为未来设计的“生态反哺”

张宏儒，何 珊（上海建科建筑设计院有限公司， 上海 200032）

1 研究背景

城市及其建筑，是人类存在于地球最明显的痕迹。从宏观的生态学来看，地球表面的生物圈是一个完整的生命体。因为其所有组成部分（系统与元素）高度相互依存且整体处于不断的新陈代谢而又平衡的演化状态。地球生物圈在经过了 30 多亿年漫长的正常生长期之后，在短短的两百多年内加速突变为布满巨大城市“斑块”的状态，其演化状态越来越失去了平衡。作为一个生命体，这样的突变无疑是病态的，类似于单个动物机体的肿瘤。森林和草原大片消失、荒漠增加、大量物种灭绝、大气和水环境严重污染、极端气候与灾害频发，以及人类（作为生物圈的一种元素）快速增加的城市病、高楼病、心理疾病等，都是这一生物圈病态的具体“症状”。这种病态趋势如不遏止，就必然会恶化。过去人们认为整个生物圈将因此彻底消亡，然而近年来越来越多的研究和局部的跟踪观察发现，最可能的结果是人类的恶性发展将导致生物圈这一宏观生命体的“免疫反应”加剧。其将用严酷的地理、气候、微生物灾难或核大战将“病原”—人类消灭，则大自然完全可以自我恢复，所需要的时间甚至远少于人类快速畸形发展这一“病程”。因此，“可持续发展”实质上不是为了生物圈的可持续，而是为了人类的可持续，是为了保护人类自己。

随着工业革命的产生和推进，人们习惯把自身以外的生命世界以及生物圈赖以依附的无机世界统称为自然，这一认知隐含着将人类与外部环境剥离并对立的误判。正是基于这样的认知而形成的发展理念，加速了人类对生物圈的破坏。以庄子为代表的一些中国古代思想家所推崇的“天人合一”思想，包含着把人类当作自然之一部分的深刻的自然观，遗憾的是两千多年来这种自然观既未被西方世界所采纳，也成为东方的主流思想意识。直到现代“可持续发展”观念终于开始盛行，人类才认识到融入自然的重要性和必然性。基于这一思想的发展策略，将着眼于人类建设活动的生命属性，并将其纳入地球生物圈运行的整体逻辑之中。这可以类比于树木和森林的生长：一棵树和一座森林在不断“建设”自身的同时，虽然消耗了资源和能源，但同时对所在生态环境产生正面的影响、做出积极的贡献，甚而对整个宏观生物圈的平衡与繁盛都有一点贡献，是这个大机体的良性“细胞”，从生到死都完全融入生态系统循环之中。地球拥有 70 多亿人口，但远不止拥有 70 亿棵树，生物圈从不会因为树太多而面临危机。同样，人类也不应该成为生物圈机体的“肿瘤细胞”，而应该像其他生物种群一样融入大自然整体的平衡运行之中。改变发展模式方向，对整个生态系统会产生正面的积极影响，以逐步减轻直至消除病态发展造成的人类生态危机。这，就是“生态反哺”的基本理念。

2 “生态反哺”理念的产生背景

20 世纪下半叶以来，一面为了应对全球变暖、生态环境恶化，一面为了满足经济发展，全球以发达国家为主导的以“减少破坏”为核心的“可持续发展”模式应运而生。这一模式常用到的词汇是减少、最小、降低等，其措施并不能停止经济活动尤其是建设活动对生态环境的负面影响，而仅是放慢了迈向耗竭的脚步，以较小的增量在更持久的人类活动中消耗地球资源。局部的“保护”措施也只是维持已经被破坏的状态不再恶化，但整体依然是一种消耗加损害的线性发展过程。这样的过程不断累积，必然导向不可逆的资源全面枯竭和生态环境崩溃，实际上不可能实现真正的“可持续”。

为此，亟须探索一种不同的发展路径将上述模式升级，使建设活动融入整个地表生态圈的物质与能量循环，并在城市与建筑的使用过程中逐渐修复已被破坏的生态环境，形成生态正反馈，持续改善人类的生存环境。由此，提出“生态反哺”发展理念。

3 “生态反哺”理念的内涵及设计

生态反哺，形象地说就是向树木和森林学习。一是在人类活动过程中模拟自然界“所有物料皆为养分，皆可回归自然”的循环机理，使生产及生活物资得以不断循环，从而消除传统意义上的“废弃物”。二是学习树木和森林在自身生长、增加规模的同时，对周边生态环境和整个生物圈不断带来正面影响。理念的核心包括 3 个方面的“正反馈”：回馈自然、回馈社会、回馈人类自身。回馈自然，一是指所有生产物（包括建筑与用品等）的最终结局可以通过大自然分解，作为养分回归自然界循环使用；二是建成物的使用运行过程对所处的生态环境带来良性影响。回馈社会指生产物最终结局可拆解并回收，作为工业原料回归生产过程，开始新一轮的生命。回馈人类自身指建成物的运行过程对使用者的身心持续产生积极影响。以上 3 个方面相互依存、相互作用，不可孤立。如果众多的建设活动都具有这 3 个方面的正反馈效应，那么整个生物圈的病态将逐步减轻，直至完全恢复平衡，实现真正的人类可持续生存。

为实现上述 3 个方面的正反馈，就必须在建设活动开始之前，对整个过程进行针对性的设计，这就是“生态反哺设计”。

“生态反哺设计”可表述为：针对一项建设活动的全过程进行设计，以使该项建设活动从开始进行到建成后的长期使用过程直至拆除后，均可以对自然环境、社会、使用者带来正向增益和积极影响。

4 “生态反哺设计”策略体系

从建设的全生命期考虑，“生态反哺设计”的策略可以分为环境增益、区域生态、资源循环、人类健康 4 个方面。图 1 为生态反哺设计策略体系示意图。

图1 生态反哺设计策略体系结构示意图

4.1 环境增益

环境增益部分主要从外环境影响策略与被动设计策略展开。主要包括以下几点。① 控制建筑物对周边环境的热辐射（反射）、噪声反射和光污染等、优化场地内水系统循环的设计。② 有害物零排放。③ 被动设计，包括防噪通风与室内外空气净化、遮阳与阳光采暖、自然采光。④ 材料热惰性应用设计。

以往在设计绿色建筑时，夏季炎热地区会注重建筑物外墙和屋顶对太阳辐射的反射，以减少得热、节约建筑能耗。实际上却对周边环境和其他建筑造成了更多的热辐射。按照生态反哺的理念，一座建筑不但不应该对周边环境带来负面影响，还应该改善周边环境，像一棵树一样，夏季能使区域环境更加阴凉。这就需要研发应用更新的技术，当然更要优先采用垂直绿化表层（其中最佳为爬藤植物帘幕）、屋顶绿化等低技术手段，对降低区域环境的热辐射、灰尘、噪声，提升空气质量等都有积极影响。

对于冬季寒冷地区，利用太阳能的最佳方式是直接晒太阳，包括场地内人员行走和停留区域以及建筑内部空间和建筑物本身。如垂直绿化外层，就需要在冬季需要日晒的部位采用落叶的藤本植物。

4.2 区域生态

区域生态部分主要从生物多样性策略、水资源策略与仿生设计展开。包括延续原有区域生态系统及增加绿化总容量的生态补偿机制、当地适宜物种选配、生态廊道构建、生态墙设计应用、生活垃圾自然循环、景观水体自然净化技术等。

对于水资源而言，生态反哺设计提倡在海绵城市技术总框架下，采用自然净化技术保持水体洁净和循环，对于有非洁净自然水系存在的区域，则应该通过这些策略不断改善区域水质，反哺自然。

生活垃圾处理方面，最典型的例子是对餐厨垃圾进行的生物化处理。例如小型“蚯蚓农场”的应用，用厨余垃圾饲养蚯蚓，分解有机物，产生优质肥料，用于植物（包括农作物）栽种。

4.3 资源循环

资源循环部分主要从物质资源策略、能源策略与全寿设计策略展开。主要包括以下几点。① 减量化建筑装饰策略。② 充分利用场地地形减小土石方。③ 可再生能源综合利用。④ 设备系统综合高能效利用。⑤ 全降解建筑设计策略：通过生化降解加社会降解（再利用）实现全降解。⑥减碳设计：零碳与负碳建筑材料应用（竹木结构、现代夯土墙技术等）。

能源利用方面，在满足功能需求的条件下最大限度压缩用能需求。对于各种可再生能源技术，需要分析其全寿命期内的资源能源消耗和污染，对比能源获益，来评估其应用的价值。

“全寿设计策略”主要包含一个重要的内容，即所谓“最后的反哺”—清除设计。生物界的一切都是有寿命的，人类的建设活动也不例外。而且，预计未来人类需要的建筑物将大幅减少、取而代之的将是大量的自然生态空间。这主要是白天大部分居住建筑空置、夜晚绝大部分工作建筑空置的现象将逐步消失，以及大量私家车停车空间的消失等原因造成。基于生态反哺理念的设计，建筑物应该一直设计到被拆除和清理的最后一个环节。将此环节定义为“清除设计”，包含了拆毁、回收、降解和清理现场、恢复自然面貌等内容。基于人工智能的飞速发展，以及人类可持续发展理念和技术的进步、人类整体走向真正的成熟，有理由预言未来人类需要的建造设施将大幅缩减，因此“清除设计”将成为非常重要和必要的设计工作内容。

4.4 人类健康

人类健康部分主要从生理舒适健康策略与心理情绪积极影响策略展开。内容包括增强人体环境感知与适应能力的设计、绿色装修设计策略、鼓励运动的设计策略、视觉健康（室内外眩光控制）和愉悦（色彩、空间、光环境与功能相适应）设计、增加人与自然接触的设计内容等。

我国《绿色建筑评价标准》颁布以来的 3 个版本中，绿色建筑定义的最后一句都包含“与自然和谐共生”这一内容，可见对人与自然和谐关系的重视。生态反哺理念突出人本身的自然属性并对其强化，以更好地体现人与自然的和谐，即由隔绝自然、利用自然到成为自然。生态反哺设计鼓励人们感受气候变化、经历一定的冬冷夏热体验，而不是处于长期恒温恒湿的环境中生活和工作，变得越来越虚弱；鼓励人们多运动、多劳作、多交流、多接触自然生命，从而不断加强身心健康。

5 结 语

本次研究首先是对生态反哺设计理念的提出，并初步建立了相应的设计技术体系。随着时代发展和技术更新还将得到进一步完善和深化，直至建立标准、进行评价。其推行将带动人们的建设活动转向更具积极意义的可持续发展方式。在目前的技术和经济条件下，“生态反哺”还难以全面实现完全的反哺效果，尤其是在一个有限的项目规模内，但是可以成为而且应该是一个方向。只有沿着这个方向，人类才能逐渐修复已经遭到严重破坏的生物圈、康复已经被损害的生理和心理健康，为后代提供生态健康的地球、向后代传递身心健康的生命，真正实现可持续的发展。