跨越规模界限的生态设计原则——以中国长沙梅溪湖新城和加拿大皇家银行项目为例<br/>

跨越规模界限的生态设计原则——以中国长沙梅溪湖新城和加拿大皇家银行项目为例

2010-12-11王哲蒂凡妮尔斯约斯特WANGZheTiffanyBroylesYOST

生态城市与绿色建筑 2010年4期

王哲蒂凡妮·尔斯·约斯特/ WANG Zhe, Tiffany Broyles YOST

图1 梅溪湖新城鸟瞰

图2 梅溪湖新城用地模式示意

1 项目概况

梅溪湖新城和加拿大皇家银行两个项目使用不同的绿色建筑基准和分析工具。每个项目都按照其自身的计划与性能标准开发，其终极目标是成为高性能和精密运转的建筑或城市，强调城市社区的重要性并促使其进一步的发展。梅溪湖建立了其自有的能源、用水及废物系统方面的性能标准，并可能通过总体规划（如LEED社区邻里开发）认证，而加拿大皇家银行遵循LEED要求。

1.1 梅溪湖新城总体规划

梅溪湖新城（图 1）位于中国湖南省长沙河西先导区。根据规划，梅溪湖将成为18万居民的家园，并成为生活、工作、消遣、文化、娱乐和会议的可持续邻里社区。

针对梅溪湖的总体规划旨在探索树立人与自然和谐相处的模式。高度集中的城镇规划、齐全的配套设施与多样的建筑类型，与山脉、湖泊、公园以及运河结合在一起，形成了促进健康和繁荣的良好环境。作为长沙大都市范围内的一个新中心，梅溪湖规划为未来的中国城市建设树立了一个新的典范；超前的环境设计、人行道规划、功能分区以及绿化的融合，构成了这座健康城市的整体设计战略。

梅溪湖的第一元素是水。水在这里汇聚成了一个40hm2的湖泊，构成了长沙市的“中心公园”；湖体可以为水上交通提供媒介，为湖边花园创造条件，为文化聚会提供场所。多功能中央商务区包围水体的圆形核心。在这里，有轨电车和步行街将高楼区连接在一起，可以大大减少市中心机动车的使用频率。

自湖边辐射出的是一系列的运河。这些运河使得船舶可以从市中心直达八个相邻群落中的任意一个；每个群落可容纳大约10 000居民，并包含由学校、购物区和其它的公共设施组成的村庄中心。周边地区之间通过绿色缓冲带隔开，其中设有健身场地和天然景观带。每个“村庄”的建筑风格将各具特色，但每个社区内的建筑在材料和外形上尽量保持一致，以创造场地感（图2）。

放射状几何布局的城市规划能够实现城市交通系统高速便捷，降低潜在的污染和能源消耗；其他的环保策略包括集中的灰黑水处理系统、分散式的发电厂和都市农业；一道河岸防洪堤改造为线形公园，其中布置娱乐休闲区域、微型农田和一排排住宅楼（图3、4）。

1.2 加拿大皇家银行改造设计

加拿大皇家银行是加拿大首座获得LEED金奖认证的办公楼，也是对加拿大规模最大、历史最久远的银行机构之一的建筑改造。这也体现了加拿大皇家银行对当代办公楼新性能标准——可持续设计的承诺。该建筑位于多伦多中央商务区和安大略湖（Lake Ontario）水岸之间，横穿汤普逊音乐厅——本市最大艺术中心之一，并与同期设计的丽嘉酒店（Ritz Carlton）及多伦多住宅区相连，占据惠灵顿街（Wellington）和西米柯街（Simcoe）西南角的优越位置（图5～7）。

图3 梅溪湖新城鸟瞰

图4 梅溪湖新城运河住宅

办公楼为10层裙房之上附加41层塔楼，以24 0 00平方英尺的可自由布置的平面楼层为特色。塔楼的玻璃形态与其南北方向和转角位置直接呼应，朝东的西米柯街面外墙为盾形玻璃体型。该体型后退，并向内倾角，指示大楼的主入口，并使塔楼在多伦多的天际线中呈现出独特的轮廓。这一新开发项目毗邻许多城市中的文化设施、体育场和夜生活场所，并与多伦多的地下人行道网络——PATH系统——相连接。

2 基于当地气候的可持续设计措施

图5 加拿大皇家银行外立面

图6 加拿大皇家银行整体形象

图7 加拿大皇家银行总平面图

在每一个案例中，具体的气候数据用于帮助决定针对环境设计策略和性能目标。多伦多夏季温和，冬季寒冷的气候特点决定了其建筑系统以供暖为主导。由于城市的密度，城市晚间气温较高，通常不像周边地区那么冷。但由于湖面风的影响，在春季和夏季的下午明显感觉到较为寒冷。湖泊效应产生的雪和雾引起季节延时，使春季和夏季滞后。基于这类气候条件，高隔热性的建筑表皮系统是确保室内舒适度的最重要的工具，并可以降低建筑能耗和运行成本。考虑到这些，设计团队注重创造高性能的建筑外幕墙，以此同时满足环境和项目功能的要求。

作为银行总部，加拿大皇家银行大楼对室内办公环境要求非常严格。大面积双层玻璃的应用，使任何室内办公室区都能享受日光与视野。鉴于全年阳光直射量巨大，被动式太阳能采暖在秋季和春季都十分有效。在室内使用足够的混凝土地板等蓄热物质，可以稳定温度变化，因为这些热质能缓慢与释放热量。在严冬月份则必须提供额外供暖，加拿大皇家银行应用多伦多地区的Enwa ve①供暖系统。

图8 梅溪湖雨水分级使用系统示意

图9 龙王港河景观及雨洪控制

多伦多冬季风向主要是西南风，夏季风向每日变化。在景观中利用常绿树木等绿化手段有助于在冬季阻挡寒风，并在夏季提供遮阴和部分蒸发冷却。高效的照明系统和设备产生较低的室内热量聚集，而自然通风、遮阴和夜间冲刷/热量释放能在夏季提供足够的冷却。在低层部分尽可能使用了开启窗。

长沙为季节性中纬度气候，冬季温和，夏季湿热。由于冬季阳光直射量较低，被动太阳能加热效率不高。夏季的高湿度意味着除非有干燥系统对空气进行除湿，否则只能在春秋两季使用自然通风方式。南面外墙的水平遮阳有助于减轻夏季多余的热量聚积，同时在冬季允许阳光进入。在总体规划范围内，设计一个合理的街道网格，在提供高效的交通系统前提下，通过针对日照与风向的合理朝向布置，能帮助简化单体建筑的可持续设计措施，并降低城市总体能耗。

植被覆盖的高扩散系数（或高反射率）屋顶和硬质铺砌有助于减少热岛效应，从而降低能耗。此外，行道树对硬质地表产生大范围遮阴，和局部的竖向绿化一起减少建筑热负荷。梅溪湖新城CBD（Central Business District ）中的开放空间与公园，CBD与居住区之间的绿河，以及遍布湖岸的绿色小岛能形成城市的肾脏，冷却及净化空气，并为社区提供更佳的城市环境。

3 水资源利用：雨水与洪水控制

应对下一个全球性危机——淡水短缺问题需要我们的协同努力。为缓解这一紧迫的短缺问题，在淡水利用方面，梅溪湖新城正在实施多级使用的办法（图8）。在雨水进入河流和梅溪湖之前，通过沿人行道和巷道设置的生物过滤槽将其净化。分布于市区各地的绿化屋顶将收集并过滤雨水，就地使用。这种多层次的用水系统能优化整个梅溪湖的水资源利用效率，并降低城市对这一宝贵资源的需求。

龙王港河蜿蜒近30km后流入湘江。将它营造成环绕中央商务中心的“绿河”的整体构想具有多重目的，其最初意图是为了防控百年一遇的洪水灾害，将龙王港河与梅溪湖分离后，梅溪湖的水面高度和可以设定在最理想的位置，既可满足与城市最紧密的紧密联系，又优化了土方的平衡。龙王港河岸则需要较大的高度和宽度以满足泄洪需要，沿着河岸耕种的梯田式绿化，将满足雨水控制的要求，并为各种休闲娱乐活动提供一处景观场所（图9）。

与之类似，回收水资源及减少城市用水也是加拿大皇家银行中心改造设计中的的一个重要倡议，只是规模完全不同。基地水平和垂直表面的径流收集进入位于B3层的贮水池。这使城市内的雨水/洪水状况不超出暴雨排水沟渠的能力范围。这一做法也能减少径流（湖水的主要污染源）。排水进入贮水池并处理后，达到灰水标准，然后补充大楼中使用的城市冲厕用水。二次冲水马桶、半流量小便池和自动开关的超低流量水龙头也能进一步帮助大楼节约消耗。

图10 气力垃圾收集系统示意

图11 梅溪湖新城电力网络

4 废弃物处理

这两个项目不同的规模要求不同的废弃物处理方式，而首要目标是相同的，即降低废弃物产生，同时使用封闭循环系统对有机材料进行再利用、再生和分解。这一目标同时需要一个有效的城市垃圾回收处理系统和一个有效的建筑废物分拣系统实现紧密的对接。梅溪湖新城总体规划依靠基础设施创造有效的废弃物管理系统，而加拿大皇家银行则着眼于运营和建筑手段，帮助客户管理其个自消耗。此外皇家银行还考虑到项目施工建造过程中产生的废物，将分拣和储存垃圾的空间分布在大楼中每个租客的楼层上，使原本将被填埋的废弃物的90%被用于进行再生或再利用。这一措施使租客能便捷地减少废弃物，同时也使大楼与城市废物和再生回收系统直接关联。

梅溪湖则采用全市规模的气力垃圾收集系统（图10）：使用大型管道将各处的垃圾输送至遍布市内的收集点。然后将这里的垃圾运至中央处理设施进行分拣。可收回垃圾卖出，不可回收垃圾则被压缩并置于堆填区。有机垃圾在厌氧消化池内被转化为沼气，然后运输到所在区的冷热电三联工厂，在那里被最终转化为能源，供梅溪湖地区的建筑物使用。采取这种方式比传统的废物处置技术更卫生，可以减少垃圾车的排放量，还重新利用了废物中的潜在能源，将其转换成可用的电能和热能。

5 照明与能源系统

梅溪湖高效的公共交通网络优势、布局合理的建筑物及其高性能外墙系统，以及一套综合垃圾管理系统，均由一个高效的电力网络所支持（图11）。梅溪湖电力网络的规划包括四座热电冷三联产工厂；这些工厂依靠的是城市有机废弃物所产生的沼气运行。按照计划，这些工厂将产生5×108W的电力，并利用其“余热”生成热水和冷水，供整个城市使用。这一系统在单体建筑或中等规模开发中是不可能实现的。大规模区域性措施大幅度提升了能源利用效率，并节约单体建筑的运营成本。

加拿大皇家银行则得益于一个有效的区域性能源系统——利用区域范围的多伦多深湖水冷系统Enwave进行降温②（图12）。大楼的降温用水在环绕多伦多金融区的Enwave封闭循环中流动。独立管道中的饮用水来自湖底并经过处理。供应饮用水的管道排列在Enwave的循环管道旁，并与之进行热交换，从而在加热饮用水管的同时冷却降温管道。独立的管道也分布在Enwav e的循环管道旁，使大楼管道中的水变冷，而使Enwave循环管道中的水变热，从而能够回到初始点而被低温度的饮用水重新冷却。

图12 多伦多Enware深湖水冷系统

图13 架空地板下冷却系统剖面

图14 架空地板下冷却系统3D模型

图15 加拿大皇家银行照明系统示意及实景

除了Enwave系统使冷却能耗降至最低外，塔楼的架空地板（图13、14，内装地板加热和冷却系统）与方便调节的暖通控制，有助于营造更为舒适和节能的工作环境。地板下冷却系统的优点包括：（1）新鲜凉爽的空气来自下方，污浊温暖的空气上升并从上方排出，因而空气质量更好；（2）个人可以操控其工作区域的温度，满足个体舒适性要求；（3）地板扩散器可以简单放置于地板的任何位置，因而能灵活布置办公空间。

加拿大皇家银行的进一步节能还归功于其照明效率的增强（图15），其中落地窗和泛光架加强日光照明，而与外部感光器连接的遮阳设备与自动百叶窗则最大程度提高效率，同时将运行成本降至最低。大楼1～10层都安装开启窗。同时值得一提的是大楼的高反射混凝土。由于金属提纯使用的混凝土废料——熔渣的加入，混凝土颜色更白，可提高光线的反射效率。

6 交通系统

梅溪湖各城市功能设施的通达性是创造步行便利型城市的必要条件，这使得居民可以在合理的步行时间内到达目的地（图16）。梅溪湖中央商务区的主要内部交通方式是一条围湖而建、无机动车通行的有轨电车/步行街，为人们提供市内交通服务。而水上的士则为人们到达湖对岸提供捷径。一个与之垂直的单行机动车道网络将中央商务区与龙王港路相连。所有街道均通过硬质和软质铺地将非机动车道与机动车道隔离开来，以进一步鼓励人们步行或使用自行车（图17）。

7 结论

不管是设计都市中的超高塔楼、校园中的新教学楼，还是某间企业总部，与周边社区和环境的联系及对其产生的冲击都对设计有所影响。同样的，建筑在城市范畴中需要扮演特定的角色。可持续的总体规划，多功能“超高层”及教育机构都对城市的高效率目标有积极的贡献。鉴于此类设计的密度，鼓励公共交通，保留用地，并减少能耗和用水。

图16 梅溪湖新城建筑功能平面图

图17 梅溪湖新城联运网络

两个项目尽管规模不同，在设计环保建筑的方法上有许多相同的步骤。理解与项目需求相关的主要气候特征，对设置可行的目标及建立合理的基准方法极为重要。在每个项目中，对资源节约的关注和对技术的合理利用都有助于确定最适合可持续发展策略。

另外，通过对不同规模的设计经验的积累，我们认识到为实现绿色设计需要各个规模系统之间的协调。在加拿大皇家银行的设计中，与多伦多交通及能源系统的对接至关重要；其中一些对我们实现绿色单体建筑带来帮助的较为先进城市系统, 可以对规划一个新的城市产生启发；而梅溪湖这样一个合理的具有前瞻性的生态规划将给日后单体绿色建筑的设计提供更多的可能性。两者的关系正好比森林与大树，互相依赖，生生不息。

注释

① Enwave 由加拿大多伦多市政府和“安大略湖市政雇员退休系统”共同拥有，是北美地区最大的能源供应系统。Enw ave深湖水冷系统利用三根吸水管从安大略湖83m深处抽取湖水（那里的湖水温度为4℃），将湖水抽到圣·约翰泵站，用湖水冷却空气，市中心地区的建筑可以靠这些冷却的空气达到降温的目的，湖水再经处理后，进入多伦多市的自来水系统。

② 同①。

项目信息

项目名称：梅溪湖新城总体规划

项目地点：中国湖南长沙

规划人口：180 000人

规划面积：14km2

业主：Gale International

规划设计：Kohn Pedersen Fox Associates PC

工程顾问：ARUP

项目名称：加拿大皇家银行

项目地点：加拿大多伦多

业主：The Cadillac Fairview Corporation Limited