引入物理环境仿真模拟技术的_绿色_省略_民大学东校区概念规划设计方案为例_姜帆.pdf

112 HUAZHONG ARCHITECTURE 中图分类号中图分类号 TU984 14 文献标识码 文献标识码 B 文章编号 文章编号 1003 739X 2015 03 0112 05 摘 要 摘 要 在日益强调绿色校园建设的今天 从规划伊始就引入生态设计定量分析手段来辅助绿色校园的科学建 设 实现对绿色校园规划及建筑单体设计的有效控制 有利于保证校园建设能够从宏观到微观各个环节更好 地实现绿色生态设计的效果 对校园规划设计理论发展起到积极推动作用 对完善绿色校园设计实践方法具 有重要的意义 该文以北京中国人民大学东校区概念规划设计方案为例 介绍校园概念性规划阶段引入物理 环境仿真模拟技术的方法流程和设计成果 并对其园区规划设计与室外风环境 热环境仿真模拟 建筑单体 围护结构热工设计的相互关系进行探讨和总结 关键词 关键词 校园规划 绿色校园 物理环境 仿真模拟技术 Abstract Abstract As the growing emphasis on the construction of the green campus we introduced the quantitative analysis for ecological design to help the reasonable construction at the beginning of planning so as to realize the effective control of the planning and architecture design for green campus which is not only useful to ensure the better effect of ecological design from the macro to micro links during the campus construction but also to play a positive role in promoting the development of campus planning theory and to have important signifi cance for perfecting the green campus design methods In this paper we made the planning concept design project for east campus in the Beijing People s University of China as an example explained the process and design results about introduction of the campus physical environment simulation technology in the conceptual planning stage Finally we summarized and discussed the relationship between the planning and outdoor wind environment thermal environment simulation single building envelope thermal design Key words Key words Campus planning Green campus Physical environment Simulation technology 姜 帆 Jiang Fan 引入物理环境仿真模拟技术的 绿 色校园 设计实践 中国人民大学东校区概念规划设计方案为例 Green Campus Design Practice of Simulation Technology Under Physical Environment A Case of the Planning Concept Design Project of East Campus in the Beijing People s University of China 在人口激增 资源过度消耗 环境污染和生态破坏等问题不断恶化的今天 人类基于对过 去生活 生产方式的反思和对未来生存与发展的关切 提出生态与社会可持续发展的理念 随 着国际社会的广泛认同和重视 可持续发展的理念也成为我国社会新时期的重要发展战略 教 育是社会的重要产业 校园是城市的重要组成部分 用全面系统的生态适应性设计策略和方法 来指导环保 节能 舒适的绿色校园建设 有利于体现其应对新型生态社会发展的实验性 创 作者信息 姜 帆 华南理工大学建筑设计研究院 博士研究生 12427638 收稿日期 2014 07 15 城乡规划 园林景观 Urban Planning Gardens Landscape DOI 10 13942 ki hzjz 2015 03 023 113 HUAZHONG ARCHITECTURE 新性特征以及广泛的传播 教育意义 绿色 校园建设是落实可持续发展战略的有利突破 口与切入点 因此在校园规划方案阶段就引 入先进的生态适应性设计策略和技术手段 引导和完善整体校园规划设计方案 对于生 态绿色校园建设和实现来说具有非常重要的 指导意义 当前对于已经建成的校园可以通过实测 的手段来评价是否符合健康舒适 节能减排的 要求 从而对规划和设计上的不足进行一定的 二次调整和改进 但毕竟是后续的补救 改善 的空间和效果有限 如果能够在校园规划方案 设计阶段通过科学模拟预测建筑落成后各种建 筑物理环境状况 量化物理指标 优化设计因 子 设计者就能够及时完善规划方案设计的不 足 并以此为指导不断优化和完善设计方案 同时 在规划设计环节的物理环境模拟结果还 可以为后续的建筑单体设计工作形成一些指 导性的控制导则 充分发挥生态适应性设计 策略在设计各层面的效用 中国人民大学新 校区规划设计 图1 2 通过对校园三维模 型物理环境的计算机仿真模拟 规划和建筑 设计方案根据模拟结果进行反复 深入地调 整和优化 并据此在规划阶段对单体设计提 出要求及相关控制条件 使整个校园在各个 设计阶段都能遵循绿色生态策略的原则进行 规划设计 1 项目概况 中国人民大学东校区选址位于北京市通 州区通州新城东部潞城镇 北京六环以外 至北京首都机场约30分钟车程 项目用地范 围北至玉带河大街 西至宋梁路 东至春宜 路 南至运河东大街 图3 基地现状地 势平坦 自然环境良好 现有一定数量的果 林和少量村落 项目规划力求多层面引入生 态适应性策略 场地的园林绿带与城市公共 绿带连为一体 形成整体开放的生态格局 通过气候分析 生态规划 绿色交通 低碳 节能策略的运用以及一系列适宜生态技术的 采纳 将新校区打造成具有示范性的可持续 绿色校园 2 设计策略 绿色校园 是指在全寿命周期内 最大限度地节能 节地 节水 节材 保护环 境 减少污染与碳排放 为人们提供健康 适 用 高效使用空间 与自然和谐共生的校园 在中国人民大学新校区规划设计中 基于对场 地环境气候和建筑功能的基本解读 形成总体 的规划布局分区策略 通过校园规划物理环境 仿真技术 主要是指风环境模拟 日照模拟及 典型立面的采光遮阳模拟三个方面 的应用 对规划设计方案的生态适应性进行反复验证和 改进 最后形成合理的规划布局和建筑单体设 计控制导则 图1 中国人民大学新校区概念性规划总体鸟瞰图 图2 中国人民大学新校区概念性规划总平面图 图3 选址区位及周边道路系统规划图 114 HUAZHONG ARCHITECTURE 2 1 通过功能与场地气候解读 划定基本功能区 通过对校园功能需求的解读 以及周边环境的分 析 充分考虑使用便捷 城市关系 资源共享等因素 在功能上进行合理布置 图4 公共教学实验区位 于校园中心板块 包含了公共教学 实验组团和标志 性建筑图书馆 学院区根据各自不同的学制特点相互 组合 并分为东西两片 考虑到北京地区夏季主导风 向为东南风 冬季主导风向为西北风 规划布局以冬 季防风为主 同时兼顾夏季和过渡季自然通风 规划 设计中将宿舍类建筑布置在地块北侧 以阻挡冬季冷 风 同时地块东南侧布置体育区 体育运动场地多 建筑较少 以确保夏季通风流畅 其余部分体育场地 结合学生生活区布置 公共活动区位于南北轴线末端 和北面生活区中间 以湖面为中心设置了学生事务 中心 文体中心和荣誉堂三组建筑 专家公寓及教 工区位于东面 位置相对独立 享有宜人的居住环 境 便于与城市联系 资源共享与对外交流区包括 了对外交流中心 国际园 校部机关办公楼 布置 于基地南面 在使用上保持相对独立且靠近城市道 路 方便对外事务与活动的开展 校部机关办公楼 位于入口西侧 2 2 保护原有植被 建立立体生态绿化网络系统 在校园开放景观空间设计中 运用景观生态学原 理 建立立体生态绿化网络系统 图5 一方面保 护基地内原有植被 另一方面 利用立体种植实现区 域划分 根据不同分区的空间异质性 由生态廊道延伸出 绿轴 形成联系和划分各组团的中心绿化 再由组团 绿化渗透到各节点内部 选用与当地气候 土壤相适 应的物种 利用不同物种在空间 时间和营养生态位 上的差异来配置植物 最终形成乔灌草结合 层次丰 富 配置合理的复合植物生态群落 利用绿地凋落和 绿肥等土壤适应物 进行再循环和再利用 形成群落 自肥的良性循环机制 从而减少施肥 除草和修剪等 工作 降低绿地建设费用 此外 立体生态绿化网络 图4 总平面规划功能分区示意图 图5 立体生态绿网系统示意图 图6 整体规划冬 夏季室外风环境模拟分析图 115 HUAZHONG ARCHITECTURE 同时 在组团规划设计时采用计算 机软件进行日照模拟严格计算日照间距 图7 校园规划方案中两栋建筑间的 间距可以保证后排建筑底层在大寒日获 得不低于2小时的满窗日照 考虑到现代 教育不再仅仅局限于课室 室外活动日 益增多 设计中对校园外部空间进行重 点关注 确保室外开敞空间在冬季可以 获得充足的阳光照射 以适应现代校园 活动日益多元化的发展趋势 2 4 提高围护结构热工性能 降低建 筑能耗 通过合理设计防晒墙 绿色中庭 缓冲边庭 通风楼梯间 通风井等形 式 可以改善室内的热环境和空气质 量 注重建筑体形朝向选择 楼间距以 及窗墙面积比 采用遮阳措施 充分利 用自然通风和天然采光 可以有效降低 建筑能耗 通过计算机动态模拟方法确定建筑 照明能耗 空调能耗和采暖能耗之间的 平衡点 图8 确定外遮阳详细构造 根据教学 办公 实验 住宿等不同的 使用功能 为建筑单体选用不同的围护 结构 对宿舍等热工性能要求高的建 筑 采用外墙外保温 屋面保温和楼梯 间隔墙保温 以及高效节能窗 双层通 风玻璃幕墙 低辐射玻璃等节能措施 对于集中在白天使用的建筑 则采用了 遮阳板 节能窗 种植绿化屋面和阳光 间等节能措施 根据以上原则对校园中 建筑制定建筑单体设计指导手册 从保 温隔热 遮阳 通风 照明四个角度对 后期建筑设计进行限定 从制度上确保 校园规划生态适应性策略的延续性 结语 在绿色校园的规划思路中 建筑物理 环境计算仿真将会占据越来越重要的位 置 一方面可以帮助建筑师及时发现方 案中的不足 并不断调整 逐渐修正和完 善 另一方面 它还可以帮助建筑师在规 划环节对建筑单体设计提出相应的控制要 求 同时 引入物理环境计算机仿真模拟 有利于形成跨学科的创新理念 起到协同 创新的作用 对校园规划设计理论发展起 到积极推动作用 对完善绿色校园设计实 践方法具有重要的意义 系统的建立 为各建筑组团气候调节形成了园区内组团级的开放绿化空间 有助于缓解 热岛效应 改善空气质量 同时为夏季自然通风预冷和空气质量改善提供渠道 2 3 合理布局建筑组团 改善校园微气候 完成基本功能分区后 引入物理环境仿真技术对规划组团进行多种的布局方式 验证 在风环境模拟过程中 采用计算机流体力学CFD软件优化校园整体规划方案 图6 通过多组团之间相互关系 组团内建筑的组合方式的优选 使校园内公共 活动区域及建筑物周围1 5m高处风速小于5m s 保证室外行人的舒适性 冬季建筑物 前后压差不大于5pa 避免冬季较强的冷风渗透 减少建筑物冬季采暖能耗 夏季75 以上的建筑前后保持1 5pa左右的压差 避免局部出现涡旋和死角 保证建筑充分利用 夏季 过渡季的自然通风潜能 根据以上分析结果 将高层宿舍放于基地北侧形成连续界面 在冬季能够有效挡住 北风 南面教学及学员建筑结合利用绿色生态带底层局部形成架空 使内部院落能够有 效得到舒适通风 因此在规划过程中 会对以后的教学及科研建筑单体提出架空率的要 求 在校园北侧界面提出界面连续率的要求 在东南侧的球场和体育馆 密度和高度较 小 体育馆采用流线型设计 对减少夏季风阻碍具有积极的作用 图7 冬季日照分析 116 HUAZHONG ARCHITECTURE 资料来源 参考文献 1 何镜堂 当代大学校园规划理 论与设计实