从遮阳与通风一体化策略看绿色建筑立面设计的潜力<br/>——以福斯特建筑事务所作品为例

从遮阳与通风一体化策略看绿色建筑立面设计的潜力
——以福斯特建筑事务所作品为例

2021-09-26北京市建筑设计研究院有限公司杨翊楠

城市建筑空间 2021年8期

文/北京市建筑设计研究院有限公司杨翊楠

0 引言

布莱恩·爱德华兹认为：在一个空间大众化和价值日益标准化的世界，可持续发展提供了开发特定空间的机会，这是一种特定的设计。如果把“绿色”看成是人类在文化和气候方面的努力，可持续发展的建筑则是提高生活品味的动力。从来没有单一的设计文化，即使在一个城市里也有其文化的多元性和复杂性；也从来没有一种气候，可用通用的空气调节方法和标准化的建造方式去适应。

1 可持续发展和绿色建筑

1980年，国际自然保护同盟在《世界自然资源保护大纲》中首次提出“可持续发展”概念。1987年，世界环境与发展委员会出版《我们共同的未来》，将“可持续发展”定义为：既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要能力构成危害的发展。在对“可持续发展”的众多理解和描述中，世界环境与发展委员会的定义至今是被广泛接受且影响最大的。

《我们共同的未来》指出，“可持续发展”包括2个重要概念：需要和限制。应将世界各国人们的基本需要放在特别优先的地位考虑；技术和社会组织对环境满足眼前和将来需要的能力应施加必要的限制。

40余年来，“可持续发展”逐渐成为世界各国的共识。由于可持续发展涉及自然、环境、社会、经济、科技、政治等方面，不同领域关注的内容各不相同。建筑业是涉及相关领域最多的行业之一。一方面，建筑对于改善人类生存环境具有重要作用，是人类最基本的需求之一；另一方面，建筑的建造过程需使用大量的材料和资源，普遍认为，建筑行业要对约40%的碳排放负责，因此必须采用更多的节能新技术和新材料，并通过设计降低能耗，提倡并践行可持续设计原则。这是目前摆在建筑师面前压力最大、最复杂和最具挑战性的课题。

为在设计中贯彻“可持续发展”理念，并落实到具体应用层面，各国根据自身情况，分别制定绿色建筑认证体系，如美国LEED、英国BREEAM、日本CASBEE、德国和北欧BlueAngel，澳大利亚NABERS。我国也有GB 50378—2019《绿色建筑评价标准》。这些标准的具体条文，涉及建筑、结构、暖通、给排水及电气电信等专业，可满足的项目越多，则得分或等级越高。

对于建筑专业，在总图布置、建筑形体、设备选型、材料选择等方面的考虑均能体现对绿色建筑的追求。对于建筑师，设计任何一座具体的建筑，遵守法规，满足功能需求，采用合理的技术和材料，都是必须做到的基本要求和达到目标的手段，最终目的还是要通过这些手段达到良好的呈现效果。绿色建筑标准中的大部分指导原则与最终效果呈现之间的关系往往比较间接，对效果的直接助力不大。满足上述条件仅为满足绿色建筑标准所作的规定动作。在这些内容以外，对建筑效果有直接影响的主要是幕墙设计。

幕墙在各种类型和规模的公共建筑中大量使用。玻璃幕墙是最常见的幕墙形式，出于节能考虑，常见做法包括；选择Low-e玻璃或采用双层幕墙；在幕墙外设置遮阳构件；幕墙设置开启扇，使其具备自然通风条件等。每种做法有各自的优点，最终达成的效果是设计团队设计能力的反映。

2 福斯特建筑事务所可持续设计理念与作品分析

英国的BREEAM制定于1990年，是全球最早的绿色建筑标准。英国的建筑师是绿色建筑的先行者。著名的福斯特建筑事务所（Foster+Partners）更是这方面的佼佼者，自1967年事务所成立以来，一直被归类于“高技派”建筑师行列之中，热衷于采用各种“高技术”。在建筑设计中考虑生态环境和节能，并不是全新的理念，古已有之。如今被纳入绿色建筑标准的各种设计策略，如坚持自然采光、通风以及节能设计等，一直是“高技派”建筑师普遍认可并始终坚持的原则，福斯特建筑事务所也不例外，在其早期作品中就已有应用。经过50多年的积累，该事务所成立“可持续发展小组”，提出建议、指导方向并衡量目标，针对具体实践项目制定可持续发展目标。

在福斯特建筑事务所看来，如今的许多工程远超出建筑的传统应用，需将建筑环境作为整体考虑。该事务所的项目涵盖从民用建筑到主要的交通和能源基础设施，再到家具和门把手的细节。整体思维理念和丰富的实践经验使福斯特建筑事务所擅长形式和细节的打造，使绿色建筑技术手段升华为艺术，建筑作品质量完全可与工业产品质量媲美。

苹果公司总部和彭博社欧洲总部均是在这种理念指导下，将自然通风和遮阳设计高度整合，在体现可持续设计理念的同时，打造既纯净又具有丰富细节的建筑外立面，其设计策略颇具启发意义。

2.1 苹果公司总部

苹果公司总部于2010年开始设计，2017年建成。园区综合采用多种新材料和新技术，是北美获得LEED铂金级认证的规模最大的建筑。苹果公司总部是一个巨大的圆环形建筑，周边和中间的巨大圆形花园里种满树木，外立面采用超大透明玻璃，使建筑与景观融为一体，如图1所示。

图1 苹果公司总部建筑外立面

外立面幕墙节点极为简洁，仅在两块玻璃间有细小接缝，可最大限度地减少视线干扰。通常情况下，此种玻璃幕墙均用于全空调加新风系统的建筑中，无法实现自然通风。若要实现自然通风，需在外墙做开启扇，但会破坏外立面的纯净效果。

在最初设计中，福斯特建筑事务所在玻璃顶部设计了环绕建筑一圈可开启的百叶。在天气适宜的情况下，开启百叶即可实现自然通风。通高的大玻璃也能保证室内外视线贯通。根据福斯特建筑事务所的一贯水准，此种效果已接近完美。

但对于追求完美、不能容忍任何多余元素的乔布斯来说，这是无法接受的设计。在乔布斯的坚持下，设计团队重新设计节点，沿玻璃在楼板中挖出剖面呈半圆形的空腔，在空腔中设置自动开启的百叶和纱扇，将自然通风的建筑构件隐藏在楼板中，实现极致纯净的视觉效果（见图2～4）。

图2 苹果公司总部通风空腔节点

图3 苹果总部外立面局部

图4 苹果公司总部室内效果

除隐藏通风腔外，楼板还有多种用途，可结合辐射加热和冷却保证空气回流。另外，遮阳板从玻璃幕墙外侧向外悬挑深远，可有效遮挡太阳光热辐射，降低室内能耗。通过精心设计的特殊节点，整合楼板、遮阳板、通风腔及其他设施，将遮阳、自然通风和视觉效果完美结合，营造仿佛身处森林的办公空间。同时建筑物可实现全年80%的时间处于自然通风状态，大大降低能耗。

2.2 彭博社欧洲总部

彭博社欧洲总部位于伦敦核心地段，靠近英格兰银行、圣保罗大教堂和圣史蒂芬大教堂，2013年开始设计，2019年投入使用。在整体思维理念下，福斯特建筑事务所最终完成艺术氛围浓厚、恢复古罗马遗址原始地点、为市民提供底层开放公共空间且绿色节能的高品质总部办公建筑。该项目拥有英国BREEAM认证，并在所有大型办公建筑中获得最高评分。

彭博社欧洲总部由大片无框玻璃、砂岩和古铜遮阳板共同组成的外立面十分引人注目（见图5）。实现可持续设计的重要构件是立面上的古铜遮阳板，上述遮阳板分布在3～8层的建筑外立面上。具有通风功能的遮阳板共117片，仅为立面遮阳板的一部分，分布在不同立面位置，与其他遮阳板共同构成立面系统的重要组成部分。每片遮阳板并不是轻薄的板状构件，实际上是1个空腔，在平面呈锐角三角形，尖角朝外，根据不同朝向，在大小、密度、间距和倾斜角度方面均有所变化（见图6）。

图5 彭博社欧洲总部建筑外观

图6 彭博社欧洲总部立面局部

具有通风腔的遮阳板，沿对角线挖去1/2的体量，朝向玻璃幕墙的一侧有可开启的门。当天气适宜自然通风时，三角形通风腔朝向玻璃幕墙的一侧，通过自动控制系统，打开通风门，形成对外开启的洞口。内部对应的位置有自动开启的类似平开门的构件，旋转打开。二者之间形成风通道，外部自然风从此通风腔折叠形成的洞口吹进通风腔，再通过内部开启扇进入室内（见图7～9）。

图7 彭博社欧洲总部通风系统

图8 彭博社欧洲总部立面局部（通风腔一侧）

图9 彭博社欧洲总部通风腔开启时的状态

2.3 对比分析

苹果公司总部的设计是福斯特建筑事务所首次尝试通风遮阳与美学表现的高度整合。通风效果较好，但为达到纯粹和极简的美学效果，环形建筑的一圈各层是统一的水平挑板，这种做法忽略不同方向对遮阳要求的不同，虽然在南侧有很好的效果，但无法兼顾各面，因此福斯特建筑事务所的介绍文字中并未提及高度整合的水平挑板的遮阳作用。

彭博社欧洲总部则有意识地进行整合设计，极精巧的构件和节点设计，在达到自然通风和遮阳技术要求的同时，构成极具表现力的外立面。构件高度整合了美学表现和技术性能，是极成功的设计。

值得说明的是，苹果公司总部和彭博社欧洲总部均为进深较大的建筑，仅靠外立面精心设计的隐藏式开启扇无法达到自然通风效果。要保证自然通风，主要依靠烟囱效应。在苹果公司总部中，环形建筑中部设置从地下室到顶层贯通的通风竖井；彭博社欧洲总部则依靠中部的巨大中庭。只有二者同时存在，才能达到预期性能。

此外，2座建筑功能极其复杂，例如，在苹果公司总部，部分房间需要保密，故多设1道玻璃隔墙，相应多设1道半圆形通风腔，自然风的走向和通风效果会变得复杂且难以凭经验估计。福斯特建筑事务所通过计算机或由专门的合作团队进行实体模型模拟，确保在各种复杂情况下的设计效果不打折扣。