基于绿色文明的建筑未来发展方向——以“滇波帆印”小学建筑创作为例

李 琦， 徐从淮

(南昌大学 建筑工程学院，江西 南昌 330000)



基于绿色文明的建筑未来发展方向
——以“滇波帆印”小学建筑创作为例

李 琦， 徐从淮

(南昌大学 建筑工程学院，江西 南昌 330000)

基于绿色建筑设计理念，分析了现代社会由“黑色文明”向“绿色文明”过渡阶段出现的问题。结合参与创作的昆明市招商项目工程海公馆小学建筑——“滇波帆印”设计方案，在设计技术、艺术与传统等多方面进行了阐述，探讨并展望了绿色建筑的现在与未来。

绿色建筑； 太阳能； 技术； 艺术； 传统

1　引言

自欧洲18世纪工业革命伊始，现代建筑开始萌芽，逐渐由古希腊、古罗马时期的砖石繁琐式建筑走向现代主义极简、功能至上的道路。工业革命给整个建筑行业带来了前所未有的冲击与革新。随着现代社会的飞速发展，一大批建筑被迅速建造，随之而来的便是材料的过度使用以及能源的浪费问题，如何在满足社会发展需求的同时节约资源，保护环境，建设好“两型”社会，推动建筑的可持续性发展，逐渐成为当代建筑的研究方向。

2　当代建筑由“黑色文明”时期转向“绿色文明”时期

2.1“黑色文明”时期的诞生

18世纪工业革命以后，尤其是在19世纪中叶，工业革命所涉猎到的范围逐渐从轻工业扩大到重工业，铁的大量生产为建筑的新功能、新技术和新形势准备了条件。第二次世界大战结束后，由于战后需要，人们开始大量建造房屋。直至今天，社会的飞速发展致使我们随处可见：一栋栋高楼大厦拔地而起；拆迁导致的灰土漫天飞扬。于是，城市的可见度越来越低，PM2.5值越来越高。社会高速发展的背后，带来的是建筑行业的“飞速发展”。房子的使用年限越来越短，建造成本越来越高，这些不为人知的背后，隐藏的是建筑材料的浪费以及能源的大量消耗，俨然，建筑行业已经步入一个“黑色文明”时期。20世纪90年代初期，很多国家开始选择建筑的可持续发展道路。在这样的背景下，绿色建筑的概念逐渐深入人心。

2.2“绿色文明”时期的绽放

长期以来，我国一直被认为是一个地大物博的国家，认为中国人拥有非常丰富的自然资源。其实不然，我国的人均资源占有率远远低于世界上许多国家，因此，如何最大化地利用资源、节约能源保护环境，日益被人们所认识到。

目前，建筑行业对绿色建筑的研究领域主要在于以下几个方面。首先，绿色建筑作为一种新型建筑，能够在当代建筑的基础上大大节约材料。现代的建筑，常常由于盲目追求过度的装饰装修而导致大量的材料、能源和资源过度浪费；同时，在环保方面，也出现诸如室内空气污浊等现象。这些都是有违于设计“以人为本”的出发点。而在绿色建筑方面，设计本身秉承简洁、自然的设计手法，在满足人们物质和精神文明需要的同时，从风格、选材等多方面进行考虑权衡，同时注重室内外环境的交融呼应，以达到提高人类使用的舒适性，提高室内空气质量的效果。

其次，绿色建筑能够在建筑运营投入使用之后，大大降低其运行维护的费用。在少数发达国家，建筑的能源消耗占全部能耗的35%，而在我国，这个数据还有所上升。建筑的有效使用年限为70年，一栋建筑的全寿命周期内，只有少数的成本花费在建筑建造的过程中(发达国家约为10%，发展中国家约为20%)，而绝大部分在于其后期运营所需能源的使用上。诸如；水、电能等。绿色建筑在节能节水方面，较之于现代建筑，有巨大的突破。据研究表明，一栋普通写字楼每天产生的生活污水达数百万吨。地球表面被71%的水所覆盖，但其中能够供给地球上生命使用的水量却不到3%，所以，水资源是一种极其宝贵的生命资源。绿色建筑着重于水的循环使用，通过建筑自身内部的一些水循环系统，将生活污水处理为可再利用水，从而达到节水的目的。同时，建筑内部会有一些自然雨水收集系统，将一些自然雨水、地表水经过处理进行使用。在节约电能方面，主要通过太阳能电池板、光伏板吸收太阳能，从而将太阳能转化为电能供给建筑使用，这样可以大大减少发电厂的电量供给，降低发电能源的使用以及废弃物的排放。

3　“滇波帆印”——昆明海公馆小学建筑创作分析

3.1设计立意与构思

绿色建筑正以前所未有的速度遍及全球各地，可再生能源与绿色部件的使用也越来越普遍，不仅数量显著增长，而且绿色意识与观念深入人心，人们对绿色建筑的良好预期正逐年上升的背景下，依据《招商地产2015年绿色建筑设计大赛暨第五届全国“嘉普通”杯太阳能建筑设计大赛》竞赛任务书的要求，立志于落实“把昆明建设成为世界知名旅游城市”的发展目标，推进“环滇池旅游圈、生态圈、文化圈”的发展战略。有意打造一个“技术与艺术融合、理性与浪漫交织、传统与当代贯通”的符合少年儿童心理与行为的学习空间环境，并实现建筑的原创性和美观实用性，建成一个健康安全、绿色生态的标杆型绿色建筑(图1)。

图1　“滇波帆印”方案鸟瞰

3.2与节能结合的空间造型设计

这种设计充分体现了绿色建筑技术与建筑造型的结合，综合利用建筑技术手段与设计手法打造舒适低能耗的绿色建筑。在绿色建筑的突破创新上，方案进行了多方面的尝试：在太阳能光伏板的利用方面，将太阳能板尝试作为一种造型构建，较之以往的绿色建筑在太阳能板的利用方面有些许创新之处，使得其为建筑提供了清洁的可再生能源的同时满足造型需要；在使用新型材料方面，西向墙面使用轻质混泥土板，使外墙得热大大减少，自然采光优良，布局利于通风，缩短空调期，延长过渡期；在水循环方面，采用雨水收集系统——收集的雨水供人造瀑布水车和屋顶灌溉使用。整体设计在极具人性化的同时，提倡低碳环保和建筑的可持续性，营造了现代小学的氛围，减少了学校运行能耗。现代化元素与环保元素相结合，可以适应未来的不同需求(图2)。

建筑取名“滇波帆印”，就是通过建筑内部的几大元素在建筑技术、艺术以及传统方面的融合而得名。

3.1.1“波”

现代社会的飞速发展要求教育类建筑给孩子们提供的不仅仅是一个舒适安全的学习环境，更多的是如何去激发孩子之间的相互沟通与交流，以达到德智体美全面发展的目标。

图2　“滇波帆印”方案总平面

基于这种设计要求，在该建筑的顶棚上，为了让孩子们更多地走出教室，有更多的室外互动。东西两侧各有一个巨大的活动平台，配以波浪形的顶，在有限的用地中更多地创造室外的活动空间。在活动交流平台之上设置一个大的波浪状的顶棚。形态上，顶棚呈波浪起伏状，动感飘逸。为了美观和采光，采用轻质玻璃为材料，在轻质玻璃上覆盖透明的柔性光伏电池。光伏电池板之间的间距为5～20 mm，这取决于需要的传送光的数量。光伏电池吸收70%～80%的阳光辐射。电池之间的空间间隙能传递足够的漫射光使得区域有舒适的照明。模块在用于防光的同时也允许日光通过。通过改变光伏模块的透明特性并且选择合适的电池颜色，这种电池将与多晶硅组合一起，创造出惊人的内部灯光效果，营造出吸引孩子光影空间，好似淼淼池水中的层层清波，与滇池相互辉映，折射出建筑的无限活力，这可谓理性与浪漫的相互交织(图3)。

图3　滇波帆印方案顶棚分析

3.1.2“帆”

建筑主入口处设计 “帆”之造型，利用节能、节水设备与建筑设计的一体化(图4)，将太阳能热设备变成建筑的造型构件：在建筑的中心，即两个平台的中间，竖着三面白帆，两前一后。白帆顶部设有一个雨水收集装置，呈半圆盘状。两主帆尾部延伸到前中庭的两个室外交流平台上，可遮阳。帆的形象与滇池相呼应，主题鲜明。

图4“滇波帆印”中心节能设计

三片帆围合的空间内设置了强化自然通风措施——“多功能太阳能热水环绕式拔风筒”，这是该方案的首创和一大亮点。

太阳能集热板热水温度可以达到60～100 ℃，光伏光热一体化热水出水温度为60～80 ℃。生活中热水使用温度一般为40～60 ℃左右。利用太阳能集热板热水高于所需热水温度的那部分热量加热空气，空气受热上升流动，带动周边气流流动，增强建筑的自然通风，提高舒适性的同时能够减少空调、电能的使用，可谓一种被动式的节能处理手法。

三片帆围合出的内部空间为中空圆筒(图5)的热水储水筒，圆筒内侧管壁采用蓄热材料，外侧管壁采用保温材料。圆筒内设置温度感应器，当储水筒内热水温度下降低于使用要求时，将热水再次导入集热板中加热，使热水满足使用需求。

图5　“滇波帆印”方案中空圆筒分析

建筑的正中央竖起三片白帆，不仅满足造型需要，使建筑更有创意，白帆上还可以结合太阳能板，又有一定的使用功能。群帆之间设置有一集水箱，水箱之上设有雨水收集器，水箱之下还放置了具有传统韵味、地方特色的水车，充分体现当地建筑特点。位于顶部的雨水收集装置，下部的水箱可以用来储存雨水，用作推动下部水车或屋顶植物的灌溉，达到节水的效果。雨水收集利用可以大大缓解市政排水管道的压力，能够降低40%的雨水排放量。同时雨水能够渗透土壤，补充地下水(图6)。

图6　“滇波帆印”方案中水处理分析

该方案的另一亮点，便是“帆”上面的太阳能板的设置。在方案探讨初期，出于节能和绿色建筑的初衷，考虑用太阳能板用作“帆”的材料。但目前较为普及和常用的便是黑色太阳能光伏板，这也是当今绿色建筑行业相对运用的比较成熟的一种绿色节能材料。然而，大面积的使用黑色太阳能光伏板，使得建筑主立面的标志性构架呈现出来的效果与小学校园较为活泼、生动、亲切的感觉相冲突。在经过多方面探讨后，决定采用“给帆穿上花格子衬衣”的解决方案。利用黑白色彩渐变的关系，将普通的塑胶板与太阳能光伏板相互结合起来，在满足绿色建筑要求的同时，又满足了该建筑性质所要求的建筑艺术。这是技术与艺术的完美融合(图7)。

图7　“滇波帆印”方案之太能能板造型帆

3.1.3“印”

建筑的传统特色即建筑的地域性在当今建筑领域也是研究的比较深入的一个方向，我国已经有很多这方面的专家，他们擅长利用当地的建筑材料和建筑资源，结合当地的气候条件、环境习俗等建造一些符合当地气质的建筑(图8)。

滇中高原地区，四季如春，无严寒，多风。故住房墙厚重。最常见的形式是毗连式三间四耳，即正房三间，耳房东西各两间。有些还在正房对面，即进门处建有倒座。通常为了节省用地，改善房间的气候，促成阴凉的室内效果，便会采用小天井的形式。外墙一般来说厚重无窗、高墙。主要是为了遮挡风沙和安全。

昆明民居中的“一颗印”广为人知，本方案从“一颗印”中得到启发，将布局形式大胆地借用到校园建筑中来，形成独特的建筑空间。传统的“一颗印”民居中只有一个内庭空间，布局十分紧凑。当内部空间足够大时，考虑从中间分隔，从而形成前后两个庭院空间，由“一颗印”变为“两颗印”。较之传统的“一颗印”，“两颗印”有更独特的地方：围合感更强，建筑各个部分的交通联系更加紧密、更有效率，空间层次更加丰富。当从一个中庭走进另一个中庭，空间感受不停地变化，正是孩子们所需要的。两个庭院由一条轴线贯通，四周合理布置各类用房，两个大的活动平台都与庭院相联系，使得建筑成为一个有机的整体。

图8“滇波帆印”方案模型制作

正是因为采用了“一颗印”式的布局，北边的体育场在学生不上课的时段还可以开放给周边居民使用，设计者意图以此手法来应对城市土地资源日趋紧张的普遍现象，是将传统的风格结合当代的需要而进行相应的变通和调整。

3.1.4“水车”

水车作为早期云南地区较为普遍的一种灌溉工具，同时也作为云南的一种地方性标志小品。后期，云南慢慢地从以农业为主要经济来源转变成以旅游业为主要来源，水车也随之逐渐渗透到旅游业。在古城丽江，时不时能看到水车的身影，俨然，水车已经成为云南比较具有代表性的一种地方特色。

该小学在创作过程中，除了考虑到技术与艺术的结合，还希望能够把一些传统元素嵌入到建筑中，并且不单单的只是作为一种装饰构件而存在(图9)。

图9　云南地区灌溉工具——水车

水车位于“帆”的下面，与其形成一个水循环系统。位于顶部的雨水收集装置，链接到下面的水箱可以用于储存雨水或者用于屋顶植物的灌溉，以达到节水的目的。同时，管道分两个部分分别加热热水和冷水，冷水往下流动可以带动下部水车的转动，形成一个“动态雕塑”的景观。同时，结合旁边的庭院设计，能够形成一个风景独特的交流空间。

在此基础上，如果能够进一步地对水车系统进行改进和研究，那么也可以将水能转化成一部分的电能，从而减少整个建筑的用电压力。

将民族风情作为一种节能元素加以利用和改造，是绿色建筑领域的一个创新，可谓传统与当代的贯通。

4　绿色建筑未来的发展方向

4.1智能建筑

上世纪末在美国诞生了一个概念——智能化建筑。其概念指的是通过将建筑物的结构(这里的结构主要指的是中央控制系统结构，包括自动化系统，通讯系统，办公系统等)、设备、服务和管理根据用户的需求进行最优化的组合，从而为用户提供一个高效、舒适的人性化建筑环境。它是当代科技进步的产物，其技术支撑主要由现代技术、计算机技术以及通信技术等组成。

在未来，如何将绿色建筑与智能建筑相互结合，诸如如何智能化地根据周边环境以及人的使用情况来自动调节空调、暖通、电量的使用，以达到最大化地节约资源避免浪费；绿色建筑的设计如何从智能建筑的四大基本要素 ——即结构、系统、服务和管理出发，更好地与之融合贯通；建筑师与设备工程师之间的配合等。

4.2绿色材料的使用

虽然在当代建筑行业，绿色建筑的概念已逐渐深入人心，但人们普遍还停留在一个表面的初级阶段，没有意识到它的巨大经济以及环境效益。在同等建筑面积的情况下，绿色建筑的费用往往比普通建筑每平方米高出数十元。一些比较好的室内装修环保材料和保温性能较好的墙体材料，目前仅仅运用在一些比较高档的小区，而普通市民家中还没有普及到这些材料。

在未来的发展和研究过程当中，政府以及建设部门可以适当采取一些奖励制度，鼓励开发商和业主尝试绿色建筑材料。同时应该注意保证绿色建筑材料基本性能的前提下，适当的降低材料的生产成本，让更多的节能材料走进千家万户，走进寻常百姓家。

4.3太阳能光伏板的推广

太阳作为地球上最大的自然热光源，是人类赖以生存的能源。某种意义上来说，它是“取之不尽，用之不竭”的。目前对于太阳能的利用研究有一个较为新型的方向——光伏建筑一体化。即将太阳能发电产品集成到建筑上的新技术。

光伏建筑一体化主要有两种形式：一种是光伏材料与建筑构件相结合，它是将光伏材料依附于建筑之上，建筑物作为光伏材料的载体，起到一种支撑的作用；另外一种便是光伏材料与建筑的集成，也就是把光伏材料作为建筑构件的一部分，起到建筑的维护作用或承重作用。后者由于光伏材料在建筑物中不占用额外的用地面积，所以在目前的使用中较为广泛，例如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在未来的使用和推广的过程中，还需要加强研究的是光伏材料兼做一种绿色材料和一种建筑构件，如何在满足绿色建筑要求的同时，达到建筑构件的一些基本要求，比如它的力学性能以及美学性能等方面。这些问题都是值得深入思考和研究的。

5　结语

绿色建筑作为当今建筑行业的“热门”，必定在不久的将来成为行业主流，而在建设“两型”社会的道路上，如何走出中国特色，避免出现绿色建筑设计的千城一面，将会是未来发展的重点方向。

在未来，绿色建筑的发展应该在结合我国建筑设计的四个原则——经济、坚固、实用、美观的同时，渗透些许传统文化特色，将绿建构建与技术手段、造型元素、传统特色相互结合，打造独具地方特色的绿色建筑。

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Research on the Future Developing Direction Based on Green Culture-Taking the Creation "Yunnan Wave and Sail Remark" of the Primary School Buildings in Kunming as an Example

Li Qi,Xu Conghuai

(CollegeofArchitecturalEngineering,NanchangUniversity，JiangxiNanchang，330031，China)

Based on the concept of green building design, this paper analyzed the problemsin the transition stageofmodern society from the “black civilization” to the “green civilization”. Meanwhile,we combined the Kunming investment, HaigongguanPrimary School building“Dian Wave andSailRemark” designparticipating in the creation,and expoundedin aspectsofdesign technology, art and tradition.And we discussed and prospected the present and future of green architecture.

green building；solar energy；technology；art；tradition

2016-04-19

江西省自然科学基金(编号：20151BAB206059)

李琦(1992—)，女，南昌大学建筑工程学院硕士研究生。

TU201.5

A

1674-9944(2016)14-0194-06