热带·共生·永续 新加坡滨海南花园的技术策略

李泽 张天洁

热带·共生·永续 新加坡滨海南花园的技术策略

李泽 张天洁

聚焦新加坡中央区核心新落成的滨海南花园，剖析其整合环境设计和建设服务的技术优化策略：精确控制光照，既满足冷室内植物生长需求，同时限制热负荷；选用氯化锂干燥剂除湿系统，使制冷负荷降至最低；利用全岛修剪树木的园艺垃圾作为生物质燃料，以其燃烧的废热供给空调需求。滨海南花园在技术层面实践了“热带”、“共生”、“永续”等理念，示范了新加坡近50年来花园城市建设的新方向。

风景园林；公园绿地；城市公园；新加坡；滨海南花园；冷室设计；超级树；湖泊系统规划

新加坡版的“中央公园”——滨海南花园（Bay South，图01）占地54hm2，位于市中心填海形成的国际金融商务新区，2012年竣工，全天候免费开放。新加坡政府在金融商务中心区花费巨资建造滨海南花园，基于多重考虑：（1）新加坡植物园已无法承受过量的访客，需要为植物爱好者营造新的去处；（2）向公众传达植物的魅力,展示新加坡在绿化方面的卓越成就，增进环境永续意识；（3）据新加坡的一贯经验，要想成功打造胜地，需确保第一和最好；（4）增强新加坡特别是滨海湾地区的国际吸引力[1]。

滨海南花园北部坐落着目前世界上最大的玻璃冷室，培育展示着来自地中海和热带山区的奇异植物及缤纷花卉。它通过运用最新节能技术，比新加坡同等规模的商业建筑减少能耗达30%①。与其共生的18棵人工超级树（supertrees）巧妙隐匿了冷室的服务设备及花园的环境系统，并辅以绿化构筑起竖向空中花园。在壮美独特的景象背后，滨海南花园整合了最先进的环境设计和建筑服务优化措施，实践了“热带”、“共生”、“永续”等理念，示范了新加坡近50年来花园城市建设的新方向。

1 滨海南花园的总体布局

滨海南花园由英国安德鲁·格兰特（Andrew Grant）领导的格兰特景观设计公司（Grant Associates）规划设计，同威尔金森·艾尔建筑事务所（Wilkinson Eyre Architects）、阿特利尔（结构）工作一室（Atelier One）和阿特利尔（环境）工作十室（Atelier Ten）工程设计合作。其平面布局（图02）大体可以划分为北、中、南3区。北区为两座大型玻璃冷室和辅助性的金、银色花园。中区为超级树林，四周环绕着各种小型主题园林。南区为新加坡最大的开阔草坪和停车场，围以树林，可供举办露天音乐会、嘉年华、社区集会等大型活动。花园外围由水体环绕，串联着蜻蜓湖、睡莲池、翠鸟湖等多处水景，形成天然的生态过滤装置净化水质。

花园的结构模仿了“兰花”在主体结构中生根、生长、繁衍的方式。主设计师安德鲁·格兰特在谈及这一构思时指出：“兰花是新加坡的国花，从这一层面上看，选择兰花作为基本象征似乎有些肤浅。但随着调查的深入，它变得越来越有趣和紧密相关。兰花非常美丽，同时又是一种附生植物。它找到

某处扎根、生长，发育成为令人惊叹的有机体，这象征着许多其它的深度和层面，以及各种有趣的方面，值得我们进一步探索和发展。[2]”兰花的这些特点让人联想起新加坡社会多元文化共生的特质。此外，兰花也是受多种技术操控的物种，暗合了花园总是受人为干预的属性。滨海南花园的兰花结构附生于由主体建筑物创造的特殊条件，并积极反应。两座冷室是兰花的生根处，叶子成为地形，茎干成为路径，沿着它们游客会发现各座展示花园。这样滨海南整体就形成了三维的网络，灵活又可富于变化[3]。

2 玻璃冷室设计：

园区内新基础结构的核心是玻璃冷室，设有两座独立结构以分别容纳干冷生物群落和湿冷生物群落。两座冷室沿着东西向轴线排开，位于花园最北端，紧邻滨海湾，旨在获得最高的太阳曝光量。未来花园3面将被滨海湾新金融中心所环绕，尽管其形成规模还需较长时间，但若冷室选错位置，开放初期尚能获得充足的太阳光，但之后会逐渐因高楼遮蔽而失去太阳光，难以维持不同园艺品种的栽植。

两座冷室由伦敦威尔金森·艾尔（Wilkinson Eyre）设计，形式相异但由相同的几何形式产生，本身构成了一种景观，循环和辅助设施空间布置在它们之间或其中。干燥冷室 “花之穹顶”占地近20万m2，高38m，再现地中海式春季的气候条件，即白天温和干燥，夜晚凉爽。潮湿冷室“云之森林”体量相对小些，高58m，模拟热带高山地区的气候条件，那里的空气温度白天相对温和，夜晚略觉寒冷，但昼夜湿度水平均接近饱和[4]。两座冷室内容纳着约1 000种植物，来自除南极洲外的所有大陆（图03）。植物配置上有意让新潮和原始混合，营造出一种植物的侏罗纪复兴奇幻景象，回应了“远古的重生”和“未来的定位”两大主题。

新加坡位于北纬1.37°，属常规的赤道热带气候。一年之中接近95%的时间气温在24～32摄氏度之间，湿度比在17～21g/kg之间。新加坡国家公园局在项目酝酿之初已认识到，在这样的湿热条件下要将温度调节到想得到的范围，通常会消耗大量能源，因此要求设计使用被动式和系统设计优化来最大限度的减少能源消耗。之前，公园局携手CPG顾问公司（CPG Consultants）和德兰索纳工程公司（Transsolar Energietechnik）花费了数年时间来测评目标生物物种所需的生长条件，并在园艺公园（HortPark）设计建造了6个原型冷室来研究植物在玻璃下的行为，以便指导滨海南花园内的冷室设计[5]。

干燥冷室内部的设计条件白天是25ºC，相对湿度60%。晚间降至17ºC，但相对湿度升至80%。每3个月中的1个月，每晚温度降至13 ºC，13 ºC是研究所得的开花诱发温度。这样给植物一个信号，告诉它们冬天已经过去，要准备春天开花，如此让植物一年开花4次。潮湿

冷室内的温度管理体系基本相同，但湿度迥异。白天温度25 ºC，相对湿度80%或更高。这与干燥冷室相比，多含了近乎4g/kg的水分，或10kJ/kg的焓。夜间温度降至17ºC，相对湿度80%。同干燥冷室相似，每3个月中的1个月，每晚温度降至16ºC，相对湿度80%，以诱发植物开花[6]。

公园局及其技术团队查阅了世界范围的相似项目，经过分析确定滨海南花园冷室立面的日光照度照度峰值为45 000 lux。研究证明，多于45 000 lux的光照并不会服务于园艺目的，反而会制造热量，需要通过机械制冷过程驱散。新加坡的天气炎热多云，云层厚时光照较弱，但天空晴朗时日照强烈。如何在日照水平频率和热量要求之间取得平衡，是设计要面对的主要难题。因此，冷室的结构和外表皮进行了广泛的优化，制定了复合式的解决方案，在求助于高能耗的主动系统前尽可能通过被动的方式增进太阳光穿透和太阳能控制（图04）。

首先，冷室曲线、互补的外形源自双曲线的几何学，这样能在相对小的表面积内获得大的容积。这一几何形不仅让结构得到优化，能够营造较轻重量的无柱的内部空间，同时在环境方面也运行良好，创造了一种堆积效果，即热空气上升，空间中的温度分层。干燥冷室北立面增加了出挑，创造出向外倾斜的玻璃表面，其角度等于每年该方位太阳辐射峰值对应的太阳角度，因此这个立面完全处于阴影之中，避免了阳光直射。其次，外表皮的结构设计得尽可能薄，以减少落于内部植物上的阴影。选用了高选择性的玻璃，尽最大限度的过滤掉太阳的热量。此外，冷室外部的拱形结构中还藏匿了可展开的遮阳装置（图05、图06），可感应控制，应对太阳角度的变化，调节室内太阳光照至最佳值[7]。满足光照水平时，通过减少传送的太阳热量而节省能源（图07）。据统计，遮阳装置部分使用时能减少冷却损耗达40%，全部开启时达70%。这些遮阳装置可以单个调节，除了为自然采光控制提供遮阳外，还用于定位的人体舒适度控制。它们能够有选择的开启，在晴天为驻足其下的游客提供荫庇，减少太阳暴晒，提高舒适度。万一系统出现故障，它们还能够提供额外的灵活度，能用于减小室内的制冷负担。

干燥冷室内的展览空间采用了两种主要的制冷机制：冷却组构制冷和置换通风。潮湿冷室使用冷却组构，混合安排着置换通风与直接蒸发制冷和增湿。冷却组构是在生态群落区内所有硬质铺装地区的地板材料涂层下铺设了聚乙烯管道（图08）。这些管道形成环路，由中央能源中心供给冷水。系统运行主要是通过吸收太阳辐射，抢在它有机会通过空气对流转化为热之前，如此减少需要降温的空气体积，大幅度缩减所需的风扇电力。铺设了冷水管的地板同时也降低了游客所处的环境温度，提高了舒适度。而且，该系统可以通过改变冷室的冷水供给温度来调节室内温度，满足园艺培育的不同条件[6]。

3 能源中心设计

新加坡地处热带，若使用常规的除湿制冷技术需要消耗大量能源，因此滨海南花园优先选用通过太阳能或废热能来除湿的方式。相对于新加坡的户外空气，供给冷室的新鲜空气需要降低湿度，最终采用了干燥剂除湿法，其原理是通过干燥剂化学过程直接除去空气流中的水蒸气，减少了除湿过程中

的碳排放。使用氯化锂盐水等干燥剂除去空气中的水蒸气，有时会导致气流升温（蒸发制冷的反转），但将盐水同冷却塔的自然冷却连接起来，多余的热量就可以不消耗额外能源的被吸收（图09）。

液体除湿剂技术与常规制冷结合，能够让空气控制在一定的测量点，比常规方法采用过度制冷和浪费性的再加热会减少能量消耗。而且，它还提供了利用热能驱动除湿过程的可能性，因此有机会使用来自再生资源的低级热量来运转整个循环系统。之前，新加坡修剪树木的园艺垃圾是被填埋，但滨海南花园将其转变成主动的能源供给，减少了公用能源的碳排放。滨海南花园使用生物质锅炉和涡轮机系统，它们需要远离冷室，以最大程度的减小服务干扰，因此花园布置了一处远程的能源中心（图10）。该中心将供应生物群落区的电力、制冷和加热，利用热电联合生物质产生热及电能，送入吸水井和常规的冷却器，为生物群落区可变化温度的冷却水环路提供动力（图11）。若满负荷运行，每天需要1 250m3或14～16卡车的生物质燃料，每晚从全岛运送到能源中心。生物质锅炉产生的副产品为两种灰烬流：一种是细灰，富含硝酸盐等肥料复合物，同有机植物废料混合后成为高质量的肥料；另一种是较重密度的颗粒，可以混入混凝土或骨料，用于建筑工业[7]。

4 超级树设计

滨海南花园的中心耸立着18棵高达50m的超级树，分成3组布置，融设计、自然和技术于一体。其中12棵组成超级树林，离场地能源中心最近，中央最大的两棵隐藏了主要的锅炉烟道，这样燃烧产生的气体能够在高于园中生物栖居空间的位置被排放。同样，由干燥剂再生产生的废气通过邻近冷室的超级树组排放。

环境系统功能之外，每棵超级树的树干都是让人惊叹的垂直花园，种植着蕨类、兰花、藤蔓以及其它种类的植物，超过30m高，营造出美丽树冠荫蔽下的幻奇空间。最大两棵超级树设有电梯直达35～40m高的空中步道，连接着不同树冠形成环路，引导游客俯瞰花园。

据主设计师格兰特介绍，花园需要某些基础结构来营造令人惊叹的壮观景象。时间不允许先种树再等待它们慢慢长成。如果环顾周边工程的规模和现有树的尺度，会发现有必要来创造这种尺度的夸大。格兰特还谈到了他去澳洲探亲的经历。他看到了澳洲西南部的变色桉，犹如地面冒出的巨人。那里普通的桉树林高20m左右，而变色桉高达65～70m，这种尺度上的转变留给他不可思议的深刻印象，也为超级树的外形设计提供了有效参考[2]。花园中的超级树创造出独特的天际线，同时还为游客提供了必要的隐蔽，并配以大量的照明装置，让花园成为充满惊奇的夜间游览胜地（图12）。

超级树采用混凝土和钢结构，轻质的钢包层环绕着中空的混凝土核心筒。核心最上

端是“头部”（图13），包有膜材料，形成接近平整的表面。在新加坡，太阳能收集器的最佳角度是水平的，但纯水平的面板会因需要清洁而带来很重的维护负担。因此，核心的头部稍微倾斜以便降雨时能自动清洗。真空管太阳集热器布置在几棵超级树的顶端（图14），获得的热量用于部分的驱动干燥剂再生工序。它能比平板集热器生成更高的温度，因此能更有效的促进干燥剂再利用。超级树还安装了光伏板（图15），以进一步抵消场地的碳排放[6]。

5 湖泊系统规划设计

能源问题之外，滨海南花园也非常重视创造可持续的水循环。花园地处滨海水库边，这一受潮汐影响的入海口因2008年滨海堤坝建成现已被转换淡水蓄水库。鉴于此，淡水保持、保护和净化被列为关键设计理念。滨海南花园集水区内的直接降水需要先进行过滤，去除掉花园运营过程产生的高含量的氮、磷及悬浮物后，才能排入滨海蓄水库。但新加坡本地热带暴雨的极端“顶峰”性质使得这项工作非常复杂，需要通过一系列相互连通的湖泊、过滤池和种植槽等水生景观，来保持、释放、矫正、处理收到的淡水。

滨海南花园的湖泊系统主要包含月亮湖、翠鸟湖、蜻蜓湖等，水面约5hm2，长约2km，水道环绕着花园的东、南、西3面。湖泊系统不仅是园区地景要素，同时也为园区周边的新开发项目提供了滨水景观。花园内建筑物的屋顶及园区均设置了排水管网，旨在收集园区的所有雨水。湖泊系统作为花园集水区的组成部分，采用了水敏性景观设计策略。该湖泊系统与北面的滨海湾蓄水库连通（图16）。平时，水从滨海蓄水库泵入翠鸟湖，流向蜻蜓湖，当雨后蜻蜓湖水位上升，将反向溢入蓄水库。湖水也用于灌溉花园，使水位相对稳定，一方面保证视觉美观，另一方面最大限度的减少藻类繁盛。湖泊还安装了曝气系统，以维持含氧量[8]。

湖泊系统的水生种植以水体过滤和处理为主要目标。它包括过滤床（一系列逐级而下的生物保持系统）和芦苇床（沿着湖边缘的生物保持系统），处理来自花园集水区的径流。在径流进入湖泊前，帮助减少悬浮固体物85%、氮45%、磷65%等。为进一步净化水，湖中还引入了含有水生种植的漂浮岛。通过设置漂浮岛、保证湖泊较高的长宽比，实现水体和水生种植的最大面积接触。在湖泊系统的两端均布置了近岸湿地，一处采取沼泽花园形式，另一处为淡水湿地。淡水湿地还成为从滨海湾水库取水前的预处理系统。除了水处理，湖泊系统中的漂浮岛、过滤床、芦苇床、湿地等，还为野生生物（特别是蜻蜓和鸟类）提供了城市中的庇护场所[8]。

湖泊系统规划设计不仅考虑了水文学和生态学的功能，还尝试寓教于乐，努力营造教育机会，增进人们对清洁水体的重要性、水生植物作为天然过滤器的认识。例如，沿着蜻蜓湖专门建造了2km长的木板人行道，让人们能够亲近水，直观感受热带水生植物的多样性。同时还设置了一系列的解释性多媒体，来介绍湖泊系统的水循环和关键特征。其中情节串连图版支持智能手机及写字板的多媒体播放，而观看装置通过放大现实特征让观众能够观察周边及湖面下的生态现象。

6 结论：

总体而言，滨海南花园不仅成功营造了一处园艺胜地，同时也充分展示了可持续能源和水处理技术的综合运用。通过景观、建筑、结构和环境设计令人惊叹的融合，实现了生态友好，能源高效，生物多样性的保护等多重目标，升华了新加坡来之不及的花园城市的荣誉。

当然另一方面，在新加坡的热带气候中建造如此巨型的花园，营造人工的环境，也许会问这是否是一个可持续的提案？但实际上任何新的开发都会面临这一置疑。在技术

层面，滨海南花园尽最大可能的去减少对环境的影响。基于对本地气候和环境的详尽深入分析，滨海南花园整合了能源、水处理等多方面的多种技术，发展出良性循环，令资源再利用或使用的效率实现最大化，成功将全岛的园艺废物流转变为能源和养分的资源流，示范了可持续设计的新方向。

注释：

图01、图12 引自http://www.landezine.com/index.php/2012/07/ gardens-by-the-bay-by-grant-associates-landscape-architecture/（2013年6月15日下载）

图02 据滨海湾花园官网地图改绘，http://www.gardensbythebay. com.sg/en/the-gardens/gardenmap/map.html （2013年6月15日下载）

图03～7、09～10、13 引自参考文献[8].

图08、14～15 引自参考文献[7].

图11 引自 "Q14: Can we build a green paradise on earth?"A+U, no.6(2012): 63.

图16 引自参考文献[9].

①引自滨海湾花园官网https://www.gardensbythebay.com.sg/en/ the-gardens/about-the-gardens.html#!/sustainability-efforts [EB/ OL]（2013年6月15日下载）

[1]Timothy Auger,Living in a Garden: The Greening of Singapore[M].Singapore:Published for National Parks Board by Editions Didier Millet,2013:174-175.

[2]Wong Yunn Chii. Interview with Andrew Grant[J].Singapore Architect,2007,(238): 120-125.

[3]Koh Buck Song.Perpetual Spring: Singapore's Gardens by the Bay[M].Singapore: Marshall Cavendish Editions,2012:49.

[4]Grant Associates.Grant Associates[J].Singapore Architect,2007,(238):36-45.

[5]Ong Boon Lay.Desiring Eden[J].Singapore Architect, 2007,(238):132-135.

[6]Meredith Davey,Patrick Bellew,Kenneth Er,Andy Kwek,Johnny Lim.Gardens by the Bay:High Performance through Design Optimization and Integration[J].Intelligent Buildings International,2010,(2) :140-157.

[7]Patrick Bellew,ed.Green: House, Green: Engineering: Environmental Design at Gardens by the Bay[M].Novato:Oro Editions,2012:42-43.

[8]Kenneth Er,Ng Boon Gee.Managing Water Quality in Gardens by the Bay[J].City Green,2012,(5):68-81.

李泽/1977年生/男/山东人/新加坡国立大学设计与环境学院博士/天津大学建筑学院讲师（天津 300072）

张天洁/1978年生/女/湖北人/新加坡国立大学设计与环境学院博士/天津大学建筑学院副教授（天津 300072）

Tropical, Symbiotic and Sustainable
Technical Strategies of the Bay South Project, Singapore

LI Ze ZHANG Tian-jie

The paper takes the newlyestablished Bay South project at the core area of Singapore’s Central Region as a case study and analyses the technical optimization strategies which integrating environmental design and building services. Firstly, its accurate daylight controls not only fulfill the natural light requirements inside the spaces but at the same time limit thermal loads. Secondly, it utilizes lithium chloride desiccant dehumidification systems so as to minimize system cooling loads. Thirdly, it turns horticultural cutting waste island-wide into biomass fuels so that waste heat from biomass can drive substantive portions of the conditioning requirements. Technically, the Bay Garden project practices the ideas of tropical, symbiotic and sustainable, demonstrating a new vision of Singapore’s 50-year garden city building.

Landscape Architecture; Park Green Space; City Park; Singapore; Bay South; Cool Conservatory Design; Supertree; Lake System Planning

TU968.8

A

1673-1530（2014）01-0142-08

2013-08-26

修回日期：2014-01-14