基于参数化技术的绿色建筑地域性设计优化方法初探

迟庆娜，孙睿珩

（1.吉林建筑工程学院建筑规划学院，长春130118；2.长春工程学院建筑与设计学院，长春130021）

经济的飞速发展让今天的中国成为世界第二大经济体，在一切都追求提速的背后，我们的社会却暴露出发展不平衡、不协调、不可持续等许多问题，使我们不得不反思靠低成本的劳动力和大量的自然消耗，社会发展已经难以为继的问题。在住房以及城乡建设领域，由于城镇化和工业化发展，导致能源消耗持续增长，土地资源和水资源严重短缺，面对严峻的现状，国家开始了绿色建筑计划的酝酿实施，绿色建筑亦第一次被纳入国家计划——“十二五”规划中，要求建筑行业要推广绿色建筑、绿色施工，同时转换建筑业的固有发展模式。

作为建筑行业从业者，必须知道绿色建筑的实现是一项高度复杂的系统工程，除了社会相关部门、政府管理层、人类本身要具有很强的生态环保意识之外，在实施绿色建筑计划时，更需要建筑创作主体具有绿色、生态、系统的科学设计观，并具备相应的科学技术及专业能力进行绿色建筑设计。所以，将绿色建筑作为一个系统，以系统科学的理论为研究基础，从其整体性原则入手，结合地域设计的关键问题进行研究与探索，应该是推广和实施绿色建筑计划的首要问题。

1 绿色建筑设计的整体性原则

系统论中的整体优先原则认为——局部利益应置于更高层级上整体环境利益的框架内考察，瞬时性利益必须服从于持续性利益，个体是作为整体的一部分，只有在整体的复杂关系网中才存在价值[1]。英国著名植物生态学家Tansley A.G.在其著作《植物生态学概论》中提出：所谓的生态系统，包括整个生物群落及其所在环境的物理、化学因素（气候、土壤因素等），它是一个自然系统的整体，因为它是以一个特定的生物群落及其所在的环境为基础的。这样一个生态系统的各个部分，生物与非生物，生物群落与群落环境，可看作是处在相互作用中的因素。在成熟的生态系统中，这些因素接近于平衡状态，整个系统通过这些因素的相互作用而得以维持[2]，显然，世界不是许多单独、分离个体的聚集，而是一个整合体，这个整体内各个组成部分是复杂和相互作用的。所以在研究绿色建筑时，我们首先应该将自然环境视为一个复杂开放的系统，而绿色建筑是存在于其中的开放性子系统中的，其存在应自觉主动地与自然环境有机结合，整体同构。

绿色建筑的设计不可以孤立求解，其策划管理和设计建造必须整合生态环境、社会经济、历史文化、生存文明、建筑规范、适宜技术等多种构成因素，将这些因素转换成设计参量，使之交互作用、相互制约、协调互生，从而使绿色建筑系统从随机到有序后趋于稳定，最后以一个动态平衡子系统的状态置身于上一级生态环境系统中，与之相互依存。

绿色建筑的设计亦不可套用固定模式，绿色建筑在整合设计的过程中要寻找最佳环境效益，就要体现对自然生态环境和社会文化环境的关注，但是，不同地域因气候、土壤、水质、生态等自然因素存在差异，其成就的生活形态及社会文化也就大相径庭，强行将某一设计的标准模式植入各种不同的地域环境中是不可取的，应该顺应地域环境的事实，尊重地域特质及人文景观，也可以说绿色建筑设计必须是地域环境中各种参量控制下的建筑设计。

2 绿色建筑设计的地域属性

地域性是绿色建筑的重要属性之一，绿色建筑作为一级系统，存在于其所在地域内，依赖于一定范围内的自然环境进行能量与信息的输入和输出。绿色建筑的策划与设计，一定要考虑其地域属性带来的气候特征、经济条件、文化传统等关联信息，这里我们重点讨论广义地域性的2个方面——自然环境与社会文化。从自然环境方面说，绿色建筑不能脱离地域生物环境而独立存在，其设计应采用什么样的结构、材料，其功能是否合理，都与其所处的地域独特的地理位置、地形地貌、气候条件、生态环境、自然资源等因素密切关联；从社会文化方面说，绿色建筑采用的建筑形式和空间形态，也必须考虑所处地域独特的社会文化、场所精神、民生民俗等多种因素（图1）。

图1 广义地域性建筑创作途径

2.1 自然环境因素

自然环境是一切生物赖以生存的基本条件，它与人类的关系不言自明。但是，自然环境与人类之间物质和能量的互换是在一定限度和节奏的范围内的，超过这个能力，环境系统将无法自适应，会导致生态网络关系的断裂。绿色建筑的设计在开始阶段就必须带着生命共同体的生态整体意识，建筑师若想通过绿色建筑的设计来打造人类可持续的生活环境，就必须接受该地域自然环境中全部生物的共同委托，完成协调共生，互惠共赢的设计任务，在设计的各个环节引入地域环境概念，充分考虑结合和利用当地生态、地理特性，收集有关土地资源、水资源、气候条件、交通情况、基础设施、能源链条的资料，充分调研建筑场地，准确利用地形、地势；对太阳能、风能、沼气等绿色可再生能源加以利用，节能减排；尽量维护地域生态环境系统自我更新，使绿色建筑和与其保持动态发展的平衡关系；设计时考虑以当地建筑技术和材料的使用为主；建筑的朝向、高度和外围护结构的设计应因地制宜。

2.2 人文环境因素

社会人文环境对绿色建筑系统的影响非常深远，建筑与人类学专家阿摩斯·拉普卜特认为：“遮风避雨并非建筑唯一的功能，甚至不是最基本的功能”，“建筑的起源应持更宽广的眼界，将社会文化的因素考虑进去，从更广的意义讲，它甚至比气候、技术和材料、经济等更为关键，建筑的形式是这些因素综合作用的结果，建筑是风俗，是基本的文化现象”[3]，绿色建筑应该使建筑成为一个地域中社会文化的重要组成部分，绿色建筑在设计时建筑师必须建立地域文化意识，整体反映特定地域中人们的生活方式和文明程度的特征，并给来此区域生活的人带来认同感和归属感。如北京的四合院建筑的平面布局，除了是为了适应北京地区的纬度位置，能充分利用太阳光热条件以外，还包含着讲礼制分等级的古代伦理道德的建筑形制；而地处雪域高原的藏族建筑，无论是建筑布局还是形态、色彩都反映了藏民族崇尚佛教、粗犷豪迈的民族文化特点。

3 绿色建筑地域性设计的空间组织模式

绿色建筑设计必须要考虑建筑设计的基础设计中加上与之相关的参数，如前面提到过的环境、文化、技术和气候等。绿色建筑在系统中的空间组织方式可以按照某种秩序，这种秩序可以类似于自然界中的生长规律，具有自生长、自适应的特性，同时通过地域元素的添加来创造建筑体验的氛围，关注人在绿色建筑空间中的感受。设计可以参考以下3个方法。

3.1 设计优化

设计优化是指绿色建筑的形态设计与其所处地域的传统建筑的形态和特征在表现形式上直接关联。它包括3个部分：空间布局关系、视觉形态和设计手法。虽然看起来这种方法类似于模仿，但与被动模仿的区别是，它主动提取地域建筑形态特征形成的相关参量，结合具体地域的经济发展、文化程度、技术水平等条件，对其进行研究和转换，达到控制设计形态结果的目的。绿色建筑的设计优化一方面取决于建造环境是否处于典型地域性文化的核心地带；另外则取决于对提取参量的地域传统建筑形态的谨慎挑选。

3.2 多样生成

在法国著名的后现代主义哲学家吉尔·德勒兹的思想里，有一个主要的原则——“多样”永远位于“同一”之前，其思想中最重要的部分是多样性、游牧和运动，他认为：差异是时间和空间下的差异，是四维空间中的连续生成带来的。在这样的多样状态中包含的正是上述各种各样的差异或者差异之间的东西，而这些差异之间的构成方式即折叠、分叉或者相互覆盖，而抽象出这些多样性内含的差异就是去展开多样性，并追踪多样性构成的各种线索[4]，那么对于地域的环境形态特征在结构、空间关系和构成上所包含的规律，通过同质变形、异质折叠、错位、平滑生成等手法，达到地域性特质的表现效果。

（1）同质变形：指对典型地域性形象简化、抽象、分离、切割和夸张，以保持与建筑原型的“同质”并产生新形式的情趣，达到质同形似的效果；

（2）异质折叠：对地域原型的图底关系进行反转，将地面变成形象，从自然地貌中寻求建筑空间起源的新形态参量，以求打破从二维平面开始形成的屈从于笛卡尔体系的三维空间形态。这样形成的建筑形态既是多样的又是统一的，即是分开的又是连续的，基地的表面被故意施加变形，变成一个意义丰富的设计参数。“折叠”也是重要的操作工具，它依靠自身在空间中的作用和意义铺展开来。折叠方法的使用需要考虑与人情感、理智相关的因素，还需要考虑到非理性或者意义功能之外的因素，也就是说折叠方法的使用具备控制地域场所的特征。

（3）错位：即把视觉形象的典型元素，依据科学的设计理念，移动、变换原有的位置或距离而进行重组或覆盖，从而一改常规习惯，给人们以新形象的视觉感知。

（4）平滑生成：平滑概念是在深度思维上影响建筑师的建筑创作，也可理解为一种建筑形态自组织的变化过程。平滑生成的建筑形态是由提炼自地域中不同事物的自身元素构成，这些元素既保持了自身的完整性，又与其他元素在一个连续区域中相混合，这些不同成分的要素会借助某种同时加入到每个元素的外部力量来实现“混合”，并且直接借助环境来产生变形。

3.3 系统关联

绿色建筑的生态系统是一个由人类的联合体及其地质、土壤、大气环境组成的复杂体系，它的设计要求人们放弃那种把建筑看作固定无变化实体的观念，而将其看作是具有生命周期的复杂能量和物质循环的系统，使之通过反复循环不断靠向自然生态系统的进化。建筑师要意识到在绿色建筑的生命周期中如何维护复杂与持续的能量和信息系统，在其生命周期结束时，如何被分解、如何被回收，是绿色建筑设计的系统关联问题。而系统关联式设计旨在创造一种作为具有活力的整合体的绿色建筑系统，将相互依赖的要素有机结合形成一个新的复杂适应性网络，它与地域上自然或控制性数据发生交互反应，使得建筑系统作为一种生物性特征（生物体在生存期间的行为：寄生、共生、互利共生等）与非生物性特征（非生物体在存在期间的行为：土壤、气候、化学反应等）之间的协调共生。

4 利用参数化技术对设计进行优化——以中国传统民居建筑形态生成为例

如何在绿色建筑设计中描述和实现多种地域因素的关联呢？参数化技术可以解决这个问题——使用计算机软件中参数化模型工具创建一种系统构架，基于模型的部分与部分之间的信息交换和信息约束。如果其中一部分被改动，那么另外的部分将根据预先确定的尺度自动得到调整。这个特点使建筑师能够精准而迅速地改良设计方案。参数化技术的技术特点是：在特有的系统运算中，能够加强理论分析与实际操作的联系；另外就是开放式的对话关系和跨学科延展的思维方式。

该案例以单个住宅单元为最小单位，由两个长方形组成，参数化技术的作用是，每当最小单位的两个长方形的位置关系发生变化时，方案的整体平面布局也随着操作发生相应的变化，其控制参数包括容积率，人口密度，不同家庭结构产生的不同户型等等，单体住宅结合生成庭院空间，构成第二层级的尺度，形成不同状态的街道交界面，最后到整个区域的风貌和地域性的价值体系，并且在地域环境发生变化时，亦能够以“可变的态度”去呼应，真正达成与地域环境系统同生共栖的建筑设计目标。

5 结语

绿色建筑的发展和进步体现在把各种绿色技术及设计体系在建筑中进行科学和系统的协调，从范围上讲，这是一个整合的概念，需要建筑师和各个专业的工程师乃至建筑行业和其他行业的共同合作来解决。因此，对绿色建筑设计系统进行深入的科学研究、及时地应用先进的设计技术来完善成果，才能最终使绿色建筑的研究与设计有利于人类建设节约型社会、生态型社会和宜居型社会；有利于修复、恢复人类对自然生态系统长期的扰动与破损；有利于减少人类行为对自我生存的生态环境破坏，真正实现可持续发展的人类共同理念，实现人与自然和谐共生、天人合一的科学主张。

[1]吴义生.系统科学概论[M].北京：中共中央党校出版社，1998：61.

[2]李博.生态学[M].北京：高等教育出版社，2000：167.

[3]黄兰谷，Amos·Rapoport.建成环境的意义——非言语的交流途径[M].北京：中国建筑工业出版社，2003：128－130.

[4]张向宁.当代复杂性建筑形态设计研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学.2009：31－32.