基于生态理念的办公建筑设计研究——以奥速科技办公楼方案设计为例

文／吴泽勋 福州大学建筑与城乡规划学院 硕士研究生

林志森 福州大学建筑与城乡规划学院 副院长 硕士生导师 教 授 国家一级注册建筑师（通讯作者）

引言

2020 年9 月，习近平主席在第七十五届联合国大会上发表有关“碳达峰，碳中和”重要讲话，力争二氧化碳排放量于2030 年前达到峰值，2060 年前实现碳中和。我国快速城市化进程中，办公建筑的营建活动从未间断，营建过程中产生的能源浪费及高碳排放等问题日益凸显。随着全球能源、环境问题的加剧恶化，人们已意识到在城市发展过程中应调高建筑生态性考虑的优先级，不可将其置于经济发展之后。在办公建筑生态性探索阶段中，人们深入研究办公建筑生态性设计策略与技术，进行可行性模拟，追求实现使用者的舒适性要求与个性化需求。

1 生态理念内涵解析及生态模拟软件应用

尊重自然和生态的内在价值，以及二者运动和发展的内在规律是生态理念的关键所在[1]。生态建筑以人、建筑、自然和社会协调发展为目标，有节制地利用和改造自然，将建筑环境作为一个有机的、具有结构和功能的整体系统来看待[2]。现代办公建筑的生态性设计应注重现代生态技术与传统环保手段的合理搭配使用，将建筑打造成一个节能与产能并重的微生态系统，需满足内部使用环境的高舒适度要求及使用者的个性化需求。在设计阶段，应从多方面进行生态性考虑，如环境协调性、生态节能结构搭建与舒适性环境打造等。应充分利用地形和在地植被协调环境，减少建设和维护成本，实现对环境的利用最大化与破坏最小化[3]，搭建合理的建筑结构，对维护结构，如建筑立面和屋面等，进行绿色生态性设计，充分利用可再生自然资源，减少其他资源的浪费。

Autodesk Ecotect Analysis 是一款可对建筑采光、日照、能耗、声学、可视度、气象数据及经济性等多方面进行模拟的全面技术性辅助设计软件，极具三维交互分析性能。在建筑方案设计阶段，通过拟建空间模型，可对建筑生态性能进行模拟，如有学者将其用于模拟比较分析建筑空间和形态的低碳性[4,5]、建筑被动式节能改造方式的适用性[6]和建筑材料节能降耗性[7]等建筑各方面生态性能。在文章中，作者通过对办公建筑各方面采用不同设计策略进行生态性模拟分析，探寻办公建筑生态性设计路径。

2 项目及场地的概况

奥速科技办公楼设计项目地块位于福州市高新区，用地规模为17.94 万平方米，交通便利，场地方正，地势平缓（图1）。项目业主为研发类科技企业，要求办公楼需满足生产、办公、食宿和对外租赁等功能，并最大程度节能减耗，降低建筑运营维护成本，为办公人群提供一个极具舒适性与绿色生态性、易于员工沟通交流、促进人才灵感激发的办公环境。项目建筑群在总体功能布局上，将企业自用区与租赁区采用明确的边界进行划分。文章研究分析对象为项目中的高层办公建筑单体设计（图2），对办公建筑立面、屋顶及公共交互空间进行生态性优化设计，满足使用者的创意激发和生态性需求。

图1 方案总平面图（图片来源：作者自绘）

图2 方案效果图（图片来源：作者自绘）

3 办公建筑生态性设计构思

3.1 塑造生态立面，引入绿色景观

建筑立面在一定程度上具有类似生物细胞膜的选择透过特性，最原始的功能是抵御与隔离外界不利环境因素对内部环境的侵扰。随着科学技术的发展，建筑立面的功能趋于多元化发展，逐步从被动抵御向主动利用方向发展，亦更注重立面的生态性能。基于生态性考虑，项目建筑立面采用玻璃幕墙系统，材料选用中空层为16 毫米的LOW-E 中空玻璃，这比传统建筑立面采用的单层玻璃在建筑能耗、室内环境改善力和视觉效果等方面有较优效果。考虑到烈阳直射产生的眩光及强紫外线对整个建筑的伤害，综合使用水平式与垂直式遮阳方式，对不同尺度的横向与竖向构件进行组合，使办公楼在夏季避免过多辐射，在冬季有较好日照效果。同时，将绿色景观引入立面系统中，在不同的横向及竖向构件围合成的立面单元空间中置入绿植（图3），有一定的吸收噪声、水平遮阳的效果，提高视觉观赏性的同时，为忙碌之余的工作者提供一个浇灌花草、舒缓心情的方式。

图3 建筑生态立面示意图（图片来源：作者自绘）

3.2 构建绿化屋面，维持生态效益

传统的屋面处理方式是“留白”，但在一定程度上造成大面积的硬质材料裸露现象，进而有碍视觉观赏效果，并加剧建筑物的热岛效应[7]。这为屋面生态节能利用提供了优化方向。项目屋面采用种植绿化的处理方式，使建筑屋面在城市环境中，维持吸收一定阳光和抵御阳光暴晒之间的相对平衡，选取的绿植作为其间的过渡介质。本设计的种植屋面构造与传统非种植普通保温屋面不同。屋面采用聚苯板保温层作为保温层，以LC5.0 轻集料混凝土和水泥砂浆作为找平层材料，加设细石混凝土保护层、凹凸型蓄水板和无纺布过滤层，在其上覆种植土，再进行植被种植。通过调节覆土厚度，减低屋面荷载，选择不同种类绿植，保证整个构造系统对水分的维持能力。同时，屋顶辅以太阳能收集利用装置，对自然能源进行利用，同步进行被动式节能生态设计与主动式产能生态性设计，以期屋面长期处于高生态效益状态，进一步调节城市生态小气候，降低建筑所产生的热岛效应。

3.3 营建绿色空间，促进交互共享

本设计的内部功能区划分不同于传统办公建筑的界限分明，作为一个各类数据信息融汇、沟通传递与再创造的场所，更注重为员工提供舒适的生理环境，并打造一个促进彼此沟通和激发创造灵感的交互空间。项目在交通核旁设置共享庭院及露天花园，采用绿化设计方式增强中庭生态效果（图4）。设计的共享中庭以追求生态节能为前提，试图打造一个“绿色生态仓”，不追求宏大的规模与繁复的形式。因为过于巨大且通透的空间尺度固然可以提高视觉冲击性，却易为生态节能设计埋下隐患。中庭植物的选取考虑本地的气候及其生长特性与功效等因素，利用植物自身特性调节庭院空间的微气候，提升空气质量，改善室内湿度，降低环境噪声。在中庭设置不同高度的通风窗，采用热压通风与风压通风结合的方式，配合建筑整体通风系统，促进室内通风换气，降低空气调节能耗。

图4 生态共享庭院效果图（图片来源：作者自绘）

4 建筑节能模拟

运用Ecotect Analysis 生态分析软件对本案建筑进行节能模拟，探究办公建筑生态性设计的可行性与优势所在。构建在屋面、立面与室内交互空间等三个方向生态优化设计前后的建筑模型，包括未进行任何优化设计、仅进行单项优化设计、进行多项综合优化设计的建筑模型，控制其他变量一致，分析在同等环境条件下，建筑生态设计优化前后的节能优劣性（表1）。

表1 项目建筑生态性设计优化前后主要变量对照表（表格来源：作者自绘）

建筑在不同季节维持同等室内舒适环境过程中，产生的能量损耗与排碳量是反映建筑节能性高低的重要指标。对本案建筑优化前后进行逐年能耗模拟，结果表明，在同一环境下采用同等空气调节系统，建筑进行立面、屋面与室内空间单项优化、多项综合优化后，建筑逐年能耗相应减少（图5）。对建筑进行立面单项优化、屋面单项优化、室内空间单项优化、多项综合优化后，经计算，本案建筑逐年能耗分别降低约16%、4%、7%与23%，可知多项综合优化后生态性能提升较为明显。对比结果说明，生态性设计可高效促进办公建筑节能与节碳效果，办公建筑立面、屋面与室内共享空间的整体生态性设计，对营建一个高生态、低能耗、低碳排放的办公环境具有良性促进作用。

图5 建筑优化前后逐年能耗对比图（图片来源：作者自绘）

结语

办公建筑生态性设计未有约定俗成的方式，但合理利用现有生态技术，协调建筑体量、空间与造型等做法，是体现生态理念的常规途径。设计应全程坚持可持续发展的理念，合理利用自然环境中的各类资源，注重办公建筑设计、建设与后期经营过程中的生态节能性考虑，可从立面、屋面、生态交互空间等方面着手，关注使用者的环境舒适性需求与个性化要求，以期营建生态、节能、低碳、高效、高舒适性的办公与交往环境。