一个可持续整体系统的设计框架.doc

一个可持续整体系统的设计框架一个可持续整体系统的设计框架王佳思 齐俊娜 杨彤2014.12.01目录1 方法42 结果与讨论62.1 设计过程62.1.1 创立共同目标同化目标和动机62.1.2 相互学习62.1.3 和所有人交流信息62.2 设计原则72.2.1 聚焦在最基本的目标结果上72.2.2 从自然中学习72.2.3 应用系统思考72.3 设计方法72.3.1 确定共同的想得到的结果的范围72.3.2 在干净的纸张上设计82.3.3 从最终用途和工作逆流开始设计分析82.3.4 寻求简单的精确的解决方式82.3.5 将设计注入价值82.3.6 将资源浪费减小到零82.3.7 重新思考浪费82.3.8 用可再生资源92.3.9 使用安全的材料92.3.10 在单一成本中寻求多样化的利益92.3.11 保护和修复自然、社会、经济系统92.3.12 在反馈中建立设计92.3.13 考虑系统的整个生命周期92.3.14 寻求一个可以突破成本障碍的方式92.4 可持续整体系统的设计框架103 总结11 可持续发展整体系统的设计通过去除模棱两可的部分以达到简化的目的。本文对可持续发展整体系统中的单元做了定义和统一。定义来源于设计的理论，结构，和多条设计条款。这些单元被编号，并作了概念映射。该体系框架有20个单元组成，被分为过程，法则，方法等类型。该结构被广泛应用。关键词：可持续设计，体系设计，设计模型，设计方法，设计理论 当今世界面临很多问题，作为设计师是很重要的，这些挑战包括能源短缺、自然资源、水和食物的短缺，战争和政治的不稳定等日益贫困，无家可归的人和疾病；教育质量的下滑，和基础设施的质量问题。与此同时，当前的世界人口约为70亿，预计到2100年将达到101亿。人口快速扩张加速了自然资源和能源的压力，扩大影响了支持我们生存星球的健康。 碳足迹是说明了人类对环境的影响。它是我们使用化石燃料（如电力、供热、和交通）转化成的二氧化。碳的排放量越高对气候变化影响越大。碳的排放量只是一个例子，我们现在的生活轨迹是不可持续的，并且影响后代人满足其需求的能力。 然而，可持续发展不仅仅是未来几代人。很多人活着至今无法满足自己的需求。在发展中国家的农村地区每四个人中有三个人每天靠不到一美元生活。2005年，三分之一的城市居民（约10亿人）生活在贫民窟（联合国，2007）。更大的挑战是贫困地区的教育基础设施：2005年，基于注册数据，在发展中国家大约有7200万名儿童的小学时代不能上学。在7200万名儿童中，57%是女孩。（2007年联合国数据） 解决这些挑战性问题需要我们如何用设计应对我们的世界的变化。我们必须考虑系统的相互关系。我们面临这些交织在一起的问题，提出有效的设计解决方案必须考虑到很多现实问题。例如，考虑一个工程师负责缓解城市交通的拥堵。在传统设计理论的指导下，他们会考虑添加更多旅游通道，通过现有的社区或构造一个新街。然而，这种简化的通常是无效的，甚至产生负面的的影响。交通状况可能会进一步恶化。建立新的街道汽车会损害社区连接和当地企业，也可能会导致更多的空气和水污染。一个更全面的解决问题的方法可以考虑减少路上的私人汽车。可能通过减少车道宽度和为行人添加自行车道。这些措施被证实能够减少或处理当前的交通模式，同时提高全当然，这可能不是每种情况的解决方案，案例显示的解决方案是可能的。创建它们，我们必须打破常规、跨领域考虑和改变我们的观点。 整体系统设计是一种提供巨大潜力的可持续设计。然而过程、原则和指导方法系统方法不明确或没有被教育者和设计师理解实践。落基山研究所（RMI）讨论了整体系统设计如下： “全系统设计者执行优化建筑，汽车，机器，通过团队合作在不同机器流程理解如何为一个系统协同工作，然后把这些链接变成协同效应。综合设计优化整个系统，而不是解决部分问题。这可以解决许多以前的问题，创建多个受益于单一支出，而且产生更多样和广泛分布以吸引更广泛的支持。 在这项研究中，RMI的讨论已经适合系统设计的定义并且能够适用于设计学科：“各个系统协同合作，创造协同效应、解决多样的设计问题，这是一个跨学科的、协作性的和迭代过程。” 整体系统设计的领域仍然是不成熟的。含糊导致实施整体系统的设计的过程困难。无可否认，设计的定义，设计原则和流程本身是开放的多种解释。然而，强调共性和多个角度考虑可持续设计理论可以帮助建立舆论。深思熟虑设计理论的差异性也可以帮助填写缺失的部分而建立一个更全面的设计理念。本研究旨在构建一个更完整的整体系统设计的定义。整体系统设计并不能保证可持续设计的结果。然而，它可能比传统的设计方法为设计师提供了更多的机会，创建可持续的解决方案，也是我们最紧迫的问题。绿色工程原则是由化学工程师，似乎是强调分子比例。落基山研究所开发了十工程因素（10 xe）原则，体现了整体系统设计的思维和综合设计。这种方法比绿色工程原则应用范围更广泛。但对能源问题有严重影响，这也是许多可持续发展问题之一。文献讨论整体系统设计需要更好的定义设计和开发模式。这项研究没有直接回应任何现有的原则，而是通过系统合在学科发展之间找到共同点和适用的框架设计。本研究强调共同的建立一致的说明，以填补空白的差异和构建一个可以帮助设计者实现可持续设计挑战的框架。具体来说，本研究旨在回答以下问题：（1）在不同设计项目中的可持续发展整体系统设计的导向性过程，原则及方法；（2）怎样将这些独立的过程，原则及方法整合进一个完整的框架 回答这些研究问题需从多个设计学科角度定义整体系统设计的流程、原则和方法。1 方法 为了回答我们的第一个研究问题，需要进行系统的文献回顾。主要总结为：总结目前一个学科的文献，确定当前的研究中的研究缺口，并提供一个框架或未来的研究背景。对于这个应用，系统的文献综述将显示研究重点的重叠。文献回顾的方法主要有包括3个阶段：（1）规划审查，（2）评审审查（3）报告评审 在回顾的计划阶段，需要列提纲：基本原理回顾，研究问题、搜索策略，选择标准程序、质量评定程序、数据提取的策略，数据合成方法和项目时间表。这些元素的审查在以下部分中进行更详细的描述。 文献综述中确定的来源主要归入五个主要类别：可持续发展；建筑、规划和城市设计；工程；环境管理；系统思考。 搜索策略涉及13个最常见的搜索词：整体系统思考原则；整体系统方法；可持续发展设计原则；绿色设计原则；生态设计原则；集成设计原则；摇篮设计原则；可持续发展原则，可持续发展的工程原则；绿色工程原则；环境设计原则；仿生原则。 在完成这第一轮的文献搜索，文献综述了确定额外的文章来源确定所选文章的引用。 分为三个步骤（1）通过建立的搜索条件确定文章和出版物；（2）阅读标题、摘要和关键词看它是否适用于回答指导研究的问题（3）如果这篇文章似乎适用，阅读全文，或摘出与有关使用选择标准来确定这篇文章应该包括和提取的原则。 资源会议分析了评估准则，进一步提取基于定义元素的整体系统设计。元素可以以数字，列表、表格、图表的形式，或从文本总结的形式。元素在提取过程中保持和包括在文献综述中的excel数据库。资源提取分为实际编码和元素编码发生在三个迭代。一个所有提取的元素的列表是常见的编译，然后脱脂关键短语和思想形成初始编码列表，一个编码器通过元素和分配代码列表的元素匹配的初始编码列表。 上述原则是编码C14 向自然学习，因为它被称为自然导师，或者从和本质上的东西模仿学习。像汉诺威原则8，日墨尔本原则5，指导设计师模仿大自然的生态系统设计城市，即从自然中学习建立一个模型。 墨尔本的原则5，”城市生态系统的模式：建立在开发和培养健康、可持续发展城市为的特点的生态系统。 另一方面，一些原则是别认为相关的过于具体的设计原则考虑到这两个例子的关于Ahwahnee原则： Ahwahnee的原则3，活动尽可能位于容易步行的交通。Ahwahnee的原则4，社区应该包含多样性的住房类型，使公民从广泛的经济范围水平和年龄组边界之内生活。”2 结果与讨论整个系统的设计框架通过文献综述被重新组织成三个可以概括全部的种类：设计过程、设计原则和设计方法。该框架是由20个能够代表可持续发展的领域的文献的元素组成，它包括了系统思考、工程、建筑、城市设计、规划和可持续发展管理等。一些框架的要素，如系统思考，以及寻求通过成本障碍的方式是广泛适用任何设计领域的，而其他的元素，例如可再生投入，废物缓解，和有害物质更多的直接引导设计者考虑可持续性能力问题。这个框架的整体系统设计的目的是为了发展设计识，而系统设计是一个对于可持续方式的有效的设计途径，然而，每个单独的框架要素不集合起来并不能保证解决方案将是可持续的。对于这些元素来说，一个假想城市的复兴项目常被作为一个例子来说明它们。2.1 设计过程以下元素通过文献描述了整个系统设计的过程。这些元素并不勾勒出整个实际系统设计过程中，而是强调过程本身的基本要素。总体来说，整个系统的设计过程建立在共享目标，学习和信息。2.1.1 创立共同目标同化目标和动机这个过程意味着利益相关的设计成员应当在三个关于可持续得核心基础上共享观点，目标、动机，这三个基础是经济、生态和社会。曾经的观点和目标的是概括的，应该将动机置于确保通过设计过程能得到的设计结果的位置上。在城市复兴项目的情况下，设计团队可以建立一个目标，以减少预期标准的生态足迹，项目所有者可以通过提供奖励来刺激各部门实现各级足迹减少这一目标。2.1.2 相互学习建立正确的心态来进行整个系统的设计是至关重要的。设计团队的成员必须是“教师学生”进行互相学习，才能更具有创造力，并且易于接受指正，才能共同合作。这意味着带来的热情，将自我意识居于第二；设计师应该充当一个整合者，领导者，学生和合作伙伴致力于建立关系，并应当渴望学习。设计团队和项目负责人应建立一个协作和开放的工作环境，从一开始就鼓励所有设计师自由交流思想。这意味着建筑师，工程师，规划师，政治家在当地社区都有宝贵的意见，并有机会设计过程中互相听取意见。在一个城市复兴项目的设计中，相互学习的设计专家研讨会可以将所有的利益相关者的想法带到项目中。2.1.3 和所有人交流信息交流，信息和参与的开放性是整个系统设计的另一个重要组成部分。交流和信息共享应该是直接的，开放和有效的。这一原则意味着打破传统学科之间的封闭，也应当合作去寻求和解决问题，以及进行更多的想法互动。参与应该是广泛的，跨学科的，整个设计过程中的各个阶段也会重视不同的问题，也应当囊括多个利益相关者的观点。在设计过程保证尊敬每一个声音以确保该设计团队能够认识丰富并且改变落后的价值观，同时鼓励决策者采取适当的设计方式。对于一个城市复兴项目，设计人员将可以再次利用研讨会，共享信息给社会，同时也可以收到投资与反馈。其他信息交流的手段还包括：设计师与当地人在当地的餐馆、咖啡馆，商店等进行非正式的交流互动；关于该项目设计师在社区会议正式讲话；也可以建立一个互动的项目网站。2.2 设计原则原则是最根本、最首要或是从一般规律或真理所衍生出来的依据。以下三个设计原则是设计方法原则的基本。2.2.1 聚焦在最基本的目标结果上“着眼于最终用途”的原则由落基山研究所提出，这就要求设计者将他们的注意力和努力聚焦在所预期的结果和工程目标上，而非聚焦在科技、产品上。着眼于基本期望的结果，即通过区分有目的的，相关的，并有助于建立一个更大的整体元素的优先次序来创造美和内涵。2.2.2 从自然中学习 这一原则又称为仿生，鼓励设计者从自然中模仿，学习自然中的形式，过程以及自然界中所建立的系统，并且学会考虑是设计如何适应自然。自然会减少毒性，创造多样性。即使是一个跨学科的设计团队提取自然的特性：它是相互依存的，全面的，并被认为是一个生态系统。自然是不被视为是要避免不便或需要操纵的，而是作为一个例子和一个导师来可实行健康和可持续的解决方案。在城市复兴项目中，设计人员在有天然场地的路边建造生态洼地设施，进而减少径流，改善水质，增强城市和自然环境的连接。2.2.3 应用系统思考这一原则意味着在设计时设计者应当考虑整个系统的组成成分，各部件，各个过程的联系。然后再进行设计。用德内拉。梅多斯的话来说，设计师应当“从系统中获得节拍”，即在设计时他们应该理解系统的特点并且使用基本价值标准来使系统成型。这一原则也意味着采取一种全面的方法模式来使设计由轮廓到细节，从多个角度研究问题，并用循环的设计取代了一些线性思维。扩展设计考虑到对于理解的设计将如何互动，如何影响身边自然生态系统的遥远的效果等是至关重要的。设计人员可以通过使用先进的前期开发指标所建立的栖息地，水和能源的基线开发进行环境影响评估，进而实现振兴计划的城市系统。2.3 设计方法方法是一个程序，一个技术或者一个达到目标的方式，特别是对于一个不确定的计划。下面的则是有关于要整个系统进行设计的方法。2.3.1 确定共同的想得到的结果的范围确定一个合适的范围是计划和设计成功的本质，这就需要围绕着设计常用范围，并且围绕设计意图进行设计。设计师应该在时间和空间所确定范围内来建立目标并在之内解决问题。这意味着有短期和长期的时间跨度；如果是足够长的时间跨度则应通过双方当前和未来几代人的需求做出设计。除了空间和时间范围，设计人员还应该考虑到生态，社会和经济因素。设计师为城市复兴的设计项目可将项目作为一个系列的阶段和时间跨度，如5年，10年，甚至50年的振兴为邻的计划来考察。2.3.2 在干净的纸张上设计这是落基山协会的一句标语，“在干净的纸张上设计”，即避免简单模仿过去的设计，这也增加了设计上的创造力和革新性，同时避免重复设计。和米森建筑公司推行的一样，这意味着越来越多的想法，只是问问题，消除假设，测试和探索所有的可能性，并可以开放思路，改变过去的模式。应用这种方法，设计团队为城市复兴项目立即开始他们的设计工作，而无需寻找的以前相似的的总体规划或设计。从设计表中删除早在这个过程中产生的先入为主的一个环境更有利于创造和创新。2.3.3 从最终用途和工作逆流开始设计分析产品的最终用途和产品最初的阶段是两个重要的工作节点。作为能源和资源从供给（上游）到最终使用（下游），这些资源的损失，通过各个连续工序而混合。落基山协会建议设计师转向通过从下游到上游启动节约和收益将这些复合负进变为复利收益。在城市复兴项目的情况下，设计师会看看最终使用的能源，水和资源为邻，加快前期开发一个生态足迹的目标。2.3.4 寻求简单的精确的解决方式利用无源的设计和简单系统来达到预期结果和设计意图。这通常会节约成本，时间和资源并减少浪费。例如，在城市复兴项目中应用这种方法，可以落叶乔木在炎热的夏季带来遮荫建和而在寒冷的冬天人们让阳光透过树枝。2.3.5 将设计注入价值 这是一种城市设计师，规划师和建筑师普遍实行的方法，即融入设计理解、尊重并且融合一定的文化，地理，价值观和历史等于设计中。最好的解决方案通常是注意当地的特性。对于市区重建项目，设计团队可以采访的居民和当地企业，以获得有关的历史，文化和地方价值。从这一领域的研究，设计团队能够体现在设计符合当地的价值观，以保护当地的建筑遗产，创造建筑环境与社区之间有意义的融合方式。2.3.6 将资源浪费减小到零减少资源利用，增大资源效率。设计者可以通过最大限度地减少对资源的需求，同时最大化资源使用的效率达到这个目标。该原则意味着在其整个生命周期增加设计的效率，包括使用阶段。另外，可再生的资源的消耗速度应在低于其再生速率。在市区重建中，设计团队可以倡导社区居民步行，整合公共交通，减少人们汽车的依赖，进而减少对化石燃料的需求。2.3.7 重新思考浪费这一原则要求对废物标准重新评估。一个项目的废料可成为养料或该系统的投入另一部分，以使整个系统能够朝零浪费迈进。设计师应该推行三R原则的：减少、再利用和回收；同时也应当为向上循环而设计，即转换浪费，将旧材料转化为新材料，将产品质量提高并赋予产品更利于环境的价值。在走向前期开发生态的道路上，城市设计团队可以实现一个雨水回收系统，使雨水径流不再被视为一种浪费。2.3.8 用可再生资源设计师应该考虑投入他们的设计的资源来自可再生资源。可在生资源的利用的速率不能超过其再生的速率，并要确保未来资源不会枯竭。在城市复兴项目中，太阳能，风能，地热能源均纳入城市系统的情况下，可以用整合这些能源作为一种有效的为设计团队产生能量的方式，因此无需使用不可再生的化石燃料。2.3.9 使用安全的材料尽可能地减少对人类，环境与经济安全危害的投入。这一原则在城市复兴方案的项目中可能意味着在建筑改造和基础设施的改善中，所指定和使用的材料和工艺都是非危险的。2.3.10 在单一成本中寻求多样化的利益这就要求设计不单单能够实现其功能，还要带来其它利益。融合设计的要点制定出的协同解决方案，可以降低成本，并减少与项目相关的负面影响。设计团队在振兴城市社区的过程中，在实现可持续发展目标时可以考虑使用低冲击开发（LID）技术来管理暴雨，这样，雨水问题将不再猖獗。如生态洼地和雨水LID技术可以实现多重效益。例如，他们收集雨水，不仅解决了径流问题，并灌溉绿地使城市结构更加美观。2.3.11 保护和修复自然、社会、经济系统不仅仅是不伤害自然、社会、经济系统、而且要修复这些系统所存在的问题。在城市振兴项目的早期建设时可以使用这个原则：通过设计一个前期开发生态足迹的城市结构，设计团队可以是保护自然，社会和经济系统。2.3.12 在反馈中建立设计反馈是系统思维的核心概念。应该在设计时考虑设计所反馈的一系列问题，例如产品适应性，灵活性以及设计的多样性。设计反馈能够创造未来的设计意向，促进集体学习，并影响决策者