高层建筑设计中生态建筑学的运用探究

高艺珲

(山西大学电力与建筑学院，山西 太原 030006)

1 概述生态建筑学

1.1 在高层建筑设计中利用生态建筑学的意义

在城市现代化建设过程中，建筑工程发挥着重要的作用， 但是建筑工程施工会消耗较多的资源，同时会产生污染问题，建筑工程施工产生废弃物会污染空气和土壤以及水资源等，威胁到人们的身体健康。近些年我国不断增加高层建筑的数量，同时也加剧了环境污染问题， 而利用生态建筑学有利于解决这一问题。以下是生态建筑学在高层建筑工程中应用的意义： 在高层建筑设计过程中融合生态建筑学，有利于结合生态环境和人工建筑，利用科学的方式节约工程资源。首先利用生态建筑学可以提高建筑工程资源利用率， 促进建筑工程生态化发展。其次利用科学技术， 可以在建筑设计中更加灵活的利用生态建筑学，保障建筑工程符合自然发展规律。最后，利用生态建筑学可以高效利用可再生资源， 同时可以节省工程材料，降低废弃物的产量，避免环境污染破坏生态平衡[1]。

1.2 高层建筑生态建筑学设计的目标

生态建筑学的主要条件为自然生态系统，利用科学的设计方式有利于优化生态系统的性能，因为高层建筑设计工作具有复杂性特征，在实际工程中融合节能环保技术和施工材料等，有利于提升建筑生态系统的水平，满足人们的居住要求，共同发展社会和生态以及建筑三方面。近些年，我国不断增加建筑工程的高度，也逐渐增加能源消耗量，很容易破坏生态环境，再加上建筑工程施工技术非常复杂，涉及到较大的工程量，造成大量的建筑垃圾。通过融合生态建筑学，可以无害化处理建筑废弃物，有效控制建筑工程的污染。利用生态建筑学的目标还包括保护生态环境，提高室内外环境的舒适度，均衡建筑工程的生态效益和经济效益[2]。

2 在高层建筑设计中利用生态建筑学的原则

2.1 舒适安全原则

建筑工程的目的是为人们提供舒适的居住环境，因此在建筑工程施工过程中需要遵守舒适安全原则，通过利用生态建筑学提高人们居住条件。根据生态建筑学，设计人员需要合理选择施工材料，需要利用绿色材料，避免利用传统的建筑材料污染环境。在选择施工材料的过程中，设计人员需要根据业主需求，同时分析不同施工材料对于建筑工程产生的影响，保障业主生活的舒适度，例如选用的施工材料要进一步优化建筑通风效果和采光效果，并且可以结合工程施工情况落实自我调节功能[3]。

2.2 可持续原则

可持续发展是我国社会所追求的一种发展方式，生态建设学正好与这个目标相契合。因此在高层建筑设计阶段需要推广利用生态建筑学，利用科学的措施推动社会可持续发展。在利用生态建筑学的过程中，设计人员需要全面了解建筑工程，确定生态建筑学的应用方法。设计人员需要综合考虑各个方面，顺利实现建筑工程绿色标准，保障建筑工程的使用寿命。通过遵守可持续原则，科学协调建筑物的各个方面，例如在设计通风口的过程中，需要调节通风口的位置和方向，优化建筑通风功能。

3 高层建筑的发展现状

结合高层建筑的使用周期来看，高层建筑施工将会影响到生态环境。例如开采和运输砂石料和水泥以及混凝土的过程中，将会产生较多废气和废液以及粉尘等。开采砂石材料的过程会破坏生态环境，同时在搅拌混凝土的过程中，水泥和水将会产生水化热，在混合搅拌细骨料和粗骨料的过程中，因为一些施工单位没有清理施工现场，将会严重污染环境。此外在不同施工阶段将会产生材料损坏和浪费等问题。

对比其他建筑，高层建筑具有一定的特殊性：(1)室内通风比较差，同时具有较大的噪音。超高层建筑的高度通常超过了100m，因此高层建筑具有较大的容积率。不断增加楼层高度之后，也逐渐增加风荷载对于高层建筑的影响，因此在高层建筑设计阶段需要考虑风荷载的影响。在高处风速比较高，将会导致高层建筑住户产生不舒服感，此外风速比较快会产生较大的噪音，因此高层建筑外围结构使用的材料应该具备较高的隔音性能。高层建筑的风速比较快将会产生较大的噪音，影响到居住者的居住体验，因此在实际设计过程中需要规避这一问题。通常在15层～25层建筑楼层的噪音比较大。(2)鸟笼式建筑，鸟笼式建筑指的是人们的居住空间比较小。高层建筑为了提高土地面积利用率，增加每层的住户数量，同时扩大公摊面积之后，将会无限挤压每一户的空间，不断缩小居民生活空间，并且突出高层空间的密闭性特征，长此以往将会影响到居民的身心健康[4]。

设计过程中，需要考虑到生态环境的影响因素，在最大程度上降低对于生态环境的负面影响，实现人与自然和谐相处的目标。

4 生态建筑学在高层建筑工程设计中的应用措施

4.1 深入理解生态建筑学

利用生态建筑学可能无法保障短期经济效益，但是可以获得持续性的生态效果，但事实上一些建筑企业没有重视生态建筑学的意义，片面地认为利用生态建筑学不利于保障生态建筑学效果，不利于融合生态建筑学和高层建筑设计工作。因此相关部门需要加大力度宣传和推广生态建筑学，帮助更多的建筑企业理解生态建筑学的优势，并且在建筑行业中推广利用生态建筑学。此外需要完善生态建筑学教育培训机制，为高层建筑设计人员提供专业的教育机会，从而可以深入了解生态建筑学理念，在高层建筑整个周期中持续性发挥出生态建筑学作用。政府部门需要肩负自身的监督管理职能，推动生态建筑学发展，宏观调控当地建筑市场，提高建筑市场环境的规范性，全面满足相关产业政策和法律法规的要求，合理约束建筑企业的不规范性[5]。

4.2 建设空间生态

在高层建筑设计中融合生态建筑学，需要建设空间生态建筑协调高层建筑和周围环境。在宏观规划高层建筑的过程中，需要落实整体调整，提高人们居住的舒适度和安全性。在高层建筑设计阶段，设计人员需要考虑人体的适应力，有效结合当地环境和气候条件等。例如一些地区温度较高，设计人员需要设计内部储水装置，提高人们用水的便利性，同时可以有效控制温度，在设计过程中实现建筑物的自身调节功能。在炎热地区，设计人员需要增加建筑周围的植被面积，有利于合理调节建筑内部温度，同时可以影响到当地气候环境，避免因为缺水引发水资源危机。在水分储藏的过程中也可以利用植被，通过利用植被可以优化各类气候环境和生态环境等，推动空间生态建设发展[6]。

例如平遥古城建设生态建筑工程，利用天然原材料(木材和粘土以及焦化渣)合理安排建筑和其它因素的关系，构建有机结合体。对平遥古城的古民居街道给予保护，维持古民居和古寺庙以及古街道等形成统一的风格。这对古城外地区，根据因地制宜和就地取材理念，建立统一的庄园式建筑，有效协调发展旅游和经济以及社会。通过沼气池回收饭店剩饭和家庭秸秆，可以为照明等提供能源，同时可以控制大气污染。

4.3 高层建筑外墙生态系统设计

高层建筑外墙设计主要是针对装饰幕墙，并且应用于高层住宅建筑中，通常是在高层建筑外墙表面上，可以安装太阳能电池板和集热板，满足建筑物的供电需求，实现建筑节能减排的目标。在高层建筑生态设计过程中，需要进一步完善建筑生态系统，保障室内空气流通效果和室内采光效果，同时可以保障建筑物内部循环效果。针对高层建筑外墙开展生态设计工作，有利于充分利用太阳能和自然风，优化高层建筑物的运营效果，同时可以降低建筑物能源消耗。可以利用新颖的屋顶采光技术，如图1柏林国会大厦利用的穹顶，光线通过中庭进入到高层建筑，再利用阳光收集装置向建筑内引入光线，不仅可以减少热量流失，同时可以降低制冷能耗。

为了提高能源利用效率，高层建筑设计人员主要是设计幕墙和顶部墙，因此节省建筑能源消耗，降低热辐射。但是这种设计方式需要利用较多的电力资源，同时不利于保障空气质量，这是因为建筑过于依赖空调。为了解决这一问题，高层建筑设计人员需要优化建筑物的自然通风效果。

图1 柏林国会大厦的穹顶

4.4 建设整体生态环境

使用生态建筑学需要从整体角度考虑高层建筑物，通过高效的协调建筑能源，更加合理的转换自然环境，保障整体建筑和谐发展。例如在干燥区域，设计人员需要优化设计水系统，在利用水资源的过程中充分落实水循环，需要通过湿气处理所有的水资源，保障水能补给的持续性，从而可以充分利用建筑内部的水资源。

在高层建筑采光设计过程中受到客观因素的影响，因此需要制定针对性的设计方案，不仅需要降低电能消耗量，同时可以获得较多的光照，突出生态建筑学理念。在设计建筑空间朝向和空间格局的过程中，可以合理增加通风面积，减少空调使用率，因此节省能源消耗。在高层建筑中需要利用自然通风的方式，利用双层通风幕墙和幕墙开窗等方式，这两种通风设备具有不同的开启方式。幕墙窗开启时利用外推、固定窗的方法，将墙窗打开。之后可以开展双层通风幕墙，实现内外循环。实际运用时这样的运用方式可以最大限度节省能源的消耗。

4.5 采用生态表皮设计

建筑表皮生态设计主要是针对建筑围护结构。而建筑围护结构包括楼板和屋面以及外墙等。因为高层建筑外围墙体系消耗较多的能量，因此在高层建筑设计过程中，设计人员需要综合考虑建筑功能，同时需要全面分析建筑表皮的支撑功能，考虑辐射对于人体的影响，提高高层建筑居住环境的健康性和舒适性。例如在设计某地区高层建筑表面覆盖系统的过程中，主要是建立双层结构，并且在建筑表皮设计隔热玻璃和多孔通风层，在实际应用双层表皮的过程中，可以发挥出散热和通风能力，对于建筑内部空气还可以发挥出净化作用，进一步提高高层建筑的环境质量，降低天气变化对于高层建筑的负面影响。通过在建筑内部安装控制板，可以有效控制自燃通风系统，转化外部空气为缓冲气流，并且向建筑主体输送，因此降低外部风力的影响，并且可以为高层建筑提供自然风 。

4.6 建筑遮阳设计

在高层建筑设计过程中，需要做好遮阳设计工作，避免过度输出能源，同时有利于平衡生态循环系统。例如在窗户设计过程中，设计人员需要设计节能窗户，同时需要增强窗户设计的美观性。针对当前光源污染问题，设计人员需要合理选择窗户玻璃材质和边框颜色等，合理控制遮阳系数和传输热量等，顺利实现高层建筑节能效果 。

4.7 其它设计要点

在管道设计过程中需要调查和研究周围环境和施工情况等，满足建筑物的内部环境要求。通过合理改善窗户面积，或者设计垂直的遮阳网格，提高整体设计水平。在高层建筑设计过程中，设计人员需要合理分析建筑现状系数和散热比，合理布置建筑结构和设施，在建筑西侧布置电梯和管道以及设备室等，有效阻挡太阳辐射。在高层建筑中具有较多的管线道路，多工种管道设计很容易产生相互交叉和错位等问题。因此需要合理设计各个管道，进一步优化整体建筑生态性能。

设计空调风管的过程中，需要合理把握风管吊顶的高度，并且根据界面高度方向的长度合理减少风管长度，尽量利用短风管。如果必须利用长风管，要规避和其它管道产生错位交叉问题，提高建筑空间的利用率。

5 结 语

在高层建筑设计过程中，为了提高整体设计水平，设计人员需要根据高层建筑的特征融合生态建筑学理念，进一步协调高层建筑和自然环境，推动我国整体建筑行业实现可持续发展目标。