高层建筑生态化分析

【摘要】本文通过对现今全球问题分析得出全球应秉持可持续理念发展生态建筑，以典型生态型高层建筑2020塔为例，着重分析了建筑外表皮、建筑能源、水处理等技术应用，最后总结并提出对未来生态型高层建筑的展望。

【关键词】生产性建筑；外表皮；生态技术利用；可持续设计

1、背景

在全球城市化快速发展的历程中，人口与环境的关系越加紧张，对全球未来城市发展带来了巨大的挑战。近年来的不断探索，各国将生态理念放到了高层建筑发展方向上。高层建筑空间大，不仅可以满足人们生活的基本要求同时还可以处理好与环境的关系。生态建筑的本质是将建筑作为生态系统，人类为系统内的一个种群，通过合理调配系统内外种种因素，使系统内物质、能源有序地循环转换，构建一个高效生态、低耗少排的生活或工作环境[1]。近年来，各种生态高层建筑案例使得全球对其未来发展充满了希望。

在21世纪初期，华盛顿的城市化已达到了鼎盛，面临着用地紧缺资源消耗过度的问题。2001年，华盛顿国家建筑博物馆委托Kiss + Cathcart建筑事务所为该馆设计一个假想建筑。这个设计的提出是为了创建一个针对高层建筑的新生态理念，将城市的生活水平以及生活质量提升至最高。在这个设计中，事务所与工程师决定采用最先进的技术，但该设计不仅是简单的蓝图，而是一个在2020年前可以进行实施的实用且经济的建筑。

2、2020塔项目概况

2.1 建筑理念

2020塔是一座多功能用途的建筑，同时是一座150层楼高的生产性建筑，可以生产各种能源，处理和再利用水和废物等物质资源。可生产的能源如太阳能和风等，2020塔所获得的太阳能和风能可以维持整个建筑能源消耗的100%。同时建筑屋顶所收集到的雨水以及内部使用过的废水通过内部处理系统可以满足建筑内部水消耗的90%。2020塔的被设定为一个垂直城市，集居住、商业以及娱乐为一体的建筑[2]。整个建筑可以容纳近两万人，人口可以达到城乡人口数量。在理念生成前期，Kiss + Cathcart建筑事务所希望2020塔有别于熟知的单一功能的高层建筑，而是将2020塔设计成多功能理念使之可以更有效的发挥功能。

2.2功能分析

2020塔被分为30个垂直单元，集商业、娱乐功能于一身，还包括了室外开放空间。在每单元的下一层设立了生物处理系统以及温室等特色空间。温室作为整个建筑的特色功能，不仅可以服务内部人员，还可以美化整个建筑。每个公共楼层都有一个特色功能空间，有酒店、影院、大学、植物园以及动物园等。在公共楼层的室外空间不仅是一空中公园，同时还有直升机着陆台。在发生严重问题时，离救援不超过15层楼。居住空间的阳台被利用起来做成室内小型种植区域，种植方法主要通过水培技术或是普通的外挂技术，阳台的种植区域可以满足一部分家庭需要。

2.3资源代谢与技术分析

在2020塔的设计中，所有当前最先进的技术都被使用，在整个建筑内部内资源循环代谢体现得淋漓尽致。水循环、能源循环、养分循环等。

2.3.1水处理技术

2020塔内部超过80%的建筑用水可重复使用。这得益于内部的水处理系统以及建筑内部的温室以及种植区域。在每个公共楼层的下部都包含一个清洁和再循环废水的生物处理系统，屋顶收集的雨水以及楼层内生活污水汇集到每一层的水处理中心，处理后或用于浇灌植物或用于生活。

2.3.2能源技术

2020塔内部的平均能耗为每年50-60千瓦时/平方米，约为2001年标准建筑消耗量的四分之一。建筑物的外表皮采用的是最先进的光伏薄膜模块，超过15%效率和成本，同时从外观看起来与涂层夹层玻璃相似[3]。建筑的窗户采用的是透明的BIPV窗，它的耗能效率仅是不透明窗户的三分之一，同时建筑内部采用了不透明的溫控器，使得建筑总耗能减少了三分之二。

2.3.3养分循环技术

建筑内部的种植及温室是养分循环的主要来源。2020塔的建筑表皮采用多层技术，可以适应藤蔓或其他植物以及水培生长系统。垂直绿化的采用不及可以减少阳光直射所带来的高热量，减少蒸发冷却，同时还可以提供种植空间，城市农业概念也可以植入进来，生产以蔬菜水果为主的植物，可以为建筑内部人员提供自给自足的生活。

2.3.4结构新突破

建筑内部采用了全新的钢管网格结构，这种结构在立面上形成自支撑梁，具有高度的抗压性同时也易于拆卸。在不影响建筑完整性的情况下，可以被拆除。在建筑中，为了使得建筑可以获得良好的自然通风与采光，建筑设计了薄形建筑，该薄型技术增加了太阳能板的接触面积，同时也增加了能源使用所覆盖的面积。与具有单一核心和最小外围的传统建筑相比，此技术提供了更高质量的空间，同时增加了多核心的便利性和安全性。

3、总结与未来展望

2020塔的出现是对于高层建筑来说一个全新的概念，与传统高层建筑相比，占地面积不仅更小，还可以带来更高质量空间的经济效益（例如，窗户办公室与内部空间的租金更高）以及更低的运营成本以及更高的人力生产力。2020塔的设计目的是在运行能源方面自给自足，包括建筑内的加热，冷却，照明，制冷。采暖以及电力等。这对于我们未来高层建筑的发展有着更现实的意义。这反映出了对该项目与能源相关的环境影响的更有效的评估通过2020塔我们可以看出，现在全球高层建筑都处在一个飞速发展的阶段，可持续发展理念在高层生态建筑中得到了很好的体现。现如今土地资源紧缺，环境破坏严重，物质资源消耗加快而高层生态建筑理念的提出，可以很好地解决我们面临的问题。同时还能通过建筑本身的生态设备，减少物质资源的消耗以及环境的破坏。因此我们应该继续研究高层建筑的生态化建设，同时与我国国情以及地域特色相结合，设计出最适合我国的高层生态建筑。

参考文献：

[1]凡松，张国平.对生态建筑设计的分析[J].城市建设理论研究：电子版，2013（17）：39-40.

[2]刘振山.探索高密度居住区景观与建筑有机结合的设计[J].城市建设理论研究，2014（10）.

[3]Kiss + Cathcart建筑事务所官网

作者简介：

许欣悦，1993.04.10，女，山东泰安，山东建筑大学建筑城规学院，绿色建筑。

于晓晨，1993.02.21.女，山东烟台，山东建筑大学建筑城规学院，绿色建筑。