■ 嚴一凱 YAN Yikai

1 高層建筑的生態(tài)轉(zhuǎn)型

首先，人們需要認清一個基本的事實：“高層住宅建筑”這一建筑類型，其本身便是一種與“環(huán)?！崩砟钕嚆５慕ㄖ愋?。其原因在于，相比于其他的眾多建筑類型，高層建筑在建設(shè)、運行以及拆除的“全建筑生命周期”內(nèi)消耗了數(shù)倍于其他建筑類型的能源、材料以及其他的自然資源。這是由“高層建筑”其自身的特點所決定的。

“高層建筑”與“生態(tài)環(huán)境”之間的矛盾點很大程度上源自于其“高度”。由于高層建筑自身的高度遠超其他的建筑類型，這注定了在其“結(jié)構(gòu)體系”的設(shè)計和建造中需要更多、更優(yōu)質(zhì)的材料來保證“高層建筑”的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以應(yīng)對隨著建筑高度的升高帶來的包括“抗震”以及“風荷載”在內(nèi)的諸多問題。同時，在建造過程中需要消耗大量的額外能源來進行材料和人員輸送。這一問題同樣也存在于建筑建成之后的運行過程之中，例如大量的電梯能耗等等。

從另一方面來看，也恰恰是由于“高層建筑”其自身的體量特點，使得其具備其他建筑類型所不具備的向綠色建筑轉(zhuǎn)型的潛力。首先，從節(jié)約土地資源的角度來講，高層建筑憑借其高容積率的特點，可以在相對較小的土地上滿足更多人的生活需求。同時，“高層建筑”可以在高容積率的基礎(chǔ)上實現(xiàn)相對較低的建筑密度，減少了人工環(huán)境對于自然環(huán)境的影響。配合大體量整合城市交通樞紐，大大稀釋了人們城市出行的能耗，等等。

就中國目前的國情而言，高層建筑是解決高速城鎮(zhèn)化所帶來的人口問題的主要途徑，也是今后一段時期必然長期存在的一種狀態(tài)，而且會呈現(xiàn)出一種逐步增長的態(tài)勢。因此，尋找一種方法來緩和“高層建筑”對于環(huán)境以及生態(tài)所產(chǎn)生的負面影響，同時打造適宜人類居住和生活環(huán)境，便成為了當代建筑師所面臨的一個重要課題。

2 生態(tài)建筑的設(shè)計內(nèi)涵

自從人類社會進入現(xiàn)代化的工業(yè)社會以來，人類與自然之間的沖突就開始變得日益嚴峻。大量的人類建設(shè)活動使得自然環(huán)境遭到嚴重破壞。近年來，人們已經(jīng)開始漸漸認識到“生態(tài)問題”的嚴重性，“綠色建筑”以及“城市生態(tài)修復”的提出便是建筑學對這一問題所做出的嘗試性解答。這對于在建筑設(shè)計中平衡建筑與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系至關(guān)重要，并在此基礎(chǔ)上又提出了“生態(tài)建筑設(shè)計”概念。

所謂“生態(tài)建筑設(shè)計”，可以被簡單地理解為一種城市設(shè)計以及建筑設(shè)計理念，是相對于傳統(tǒng)粗獷式設(shè)計理念的根本性的轉(zhuǎn)型。而這種轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)便是建筑與自然的結(jié)合。其主要體現(xiàn)在三個方面：①首先便是技術(shù)層面上的“技術(shù)轉(zhuǎn)型”，即建筑學需要向建筑環(huán)境控制方面投入更多的關(guān)注，推動環(huán)境控制學與高層建筑研究及設(shè)計實踐的整合，形成新的“高層建筑生產(chǎn)模式”；②其次便是政府層面上的“政策轉(zhuǎn)型”，通過與“生態(tài)保護”相關(guān)的立法，以政策導向引導建筑設(shè)計向“生態(tài)轉(zhuǎn)型”，進而形成“新的政策模式”；③最后便是社會層面上的“意識轉(zhuǎn)型”。無論技術(shù)層面還是政策因素，都只能起到引導性的作用，最終取得“環(huán)境改善”的是人們對于環(huán)保意識以及由意識所決定的生活方式的轉(zhuǎn)變，形成新的“社會生活模式”。

三個層面之間的相互配合與協(xié)作，最終目的是形成新的與自然生態(tài)系統(tǒng)和諧共存的發(fā)展模式。

那么生態(tài)建筑設(shè)計的內(nèi)涵又是什么？

廣義上建筑可以被理解為一種“人工環(huán)境”，其主要目的是為人們提供一種相對穩(wěn)定且封閉的“空間環(huán)境”，借此來保護人們免受外界惡劣環(huán)境的影響，并為人們的活動提供必要的條件和場所。但從另一個角度來看，建筑生產(chǎn)的過程又是一種物料的堆積過程，并在這個過程中伴隨著不可再生能源的消耗，并在后續(xù)的使用過程中對周邊環(huán)境產(chǎn)生持續(xù)的影響。所以，傳統(tǒng)意義上建筑與自然之間是存在天然矛盾的，具體表現(xiàn)為，建筑在保障了“人工環(huán)境”穩(wěn)定的同時，也造成“人工環(huán)境”與“自然環(huán)境”之間的沖突。但如果將“人工環(huán)境”與“自然環(huán)境”的各個因素之間建立一種深度的整合關(guān)系，在保證“人工環(huán)境”的基礎(chǔ)上實現(xiàn)與“自然環(huán)境”之間的平緩過度，那么由建筑所引發(fā)的“環(huán)境問題”便會迎刃而解。

所以，“生態(tài)建筑”便是以將“建筑”通過技術(shù)手段與“自然環(huán)境”進行整合為目標的設(shè)計模式。需要特別指出的是，這里所說的通過技術(shù)手段進行的整合，并不意味著對“建筑技術(shù)”盲目崇拜。生態(tài)設(shè)計并不是單純的“建筑技術(shù)”在建筑設(shè)計中的應(yīng)用。現(xiàn)今的“建筑節(jié)能技術(shù)”研究已經(jīng)在各個方面取得了一定程度上的突破，并出現(xiàn)了例如太陽能集熱器、光伏設(shè)備、生物回收系統(tǒng)等不同方面解決建筑所面臨的環(huán)境問題。但是簡單的技術(shù)堆砌并不能構(gòu)成有效的“建筑生態(tài)系統(tǒng)”，而是應(yīng)當將建筑所形成的人工環(huán)境，作為一個集成在自然環(huán)境中的系統(tǒng)進行“整合設(shè)計”，使得“人工環(huán)境”與“自然環(huán)境”之間產(chǎn)生良性互動。換言之，“生態(tài)設(shè)計”視野下的建筑設(shè)計，不僅僅是為人們提供物質(zhì)功能的純粹功能產(chǎn)品，而是應(yīng)當被看作與自然系統(tǒng)和諧互動并長期共存的“人工環(huán)境系統(tǒng)”。

這種設(shè)計模式的特點，首先在于建筑與周邊環(huán)境之間會形成有效的互通關(guān)系，這里的互通關(guān)系，除了包含傳統(tǒng)建筑中“景觀”層面上的互通以外，還包含生物層面以及能量層面上的全面互通。其次便是該設(shè)計模式所展現(xiàn)出的“系統(tǒng)性”特征。以住宅節(jié)能為例，住宅建筑的特點在于單位體量相對較小，且每個住宅單位都有其個性化需求，這也導致了傳統(tǒng)的住宅建筑的節(jié)能措施往往都是以戶為單位的散點式節(jié)能方案。而生態(tài)住宅則是從環(huán)境系統(tǒng)角度出發(fā)，多緯度地整合建筑系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系。

3 高層生態(tài)建筑設(shè)計的核心問題

3.1 改善物質(zhì)平衡

就目前而言，用于建筑生產(chǎn)的材料主要以無機物材料為主，而“自然環(huán)境系統(tǒng)”的構(gòu)成則由有機成分和無機成分相互補充、相互協(xié)調(diào)構(gòu)成。大量的建造活動正在使得人類所處的生態(tài)環(huán)境中的“無機物”比例急劇增加，讓生態(tài)環(huán)境越來越顯露出無機化傾向。這使得“自然環(huán)境”與“人工環(huán)境”之間漸漸失衡，并對“整體生態(tài)環(huán)境”的多樣性產(chǎn)生了嚴重的負面影響。所以，需要通過“生態(tài)建筑設(shè)計”，平衡“人工環(huán)境”與“自然環(huán)境”之間的關(guān)系。以恰當?shù)姆绞剑岣摺叭斯きh(huán)境”中的生物多樣性，以及建筑與自然之間的“互通性”。

“高層建筑”的特質(zhì)決定了其必然是一種“無機物”高度集中的建筑形式，所以，針對“高層建筑”設(shè)計進行有機物與無機物之間的平衡便顯得尤為重要。

3.2 加強系統(tǒng)間的生態(tài)聯(lián)通

改善“人工環(huán)境”與“自然環(huán)境”之間的“生態(tài)聯(lián)通”，需要從橫向和縱向兩個方面同時進行。

通過增設(shè)開敞空間，為“兩個環(huán)境系統(tǒng)之間”的互動提供了有效的生態(tài)渠道，大大增強了系統(tǒng)之間的活力。從建筑的角度來講，將更多的“自然因素”引入到建筑空間內(nèi)部，提高了人們對于環(huán)境的適應(yīng)能力；從自然的角度來講，也提升了自然物種在不同環(huán)境中的生存能力。兩者的相互結(jié)合保障了生物的多樣性，使城市格局更具生態(tài)活力。

除了改善建筑環(huán)境“水平層面”上的“關(guān)聯(lián)性”之外，生態(tài)聯(lián)系還應(yīng)當體現(xiàn)在高層建筑內(nèi)部的垂直空間中。通常的做法是，通過“垂直景觀”，在建筑垂直向上的各個空間之間形成有效的整合關(guān)系。

建筑與環(huán)境之間“生態(tài)聯(lián)通”的意義，是借助自然與建筑的相互滲透，使得建筑的“無機”屬性得以向“有機”轉(zhuǎn)化，并通過這種轉(zhuǎn)化，增強“人工環(huán)境”在整個“生態(tài)系統(tǒng)”中的生命力。

4 高層生態(tài)建筑的設(shè)計策略

4.1 基地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀研究

對于建筑場地的分析是一切建筑設(shè)計的前提，而“生態(tài)設(shè)計”的目的，就是為了使“人工環(huán)境”可以與場地的“自然環(huán)境”產(chǎn)生良性的互動與深度的融合。因此，對于“高層建筑”而言，場地中包含的“生態(tài)要素”直接決定了在建筑中解決生態(tài)問題的策略導向。

在場地的規(guī)劃階段，必須首先了解該地區(qū)的“自然環(huán)境”特性，然后再在“氣候適應(yīng)性”的基礎(chǔ)上對其進行相應(yīng)的改造工作。每一個場地都有其獨特的“自然環(huán)境”，可承受的外來壓力是有限的，一旦建筑對于“自然環(huán)境”所造成的影響超出了場地本身自然環(huán)境可以承受的極限，便會造成不可逆的破壞。

那么就需要對場地能夠承受“外界干擾”的能力進行相應(yīng)的分析，這其中主要包括三個方面。首先便是確定該場地的生態(tài)結(jié)構(gòu)，能量的主要交互方式，以及對物種的多樣性進行分析。繼而分析該場地的生態(tài)系統(tǒng)的特點，以及該生態(tài)系統(tǒng)的脆弱環(huán)節(jié)。最后，需要對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)可能造成的影響進行相應(yīng)的分析。

這項工作量非常巨大，通常需要對場地進行全年的觀察以及實驗才能夠得出相關(guān)數(shù)據(jù)，有時甚至需要數(shù)年。為了對這項工作進行簡化，建筑師可以借助 “篩圖技術(shù)”（sieve mapping technique）對場地進行分析（圖1）。這使得設(shè)計師能夠以一種相對簡單的方式，將環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為一系列圖層來分析研究其生態(tài)狀況。首先將場地信息以圖的形式分層繪制，并將同層進行重疊，通過設(shè)置定位點，便可以評估待建地塊與土地使用模式之間的相互作用，并通過評估結(jié)果來指導建筑設(shè)計以及規(guī)劃。

4.2 建筑運行中的節(jié)能系統(tǒng)

建筑運行過程中的能耗問題一直是“建筑技術(shù)”領(lǐng)域的研究重點，在建筑的全生命周期，減少對不可再生資源的依賴，是“生態(tài)建筑”設(shè)計研究的重要課題之一。其核心在于，如何能夠在創(chuàng)造出舒適空間環(huán)境的前提下減少建筑能耗。解決問題的關(guān)鍵是對于建筑在運行過程中能耗模式的研究。目前大致可以分為“被動節(jié)能模式”與“主動節(jié)能模式”兩種。

圖1 篩圖技術(shù)分析圖

4.2.1 被動節(jié)能模式

“被動節(jié)能模式”是通過結(jié)合地域性的氣候條件特點，在不使用任何設(shè)備的情況下對室內(nèi)環(huán)境進行改善，對建筑內(nèi)部能源運行以及分配進行優(yōu)化的模式。在建筑設(shè)計中，使用“被動節(jié)能模式”的策略包括，根據(jù)當?shù)氐臍夂蛱卣髡{(diào)整建筑方位與方向，優(yōu)化建筑的自然采光與通風，并配合與之相適應(yīng)的立面設(shè)計手法等等。近年來，隨著國內(nèi)“綠色建筑”領(lǐng)域研究的深入，已經(jīng)日漸走向成熟并在建筑中廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為了建筑節(jié)能領(lǐng)域中的首選策略。

“被動式節(jié)能建筑”要求，將“節(jié)能理念”與建筑設(shè)計，從初期概念到后期細節(jié)深化的全設(shè)計過程進行深度結(jié)合。例如，在建筑規(guī)劃、形式以及空間組合設(shè)計的初期階段，便要因地制宜地貫徹“被動節(jié)能”的理念。

被動式節(jié)能建筑的優(yōu)點在于：首先，由于其體現(xiàn)出針對特定地區(qū)的“氣候適應(yīng)性”，這不僅能夠使建筑可以利用當?shù)氐摹皻夂驐l件”營造舒適的室內(nèi)環(huán)境，同時還能通過建筑對所在的微環(huán)境起到一定的優(yōu)化作用；其次，由于其不依賴傳統(tǒng)能源，這意味著即使是在能源不足的情況之下，依然可以保持相對穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境。例如，在高層住宅建筑中，利用電梯核心筒，垂直交通空間和服務(wù)管道的位置作為內(nèi)部空間與外部環(huán)境之間的熱緩沖區(qū)，即使在沒有電力或外部能源時，室內(nèi)環(huán)境亦不會讓住戶無法忍受，并以此來實現(xiàn)建筑的整體節(jié)能。

在被動節(jié)能的基礎(chǔ)上加入“機電系統(tǒng)”參與，并消耗一定的常規(guī)能源的建筑運行模式便形成了“半被動節(jié)能模式”。有別于傳統(tǒng)建筑中所使用的完全依賴機電系統(tǒng)的“全能耗模式”，其目的在于在“被動節(jié)能模式”的基礎(chǔ)上優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境。例如消耗一定常規(guī)能源的拔風系統(tǒng)等等。

4.2.2 主動節(jié)能模式

“主動節(jié)能模式”的特點在于建筑自身可以實現(xiàn)完整的或部分的能源“自足”，這也是最接近“生態(tài)建筑”理念的一種“建筑運行模式”。自然界中的生態(tài)系統(tǒng)通常利用太陽能，通過綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)化為化學能，驅(qū)動生態(tài)循環(huán)?！爱a(chǎn)能模式”便可以被視作為通過技術(shù)手段來實現(xiàn)能源自給自足的建筑運行模式。例如，太陽能集熱器裝置系統(tǒng)，以及光伏系統(tǒng)等等。需要指出的是，“主動節(jié)能模式”雖然從理論上是相對較為完美的“建筑運行模式”，但受限于技術(shù)壁壘，其還是處于一個相對的初級階段。通常的情況下，要實現(xiàn)建筑的自給自足，需要配合復雜的大型設(shè)備，而設(shè)備的增加也同樣增加了建筑的無機含量，包括常規(guī)能源消耗和物質(zhì)資源的使用，這些都會對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。

以上僅僅是對建筑中運用的“運行模式”進行簡單粗略的介紹，建筑師在實際運用的時候，需要對以上的各種模式加以靈活的組合運用，以達到理想的節(jié)能效果。

4.3 綠色材料及綠色組件

建筑材料作為構(gòu)成建筑的物質(zhì)載體，同樣也是影響建筑“生態(tài)性能”的主要因素。在“生態(tài)建筑”設(shè)計中，要求建筑材料及相關(guān)構(gòu)件具備一定的“可回收性”，這也為今后建筑垃圾的處理提供了條件。

自然系統(tǒng)的運行過程是不存在浪費行為的，一個物種消耗一定的物料與能量，隨之排出剩余物料，緊接著這種剩余物料又會被其他物種加以利用，自然界便是以這樣的一種方式進行著內(nèi)部物質(zhì)以及能量的循環(huán)。如果將這一思想加以抽象，并進一步運用于建筑設(shè)計理念，那便是對建筑產(chǎn)生的廢棄物進行相應(yīng)的處理，建筑自身的廢棄物會被持續(xù)地重復利用，并在整個“人工系統(tǒng)”內(nèi)部形成循環(huán)?；蚴窃谧罱K排出建筑人工系統(tǒng)的時候被“自然環(huán)境”順利接納，在建筑內(nèi)部和建筑與環(huán)境之間形成一個有效的循環(huán)系統(tǒng)，從而有效降低建筑中對于材料和能源的浪費，以及提高不可再生能源的利用效率。

從環(huán)境控制的角度來看，需要考慮建筑的組件及其產(chǎn)生的廢棄物如何被重復使用和回收。這將決定材料的使用方式、材料種類、材料的生產(chǎn)方式以及建造過程中構(gòu)件之間的連接方式等等。例如，為了便于重復使用，高層住宅中組件之間的連接使用可重復拆裝的連接以便于拆卸，并配合構(gòu)件的模塊化，以便于在適當條件下重新使用。

5 建筑實例——新加坡THE EDITT TOWER（EDITT 大廈）

EDITT大樓是國際著名建筑設(shè)計師楊經(jīng)文的作品（圖2）。整體方案的設(shè)計初衷是為了滿足新加坡國際博覽會期間的辦公用途，其中還包含了零售區(qū)域、展覽空間和報告廳，以及更高級別的傳統(tǒng)開放辦公空間。同時，為了應(yīng)對博覽會結(jié)束后的建筑功能轉(zhuǎn)變，其設(shè)計允許將來轉(zhuǎn)變?yōu)檗k公室或公寓。

在建筑設(shè)計方面，該方案呈現(xiàn)出一個嶄新的概念，其通過對豎向空間的塑造，希望可以將原本屬于街道的市民生活在豎直方向上得到延伸。同時，該項目探索并演示了高層生態(tài)建筑設(shè)計的基本原則與策略。由內(nèi)部空間所展現(xiàn)出來的空間、交通，以及與自然之間的有機結(jié)合，完美闡釋了“生態(tài)建筑”的概念。

在設(shè)計中，設(shè)計師首先面對的問題便是如何突破高層建筑空間與街道空間之間的隔閡，使兩者之間的聯(lián)通變得順暢有序。傳統(tǒng)高層建筑模式是在一個封閉空間內(nèi)，通過樓板進行重復性的空間劃分。而在本項目中，楊經(jīng)文先生則更加注重“豎向空間”的打造，通過寬大的景觀坡道，將街道生活從水平方向引向豎直方向的延伸。一直延伸至6層的坡道上，有包括攤位、商店、咖啡館、表演空間和觀景臺在內(nèi)的一系列街道空間元素。這樣一來，坡道創(chuàng)造了一個從公共逐漸走向私密的連續(xù)的流動空間，從而縮短了從街道空間到高層建筑空間之間的感知距離。

圖2 EDITT大廈立面圖

圖3 EDITT大廈雨水收集系統(tǒng)圖

新加坡常年處于炎熱的氣候中，為了加快建筑的冷卻，建筑外立面利用大量的植物形成了螺旋狀的景觀立面。同時，屋頂雨水收集器以及與之相配合的立面雨水收集器，形成了雨水收集和循環(huán)系統(tǒng)，配合東立面的遮陽板以及光伏面板，共同形成了該項目極具藝術(shù)表現(xiàn)力的外觀（圖3）。

在項目設(shè)計的前期，通過對于該項目所處基地的考察與分析，確認該基地位置已經(jīng)遭到了嚴重的生態(tài)破壞，原有的地表土層以及動植物都已經(jīng)不復存在。所以，該項目的建設(shè)除了需要滿足人們對于建筑功能的需求之外，還需要承擔“城市生態(tài)修復”的任務(wù)。

通過高綠化率的空中露臺，以連續(xù)景觀坡道的形式，從地面一直延伸到屋頂。連續(xù)的植被幾乎占到了建筑面積一半的體量，這使得整個系統(tǒng)中的自然植被占比非常之高。植被的增加有助于通過植物的蒸騰作用輔助建筑降溫，園景坡道與不斷變化的形體規(guī)劃相結(jié)合，形成了獨特的建筑形式。

除此之外，由于該項目未來將會經(jīng)過改造以適應(yīng)其他用途，楊經(jīng)文先生便通過該項目展示了一個名為“l(fā)oose-fit”的概念。通過使用可以自由拆裝重新組合的隔墻，可以反復使用的模塊化構(gòu)件以及鏈接構(gòu)件，保證了建筑材料在未來可以實現(xiàn)重復利用。這將使建筑可以應(yīng)對變化和在生命周期內(nèi)具有強大的改造潛力。

該設(shè)計方案通過對于“生態(tài)設(shè)計”的系統(tǒng)把握，全面提升了“高層建筑”的生態(tài)性能。除了與雨水的回收利用相關(guān)的水循環(huán)系統(tǒng)之外，該項目還整合了包括污水回收、太陽能利用、建筑材料回收和再利用，以及自然通風等在內(nèi)諸多層面的設(shè)計。最大限度地平衡了建筑能耗與環(huán)境保護之間的關(guān)系。

可以說雖然整個方案的概念性較強，但是這標志著人們對生態(tài)設(shè)計的態(tài)度，并為未來項目的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

在高層建筑設(shè)計中融入“生態(tài)建筑”的理念，既可以節(jié)約能源，保護自然環(huán)境，實現(xiàn)城市的生態(tài)修復，又可以為城市中的人們創(chuàng)造良好的生活氛圍，并將自然融入到城市生活中來，形成城市自身的特色。因此，現(xiàn)時代的建筑設(shè)計師們需要建立起良好的生態(tài)環(huán)保意識，最大限度地將設(shè)計弊端排除，使綠色生態(tài)建筑發(fā)揮其價值，也使城市在這樣的高層建筑中更具活力。