劉煜 李靜 劉京華

收稿日期：2013-04-01

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50778153）；西北工業(yè)大學(xué)高教研究基金項(xiàng)目（2009GJY03）

作者簡介：劉煜（1968-），女，西北工業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木建筑學(xué)院教授，博士，主要從事綠色、生態(tài)及可持續(xù)建筑研究，（E-mail）liuyu@nwpu.edu.cn。

摘要：在當(dāng)今能源與環(huán)境問題日益加劇的背景下，如何在建筑學(xué)專業(yè)教育教學(xué)中，有效啟發(fā)學(xué)生提出與之相關(guān)的設(shè)計(jì)策略和措施，成為引發(fā)更多關(guān)注的研究課題。文章通過傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)與綠色建筑設(shè)計(jì)特征的比較分析，結(jié)合綠色建筑設(shè)計(jì)課教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從“觀念”和“方法”教育的角度，對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)課中與“能源”和“環(huán)境”密切相關(guān)的具體問題進(jìn)行了探討，旨在對(duì)相關(guān)建筑教育理論及實(shí)踐的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑學(xué)；綠色建筑；能源；環(huán)境；教育

中圖分類號(hào)：G6420文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2013）05013704隨著全球“能源”與“環(huán)境”問題的日益加劇，“能源”與“環(huán)境”已經(jīng)成為（包括建筑學(xué)專業(yè)在內(nèi)）眾多專業(yè)領(lǐng)域備受關(guān)注的重要議題。研究顯示，建筑的生產(chǎn)和運(yùn)行能耗占各國總能耗的30%～45%，其排放的污染物占各類污染物總量的10%～20%，因此，建筑對(duì)全球的能源與環(huán)境問題負(fù)有不可推卸的重要責(zé)任。自20世紀(jì)90年代以來快速興起的“綠色建筑”，是建筑領(lǐng)域在此背景下發(fā)展起來的新方向。

迄今為止，世界各國對(duì)“綠色建筑”的理論和實(shí)踐探討已經(jīng)取得了大量成果，然而，在高等建筑教育領(lǐng)域，如何將“能源”與“環(huán)境”問題與 “建筑設(shè)計(jì)”有機(jī)結(jié)合，仍然是值得深入探討的課題。

一、傳統(tǒng)建筑與綠色建筑設(shè)計(jì)的比較

（一）設(shè)計(jì)內(nèi)容的比較

傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容涉及建筑的尺度、色彩、質(zhì)感、流線等方面，同時(shí)也兼顧與建筑使用者相關(guān)的經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)、心理等因素。其所關(guān)注的重點(diǎn)，主要在于建筑的“功能”和“形式”。例如：中國在20世紀(jì)50～60年代曾提出“適用、經(jīng)濟(jì)、美觀”的設(shè)計(jì)原則，其中前兩項(xiàng)原則與“功能”直接相關(guān)，后一項(xiàng)原則與“形式”直接相關(guān)。西方社會(huì)在現(xiàn)代建筑發(fā)展早期，也出現(xiàn)過“形式追隨功能”等主要圍繞“功能”與“形式”特征，影響深遠(yuǎn)的設(shè)計(jì)理念。

與傳統(tǒng)建筑相比，當(dāng)代綠色建筑設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)對(duì)“能源”和“環(huán)境”因素的關(guān)注，并且提出“設(shè)計(jì)結(jié)合自然”等更加關(guān)注自然環(huán)境的新的設(shè)計(jì)理念及表達(dá)[1]。根據(jù)中國2006年出臺(tái)的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[2] ，所有綠色建筑必須考慮節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)保等方面內(nèi)容。比較而言，在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中，是否考慮上述內(nèi)容，以及考慮的程度，主要取決于建筑師的個(gè)人認(rèn)識(shí)、意識(shí)和偏好。

（二） 設(shè)計(jì)過程的比較

傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)過程一般由建筑師主導(dǎo)。其主要流程包括方案策劃階段、方案設(shè)計(jì)階段、施工圖初步設(shè)計(jì)階段、擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。設(shè)計(jì)過程基本上可以描述為單一方向的工作流程。在這個(gè)流程中，雖然項(xiàng)目立項(xiàng)之初就會(huì)組建由建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、概預(yù)算等多專業(yè)人員構(gòu)成的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，但只有建筑師的工作自始至終貫穿項(xiàng)目設(shè)計(jì)全過程，其他領(lǐng)域?qū)I(yè)人員大多直到施工圖階段才會(huì)真正加入設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，展開具體設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，在線性工作流程下，各專業(yè)領(lǐng)域人員加入設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開展工作的程序、方式和深度都基本固定并可預(yù)期。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

劉煜，等綠色建筑設(shè)計(jì)課中的能源與環(huán)境教育探討

綠色建筑設(shè)計(jì)過程與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)的相同之處，主要在于通常都是由建筑師主導(dǎo)設(shè)計(jì)過程。其不同之處主要為以下3個(gè)方面：首先，在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中，除了建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電、概預(yù)算等專業(yè)人員之外，一般還需要能源工程師、環(huán)境工程師、生態(tài)咨詢師等更多特殊專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜壹尤朐O(shè)計(jì)咨詢團(tuán)隊(duì)；第二，綠色建筑設(shè)計(jì)過程并非單一方向的線性流程，而是螺旋式推進(jìn)的非線性流程。它是基于多專業(yè)參與的多因素復(fù)雜決策過程，相比傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)需要更多的檢查、評(píng)價(jià)和決策支持；第三，從綠色建筑設(shè)計(jì)的最初階段開始，就需要多專業(yè)領(lǐng)域人員的密切配合。隨著方案的進(jìn)展，在不同設(shè)計(jì)階段可能需要咨詢不同領(lǐng)域的專家，而所需咨詢的專業(yè)領(lǐng)域，以及不同專業(yè)加入設(shè)計(jì)討論的時(shí)機(jī)，可能隨著方案性質(zhì)的不同和具體進(jìn)展情況隨時(shí)發(fā)生變化，并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和模式可以參考，有時(shí)很難預(yù)期。

二、基于綠色建筑設(shè)計(jì)特征的課程教育

既然綠色建筑設(shè)計(jì)具有顯著不同于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)容和過程，在針對(duì)綠色建筑的教育和教學(xué)中，必然需要探討新的、更加適應(yīng)這些特征的理念和方法。鑒于綠色建筑關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容在于“能源”和“環(huán)境”問題，下文從觀念和方法的角度，分別探討如何在綠色建筑設(shè)計(jì)課程中開展能源與環(huán)境教育。

（一）綠色建筑設(shè)計(jì)課中的能源教育

1.關(guān)于“能源”的觀念教育

要做出好的設(shè)計(jì)，首先必須具備好的設(shè)計(jì)觀念。關(guān)于綠色建筑，目前在社會(huì)上存在不少錯(cuò)誤的觀念。例如：節(jié)能建筑就是采用了太陽能、地源熱泵等新能源技術(shù)的建筑，綠色技術(shù)多的建筑就是好的綠色建筑等。對(duì)于建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，“能源”領(lǐng)域的相關(guān)概念，在其主干專業(yè)課程（建筑設(shè)計(jì)）中很少接觸。學(xué)生平時(shí)從網(wǎng)絡(luò)、報(bào)紙、期刊等不同渠道接觸到大量與節(jié)能相關(guān)的概念和信息，對(duì)這些信息如果不加分辨地接受，也有可能形成片面甚至錯(cuò)誤的觀念。

根據(jù)筆者多年主講綠色建筑設(shè)計(jì)課程所積累的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在建筑學(xué)專業(yè)的建筑設(shè)計(jì)課中開展與“能源”相關(guān)的教育時(shí)，有必要引導(dǎo)學(xué)生從以下3個(gè)方面理清基本觀念。

（1）建筑能耗的基本構(gòu)成。建筑能耗的基本構(gòu)成包括“運(yùn)行能耗”（Operation Energy）和“隱含能耗”（Embodied Energy）2個(gè)部分[3]。“隱含能耗”也稱“含能”，在綠色建筑設(shè)計(jì)課教學(xué)中需特別探討的是 “隱含能耗”的概念。將學(xué)生的視野，從建筑建成后的“運(yùn)行能耗”，擴(kuò)展到其建成之前各種建筑材料和部品在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和安裝使用過程中的能耗以及已經(jīng)造成的環(huán)境污染，使其從節(jié)能環(huán)保角度，具備選擇建筑材料的“獨(dú)到”眼光。

（2）建筑節(jié)能的基本途徑。建筑節(jié)能有“設(shè)計(jì)節(jié)能”和“技術(shù)節(jié)能”兩大基本途徑。在綠色建筑設(shè)計(jì)教學(xué)中，首先，需要強(qiáng)調(diào)“設(shè)計(jì)節(jié)能”的重要價(jià)值和巨大潛力，并將其視為建筑節(jié)能的首選途徑。引導(dǎo)學(xué)生通過各種不同的設(shè)計(jì)途徑和方法，探索實(shí)現(xiàn)建筑自然通風(fēng)、自然采光和自然調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度等目標(biāo)，進(jìn)而達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的。其次，需要使學(xué)生明確，節(jié)能技術(shù)并非越多越好，也不是越新越好，只有適用的才是最好的。此外，鼓勵(lì)學(xué)生在探索設(shè)計(jì)節(jié)能途徑的同時(shí)，從集成設(shè)計(jì)的角度對(duì)太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等可再生能源技術(shù)在建筑中的應(yīng)用進(jìn)行探索。

（3）建筑節(jié)能的全生命周期經(jīng)濟(jì)分析。經(jīng)濟(jì)性無論何時(shí)都是決定建筑設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)用的重要因素，這對(duì)于傳統(tǒng)建筑和當(dāng)代綠色建筑同樣適用。

在綠色建筑設(shè)計(jì)課中，有必要使學(xué)生明確，雖然節(jié)能設(shè)計(jì)及節(jié)能技術(shù)都有可能增加建筑的初次投資費(fèi)用（造價(jià)），但同時(shí)也會(huì)減少建筑的運(yùn)行和維持費(fèi)用，因此，從全生命周期的角度分析，其總體費(fèi)用往往更低。也只有從全生命周期的角度分析，才能更加全面地理解綠色建筑的經(jīng)濟(jì)性和合理性。

2.關(guān)于“能源”的方法教育

“節(jié)能”是綠色建筑關(guān)注的重要議題。在傳統(tǒng)建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)課程體系中，除了建筑物理課程的熱工章節(jié)內(nèi)容以外，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中所接觸到的建筑節(jié)能理論和設(shè)計(jì)計(jì)算都非常有限。根據(jù)筆者的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方法的教育，至少可從以下3方面進(jìn)行引導(dǎo)、加強(qiáng)和拓展。

（1）基于基本原理的邏輯分析方法?！斑壿嫹治觥笔侨魏慰茖W(xué)研究中都不可或缺的重要分析方法之一。在以“形象思維”培養(yǎng)占主導(dǎo)地位的傳統(tǒng)建筑學(xué)教學(xué)中，其重要性往往并未得到充分的重視。教學(xué)實(shí)踐證明，綠色建筑課程教育中，在具備建筑熱工基本原理的基礎(chǔ)上，通過“理性”和“邏輯”分析的方式，引導(dǎo)學(xué)生自主探討設(shè)計(jì)節(jié)能的各種可能性，相比課堂講授而言，可以更加充分地激發(fā)學(xué)生在設(shè)計(jì)節(jié)能領(lǐng)域深入探索的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，其設(shè)計(jì)成果往往也具有更多的新意。

（2）建筑能耗的模擬方法。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)不同，當(dāng)代綠色建筑設(shè)計(jì)中，可以借助軟件分析和能耗模擬，對(duì)設(shè)計(jì)方案的能耗表現(xiàn)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。因此，在綠色建筑設(shè)計(jì)課教學(xué)中，有必要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)能耗模擬軟件的積極作用和意義，并鼓勵(lì)其探索和初步掌握簡單建筑能耗模擬軟件的基本使用方法。

（3）建筑能耗的實(shí)驗(yàn)方法。傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)過程中，建筑師往往借助工作模型，推敲和完善建筑的造型及功能；在當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)中，建筑師應(yīng)用“造型軟件”進(jìn)行造型和空間分析；在當(dāng)代綠色建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師通過“模擬軟件”，對(duì)建筑能耗進(jìn)行模擬和分析。然而，現(xiàn)有能耗模擬軟件大多是針對(duì)工程專業(yè)開發(fā)的，對(duì)于大多數(shù)建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言，要掌握模擬軟件的原理和背景，并熟練應(yīng)用其進(jìn)行能耗模擬分析的難度比較大。

筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生，完全可以基于對(duì)熱工原理的基本理解，通過工作模型的制作，結(jié)合簡單的實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)效果的初步比較和分析。例如：利用電吹風(fēng)、蠟燭、鋸末、碎紙屑等工具完成的簡單吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)，就可以在模型中初步驗(yàn)證和比較不同設(shè)計(jì)方案風(fēng)壓通風(fēng)和熱壓通風(fēng)的實(shí)際效果；使用手電筒、紙板、布簾等工具完成的簡單照明實(shí)驗(yàn)，也可以初步驗(yàn)證和比較不同設(shè)計(jì)方案的自然采光效果等。實(shí)驗(yàn)與軟件模擬的結(jié)果，可以互相驗(yàn)證其有效性，并共同為設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)和提高提供有益的參考。

（二）綠色建筑設(shè)計(jì)課中的環(huán)境教育

1.關(guān)于“環(huán)境”的觀念教育

從建筑設(shè)計(jì)的角度看，綠色建筑設(shè)計(jì)與環(huán)境相關(guān)的內(nèi)容，主要為建筑設(shè)計(jì)與“環(huán)境負(fù)擔(dān)”的關(guān)系，以及建筑設(shè)計(jì)與“環(huán)境質(zhì)量“的關(guān)系。在綠色建筑設(shè)計(jì)課的環(huán)境教育中，需要引導(dǎo)學(xué)生在這2方面建立正確的觀念。

（1）建筑設(shè)計(jì)與環(huán)境負(fù)擔(dān)的關(guān)系。傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)一般不涉及“環(huán)境負(fù)擔(dān)”的概念，但在綠色建筑設(shè)計(jì)中，建筑對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，是一個(gè)必不可少的重要的議題。在綠色建筑教育中，必須使學(xué)生建立并明確“建筑有可能對(duì)自然環(huán)境造成負(fù)擔(dān)或危害”的觀念，并引導(dǎo)其分析建筑在建造、運(yùn)行和拆除的全過程中，對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)或危害的各種潛在途徑，以及避免和減少環(huán)境負(fù)擔(dān)或危害的各種設(shè)計(jì)策略和技術(shù)方法。

（2）建筑設(shè)計(jì)與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系。傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)與當(dāng)代綠色建筑設(shè)計(jì)都涉及“環(huán)境質(zhì)量“的概念。前者主要從定性角度，分析建筑設(shè)計(jì)與室內(nèi)外空間的功能利用、流線組織、視覺表現(xiàn)等環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系；而后者則從定量角度，強(qiáng)調(diào)建筑設(shè)計(jì)與室內(nèi)外“空氣質(zhì)量”“熱舒適度”等物質(zhì)環(huán)境質(zhì)量的相互關(guān)系，包括建筑設(shè)計(jì)與全球“溫室氣體排放”等大范圍環(huán)境質(zhì)量的相互關(guān)系。

可以說，建立從宏觀（全球環(huán)境）到微觀（建筑內(nèi)環(huán)境）綜合全面的環(huán)境觀念，并從定性和定量的角度，正確理解建筑設(shè)計(jì)與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，是當(dāng)代綠色建筑設(shè)計(jì)課程中環(huán)境教育必不可少的重要內(nèi)容。

2.關(guān)于“環(huán)境”的方法教育

在綠色建筑設(shè)計(jì)中，“環(huán)境”質(zhì)量是與“節(jié)能”同等重要的問題。在綠色建筑設(shè)計(jì)課教學(xué)中，提高環(huán)境質(zhì)量的方法教育，主要涉及以下3個(gè)方面。

（1）環(huán)境分析方法。與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)相比，綠色建筑更加強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)初期的多學(xué)科環(huán)境分析，包括從場地環(huán)境的氣候、地形、地貌、動(dòng)植物群落、土地資源、水資源等角度，分析其與建筑設(shè)計(jì)的相互關(guān)系，包括潛在的相互影響和利用的可能性等。對(duì)不同環(huán)境的分析，既可以采用基于邏輯推理的一般方法，也可以采用相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的特殊方法。在建筑設(shè)計(jì)課的環(huán)境教育中，應(yīng)通過多種方式和渠道，鼓勵(lì)、引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)并探索多種不同的環(huán)境分析方法。

（2）環(huán)境模擬方法。在綠色建筑設(shè)計(jì)中，常常需要利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案的熱環(huán)境、光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境等進(jìn)行模擬。和能耗模擬一樣，環(huán)境模擬已成為常見的設(shè)計(jì)輔助方法，因此，在綠色建筑教學(xué)中，同樣有必要引導(dǎo)學(xué)生掌握常見環(huán)境模擬軟件的操作和使用方法，以及模擬結(jié)果的比較和分析方法。

（3）環(huán)境評(píng)價(jià)方法。隨著綠色建筑的發(fā)展，從20世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)外已經(jīng)建立一批綠色建筑的環(huán)境評(píng)價(jià)體系或工具。其中包括BREEAM（英國）[4]、LEED（美國）[5]、CASBEE（日本）[6]、綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（中國）[2]，以及被稱為第二代綠色建筑評(píng)價(jià)體系的DGNB（德國）[7]。這些體系或工具中的評(píng)價(jià)指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重，對(duì)了解“綠色建筑”概念、內(nèi)涵以及環(huán)境與能源問題重要性等國際建筑界的共識(shí)問題具有重要參考價(jià)值。因此，在綠色建筑設(shè)計(jì)課的環(huán)境教育中，有必要向?qū)W生介紹現(xiàn)有國內(nèi)外主要環(huán)境性能評(píng)價(jià)體系，引導(dǎo)其在設(shè)計(jì)中正確理解并科學(xué)參考和應(yīng)用這些評(píng)價(jià)體系或工具。

三、結(jié)語

“能源”與“環(huán)境”是綠色建筑設(shè)計(jì)中需要面對(duì)的兩大主題。文章結(jié)合筆者多年相關(guān)建筑設(shè)計(jì)課程教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從觀念和方法的角度，對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)課中“能源”和“環(huán)境”主題下需要特別關(guān)注的具體問題進(jìn)行了初步的總結(jié)和探討。

值得注意的是，在實(shí)際教學(xué)過程中，由于多學(xué)科教學(xué)的授課水平、多學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)組建能力，以及多學(xué)科教學(xué)團(tuán)隊(duì)管理機(jī)制等方面因素的制約，綠色建筑教育所倡導(dǎo)的多學(xué)科集成化設(shè)計(jì)模式，在具體操作中面臨諸多困難。如何突破限制，使綠色建筑在“能源”與“環(huán)境”等多學(xué)科領(lǐng)域的教育主題中得到更加充分的體現(xiàn)，還需要在今后的綠色建筑教學(xué)實(shí)踐和理論研究中作進(jìn)一步的探索。

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Energy and environment education in the green building design course

LIU Yu， LI Jing， LIU Jinghua

（School of Mechanics， Civil Engineering and Architecture， Northwestern

Polytechnical University， Xian 710072， P. R. China）

Abstract： With the background that nowadays energy and environmental problems are becoming more and more serious worldwide than ever before， how to effectively inspire students to develop relevant design strategies and methods is a research task worthy of more attention. Based on comparative analysis of the specific features of the content and process of traditional architecture and contemporary green building design， we discussed some concrete issues in views of both concept and methodology， which are involved in the green building design courses and related to the energy and environmental topics in order to provide useful references for the development and improvement of the theory and practice of relevant architecture design education.

Keywords： architecture； green building； energy； environment； education

（編輯周沫）