大型建筑及环境的生态设计.doc

大型建筑及环境的生态设计杨经文 The Ecological Design of Large Buildings and Sites杨经文 Ken Yeang 侯兆铭 迟 杭 译摘要 综述了对于生态建筑的理解，阐述了生态设计的统一性理论及设计中的关键因素，并给出生态设计的快速导引。关键词 生态设计 统一性理论 设计导引ABSTRACT Thus paper states the understanding about ecological buildings，fhe unified theory and some key factors Of ecological design Further more, it supplies the guidelines of ecological design.KEY WORDS ecological design，a unified theory，guidelines of design中图分类号TU201 文献标识码A 文章编号 1000-3959(2003)02-0052-03一、综述我们的专业工作在能够高效地满足客户需求的同时，也应确保所建工程能够在另一个领域中取得满意的效果，即作品应该适应自然生态并与自然环境融为一体。简而言之，应该努力让作品对良好生态环境的持续发展作出贡献。将我们公司所有事业紧密联系到一起的是生态或“绿色”设计方法?这个总体设计理念逐渐渗透到工作的各个环节，影响着我们所有类型和规模的设计作品。概括地讲，理想的生态设计包括对工程整体性和在施工过程中对材料和能源使用的周密考虑，以及通过设计减少它们的不良影响而将其与所处的整个生态圈整合为一体的尝试。1975年开始这样做之前，我们就已经在这个领域中获取了大量经验和专业成果。在生态保护方面的研究兴趣、参与及专业经验始于早些时候在英国剑桥大学建筑系亚历克斯派克(Alex Pike)和约翰佛瑞策(John Frazer)教授指导下的研究。组建TR汉沙及杨建筑师事务所(TRHamzahYeang Sdn，Bhd)后，我们开始实施“绿色”计划。开始时只是针对一些条件允许的项目，随着信心的增长，我们几乎在从高层建筑的总体规划到郊外设计工程的所有项目中实施。最初我们是为那些与当地气候相关的节能建筑工程设计生态气候解决方案，这是向商业客户介绍这个理念的最容易的途径，最作者单位：TR汉沙及杨建筑师事务所终引发了一个综合性更强的生态保护设计规划，它与环境各相关因素有着更深入广泛的结合。特别需要指出的是，生态气候规划在高层建筑设计中已经在某种程度上被采用并取得了一定的效果。至20世纪90年代，我们已经获得了高层建筑设计、管理及施工方面的大量经验。为何是高层建筑?答案很简单，很少有人将这种建筑类型和“绿色设计”结合起来。多数“绿色设计师”更愿意与低层或是中层工程计划打交道，特别是位于郊外的那些能够避免迅速发展的地方项目：但不管怎样，高层建筑不是可以一夜间消失的建筑形式，它以前所未有的速度在全世界各主要城市被建构起来，特别是在东方。如果是这样，我们应该大胆地提出这种建筑类型的生态设计问题而不是将其忽略，同时应为将高层建筑建构成长期存在的绿色建筑做好准备。当然，至今已经有大量把生态保护作为建筑设计基础的尝试。但是，许多这样的尝试忽略了生态系统最基本的属性是其与生物圈的可联系性，任何关于生态设计的原理必须要考虑这个因素。二、生态设计统一性理论 在此讨论的是生态设计的统一性理论和一些关键因素。生态设计不仅是为了满足这些关键因素，而且要尽可能地基于建筑本身的生活圈进行综合处理，通过整合达到对生态系统和不可再生能源的最小程度的破坏(当然更理想的是同时有更大的正面利益)。生态设计包括：在一个成型的设计系统里对能源和材料谨慎使用的整体考虑，以及尽量减少对自然环境的影响并增加与环境融合性的努力。为对生态系统的关联性加以指导，我们可以归纳出在自然环境和人造环境因素的内部相互影响的一个模式，这些内在相互影响与一个开放系统概念有相似性。基于以上特性，内部相互影响可被划分为四组：（1）被设计系统的外部相依赖性(其外部或环境关联)；（2）被设计系统的内部相依赖性(其内部关联)；（3）能量及物质自外而内的交换(输入)；（4）能量及物质自内而外的交换(输出)。在生态设计实践中，除了必须自觉考虑这四个方面外，还应考虑它们之间的内在关系。对此，可进一步形象地作如下划分：给出一个被设计的系统及其环境，用后缀1表示所研究的各种系统，用后缀2表示系统周围的环境，用字母L表示在此模式中相互依赖的内部联系。那么四种内部的相互影响能在分析中被识别：L11、L12、L21和L22，这可以用象限图LP表示(图1)。LP指在一个系统的生物圈中四个方面的内部相互影响被自觉加以考虑的生态设计，它为生态设计提供了一个广泛的理论基础。三、场所关于建筑的环境因素，我们需要从以下几方面进行审核与检验。(1)审核在哪里建造。审核工程地点的生态系统的生态结构(表1)；审核工程地点的生态学价值，通过对当地动植物特性的合理利用增强该地点的生态学价值；确保工程地点的甄选(比如说建筑的具体位置，基地面积的增减、形状的变化，道路，需要铺设的地方等等)符合生态学的土地利用方法。建筑物应选择在对周围生态系统具有最小的损坏和影响的位置被建造；对动工前及完工后的生物数量及种类变化进行测评。(2)审核工程施工所造成的影响(从施工的角度)。其目标是建筑工程的施工不应该在该地区及周边地区对生态系统造成干扰。持久性设计的远期目标要求对建筑物的建造、投入使用的过程及其使用进行监测和控制。合同签约方对建筑物完工后环境影响的要求应包括：制定、发展及完善某项工程的环境(保护)计划；最大程度减少浪费和重复工作；对能量和其他能源的有效利用，防止污染；在可能的情况下选用可重复利用的材料及部件；最大程度上减少运输，包括材料的进出口；对无法避免的废弃物合理放置，并遵守相关的所有规定，工程完工后将施工现场清理干净。(3)审核外部景观设计方案(从施工的角度)。其目标是建筑场地规划与景观设计方案能够改善局部小气候。在今后的设计发展过程中。将进一步探索下列因素和技术：构成局部气候的内在关联因素、太阳辐射、温度、相对湿度、蒸发、空气流动、降水量。其中四个主要因素影响着人类的舒适程度：太阳辐射、气温、空气流动以及相对湿度。当以上各因素组合对人体没有过分影响的时候，外部条件即达到了所谓的“舒适区域”（例如，合宜的气温在英国是1421，在里斯本是2228)。建筑布局能影响局部气候。将室外气候控制得离“舒适区域”越近，那么制造一个舒适的室内气候所需消耗的能量就越少。合理的建筑布局能够降低建筑物本身的能源消耗，从而节省开支。因此，应综合考虑建构及布局设计方案，使之有助于发挥施工地点本身特点。同时，应根据当地的生态系统综合考虑被设计的系统和布局所需要的植被。例如，在温暖的气候中应用垂直植被布局(将植物种植在坡地上)可以降低周围局部气温。(4)审核局部风力影响(通过施工设置)。其目标是通过采用将风力达到蒲福风级(Beaufort指数)4级的空气流动发生频率减少至20的设计来减少对行人及周边建筑的影响。(5)检验对其他建筑物或空地的阴影覆盖(通过施工设置)。其目标是避免将建筑物建在对周边建筑物及空地持续产生阴影的位置。建筑配置考虑避免遮挡周边建筑物的日照，这将对相邻建筑物利用太阳能以及提高冬天的其室内温度产生影响。(6)检验室外噪音(通过施工设置)。其目标是设计应该保证暴露在距离噪音源最近的住户所面临的噪音在7时至23时任意时间内要比背景噪音低至少5dB以上，在23时至次日7时之间不超过背景噪音水平。这种影响主要作用于用户。四、建设过程中的其他评估因素(1)评估需要建立什么设施。对于投入，我们需要评估所需建设的设施和维护投入。(2)建筑材料的嵌入能源和生产中C02的排放。其目标是考虑建设(和维护)的嵌入能源价值，考虑建材的生命周期和它们的回收(再利用/回收)潜力。在建设过程中把产于当地的材料用于其中的主要部分。嵌入能源和各种建设类型中的C02要保持在一定范围之内(表2)。(3)评估建设(建设过程)对环境的影响。其目标是检查建设过程中原材料使用和能源流通状况以及它们对环境的影响。(4)评估自然资源消耗和回收材料。其目标是指定已知有危险性的材料，考虑自然资源的损耗(如木材木材产品的可持续来源等)与被毁坏材料的重新使用。(5)评估有危险性的材料(建设过程)。其目标是在可能的情况下避免指定已知有危险性的材料，除非没有在经济上可行的选择存在(如木材保护)。(6)避免过分指定(建设过程)。其目标是监控运行状况。五、评估建设的影响建筑内部体系要在以下几方面加以优化与完善。(1)优化被动模式系统以节约能源，包括：建设形式的构造；建设形式的建设；立面设计；太阳能装置；表面颜色；垂直景观；自然通风。(2)建设一体化的服务系统。设计简单的控制方法，让建筑中所有的使用者都可以理解并且易于控制。(3)通过光电手段来优化不可再生资源的使用。(4)减少C02的产生。CO2的产生，某种程度上是源于建设和建筑使用过程中的能源消耗。应将使用建筑时产生的C02，限制在50kgm(5)考虑酸雨效应。如为限制锅炉的C02排放量，其能源消耗要限制在200mgkwh。不采用损耗臭氧的制冷剂，不用CFCs和卤素(halons)作绝缘材料。(6)考虑CFCs、HCFCs和卤素对臭氧造成的损耗。(7)考虑避免“军团病”(legionnaires disease)。(8)评估建筑的生命周期。假定建筑的生命周期是50年，计算出建筑在生命周期内的能源成本。(9)因立面在节省能源方面有重要作用，所以优先考虑立面设计而不是内部的设计。(10)优化通风被动系统。包括：大部分空间应采用自然通风；禁止在建筑物内吸烟；尽量避免设置加湿设备；为非自然通风部分设计加湿系统：维持室内空气质量；利用自然通风设备。(11)优化自然采光和人工照明系统，用办公室里的照明设备提供良好的多层次的视觉舒适感：使自然采光的工作区域最大化(办公空间至少应保证80%的区域)；使用照明架及特制玻璃等；所有电灯都应该安装高频镇流器。(12)应用热能控制系统弥补自然通风和夜间冷却系统的不足，以提高室内热环境的舒适度。(13)控制室内噪声，保证办公和会议区域的声学舒适度。(14)检查生命周期的能源使用，把嵌入能源同运行能源相比较。优化设计后建筑的运行能源应该是传统办公室运行能源的15%30%，。(15)评估运输能源。使汽车停放场地最小化，以减少汽车的使用；鼓励使用公共交通；考虑员工的交通计划，包括奖励措施。(16)通过对居住者的调查、监控，避免建筑综合症。(17)通过设计节约用水。包括：减少用水；考虑水的循环使用，废水处理，雨水的使用；建立用水的管理机制；避免漏水；景观美化、绿化灌溉要使用中水。(18)检查室内设施。包括：避免浪费；应具有适应性并方便修改；检查有害材料的使用等。六、为“封闭循环”而设计 对于建筑的产出，我们需要对以下几方面加以设计：(1)在拆毁建筑时能回收、重复使用材料；尽量减少运离现场的材料数量。(2)减少和回收废物材料和废热能，要有回收材料的运输空间；使用交换器或者热泵对热能进行回收。(3)设计分类回收材料的储存空间。(4)评估水污染。减少流出建筑的水量(提供来源地地表水污染物管理)；增强地面水回归地下的能力。(5)设计细节。包括