大空间公共建筑生态化设计分析

2018-05-10罗孜睿

建材与装饰 2018年18期

罗孜睿

前言

大空间公共建筑，是一种为大量参与者提供公共活动场所，室内空间较大的建筑类型。所谓“大空间”是一个动态的、开放的、相对的概念，并不能用精确的数字予以衡量。大空间公共建筑不局限于特定类型的建筑，也不以结构的跨度作为限制，它既可以是单一而巨大的空间，如体育场、展览馆，也可以是复杂建筑的一部分，如文化中心或者商业综合体里自成体系的各个功能区域。

1 大空间公共建筑生态设计原则

生态化的大空间公共建筑的设计应立足于集约高效、经济健康和本土化这三个方面的基础，而这三个基础是相互依存、相互影响的整体关系。因此，大空间公共建筑的生态化设计应遵循以下三项原则。

1.1 集约高效原则

在大空间公共建筑的设计中，应从总体上考虑，运用辩证思维，以多个角度的宏观视野贯穿整个设计流程，突破传统设计单一线性的思维误区，不片面追求某一方面的突出，充分利用生态学原理，建立性能优化的系统结构，使建筑内部和外部做到和谐统一。

1.2 经济健康原则

经济健康的建筑在狭义上是指对自然无害，有着节约和环境负荷较低的建设过程，且有利于人类的生存和发展。具体而言，是指在建筑建设时，建筑的施工对人体健康是无害的，施工环境是低污染的。在建设完工后，建筑物要有抵御灾害的措施和能力：①保障使用者的人身与财产安全；②避免灾害对建筑造成过大的损失而导致大量的二次建设。还有，建筑应该是有益的，即建筑的空间环境具有促进人身心健康发展的作用。

1.3 本土化原则

建筑的设计创作会受到当地的生态环境和人文环境的影响，这会使其创作灵感有一定的依据和约束，即建筑的本土化。在大空间公共建筑的生态设计中，根据地形和气候特点，与当地的文化和风俗习惯相融合，合理利用当地材料，将现代高科技技术与当地本土技术相结合，形成新的区域性特征。这也反映了建筑本身的建设性和合理性。

2 大空间公共建筑生态设计步骤

2.1 从场地规划出发

（1）现场调查和分析

设计初期应充分调查和分析当地环境，其中包括日照情况、气候环境、土壤植被、水资源等，以此来指导环境设计。对这些因素的调查和分析应涵盖用地的生态系统和微环境，并以此角度去分析建筑的场所性。

（2）建筑规模的确定

大空间公共建筑的建筑规模较大，但建筑数量与之成反比，一般较少。因此，早在规划时便要详细论述、综合考虑，使更有效地安排和利用空间，避免不切实际的建筑过度铺张和建筑豪华化，以减少资源的浪费，降低后期维护和管理的成本。

（3）从城市整体功能布局考虑选址

大空间公共建筑的选址应选择交通方便的地方，即附近有相应的公共交通配套，并且应有利于自行车的使用或者步行。大空间公共建筑通常在政府的支持下选择有利于发展的区位，其区位往往选择城市中心，例如德国法兰克福展览中心，就是城市中心3km范围以内的大空间公共建筑。大空间公共建筑选址在城市中心位置会有一定的优势，因城市基础设施完备，交通环境便利。但这同时也会对公共建筑的空间发展带来一定限制，因建设在城市中的公共建筑应考虑其周边的城市背景，使建筑与城市背景相融合。

2.2 从建筑设计开始

建筑设计中需要考虑的因素有很多，包括建筑物理、材料化学、环境生态和社会影响，以及使用者需求等等。

（1）建筑形态设计。

药学院校实验室种类繁多，用途各异，涉及的安全与环保隐患也各不相同。因此，学校和实验室管理与使用部门，需要在加强普适性安全环保教育的基础上，针对不同实验室特色设定安全环保教育模式，制定适宜的管理规范；对于学生，在同一时间段涉足不同类型的实验室，需要树立正确的安全环保意识，防范不同不安全因素可能造成的伤害；对于教师和实验室管理人员，如何让学生进入实验室后迅速具备安全环保意识，快速了解所在实验室的安全环保防控点，自觉遵守相关规定，是药学类实验室面临的重要任务。

尽量避免过度复杂的建筑形态，减少仅因视觉需要而设计的建筑空间和建筑构件，以有利于建筑材料的节约使用。同时，建筑设计师和施工人员应提高自身的技术水平，设计建造良好的围护结构，保证建筑物的绝缘性和气密性，有效地指导和控制建筑的微环境。

（2）利用可再生能源。

大空间公共建筑应尽可能利用可再生能源，其中包括：太阳能、地区冷热条件、自然采光通风等。如果由于可再生能源设备的资金问题暂时难以落实，也应该在设计和建造阶段为相关系统的后续安装留出空间。

（3）合理化利用建筑材料。

就地取材、建筑材料本土化是建筑设计的首选，这避免材料运输带来的不必要的能源消耗，同时可降低后期维修和管理成本。同时，选择耐久性高和质量好，生产过程污染较少的建筑材料，这不仅会延长了建筑的使用寿命，改善了室内环境质量，也会减少了后续非必要的修葺。

（4）场地景观建设。

应尽量选择当地的植物，保留土地上的植被。这不仅减少了对水资源和绿化维护材料的需求，而且减少了建筑落成后内外自然环境的管理费用和能源消耗。此外，要充分挖掘水资源循环利用的可能，利用雨水、处理后的生活污水去维护建筑的绿化环境。

（5）选择高效的建筑设备。

为建筑的节能设计选择高效的设备是必要的。在建筑设计阶段，相关的能源消耗分析技术会有助于设备的选择和提高能效。

（6）减少隐性能耗

大空间公共建筑全寿命周期能耗主要包括建筑建造能耗、建筑管理使用能耗和隐性能耗。在前两个方面的能源消耗会被高度重视，而隐性能耗却往往被忽视。

隐性能耗主要是指建材从生产、制造到运输等的总能耗，虽然单体的能耗相对较小，但总量相当可观。避免或减少这部分的能源消耗，是涉及社会各个领域，实现节能减排的重要手段。

3 生态化形式设计

3.1 整体设计

在设计时，设计师应根据基地的特点选择相应的技术和建筑材料，通常会采取两种形式：①充分利用地下空间；②下沉建筑体量的一部分。充分利用地下空间，可以减少对地面环境的影响，保护了如地面植被和地表水等当地自然风貌。在建筑设计阶段，设计人员可以根据现场的地形地貌特征和城市规划的要求，探讨利用地下空间的可能性。地下空间的利用有利于创造一个舒适的室内环境，在合理的设计指导下，可以减少施工土方量和增加建筑的绝缘性能。例如日本大阪中央体育馆就是这种设计的典型。它基本上所有的建筑都埋在地下，因此其内部在夏季受到温度的影响较小，同时建筑的大部分时间会利用自然通风，最大限度地提升了地下空间的保温性能，做到节省热能消耗，使生态意识和环境相互协调。另外，在主馆和副馆上各有一个天窗，主要房间利用自然采光和自然通风，以降低环境负荷，体现了生态学的概念。这种策略是基于建筑所在地区的气候和地理条件来采取的具体措施，需要多方面的考虑和协调配合，并不一定适合于各个地方。更为广泛使用的策略是第二种，即下沉建筑体量的一部分。澳大利亚悉尼国际水上运动中心就是此战略的体现，建筑场馆的一部分被埋在了地下，缩小建筑尺度，促进了建筑与环境的有机整合。

3.2 体形设计

建筑体形是大空间公共建筑最为直观视觉形象，其体形会根据其内部功能、环境关系、基础条件和使用者心理需求等设计，因此建筑物的外形应该是自然恰当和符合感官逻辑与思维逻辑的。由于大空间公共建筑的建筑规模较大，合理的体形设计可以降低能耗。建筑体型系数是指建筑物跟室外接触的表面积与其所包围体积的比值，体型系数越小，建筑的维护结构散热面积和热损失就越小，相应的能耗会降低，节能效果相对较好。根据空间几何形式，相同的体积，表面积最小的几何体是球体，所以大空间公共建筑的屋顶通常以曲面的形式出现，特别是利用拓扑学思维的，屋面、墙面等维护结构系统相融合的形式，越来越受到人们的青睐，例如广州的天河体育中心就是采用了曲面设计。但对体形的考虑不能过于苛求，否则会使削弱建筑师的创造力，导致建筑造型呆板、千篇一律。

图2 广州天河体育中心

4 生态化内容设计

4.1 建筑材料生态化

为了确保一个健康的公共建筑环境，应该使用对环境无害的建筑材料和设备。在建筑材料的选择上，可以选择天然材料，无辐射污染，发射率较低，同时具有较高的热稳定性和低挥发性。而使用有机化合物装饰材料时，除了需要保证材料的安全卫生，也要保证施工设备的环保。众所周知，空调和冰箱的冷冻剂等含氯氟烃的材料会分解臭氧层，使紫外线增加，对人体健康有害，而一些建筑保温材料也含有这种物质，所以大空间公共建筑应尽量减少空调的使用，采购不含有害物质的保温材料。

4.2 室内环境自然化

为了营造舒适自然的室内环境，大空间公共建筑需要进行声、光、风和热环境的生态建设。在声学环境设计中，由于声场的混响时间和建筑体积、吸声量等因素负相关，故应利用合理的建筑形体对声学设计进行优化。在光环境设计中可以考虑充分利用自然光，做到低污染低能耗，而且自然光有消毒功能和热效应，有助于身体健康，使人精神愉悦。大空间公共建筑通风路径较长，有较大的流动阻力，仅依靠自然风压、热压实现的通风效果会不太理想，同时空气和噪音污染也会随着自然通风进入室内。为了解决这种情况，通常采用空气流通通道予以辅助，在通道中利用生态手段处理净化空气，解决室内通风问题。另外，建筑的室内温度应该有一定的波动性，动态的室内气候能增强人体对冷热的适应能力。