高层公共建筑生态设计策略研究

文/山东国惠资产管理有限公司 刘雨晨 赵喆骅

0 引言

在当前的城市建筑中，高层建筑所占比例较高，提高高层建筑的生态设计水平对推进城市化发展有极大的促进作用。实现高层建筑及其周边环境的资源集约化、生态化及可持续化是高层建筑设计应重点关注的问题。

1 基本概念

1.1 生态设计

生态设计又称绿色设计、生命周期设计或环境设计，是指设计要将环境保护的概念融入其中。生态设计要求在建筑工程的所有阶段均需考虑建筑的环境因素，减少建筑对周围环境的破坏和污染，最终为人们提供可持续发展的空间和居住场所[1]。

1.2 建筑生态设计

建筑生态设计要求设计者采取多种方式对建筑的能耗加以控制，并对建筑的保温和隔热性能进行重点关注，减少建筑运行中产生的非必要能源消耗。建筑生态设计原则是：利用自然条件和现代科技手段，为人们创造健康、绿色的生活环境，实现我国生态环境可持续发展的目标。

2 高层公共建筑总体布局

建筑场地的选择在很大程度上影响建筑的生态节能效果，如何充分利用并发挥场地的有利条件，避免场地中的不利因素，在建筑场地设计中十分重要[2]。在场地设计前期，设计者就应具有良好的生态意识，协调建筑与场地环境的关系，使建筑在建成后达到节能目标。

建筑场地规划设计时，一方面应充分考虑当地的气候条件、地形地貌特征及周边环境，另一方面，还应将被动式的生态设计策略融入建筑布局的规划与调整、建筑间距的确定等方面。以济南市历下区金融产业总部设计为例，该项目处于奥体文博片区的核心，紧邻城市交通主、次干道，位于经十东路与奥体西路交叉口西北侧，基地与自然山体景观仅被一条道路分隔，并与济南市奥林匹克体育中心遥遥相望（见图1）。在此前提下，设计目标被分为两大部分。①对场地进行定位分析，进而实现场地与城市共赢；②引入前瞻性且具有社会示范价值的生态空间，进而体现金融企业在综合运营过程中的先进理念。

1 基地与环境的图底关系分析（图片来源：作者自绘）

具体而言，设计面临多个难点：确立场地在城市环境背景下的角色定位；体现场地与对面山体景观以及远处奥体中心、鲁邦广场的呼应；处理场地内的风环境、采光、噪声等以保证建筑建成后的舒适度及生态性。

3 高层公共建筑单体设计

3.1 建筑形体

在对场地进行分析处理的同时，结合生态节能的被动式策略对建筑形体进行初步构思以赋予建筑创作更多理性因素，在理性基础上为创作带来大量的灵感，并为建筑形态的深入推敲打下坚实的基础。

以项目所在的济南地区为例进行简要分析：济南地区属寒冷地带，夏季偏西南风，需解决夏季遮阳、通风和冬季保温问题，故建筑应选择风环境模拟结果较好的形体，从而使其具有生态性和可持续性。在历下区金融产业总部设计时，首先将平面设定为长方形、正方形、三角形、圆环形4种基本形式，4种形式的建筑高度均设定为100m，而后通过Phoenics软件分别对其进行简要的风环境模拟，建筑高度50m处的模拟结果为：圆环形对西南风的利用和引导优势最明显，场地风环境最佳，正方形的优势次之，二者均可采用；长方形和三角形产生的风影区相对较大，不建议采用。

建筑形体能直观展示建筑的外部形象，与此同时，其决定了能否为使用者提供合理、舒适、宜人、生态的功能空间。由英国著名建筑大师诺曼·福斯特设计的办公建筑——法兰克福银行便是高层生态建筑的典型案例。法兰克福银行大楼是三角形的高塔形象，大楼共53层，其竖向空间被划分成4个单元，在此基础上还设有贯通的中庭空间，充分发挥“烟囱效应”，巧妙地解决办公空间中常见的自然通风和采光问题。设计师在办公空间之间置入多个空中花园，除了提高建筑局部的空间品质外，还为周边其他建筑空间的“烟囱效应”提供了进、出风平台，进而使整个办公空间的通风、采光效果得到极大提升，营造舒适、和谐、生态的办公空间环境（见图2）。

2 法兰克福银行2a 建筑外观（图片来源：网络）2b 建筑内部空间示意（图片来源：网络）

3.2 中庭空间

除了能解决高层建筑体量过大、建筑功能和空间单一无趣的问题，中庭空间的设计还可强化建筑自身上下层空间的联系，对提升建筑的生态性起到一定作用。

中庭空间作为建筑内部“封闭”的大型公共空间，兼具交通组织、绿化、交流休息、采光、通风等多种功能。以此为基础，设计师又赋予中庭空间新的形式和生态功能，中庭空间作为建筑内部空气流动和自然光线引入的通道，充分发挥“烟囱”和“采光井”的作用，进而达到被动式生态节能的目的[3]。如图3所示，香港汇丰银行为较好的中庭空间设计案例。

3 香港汇丰银行中庭（图片来源：网络）

3.3 底层架空

当前，生态设计理念已逐步普及并深入人心，而对商业性、服务性空间的大量需求也使越来越多的建筑师对高层建筑底部空间与城市环境之间的关系更加重视。很多现代建筑往往采用底层架空的方式来塑造面积较大的公共活动场地，以完成建筑底层空间与城市空间的过渡。

建筑底层架空部分所形成的积极开放空间，既可打造极具亲和力的景观绿地、休息平台，又能引导风的流动，使其顺利“穿透”建筑。此外，相较高层建筑整体的大尺度，底层架空空间的比例、尺度更加易于被人们接受。人们能从自身视角体会高层建筑局部的空间氛围，从而使高层建筑更加“平易近人”。建筑底层架空后产生了很多自由、灵活的空间，再辅以植物景观设计，使建筑与人的关系更加亲密，建筑环境也更具舒适性与生态性。

3.4 平面

高层建筑中常见的基本平面形有正方形、圆环形、三角形、长方形4种，而平面形式与高层建筑运行所消耗的能源存在一定关系。在温度最高的8月和温度最低的1月，相同建筑底面积下，平面形式为圆形的高层建筑外表面积最小且空间利用率最大，三角形平面形式下的建筑能源消耗量最小但建筑外表面积最大，所以高层建筑的平面选择对建筑的节能性与生态性也有非常大的影响[4]。

3.5 绿化空间

合理的室外绿化植被配置可以调节建筑场地中的阴影、湿度、风向、日照等，对高层建筑来说，最好每隔一定层数设置一个种植平台，以便植物爬满整个立面。

深圳建筑科学研究院办公大楼是利用垂直绿化的典范，作为城市办公建筑，项目用地面积紧张，即使在此条件下，仍在建筑屋顶和第6层设置绿化花园，并且在布置竖向交通核时考虑了交通核与绿化平台之间的联系。设计使建筑绿化面积增加，极大程度地改善了湿热气候下的办公环境品质。

3.6 外表皮

双层可呼吸式玻璃幕墙是现今生态建筑设计中常采用的外墙类型之一，双层幕墙体系作为围护结构既保证了室内良好的通风和采光，又改善了室内舒适度，还降低了能源的消耗[5]。“双层皮”幕墙的本质是在两层玻璃幕墙之间预留一定距离的空气间隔层，通过不同的分隔方式和分隔类型，空气间隔层形成兼具采光、通风、节能、隔声等功能的过渡缓冲空间。

对于高层公共建筑生态设计来说，采用有效的遮阳措施也非常重要。外遮阳处理是建筑夏季节能的被动式技术手段。遮阳板与日照光线的入射方向呈一定角度，可反射部分入射光，从而提高建筑的生态性和舒适性。

4 结语

阐释生态设计概念，从总体布局、单体设计两方面对高层公共建筑的生态设计进行分析，并对高层公共建筑的生态设计策略进行论述，提出在建筑形体、中庭空间、底层架空、平面、绿化空间、外表皮等方面采取被动式设计策略，使建筑满足资源集约化、生态化及可持续化要求。随着生态理念越来越深入地渗透到建筑设计中，高层公共建筑生态设计势必朝着与自然环境更和谐、建筑功能空间更舒适、生态设计策略更丰富、节能效果更明显、实施方案更容易“落地”的方向发展。