基于亲生物理念的公共建筑设计研究——以全国高等学校木结构设计竞赛获奖作品为例

文／李子秀 南京工业大学建筑学院 硕士研究生

胡振宇 南京工业大学建筑学院 教 授（通讯作者）

引言

保护城市生态环境对于人类可持续发展和城市健康发展具有重要的战略意义[1]，而亲生物设计（Biophilic Design）是实现城市健康发展的重要途径。亲生物设计强调建筑、城市与自然环境共生，其在个人健康、城市环境和经济发展方面的效益不断显现，例如，促进人产生积极情绪、提高人的认知能力和生产力、增强城市韧性等。

1 亲生物设计

从美国景观建筑学的奠基人弗雷德里克·奥姆斯特德（Frederick Law Olmsted）到亲自然设计的先驱伊恩·麦克哈格（Ian McHarg），设计结合自然是历史悠久的传统。“亲生物性”（biophilia）的概念是由美籍德裔心理学家埃里克·弗洛姆（Erich Fromm）在1964 年提出的[3]。在2006 年的美国罗得岛州学术会议上被正式引入环境设计领域[4]。耶鲁大学的史蒂芬·科勒特（Stephen R. Kellert）教授将亲生物设计定义为：“通过对自然的重现、利用、模拟和提取等手段，创造能够支持和复兴人类亲生物天性的人工环境。”[5]他还提出了3 种亲生物设计方法和24项设计要素（表1），以便更具体地指导设计实践。

表1 史蒂芬·科勒特等的亲生物设计方法及其要素（2015 年）[2]（表格来源：作者自绘）

现代木结构建筑是实践亲生物设计的一个重要领域。木材是一种可再生建筑材料，木结构比混凝土结构节能8%～16%；每立方米木材将存储0.9 吨二氧化碳，同时在木材生产制造阶段还可减少1.1 吨碳排量[6]。因而，现代木结构建筑其实是固碳、生态、环保的居所，符合亲生物设计的理念，值得大力推广。

2 案例分析

2.1 项目概况

本案例是作者参加的全国高等学校木结构设计竞赛的获奖方案。

场地位于北京鹫峰国家森林公园东南门的主干路北侧，地势西高东低。公园环境幽静古朴，周边散布着北方传统民居风格的仿古建筑，具有较为浓厚的北方传统园林色彩。公园内现存多处高校教育基地，如北京林业大学成人教育学院实习实践基地、梅园温室等。竞赛要求在现在场地内设置一处集教学实习、科研、科普和旅游为一体的综合体木构建筑。

项目用地面积10600m2，总建筑面积1479m2，占地面积1317m2，建筑密度12.4%，容积率0.14，停车位12 个（图1）。

2.2 平面设计

方案设计结合地形高差，在建筑入口处设置人工池塘（雨水花园），形似“项链”，“坠于”展厅之下，连接南、北建筑空间。展厅既是屋宇又是桥梁，与池塘交相辉映。池塘水体是人与建筑之间的过渡区域，增强了建筑的“亲自然性”。

建筑一层平面按功能要求分为南北两个部分，南侧包含入口空间、商品售卖区和展厅，北侧包含餐厅、会议室和报告厅，由栈道连接形成以水景为中心的完整游览路线。建筑主入口设有无障碍缓坡，方便残疾人、老人和小孩通行（图2）。仅北侧区域有二层，包含会议室、餐厅和报告厅（图3、图4）。

3 亲生物设计的应用

3.1 直接的自然体验

（1）光：建筑采用坐北朝南的平面布局，充分利用自然采光来解决室内使用需求。展厅南北面为双层中空玻璃幕墙，满足保温和采光的需求。展厅采用小尺寸构件以叠木、穿插的方式组合，具有漏光和透光的功能，光线投射在展厅室内平面，能够形成丰富的光影效果。餐厅通过拼合柱、叠木楼盖和拼合桁架的形式，以实现在无梁、少墙的条件下营造通透的视野的目的（图5）。

（2）空气：建筑群体采用三面围合的合院平面形式，一面开敞，地势上西高东低，庭院内部形成天然的通风井，使建筑能够进行自然通风，环保节能。

（3）水：水景可以提供视觉和听觉上的享受，让人联想到瀑布或春雨，在建筑设计中创造了一种亲生物的吸引力，有助于创造亲生物的环境。水的声音可以是模拟山腰下小溪的涓涓细流，也可以是喷泉轻柔的潺潺声。将水添加到建筑环境中，最经典的模式是传统园林，由水、石、植被组成宁静优美的空间。在方案中，建筑院落中有一处模拟自然的水景，流水自西北方向朝东南方跌落，经报告厅底部在南侧形成较为开阔的水面。依托于这一自然水系，一系列的亲自然空间由此展开。

（4）自然景观和生态系统：自然景观主要集中在中庭水景和南侧的水面附近，围绕这一水面形成了具有生物多样性的微型湿地系统。以水系为中心，在其周围形成草本-灌木-乔木的植物群落，具有丰富的植物层次。因水系具有自然弯曲的形态，曲折的水岸能够为生物提供良好的栖息地。

3.2 间接的自然体验

（1）自然材料：建筑承重结构的用材选用具有可再生、可自然降解、固碳、节能等优点的木材，能够产生自然森林的联想。建筑围护结构的用材选用具有乡土特征的灰砖。尽量减少对森林的生态污染和破坏，并将森林的自然属性延伸到建筑内部。

（2）自然色彩：自然色彩主要通过建筑材料和自然景观呈现。建筑材料以白墙、灰瓦和暖黄色的木材为主，前两者是场地建筑文化的留存，而黄色木材则是来自森林的自然色彩。在建筑的室外环境，种植多种观叶、观花树种，如乌桕、樱花和海棠等，以增强使用者对室外的季节性的色彩感知体验。

（3）自然形状：拱形、弧形等曲线是从自然中提取出的几何形式，能够使人产生自然联想。报告厅采用叠木拱体系，与周边自然环境相呼应。中庭的水系形态也采用模拟自然栖息地的弯曲形态。

3.3 空间和场所体验

（1）瞭望和庇护

亲生物理论认为，在人类进化史上，人类在自然中生存而产生的某些倾向成为了人的天性，这些倾向有助于我们的生存。例如，“瞭望-庇护理论”（Prospect and Refuge Theory）认为，人类更偏爱于有广阔的自然视野和能够提供庇护的场所，如洞穴、沿海等环境。

作者在本竞赛方案中，设置了许多栈道、平台、广场和檐下空间，用来观赏远景和提供广阔的视野，形成环线交通，能够让使用者迅速地进入到内部的庇护场所（图6）。

（2）秩序性与复杂性

秩序性是指视觉易辨析的组构逻辑，复杂性代表着环境包含丰富的信息，清晰的逻辑使得信息容易被获取，这样的环境有利于生存。

该建筑结构保留了传统木结构中穿斗式的风格，使用拼合桁架和叠木斗拱，以截面尺寸100×180mm 的小型木构件为基本建筑构件（图7），进行拼合穿插，组成整个结构体系，具有严密的组构逻辑和搭建秩序。

（3）移动性和寻路

方案设计以功能为引导，形成了入口区-展厅-餐厅-报告厅-商业区的完整闭合流线，并且在建筑的南侧使用了大面积的双层中空玻璃，能让使用者包括游客在建筑中能感受到步移景异的效果，观赏到中庭景色和远处山景，使游客虽在建筑内部，却有着被自然包围的感受。

（4）文化、生态和情感联系

场所精神意味着建筑与环境的文化、生态和气候等各个方面产生着密切的联系。建筑应该具有场所精神而不仅仅只是一个符号。方案采用北方民居常见的双坡顶造型（图8），以适应地方风貌和气候。延续传统的合院布局形式，三面围合，内部形成独特的院落空间。从山峦中汲取山形特点，使用类似“耳房”的屋顶形式逐级跌落。在结构上，传承了古代木结构建筑的斗拱和抬梁形式（图9），并结合现代木结构技术进行了创新，以此来产生建筑的场所精神。

结语

目前，我国的建筑设计尤其是公共建筑设计更加注重建筑与自然环境的关系，以保护和协调城市生态环境，实现可持续发展。亲生物设计主张使用自然材料进行建造，通过仿生等模拟自然的手法进行设计。一方面能够增强使用者在建筑中的亲生物体验，以此增强个人的健康效益和生产效益；另一方面，能够庇护场地的生境和生物多样性。这对于城市发展具有重要的生态意义。“亲生物”理念是对现有的建筑设计理念的重要补充，也是实现“美丽中国”和“园林城市”的一种新途径。

本文论述了亲生物的概念和亲生物建筑设计的内涵，运用科勒特教授所提出的直接自然、间接自然和空间与场所的体验这3 种类型的亲生物设计方法，以笔者参加的现代木结构建筑设计竞赛方案为例，探讨了亲生物设计方法在现代木结构建筑领域中的具体应用，拓展了公共建筑设计的思路，获得了较好的效果。

实际上，亲生物设计是指一切能够支持人类亲自然天性复兴的设计，包括城市设计、景观设计、建筑设计和室内设计等各个方面，具体可落实在木结构、雨水花园、室内景观、垂直绿化以及一些仿生的室内装饰等。将基于亲生物理论的建筑设计、室内设计以及周边的景观设计进行一体化研究，无疑有益于拓展公共建筑设计的思路与方向。