生態建筑理念在高層建筑設計中的應用研究

在全球城市化進程不斷加快的時代背景下，高層建筑日益成為現代城市空間利用的重要載體，充分滿足了人們日益增長的生活需求。然而，隨著高層建筑規模的持續擴大，其室內環境品質以及能耗問題對城市生態的影響日益突出。將生態建筑理念運用到高層建筑設計當中已然成為城市可持續發展的必由之路，是兼顧經濟效益與生態效益的必然選擇。鑒于此，筆者對生態建筑理念在高層建筑設計中的應用進行分析，以期為相關探究人員以及工作人員提供一些理論性的借鑒與參考，進而進一步推進我國高層建筑的健康穩定發展。

一、生態建筑理念在高層建筑中的應用意義

（一）節約資源，提高能源利用效率

高層建筑由于具有體量龐大、高度驚人、功能日益復雜等諸多特點，在施工建設與運營應用過程當中不可避免地需要消耗大量的能源與資源。將生態建筑理念全面系統地運用于高層建筑設計的各個方面，通過在選址階段充分考慮場地的地形條件、氣候特征等自然因素，科學優化建筑平面布局，以此來獲得最佳的自然通風、采光及朝向，并且運用節能環保、性能優異的材料與設備系統，同時建立能源管控平臺，進一步實現用能過程的動態優化調控。采用這些綠色、高效的手段，能夠最大限度地利用可再生能源，減少照明、空調等高能耗設備的使用頻率和運行時長，從而有效降低高層建筑的運行能耗水平，達到節約資源、提高能源綜合利用效率的目的。這不僅能顯著降低高層建筑的日常運營成本，對應用者以及業主而言具有十分巨大的經濟效益，而且能踐行可持續發展理念，為改善城市生態環境質量作出巨大的貢獻。

（二）保護環境，營造健康舒適的室內外環境

生態建筑理念從其誕生之日起，就以建筑與周邊環境的和諧共生、互惠互利、持續發展為核心訴求。在將這一理念運用于高層建筑設計實踐中時，設計團隊需要在規劃設計的初始階段就充分尊重并且巧妙利用建筑所在地的植被種類、水系分布以及地貌地形等各類自然條件，通過因地制宜的建筑布局以及空間組織形式，最大限度地保護與利用場地原有的地貌景觀以及自然要素。對于建筑本體而言，設計師可以綜合運用屋頂花園、垂直綠化、架空庭院、下沉廣場等多種形式，因樓制宜地增加綠化覆蓋面積，充分發揮植物的光合作用，以美化建筑景觀環境、調節局部小氣候、高效凈化空氣、阻隔削弱噪聲，為城市營造更多的綠色生態空間。在建筑內部空間的處理上，則要積極采用自然通風、遮陽隔熱、引入天井等被動式節能設計策略來優化室內熱環境品質，提高使用者的生理和心理舒適度。總的來說，踐行生態化的高層建筑設計，關鍵在于堅持人性化的理念，進一步實現人與建筑、建筑與自然的和諧統一，為應用者營建一個更為愉悅、舒適與健康的生活工作環境。

二、生態建筑理念在高層建筑中的應用難點

（一）建筑高度和體量對生態設計的制約

在城市化進程不斷加快的時代背景下，土地資源日益緊張，高層建筑憑借其單位能耗低、容積率高以及占地面積小等獨特優勢，在現代城市建設中扮演著愈來愈重要的角色。然而，高層建筑的高度與體量特點也對生態設計提出了更高的要求，為其帶來了巨大的挑戰。首先，高層建筑的高度直接影響著自然通風的效果，高度越高，越難以利用自然風進行有效通風換氣，大部分高層住宅只能依靠機械設備滿足新風需求。與此同時，高層建筑還將面臨更為復雜多變的風環境和風壓分布，增加了通風設計的難度。其次，超高層建筑在垂直交通、結構安全、防火逃生等方面的特殊性，對建筑材料的耐久性、設備性能的可靠性、智能化系統的完善性等都提出了更高的綜合性能要求，進一步加大了生態設計的難度。如何在超高層建筑當中因地制宜、因樓制宜地實現生態理念，是一個值得深度探究的重要問題。

（二）生態技術的經濟性和可行性問題

要想將生態建筑理念運用于高層建筑的設計實踐當中，形成可推廣、可復制的綠色建筑體系解決方案，離不開各類前沿生態技術的支撐，如智能遮陽、屋頂綠化、光伏發電等等。然而，縱觀國內外高層建筑的設計實踐可以發現，諸多生態技術在實際運用中仍舊存在運行維護費用高、應用年限不確定、投資成本高等問題，致使其大規模推廣運用的經濟性無法得到有力保障，這無疑給生態設計的落地實施帶來了巨大影響。與此同時，考慮到高層建筑的特殊性和復雜性，許多在常規項目中行之有效的生態設計策略，能否在高層建筑中真正發揮預期的提高節能減排效益、改善室內外環境品質的作用，也還有待工程實踐的進一步檢驗。在高層建筑設計中，設計師必須統籌兼顧其使用功能、安全性能與生態目標之間的內在聯系，找準各方訴求的平衡點，以經濟合理的方式實現建筑的高性能、低能耗、可持續發展，這無疑是一個亟待攻克的世界性難題。解決這一難題需要建筑師、規劃師、材料學家、設備工程師，還有科研人員、應用者以及業主等利益相關方通力合作、攜手攻關，在共同目標的指引之下砥礪前行，進而探索出一條切合高層建筑特點、符合市場運作規律的生態設計新路徑。

三、生態建筑理念在高層建筑中的應用策略

（一）因地制宜，統籌考慮建筑布局

高層建筑方案設計需要從構思開始，將建筑與場地環境視為一個不可分割的整體進行統籌考量。這就要求設計師必須深入場地，細致考察其地貌地形特點、坡向走勢變化、日照獲取條件、風環境特征等各類影響因素，并且將這些第一手資料作為方案論證的關鍵依據。基于場地分析，設計師需要因地制宜地確定建筑的布局形式、平面空間組織邏輯、體量尺寸大小等重要因素，力求在形態設計上進一步實現建筑與場地的有機融合，進一步達到形態、功能、環境三者的完美和諧統一。與此同時，在方案優化的過程中還應時刻堅持尊重自然、順應自然的生態理念，最大限度地保護場地內原有的地形起伏、水系分布、植被種類等各種自然要素，通過因勢利導、巧妙構思，使這些要素與建筑空間形成交相輝映、相得益彰的藝術效果，彰顯高層建筑的獨特魅力和地域文化價值。可以說，只有實現建筑設計與環境特征的完美契合、和諧共生，高層建筑才可以切實獲得可持續發展。

（二）加強主被動節能設計，提高建筑能效水平

現階段，我國高層建筑設計實踐普遍面臨著節能減排的嚴峻挑戰，這就需要設計師從建筑的各個方面著手，多策并舉、標本兼治。首先，需要充分考慮氣候條件、空間布局、建筑功能等諸多因素，優化建筑的空間組織以及平面形態，在充分滿足應用需求的前提之下，盡可能減小建筑的體型系數，壓縮外表面積，進而最小化護結構的傳熱損耗。其次，要高度重視建筑圍護結構的保溫隔熱設計，通過嚴格把控墻體、門窗、屋面等部位的熱工性能參數，合理選用新型保溫材料，增加保溫層厚度，提升圍護系統抵御外界熱擾動的綜合能力。此外，要因地制宜地利用自然采光，優化窗墻比，減少照明能耗，同時靈活采取外遮陽、導風等各類被動式節能措施，有效降低空調系統能源消耗。在主動式設計方面，需要積極選用新風熱回收、變頻調速、分區控制等節能技術，并且優化給排水、照明以及暖通等設備系統，進一步提升能源轉換效率。總的來說，只有將被動式設計措施與主動式節能策略互相協調、有機融合，高層建筑的整體能效水平才可以持續提高，進一步實現真正意義上的低碳、綠色與可持續運行。

（三）發展立體綠化，打造宜人的室內外環境

縱觀國內外高層建筑設計的發展歷程可以看出，立體綠化已經成為踐行生態理念、建構人與自然和諧共生關系的關鍵路徑。對此，設計工作人員必須充分認識并且靈活利用高層建筑的獨到空間條件，因地制宜、因樓制宜地在建筑工程項目的各個角落、各個部位創造綠化的可能性。比如：可以充分利用建筑屋面，營建空中花園，使應用者可以置身綠意盎然的環境中盡享悠然時光；對于建筑外墻，則可以發揮垂直綠化的奇思妙想，用藤蔓、綠植編織出一道亮麗的風景線，使建筑煥發勃勃生機；即便是每個房間的陽臺、飄窗，也能成為綠意的棲息之所，讓居住者與自然零距離接觸。在建筑之外，裙房、庭院、休閑區等公共空間更是布置綠化、營造景觀的重要場所。設計師要立足場地條件，通過對地

形的塑造、水體的引入、植物的配置，創造豐富多樣、引人入勝的生態景觀，讓人們在繁華都市中就能享受大自然的饋贈。步入建筑室內，通過中庭、天井、下沉庭院等傳統元素與現代手法的巧妙融合，更可以將自然界的新鮮空氣、勃勃生機引入，持續提高人居環境舒適度。由此可見，將立體綠化手法貫穿于高層建筑設計整個過程，對于優化高層建筑微氣候、呵護應用者身心健康具有十分重要的意義。

（四）建立動態高效的智能化管理系統

現階段，以人工智能、大數據、云計算以及物聯網為代表的新一代信息技術日新月異，并且與建筑行業實現了高度融合，由此掀起了新一輪的建筑設計變革，為高層建筑的綠色化、智能化以及低碳化發展提供了強大動力。設計師需要充分順應時代的發展潮流，將信息化、智能化理念貫穿于建筑運行管控全過程，基于各種智能傳感器，可以進一步實現對水、電、暖、通等系統的實時監測，并且通過與能耗管理平臺的無縫對接，進一步實現海量數據的統一管控，進而第一時間發現能源浪費等異常狀況，并且采取具有針對性的節能優化策略。與此同時，運用機器學習算法，深度挖掘使用者行為規律與空間使用特點，動態優化空調運行參數、照明控制邏輯，在確保舒適性的同時實現能源消耗最小化。而BIM等信息化技術在設計、施工、運維各階段的全面應用，更是打破了信息孤島，讓各參與主體在統一的數字平臺上無縫協同，有效提升了建筑全生命周期管理的精細化水平。總的來說，以智能化、數字化轉型為契機，建構起集動態感知、實時分析、智能決策、精準控制于一體的建筑能源管控閉環，已經成為高層建筑實現低碳化、綠色化運行的必經之路。這對于推動建筑產業高質量發展、助力“雙碳”自標如期實現，具有非常重要的現實意義。

四、結語

生態建筑理念為解決高層建筑面臨的環境惡化、能源緊張、資源短缺等突出問題提供了全新的思路以及切實可行的方法。將生態建筑理念系統地融入高層建筑設計的各個方面，因地制宜地采取各類行之有效的節材、節水以及節能措施，營建生態友好、低碳環保以及宜居舒適的建筑環境，對于推動高層建筑實現可持續發展目標具有非常關鍵的現實意義。這需要建筑師、規劃師、工程師等專業人士通力合作、協同創新，在建筑實踐中不斷積累經驗、總結教訓，從而推動生態建筑理念在高層建筑中的廣泛而深入的應用，讓建筑成為人與自然和諧共生的美好家園。鑒于此，本文首先對生態建筑理念在高層建筑中的應用意義進行分析，然后對生態建筑理念在高層建筑中的應用難點進行闡述，最后從因地制宜，統籌考慮建筑布局與環境協調，加強主被動節能設計，提高建筑能效水平，發展立體綠化，打造宜人的室內外環境，以及建立動態高效的智能化管理系統等多個方面對生態建筑理念在高層建筑中的應用策略進行探究，希望能夠為相關研究人員以及設計師提供一些有效的借鑒與參考。

參考文獻：

[1]劉雯雯.生態建筑學在高層建筑設計中的應用探究[J].中國住宅設施， 2020（4）：16-17

[2]劉嘉斐.關于生態建筑學在高層建筑設計中的應用分析[J]現代物業（中旬刊），2019（12）：73.

[3]奚曉城.淺析生態建筑學在高層建筑設計中的運用[J].門窗，2019（21）.164.

[4]黃琨，楊艷麗.高層建筑設計中生態建筑學的應用研究[J].低碳世界，2017（32）：176-177.

[5]羅從容.生態建筑學在高層建筑設計中的應用探究[J].建材與裝飾，2018（1）：95-96.

作者簡介：

張瑞涵，沈陽大學建筑工程學院學生。研究方向：建筑學。