日照、采光、暖通、噪聲、電氣等諸多方面進行綠色智慧設計，有效降低建筑使用過程的能耗成本，提高環(huán)境舒適度。

3.2.1 暖通設計

項目所在的濟南市屬于溫帶季風氣候，常年主導風向為東南風。因此建筑主要采用南北向庭院式布局方式，并通過設計開敞式東西向風雨走廊，使常年主導風可以通過走廊和架空入口進入整個建筑群。

暖通空調設計充分考慮了所在地四季分明、氣候宜人的舒適環(huán)境，同時充分認識到學校建筑以小學生和學齡前兒童為主要服務使用對象這一特點，提取可提高教室及周邊使用空間健康舒適度的設計要點。本項目采用半開敞式回廊組合體建筑群設計方案，合理設置建筑外窗，充分利用教室外廊及周邊空間的穿堂風效應，形成教室良好的自然通風效果。通風效果分析如圖2所示。

選用高效節(jié)能型變頻多聯(lián)機空調系統(tǒng)。結合樓層分布及房間功能特點，采用分層設置獨立空調系統(tǒng)，為每個教室和功能房間配置末端室內機，實現(xiàn)獨立控制，最大限度滿足學校建筑靈活控制啟停空調設施的需求，提升空調系統(tǒng)總體運行節(jié)能效率，為學校建筑低能耗運行提供了便捷可行的控制方案。

3.2.2隔聲降噪設計

在隔聲降噪設計中，整體布局采用降噪正向設計策略。學?？臻g聲環(huán)境執(zhí)行《聲環(huán)境質量標準》中功能區(qū)I類區(qū)域標準，晝間環(huán)境噪聲限值控制在55dB（A）。項目用地四周均毗鄰城市道路，南側靠近京港澳高速，周邊交通噪聲極其敏感。為此，從建筑布局、建筑間距控制、綠化與隔聲一體化設計、建筑外圍護隔聲構造措施等角度出發(fā)，進行正向設計以控制噪音，打造安靜的教學空間環(huán)境。通過室外聲環(huán)境模擬、建筑構件隔聲及室內背景噪聲控制計算等手段，確定項目噪聲敏感評價達標。

3.2.3 給排水設計

在給排水設計中，利用市政壓力合理分區(qū)，對水表進行獨立分質分戶計量，并合理選用設備及管材，貫徹節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材的綠色建筑思想。充分利用市政管網壓力，進行給水系統(tǒng)分區(qū)。在管道分支入戶前，利用減壓閥保證系統(tǒng)壓力不大于 0.2MPa ，同時滿足用戶所需水頭要求。各系統(tǒng)之間壓力相互協(xié)調，給水、熱水系統(tǒng)供水壓力同程布置，確保用水點處壓力接近。實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念。

選材方面，管道選用水力條件好且具備內阻尼特性的聚丙烯給水管材。泵組選用矢量變頻給水設備，并配置氣壓給水罐，將水泵工況點設定于高效區(qū)下降段節(jié)點位置。通過罐體內氣囊設備，實現(xiàn)零星流量時不啟動泵，由管道進行自動沖壓。在大流量時進行分級供水，實現(xiàn)低碳、節(jié)能目的。

3.2.4采光和日照設計

得益于良好的空間布局設計，教學用房擁有大面積采光面，太陽直射光線和漫反射光線分別從用房的兩側進入室內，采光條件十分優(yōu)越。在東、西、南三面用房使用現(xiàn)代遮陽手法，來解決防曬問題。本項目符合《建筑采光設計標準》中的規(guī)范要求，即建筑內區(qū)采光系數(shù)滿足采光要求的面積比例不應小于 60% 。

在本項目設計過程中，充分考慮到朝向方位，結合實際情況不斷優(yōu)化總平面布置，并通過天正2014日照分析軟件進行建模分析。日照分析如圖3所示。

從圖3可以看出，本項目滿足《中小學建筑設計規(guī)范》中“南向普通教室冬至日底層滿窗日照不應小于2h”以及《托兒所、幼兒園建筑設計規(guī)范》中“南向普通教室冬至日底層滿窗日照不應小于3h”的要求。

3.2.5BIM技術在設計中的應用

BIM作為一款可實現(xiàn)設計、施工、運營等各階段建筑全壽命期數(shù)值模擬技術平臺，正逐漸成為當下建筑業(yè)發(fā)展的一大趨勢。本項目中，充分借助BIM技術優(yōu)勢，搭建整體模型。BIM模型如圖4所示。

教學樓不同功能的教室層高有不同要求，在設計過程中，需在滿足建筑及其他專業(yè)的正常使用條件下，不斷通過調整結構構件截面與搭接方式，使得整體結構剛度均勻。

鑒于建筑外立面復雜，尤其是正、側立面造型多樣化，需要結構、建筑專業(yè)和后期幕墻裝修設計密切配合，在保障安全、合理且經濟的前提條件下，使結構設計凸顯出精細化，真正實現(xiàn)建筑結構一體化設計。結合建筑可持續(xù)性設計理念及學校建筑發(fā)展趨勢，結構設計需充分考慮因建筑功能變化而引起的荷載變化情況。

3.3基于智慧校園設計理念的技術措施

在電氣設計方面，秉持“智慧校園”的建設理念進行設計。照明設計選用更為柔和的自然LED光源，嚴格按照國家規(guī)范，合理設置光源，尤其是在教室的照明布置上。

由于黑板上的垂直照度很低，均勻度差，因此針對黑板專門設置兩盞專用燈具，并確保燈具在學生側的保護角大于 40^° ，避免學生感到直接眩光。為保障黑板光照具備足夠均勻度，燈具光軸以 55^° 入射到黑板水平中心線上。

科學的設置各場所的照明燈具，使各教學場所以及公共區(qū)域照明分布均勻、明亮舒適。同時，各燈具控制多為一燈一控，在使用方面更加靈活，更加節(jié)能。室外亮化設計上，除了操場采用高桿燈進行大范圍的照明外，還設置有室外景觀照明。兩者均設置有時鐘控制系統(tǒng)，管理人員可根據(jù)季節(jié)、時段以及外部明暗感應，對整個場區(qū)的照明進行控制，使照明更智慧更節(jié)能。

在數(shù)字化建設方面，校園設置了多媒體教室、錄播室等前沿教學空間。且電氣設計為其建設和后期推進留有各項接口。這些接口包含但不限于“校園網絡建設、網絡教研、學科學情評測預分析、教師OA辦公、網絡直播課堂、考閱服務”等方面。

4結束語

本項目充分考慮新型教育模式和建筑辯證關系，緊密結合當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，全面貫徹綠色建筑設計理念，借助先進設計方法和技術措施，創(chuàng)造舒適教學環(huán)境。結合項目高大空間的特點，采用裝配式鋼結構，減少現(xiàn)場作業(yè)量，降低人工成本，縮短工期。引入“智慧校園”的設計理念，實現(xiàn)電氣智慧設計，同時設置多媒體教室、錄播室等前沿教學空間，打造現(xiàn)代數(shù)字化校園。上述措施對推動校園綠色建筑設計發(fā)展對建筑事業(yè)有著十分積極的作用，相關成果可為類似工程提供借鑒與參考。

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