亚洲高密度城市语境下的可持续设计方法研究——以新加坡为例

邵 勇 刘兴奔 王海铭

导语

近年来，城市发展和生态保护的矛盾日益明显，随着社会经济和城市化进程的快速发展，大都市的传统粗放的扩张发展模式已经不符合未来城市发展的需求，城市发展转型迫在眉睫。

早在1967年，也就是新加坡独立两年后，时任总理的李光耀提出了他对新加坡成为“Garden City”的愿景，他渴望“将绿色植物融入建筑环境”和新加坡人的日常生活。这包括种植许多树和建立新的公园。如今，走在即便是最繁华的购物巷——乌节路（Orchard Road）绿树成荫的街道上，不可否认的是，新加坡已经成为他所设想的花园城市。

本文将以新加坡的国宝级建筑事务所WOHA的设计作品作为案例，分析可持续建筑设计中的方法和对建筑以及城市的影响。

1 可持续养老公共建筑——Kampung Admiralty

1.1 项目概况

Kampung Admiralty是新加坡首个综合公共开发项目（图1），由新加坡WOHA事务所设计，该项目于2016年获得世界建筑节最佳商业综合体未来项目奖，2017年Skyrise绿化奖。海军部村庄将公共设施和服务融为一体。传统方法是让每个政府机构分割出他们自己的土地，从而形成几个独立的建筑物。这个一体化的综合体最大化了土地使用，是满足新加坡人口老龄化需求的原型。

图1 Kampung Admiralty鸟瞰图

由于场地紧张，高度限制仅为45 m，WOHA设计了一个由3个“地层”组成的多样化的垂直村庄，融入多种ABC Waters特色。被设想为“总会三明治”，下层可容纳一个社区广场，上面有一个医疗中心。最上面的楼层设有一个社区公园，为老年人提供住宿。

1.2 垂直绿化

1.2.1 生物、功能、设施的多样性

在上层的社区公园，体现了“梯田”绿化的设计理念。

屋顶呈现3层阶梯式变化，从而形成3个阶层垂直绿化。在植物丰富度上，共种植610棵乔木和80 000棵灌木，本土植物占物种总数55%，创造了一个较高弹性和较低维护成本的景观环境空间。此外，还种植有果树及绿色蔬菜。功能上，不仅有高覆盖率的绿地，还设计有150 m2开放的社区农场、社区活动中心、公共活动的硬质绿化以及相对私密的休闲空间。在公共服务设施上，设计有长椅、健身器材等，为老人提供舒适、健康、环保的社交场所。

地面层的绿化率也相对较高，以围合空间的绿地以及环建筑的绿地为主，以乔木种植，结合不同的流线进行景观设计。

1.2.2 垂直绿化的意义

该项目100%返还绿化率以及1.2英亩（4 856.2 m2）的软景观设计为整个社区带来生机盎然的感官体验（图2），此外，还丰富了建筑园林绿化的空间结构层次和立体景观的艺术效果，进一步增加绿量，其形成的具有垂直多样性和连续水平性的树冠创造了低温的小气候条件，减少热岛效应，吸尘、减少有害气体和噪声，改善居民的生活环境。

1.3 雨水系统

该项目具有高效的水收集及利用的系统设施，它致力收集、清洁和回收雨水，并将其用于家庭部分供水、植物灌溉以及水景水源（图3）。

图2 室内设施及垂直绿化图

图3 Kampung Admiralty雨水收集元素及系统图

绿植屋顶：有50%的屋顶绿化配置有通向地面及地下管网的设施。

农作物滤网：为水敏城市提供附加的表面区域，并提高建筑的美学价值。

雨水花园：总共设有295 m2的雨水池，来应对暴风雨天气，并且与种植洼地相连，来减少水涝灾害。

集水桶：不仅收集各个种植单元的水，而且增加了更大的储水量，来避免表面较严重的水涝，此外，还可以通过可控的方法来对水流进行控制调整。

1.3.1 雨水的收集及利用

通过水敏性城市设计，雨水在从建筑顶部，通过各级雨水收集装置流向下层，在这个过程中，雨水被蔬菜种植滤网层层过滤，然后重力流向中间层，中间层设有一个可以净化城市径流的雨水花园，然后流到地下的雨水集水桶，桶内的水流向生物净化群落和生态池塘。过滤后的水以及来自两个塔顶的直接径流水量能够维持连续3天的植物灌溉以及补充两个生态池，每年能够储存并加以利用的水量达到410万L，大大减少了水资源的浪费，同时也提高了水资源的利用率。

1.3.2 雨水收集的意义

在这种城市环境中，除了水的美学和疗愈价值之外，第一级生态池的存在也有助于促进生物多样性和自然降温效应。为了保持生态池的高水质输出并最大限度地降低新加坡热带地区藻类大量繁殖的风险，该项目的绿色水系统引入了生态净化群落来循环和净化生态池，运用海绵城市的理念，通过绿地的过滤以及藻类生物的过滤，减少有害物质排放，成为生态友好型的绿色净化系统，而来自邻近地区的雨水径流也被清理净化并通过植被过滤机制输送到生态池中。

同时，位于第二层的雨水花园除蓄水功能外，在干旱季节也可作为休闲娱乐的小广场供居民嬉戏游乐，达到了同一设施空间双重用处的效果。

1.4 其他可持续设计

（1） 在废物回收上，该项目采用气动废物输送系统，它是一套自动废物收集系统，利用真空管网收集家居废物以供处置，使废物收集过程更有效率、更清洁、更环保及更卫生。

（2）太阳能电池板利用太阳能为两个住宅小区的公共设施供电。

（3）医疗中心的中央庭院提供舒适的绿化空间。

（4）咨询区和等候区由自然光照提供照明，有利于居民的健康和治疗。下面的社区广场和上面的社区公园可以让老年人感受到与自然和他人的联系，同时，风井大大促进自然采光，减少人工照明的需要。

（5）楼梯上的运动传感器减少了能源消耗。

（6）一个附和的建筑管理系统跟踪能源消耗和水的使用，对水资源进行智能控制。

（7）由SecureMyBike智能系统控制的，全自动的地下自行车停放系统，为500多辆自行车提供安全的停放。这套系统补充了金钟捷运站现有的地面单车泊车设施，并鼓励附近各年龄层的居民骑单车。

2 可持续住宅——Skyville & Dawson

2.1 项目概况

该项目位于新加坡高密度都市区Queenstown，是私人公寓和公共组屋区的交叉地带，现代的高密度住宅使得原本有限的公共面积更加紧缩，为打破这一局面把自然还给城市居民，WOHA 以“社区、多元、可持续”为主题，让Skyville组屋住宅（图4）在密集的城市环境中为居民提供了一方惬意的生活净土。同时，该项目在可持续发展方面提出的一系列策略使其获得新加坡最高等级的可持续设计评级——“Platinum Greenmark”。

2.2 可持续生活策略

2.2.1 公共空间

图4 Sky ville@Dawson鸟瞰图

图5 Skyville平面图

建筑的3个47层塔楼共有960间房屋分布在12个社区中，每个社区共享一个“热带社区空间”和“空中平台”（图5），这样能尽可能减少社区居民到达公共空间和便利设施的步行距离。此外，顶层的开放空中花园为住户提供了绝佳的观景和休憩平台，大面积的硬质铺装和400 m的慢跑小道可允许多种活动的进行，点缀在硬质铺装间的绿化也让室外活动不再单调。底层的社区公共区域的配套设施齐全，包括广场、超市、零售店、托儿所、婚礼葬礼使用的亭子以及游戏和健身区，为居民提供更多元丰富的活动方式和体验。

2.2.2 室内空间

WOHA采用无柱无梁的室内空间排布，增加了平面空间布置的灵活性，减少了死角空间的浪费情况，为不同的家庭需求提供了更多的选择空间，也为未来家庭结构的变化发展提供了可变的基础条件。

2.3 被动式可持续策略

2.3.1 Skyville的被动式通风设计

在可持续设计方面，WOHA提倡被动式设计，通过对当地的气候条件进行分析和回应，最大限度地利用“自然”的制冷和通风源，例如下午和傍晚的凉爽空气和内外部的气压差来驱动空气流通，实现建筑内部的降温，而不是用昂贵的高科技空调系统。建筑大面积朝向南北方，新加坡的东北季风和南向的海陆风为居住模块间提供良好的通风环境，在设计的过程中，对12个体块和各个居住单元均进行计算流体动力学（CFD）分析模拟，来保证高效的自然通风。每个住户单元的所有房间（包括浴室和厨房）都有窗户，所有窗户均具有中高顶挂板和悬垂结构，并且结合人体工程学尺度，保证在季风季节窗户保持打开状态并将微风送达到座椅高度。

2.3.2 被动式设计的意义

建筑无须或少量依靠主动系统（机械的冷却），被动策略可有效地将室外的自然条件带入建筑，保持室内空间的体感舒适。被动式设计可使室内在大部分时间内，仅需要比传统更少的能源消耗来维持居住者的舒适度。

2.4 其他可持续策略

2.4.1 可再生能源利用

屋顶花园的亭子顶部安装的光伏电池板，为公共区域供电，减少对于电能的依赖和消耗。

2.4.2 雨水净化

底层的主要景观的沼泽地可对雨水中的杂质进行沉淀和净化，处理后再将其排放到暴雨管理系统（Stormwater management system）中。

3 可持续生态酒店——Parkroyal Hotel

3.1 项目介绍

图6 Parkroyal Hotel鸟瞰图

在Parkroyal 酒店（图6）设计中，WOHA的设计团队将整合可持续的建筑和景观理念提升到了新的高度。为了和项目周边的绿色环境保持生态协调和融合，设计团队从项目的周边景观Hong Lim Park中找到灵感，设计出一个总的绿化面积两倍于Hong Lim Park的垂直方向的绿色空间。位于建筑塔楼之间的绿色生态平台不仅可以连接建筑的各个塔楼，而且提供了私人的公园空间，该空间内包括高大的棕榈树、灌木、开花的下层植物、瀑布和悬挂的藤蔓。Parkroyal酒店的设计理念体现了新加坡以其独特的热带生态系统和城市结构为基础，以此来实现“City in a Garden”的目标。

3.2 生态视野设计

WOHA的设计团队对Parkroyal酒店的设计构想是由内而外的“酒店花园”。每4层楼，酒店的前立面都会用曲线状的种有当地的热带植物的“空中花园”将建筑空间包裹起来（图7）。这一设计创造了超过4 550 m2的绿化面积，使场地的绿化面积翻了一倍。建筑的E形平面图有助于建筑内部与自然景观的视觉联系，同时最大限度地增加客房数量，俯瞰Hong Lim Park、酒店空中花园。

图7 Parkroyal Hotel立面绿化设计图

图8 由内而外的通透景观设计图

室内植物的大量使用加强了人与自然的视觉联系（图8）。大厅里，藤蔓与木板墙交错，花坛盛开。在精选的客房设计中，室外植物沿着窗户的长度延伸，进一步模糊了室内和室外之间的界限。外部走道以赤道热带植物和水景为界（图9），横贯私人客房和公共区域。

除了为酒店客人提供自然景观外，Parkroyal酒店还是新加坡密集城市环境中难得的绿地。酒店的服务区位于大楼的西南侧，远离Hong Lim Park，而Parkroyal酒店的后立面绿化设计，为广大公众提供了一个观察自然景观、自然系统和自然演化过程的景观视角。使Parkroyal酒店的价值不仅仅体现在建筑本身，也延伸到了城市和人文脉络中。

3.3 建筑仿生学设计

3.3.1 生物仿生设计

在Parkroyal酒店的玻璃塔楼之间，由预制混凝土构成的分层板叠加成了一个类似于亚洲乡村梯田（图10）的垂直景观。这些有机仿生形态在构成新加坡市中心的城市群的密集硬边构造中是独一无二的。在建筑的外部形式和内部空间中，象征性的参考自然界中的轮廓，图案，纹理或数字，对建筑中的墙壁和地板细节，家具和细节进行绿色生态设计。

在酒店的内部设计中，一层层弯曲的木头构成了大堂的主桌和酒店的吧台。这些结构似乎是有机地从墙壁和天花板的木条带中生长出来。此外，酒吧和大堂的主桌都坐落在无定形的纹理地毯岛上，使它们与地板融为一体。这些设施都被设计成柔和的曲线，营造出被风或水缓慢风化的地质形态。

Parkroyal最具特色的是它的彩色人形鸟笼（图11）。这些设计坐落在悬臂式平台的边缘，在鸟笼的内部能够俯瞰城市，给人强烈的风险感。从鸟笼内部看，只有一个出口通道，沿着一个只有玻璃和木制扶手保护的狭窄平台进入鸟笼，客人被鸟笼的钢筋完全包围和保护，但仍然会意识到他们的身体和地面之间的巨大高差。这些异想天开的设计会让客人感受到可控制的威胁，加上可靠的保护，使客人感受到使用的兴奋感。

图9 立面绿化景观图

从客房到电梯大堂的外部走道也提供了类似的体验。这里没有水平栏杆，相反，客人被间隔几英寸的竖条保护着穿过走廊，客人可以在走廊尽头的酒吧感受到16层楼高的城市景观。

图10 预制混凝土“梯田”设计图

图11 “鸟笼”设计图

3.3.2 几何仿生设计复杂的几何和分形图案是Parkroyal酒店内部细节的另外一个主题。由木头和金属围合组成的螺旋楼梯的设计（图12）让人联想到无处不在的斐波那契级数。在大堂入口的立面设计上，薄薄的木板条层层叠叠，形成了类似当地传统文化的木结构形式。这种设计理念也应用于天花板和3层以上功能房间的墙壁上。在大空间的处理上，使用折叠屏风将较大的开放空间分隔成一个个小的会客空间，增加了空间的复杂性和使用功能。

建筑的空间结构中也引用了分层模式（图13）。该建筑分为3个不同的区域：一层区域，包括大堂和门廊；公园区域，包括一个带无边泳池的景观丰富的露台；客房区域，共12层。从5楼起，每4层楼就有软性的生态景观包裹着“E”形平面的内部空间。客人能够在密集的城市景观中，欣赏到酒店从下而上的层层花园。几何形态和生物形态的结合，景观的分层和垂直地带的创造，形成了意识形态上合乎逻辑的多层面空间结构。

3.4 被动式节能设计

图12 室内螺旋楼梯设计图

Parkroyal酒店与自然的关系不仅体现在象征性的理念设计上，也体现在具体的被动式设计中（图14）。酒店内的整合可持续系统设备减少对宝贵资源的需求，使建筑更加的节能。建筑的东北方向采用高性能玻璃和自遮阳设计，减少了太阳对建筑立面的太阳辐射量，同时酒店内部尽量采用自然通风的空间设计，从多方面降低了它的制冷能耗需求。建筑的高窗墙比减少了对于人工照明的需求。上层的雨水收集系统所收集的雨水能够灌溉下面的空中花园，当灌溉需求过大，无法自给自足时，不足的水将由新加坡公共事业委员会提供的新水、再生水进行补充，而建筑所使用的储存水资源设备位于建筑的场地中。此外，屋顶上的太阳能板能够为植物的生长灯和软景观照明提供电力，使空中花园成为零能耗花园。

15 000 m2的绿化同时为酒店和周边地区带来了利益。建筑的垂直绿化和空中花园中种植了多种区域性的植物物种，包括鸡蛋花树、棕榈树、开花的螺旋花和高良姜，以及各种大叶灌木、蕨类植物和悬铃木。这种多样性种植模仿热带植物群落环境，最大限度地为当地鸟类和昆虫创造生存的栖息地。此外，大量的绿化也为建筑提供遮阳和隔热，减少太阳辐射，通过植物和土壤的蒸散减少城市热岛效应，同时通过过滤颗粒物、吸收二氧化碳和排放氧气改善当地空气质量。

图13 层次分明的绿色立面图

图14 被动式建筑设计图

Parkroyal酒店的设计是自然与建筑融合的代表案例，也是可持续环境城市设计的成功展示。WOHA通过对该酒店可持续的设计理念，反映了新加坡文化和生态的和谐共生的理念。这一独特的建筑空间确定了新加坡将自然融入城市建筑景观的持续目标，为游客和当地居民创造了城市脉络中的生态自然的居住体验。

4 结语

随着全球对气候变化、石油、水、废弃物越来越多的关注，绿色城市化正成为未来城市一项不容忽视的议程。作为一个面积只有700多km2的小国，新加坡成为世界上最绿色可持续的城市之一是一个漫长和艰难的过程，但是新加坡克服了自身的众多困难，将固有的劣势转化为自身的经济机遇，实现可持续的城市发展。对于未来国内的城市发展而言，分析新加坡的成功之处，结合国内的情况，相信也可以建立一个绿色可持续的城市。