可持续住宅设计综合策略研究

文／黄滔 李乐天 中机中联工程有限公司 重庆 400039

张曦 重庆大学建筑规划设计研究总院有限公司 重庆 400045

1、可持续住宅简介

住宅是保障人民福祉最重要的场所。住宅主要为居民提供住宿、备餐、饮食、卫生等方面的场所和设施，以躲避恶劣气候和天气。人们还在家里进行其他活动，如儿童保育、护理、交流、娱乐和学习。此外，信息技术的进步正在增加在家工作的人数。

同时，住宅与各种环境问题密切相关。通常，家庭能源使用和房屋的建造和拆除是气候变化、自然资源消耗和浪费的重要原因。此外，气候变化造成的当前和未来影响正成为对人类活动和人民福祉的严重威胁。因此，这种新出现的威胁要求住宅设计加强住宅的功能。

可持续住宅的设计需要最大限度地提高居民的福祉，最大限度地减少环境负担。将这两个不同的方面结合起来实现可持续性是一项目标导向的任务。控制科学可以应用于所有目标导向的任务，并在许多领域产生了非凡的成果，特别是工程。因此，应用控制科学，我们在可持续住宅设计的研究中不断取得进展。利用这些研究成果，清晰地展示出可持续设计指南和可持续发展清单的制作和修订过程。此外，根据这一演示过程，对设计指南进行了最新的修订[1]。

2、促进可持续住宅设计的控制系统

控制的目的是实现“可持续性”。可持续性模型表明，可持续性既需要内部稳定，也需要基本稳定，才能在有限的全球环境和自然资源或绝对限制下实现全人类的长期福祉或最终目标。内部稳定意味着社会和经济的稳定;内部稳定的条件是“健康”、“安全”、“相互帮助”和“自我实现”，这对人类的福祉至关重要。另一方面，基本稳定意味着环境稳定和必需品的稳定供应;基本稳定的条件是“环境保护”和“自然资源的可持续利用”。

在现实中，受控对象既是“新家园”也是“现有家园”。“参与设计的人”，如业主、建筑师、室内设计师和房屋施工方，通过利用“可持续设计指南”和“可持续发展清单”，将控制变量调整为他们想要的值。设计指南和检查表都具有几乎相同的结构，即元素、变量及其所需值。然而，创建检查表是为了方便地将测量或估计的变量与期望值进行比较，并搜索控制变量[2]。

当对象是新住宅时，首先，通过“可持续设计指南”，“参与设计的人”可以获得所需价值的信息。相关人员制作“图纸和规范”，这样房屋元素的变量就可以尽可能地达到他们想要的价值。

当现有的住宅是对象时，设计过程从“检查”作为对象的住宅开始。“参与设计的人”通过参考“可持续性检查表”来衡量或估计房子的每个元素的变量。检查完成后，参与人员通常会做出“图纸和规范”进行改进，使控制变量尽可能满足其期望值。

3、设计指南和检查表的制作和修改过程

首先，系统设计者通过三个阶段的过程产生或修改指导方针和检查表。接下来，系统用户利用指南和检查表。在此之后，居民们使用按照指导方针和检查清单设计的实际住宅[3]。

3.1 设计指南和检查表的制作过程

设计指引及检查表的制作过程包括三个阶段:(1)确定与住宅相关的环境、社会和经济问题;(2)确定可持续住宅设计的要求;(3)确定设计指南和清单中的要素、变量及其期望值。

3.1.1 查明与住宅有关的问题

指导方针的编制首先要查明与住宅有关的环境、社会和经济问题。观察与住宅相关的问题的理解趋势，系统设计师寻找应该被识别的问题。确定的基础是，这些问题影响到六种稳定条件，即健康、安全、互助、自我实现、环境保护和自然资源的可持续利用。在识别问题时，系统设计师要同时考虑他们所在地区或国家的全局/一般性问题和局部/特殊问题。全球性/一般性问题的例子是全球变暖和气候变化、自然资源耗竭和浪费。同时，地震造成的破坏也属于局部/特殊问题。

3.1.2 确定可持续住宅设计的要求

第二阶段，系统设计师根据所发现的与住宅相关的问题，确定可持续住宅设计的要求。例如，如果“自然资源耗竭”和“浪费”在第一阶段被确定为问题，那么“延长住宅寿命”和“使用节约资源或防止浪费的材料”通常被确定为要求。这两项要求与“自然资源的可持续利用”有关，“自然资源的可持续利用”是六个稳定条件之一。同样，“地震造成的破坏”需要“更高的抗震能力”，这与另一个稳定条件“安全”有关。此外，观察“对可持续住宅的理解趋势”也有助于系统设计师识别此类需求[4]。

3.1.3 元素、变量及其期望值的确定

第三阶段，将可持续住宅设计的要求转化为指南和清单的“要素-变量-期望值”结构。这种转换的目的是方便实际世界中的用户。“元素-变量-期望值”的结构显示了住宅各部分的设计目标;因此，用户可以很容易地理解应该设计什么以及设计的过程。

3.1.3.1 元素

以往的一些学术研究提出了一种选择住宅重要元素的方法，基于两个主要因素:“材料”和“空间”。“材料”将房屋视为框架、外墙、保温、门窗、室内、管道、利用自然能源的设备等材料要素的集合体。“空间”认为住宅是房间、区域等空间要素的集合。此外，材料元素和空间元素相当于房屋的实际部分。因此，在设计、检查、评估或检查房屋时，系统用户可以很容易地将指导方针和检查清单与实际房屋或图纸进行比较。

3.1.3.2 变量

在选择要素之后，系统设计师会检查各个要素之间的关系以及相关的稳定性条件，以及可持续住宅设计的相关要求。随后，他们确定了可以表示稳定程度的元素变量。

只选择一个元素，即“框架”，本部分的其余部分将展示如何确定变量。系统设计者研究“框架”和“自然资源的可持续利用”之间的关系，相关的稳定性条件，以及“房屋寿命的延长”和“资源节约或防止浪费材料的使用”的相关要求。因此，他们可以确定“耐久性”和“材料”，“自然资源的可持续利用”的指标，作为“框架”的变量。此外，如果该国家或地区处于地震易发区，系统设计人员会考虑“框架”与“安全”之间的关系，以及相关的稳定条件，以及“更高的抗震能力”的相关要求。随后，他们可以确定“抗地震”，一个“安全”的指标，作为一个额外的变量[5]。

3.1.3.3 所需的值

在确定变量后，系统设计者设置这些变量的期望值，使其满足相关的稳定性条件。设置变量的期望值需要观察现实世界中的两个项目:“与住宅相关的技术趋势”和“与住宅设计相关的系统趋势”。观察技术的发展趋势对于确定物质元素的期望值具有重要意义。同时，观察与房屋设计相关的系统的趋势对于设置大多数变量的期望值是必要和有用的。在这方面，与住宅设计有关的制度包括强制性制度和自愿性制度。强制性制度是建筑规范和规章;自愿系统是典型的评估和评级系统、标准和设计指南。

同时，如果“抗地震”被确定为“框架”的一个变量，那么期望的值是一个足够的防止地震造成的破坏的水平。在地震多发的国家，抗震标准通常在建筑规范中规定。但是，如果系统设计人员认为建筑规范中规定的标准值不够，则会对标准值进行补充，以达到期望值。另一方面，如果他们认为标准值适合于期望值，他们就可以按原样使用。在后一种情况下，变量及其期望值可以从指导方针和清单中省略，因为人们自然会遵守强制性的建筑规范。

3.2 设计指南和检查表的修改过程

“可持续发展设计指引”和“可持续发展清单”需要修订，以适应不断变化的情况，并提高准确性和方便使用。修正过程可分为三个方面:第一，理论世界的变化；第二，实践世界的变化；第三，用户反馈。从以上三个角度进行准备后，系统设计人员对指南和检查表进行了修改。

3.2.1 理论世界的变化

随着时间的推移，理论界的显著变化有必要反映在指导方针和检查表中。首先，在搜索稳定性条件的问题的最近变化后，系统设计者可以修改问题列表。根据修改后的问题清单，系统设计者还可以修改可持续住宅设计的要求清单。在修改这两份清单时，还需要观察“对住宅相关问题的认识”和“对可持续住宅的认识”的最新趋势。之后，系统设计者考虑对指南和检查表的“元素-变量-期望值”结构的修改。

3.2.2 现实世界的变化

除了理论世界的变化，实践世界的变化也需要反映。现实世界中的变化包括“与住宅相关的技术变化”和“与住宅设计相关的系统变化”。

为了寻找“与住宅相关的技术变化”，系统设计师需要关注住宅行业，定期观察与住宅相关的产品。与房屋相关的产品与指南中的材料元素紧密相连。因此，如果住宅相关产品出现显著的技术变化，通过安排相关物质要素的变量及其期望值，这些变化可以在指南中顺利进行。

与此同时，与住宅设计相关的现有系统也发生了变化。这些变化包括对强制性系统(包括建筑规范)和自愿系统(如评估和评级系统和标准)的修订或变更。系统设计者可以在指导方针中包含这样的更改，通常是通过修改相关变量的期望值。

3.2.3 用户反馈

其次，“系统用户反馈”和“居家居民反馈”也是需要考虑的。系统用户的反馈是关于对指南和检查表的反应的信息，包括对这些系统的有效性和用户友好性的评论。这些资料被用来作为改进这些系统的基础。与此同时，住宅居民的反馈是关于人们对按照指导方针和清单设计的住宅的反应。这些信息，包括对住宅的便利设施和可持续性表现的评论，对系统的改进也很有用。

4、制作和修改设计指南的插图

4.1 生产的设计指南

我们制定了可持续设计指南，并考虑到在当前国情状况下的应用。

4.1.1 查明与住宅有关的问题

制订指导方针的过程从查明与住宅有关的环境、社会和经济问题开始。全球性、一般性问题包括全球变暖和气候变化、自然资源耗竭、浪费，以及人口老龄化导致的医疗和护理费用增加。另一方面，考虑到当地/特殊的主要问题是房屋寿命短，室内热性能差，地震造成的破坏，以及糟糕的景观。此外，这两种类型之间的界限也不是很明显。

4.1.2 确定可持续住宅设计的要求

在确定了与住宅相关的问题后，我们确定了可持续住宅设计的要求。例如，“全球变暖和气候变化”要求“节能”、“使用可再生能源”和“保护绿色空间”，这是可持续住宅设计的要求。同样，“室内热性能差”要求“提高室内热性能”。

4.1.3 元素、变量及其期望值的确定

根据住宅材料和空间元素的选择方法，以及可持续住宅设计的要求，我们首先确定了设计指南中的元素。元素总数为26 个，由14 个物质元素和12 个空间元素组成。材料元素包括框架、外部、保温、门窗、室内、浴缸、管道、热水器、电器、照明灯具、利用自然能源的设备、雨水利用设备、水利用设备和户外设施。空间元素包括总楼层、指定的卧室、与水使用和热水供应有关的区域、窗户的位置和面积、卫生间、浴室、楼梯、门廊、走廊、通往入口的主要通道、斜坡和花园区域。以及相关的稳定性条件。通过减少供暖和空调的能源使用，更高的隔热性能有助于居住者更好的“健康”、“环境保护”和“自然资源的可持续利用”。

4.2 设计指南的最新修订

设计指导方针，其生产过程已在上面说明，最近修订。这个最新的修订已经处理了前面提到的三个视角:(1)理论世界的变化，(2)实践世界的变化，(3)来自用户的反馈。

4.2.1 理论世界的变化

首先，观察最近有关住宅问题的理解趋势，我们寻找影响稳定条件的问题。因此，我们确定了四个需要处理的额外问题。其中两个是全球性的问题;另外两个是局部的/特殊的问题。基于这四个问题，还确定了可持续住宅设计的其他要求。在那之后，这些额外的需求被合并到“元素-变量-期望值”的结构中。下面根据每个需求描述了标识和合并过程的要点。

4.2.1.1 电力的储存

2015年的《巴黎协定》旨在将全球气温控制在“远低于工业化前水平2℃以内”，并继续努力将气温升幅限制在1.5℃以内。根据政府间气候变化专门委员会2018年的最新报告，将全球变暖限制在1.5℃，而不是℃，将减少对生态系统、人类健康和福祉的挑战性影响。在这种最近的情况下，可再生能源，特别是太阳能和风力发电的使用在许多国家正在迅速增长。然而，太阳能和风能产生的电量随着时间、季节和包括天气在内的随机因素而波动。相应地，太阳能和风力发电的急剧增加也增加了电力系统的故障风险。为了应对这种变化的情况，我们增加了“储电”作为可持续住宅设计的要求。随着成本的不断下降和性能的不断提高，蓄电池储能系统发展迅速。此外，储存电力还可以确保应急电源，这是应对气候变化的适应措施之一。

4.2.1.2 家庭工作、远程办公和终身学习的考虑

最近，住宅作为工作场所变得越来越重要。信息技术的发展和互联网的普及促进了居家企业的发展。与此同时，越来越多的公司开始采用远程办公。在家工作的一大优势是与儿童保育或护理兼容。此外，在家工作也有利于环境，因为它可以减少能源的通勤。

与此同时，寿命的延长增加了终身学习的必要性。根据研究，越来越多的人会从事多种职业，而不是传统的单一职业，并不可避免地继续学习。现在人们不仅要在空闲时间重新创造自己，而且还要在不同的地方“重新创造”自己。

4.2.1.3 适合居民沟通的楼层规划

许多社会学和住宅方面的研究都指出，不适当的房间规划与社会问题有关。在当前的住宅市场中，有很多住宅平面让孩子们很容易在没有看到其他家庭成员的情况下进入他们的私人房间，可以被隔离。因此，缺乏沟通会导致沟通技能不发达，进而导致旷课。旷课和社会退缩与家庭暴力、升学和就业困难密切相关。因此，为了防止这些社会问题，我们确定了“适合居民之间良好沟通的楼层规划”作为可持续住宅设计的额外要求。

居民交流的关键空间是“客厅、餐厅和厨房区”;因此，我们将这个区域作为一个新的空间元素添加到设计指南中。之后，我们确定了这个元素的两个变量，即“在家里的位置”和“厨房的类型”。“居家位置”的理想值被确定为“入口处和私人房间区域之间”，因为许多专家建议这种位置用于更频繁的交流。同时，“厨房式”的期望值被设定为“开放式或半开放式”。最近，开放式和半开放式厨房在我们住宅市场很受欢迎，因为与封闭式厨房相比，这种类型的厨房更利于沟通。

4.2.2 现实世界的变化

观察到最近技术和系统的变化，我们修订了两个方面的期望值:(1)保温性能标准，(2)节能热水器。此外，我们对雨水设备的期望值进行了修改，相关系统的描述略有变化。

4.2.2.1 保温性能标准

我国住宅的热性能一直很低。然而，由于与住宅有关的技术的变化以及对节能和居住者健康的要求，这种状况正在逐步改善。因此，最近出现了一种新的国家自愿体系，即“净零能耗住宅(ZEH)认证标准”，并显示出比通常标准更高的热性能标准。

认识到实际世界中的这些变化，我们提高了指南中关于热性能的期望值。具体来说，我们将“保温”和“门窗”两种材料元素的“保温性能”期望值修改为ZEH 认证标准中规定的相关标准。根据“平均传热系数(UA)”评价ZEH 绝热性能标准。“UA”的标准值因气候分类而异。

4.2.2.2 节能热水器

随着一种新型节能热水器在市场上的兴起，我们修改了“热水器类型”的期望值。与此同时，修订后的版本采用了一种方式，提供节能类型的选择，所提供的选择有以下四种:太阳能、电动热泵、电动热泵与瞬时燃气联合、燃料燃烧潜热回收即时供电。第三种类型，通常被称为“混合型”，是前面提到的新型节能热水器。

结语：

先前的研究为促进可持续住宅设计提供了控制系统，其中包括可持续设计指南和可持续发展清单。在此基础上，本研究对设计指南和检查表的制作和修改过程进行了全面的可视化分析。根据这一过程，本研究也说明了设计指南的制作和修订过程。研究结果表明，全面的可视化可以使这些过程更易于管理，并帮助系统设计者更有效地生成和修改指南。

此外，本研究还指出了如何根据不同和变化的情况来调整指导方针。它包括一种查明与住宅有关的问题的方法，其中除查明全球、一般问题外，还查明当地、特殊问题。如果在一个国家或区域采用这种方法，预期编制和修订的准则将适合该国家或区域的情况。同时，该指南的修改过程及其具体实例的提供，有助于系统设计者对指南进行调整以适应随时间变化的情况。

由于采用了可持续性模型，指南和清单具有全面性的特点。这种模式除了通常考虑的健康、安全、环境保护等因素外，还包括相互帮助和自我实现。因此，在最新修订的指导方针中，考虑到居民之间的沟通，以及在家工作和学习。

本文利用“促进可持续住宅设计的控制系统”和“可持续发展模型”，阐述了“设计指南和清单的制作和修改过程”。这些方案形成了促进可持续住宅设计的综合策略。这一全面的住宅战略预计将被用于最大限度地提高人民的福祉和最大限度地减少环境负荷。