生态建筑理念在高层建筑设计中的运用分析

郑锐填

（揭阳市建筑设计院有限公司，广东 揭阳 522000）

0 引言

生态建筑是一种新型的建筑形式，即是将建筑作为一个完整的生态系统，通过恰当的组织和协调建筑内外的物态因素，确保建筑生态系统的有效循环运转，达到高效节能以及抗污染的建筑生态平衡。生态建筑设计是以提供健康生态的建筑环境以及高质量的生存活动空间为原则，以降低能源消耗和保护生态环境为手段，确保建筑和自然协调统一的实现。积极展开生态建筑设计，才能更好地节省资源和减少污染，让建筑行业走上生态化发展之路。本文就生态建筑理念在高层建筑设计中的运用进行论述。

1 生态建筑设计的原则

生态建筑的设计必须将节约能源作为核心理念贯彻落实到设计的全过程，通过创新设计方法和技术等降低能耗，确保生态建筑设计在满足建筑需求的同时，实现节能降耗，最终确保生态建筑设计的生态价值。在具体的设计环节要广泛应用先进的科学技术，加强对能源资源的重复性应用，最大化地减少废弃物排放。具体设计时应把握以下原则：

（1）从全局角度整体性地分析建筑区域内外部环境之间的关系。

（2）强调人与自然和谐相处与共存，把握二者不可分割的关系。

（3）建设当中尽可能地应用天然材料能源以及可再生能源，并采用节能抗污染的相关措施。

（4）建筑位置的确定尽可能地远离污染源，尊重特定地区的生态特征，因地制宜。

2 高层建筑的生态设计要点

2.1 节能、环保设计

基于能源问题越来越严重的背景，为贯彻落实生态建筑理念，建筑设计中应当选用能耗较低且能够再生的能源。在日照时间较长的地区，有效使用太阳能可以大幅降低电力资源的用量，并且太阳能作为一种无偿资源，既洁净又可再生，将太阳能设备应用于高层建筑中，能够节约大量能源，充分发挥环保作用[3]。现阶段，国内诸多地区均已应用太阳能与地热能联合系统，并且取得良好的成效。太阳能采暖系统示意图如图1所示。

图1 太阳能采暖系统

在高层建筑设计过程中，除了科学合理地利用各种可再生能源，还要做好自身的保温工作，选用合适的围护结构，包括双层通风玻璃幕墙、保温材料等，使高层建筑达到自然降低温度以及保暖的目的，同时，结合风力与风向特征，在建筑物通风时减小其对电力机械的依靠，从而从设计之初就满足节能环保的生态型建筑的建设要求。

2.2 舒适化设计

随着生活水平的不断提升，人们越来越注重高层建筑舒适化设计，这已经成为生态建筑的一项关键设计内容。当开展生态化建筑设计时，应考虑和分析建筑空间多样化组合方式，通过综合布局，增强人们的视觉美感。另外，对于建筑布局，需要注重自然光和周边景观的设计，在室内科学合理地利用光感装置，以实时有效调整光线强度，一方面能够增强感官舒适性，另一方面能够节约能源。合理创设通风对流环境，构建完善的自然空气循环系统。所以，在利用生态建筑学进行高层建筑设计的过程中，需要逐步拓展功能分区与动静分区，使其延伸至光照、空气良好且舒适度较高的环境分区。除此之外，大部分高层建筑在设计平面空间时，首要选择南北向布置。

在高层建筑设计中，需要严格选用各种生态环保材料，在室内创设洁净无害的空气环境，为人们的身体健康、舒适居住提供重要保障。

2.3 环境友好化设计

在开展生态建筑设计过程中，需要全面、深入地分析建筑与周边环境形成的依存关系。人类任何的生存活动都与自然环境密不可分，在高层建筑设计的过程中，同样需要在自然环境和生态环境之间形成和谐共处的关系[4-5]。所以，在进行高层建筑设计时，应当加强外部生态环境的优化设计，以空间层次与布局为切入点，合理设计，构建立体、完善的多层次绿化系统，降低小环境污染，优化小气候。另外，在高层建筑内部做好景观设计，科学地构建绿色生态系统，从而产生身临其境的效果，让人们感受大自然的清新。

3 生态设计在高层建筑设计中的运用案例

3.1 项目概况

某办公大楼建筑面积18170m2，地下建筑面积4283.57m2，地上建筑面积 13886.19m2，地下 2 层、地上12 层，总高度57.9m。办公大楼建成后，可供单位进行日常办公，亦可用于打造实验基地，作为新型材料设备、技术等的研究场所。

3.2 周边环境的生态设计

室外场地主要用于绿化、水体景观和透水地面，秉承雨水资源集约化利用的原则，高效回收屋面雨水，经初步处理后，用于植物浇灌等对用水要求不高的场景中，充分践行生态化的设计理念。

经现场风场环境模拟，建筑结构平面呈“吕”字形布置，活动范围内的风速需在5m/s以内，风力放大系数得到有效控制，对人们室外活动的影响有限，也有利于营造良好的室内通风环境，因此，该设计方案具有可行性。

3.3 建筑体型（空间）的生态设计

践行开放式空间设计理念，其基本思路是联合应用“凹”布局、架空层和绿化层的设计手法，建立共享公共空间，可根据需求用作娱乐、休闲等场所，建筑的公共环境得到有效改善，使用水平大幅提高。外围护结构的绿化给办公人员提供了与自然和谐共处的舒适感受（见图2）。

图2 外围护结构绿化

建筑体型和布局的设计。经过光和风环境的仿真分析后，认为“凹”字形的建筑结构较为合适。凹口的面向是夏季主导风向的东南向，设计时，调整好开间和进深，在此建筑结构设计方式下，营造良好的采光和自然通风条件。前后空间错开加强通风，使东南风吹进建筑内，通过外界新鲜空气的引入来改善建筑内部的空气环境，此外，前后空间错开的方法还可减小室内进深，向室内提供更加充足的自然光线，减轻对照明灯具的依赖。

平面布局设计中，对风向和建筑朝向进行平面布局，同时获得隔热、采光等多项效果。楼房东侧和南侧向阳，作为办公用房；诸如洗手间等辅助房间以楼房西侧为宜，吸烟区域规划在下风向的西北处。

3.4 建筑生态相关技术的运用

3.4.1 自然通风技术的运用

通过格栅围护、开窗开墙的方法营造自然通风效果。根据建筑各空间环境的要求选择适宜的开窗方式，要求开窗的位置、面积均合理。

多开敞面设计是建筑生态学理念下的常见自然通风设计方式，在建筑工程中广泛应用。例如，楼梯间是格栅围护，会议厅是开外墙，经过结构调整后，使开启的外墙与西侧开敞楼梯间之间形成良好的风力流通渠道，即穿堂风。此外，可灵活地调整开启角度，以此来改善通风效果，例如，凉爽天气时，可加大开启角度，保证室外舒爽的自然风可吹入室内；冷天和热天时，可关小，减小冷空气或热空气的流入。

3.4.2 自然采光技术的运用

建筑用立面窗户形式、反光遮阳板等，提高自然采光水平，提高舒适感的同时，降低照明设备的用电量。经过对房屋进深的优化设计后，有效控制自然光的比例，获得良好的自然采光效果。

（1）窗洞设计。根据各功能区的需求，富有针对性地开展窗洞设计工作。以展区、实验区为例，考虑到此类区域功能性较强的特点，宜采用窗墙比小的设计手法，其中，以深凹窗洞的设计最为适宜，其能够有效控制温控能耗；窗墙比大时，优先考虑的是带形连续窗的设计方法（带形连续窗在可用自然条件的办公空间中具有较好的应用效果）。

（2）内遮阳及遮阳反光板。条件允许时，增加反光板的用量，以便将多余的阳光反射至建筑内部，提供自然光照。

（3）光导管及采光井。通过光导管的配套或建设玻璃采光井，实现对自然光的延伸，使其能够到达更多的建筑内部空间中。

（4）设置光电幕墙遮阳。对于光照较强烈的区域，可设计光电幕墙用于发电和遮阳或散热。在该办公大楼的设计中，我们考虑到大楼的西侧和南侧立面夏天日照较强，就在大楼的西侧和南侧立面设置了光电幕墙，不仅用于发电和遮阳，还能利用通道的热压力将墙体多余的热量排向空中。

3.5 绿色技术的运用

（1）屋顶绿化。在不影响屋顶结构完整性和稳定性的前提下，将屋顶改为无需浇水花园，配套太阳能花架，一方面遮阳，另一方面用于光伏发电。

（2）垂直绿化。中间的楼梯采用竖直壁阳格栅，建筑北面的平台和楼梯采用绿化式的垂吊，此类垂直绿化的方法可提高建筑的避阳隔热水平，同时，通过绿色元素的点缀，提升建筑的景观价值（如图2）。

（3）架空层绿化。围绕大楼的第一层、第六层、顶层做针对性的设计，形成高度在6m 以上的架空绿化层，此方法有利于改善邻近热环境，并实现对区域的生态弥补。

（4）水资源的高效利用。高效收集生活污水，经过处理后获得上清液，再进入生态人工湿地处理环节，获得可满足楼层浇洒所需的中水。考虑到室外绿化的要求，收集场地和屋顶的雨水，对其做过滤处理，然后安排湿地处理，直至得到满足特定场景用水需求的水为止。

（5）节水灌溉。浇水可以考虑微喷灌、滴灌等方法，具体根据现场条件做合理的选择。若为面积较大的绿地，优先考虑微喷灌的方法；对于较小的绿地，可选用滴灌的方法。建筑周边的铺装路面材料有较好的透水性，能够改善室外的热环境。

4 结束语

综上所述，建筑设计将生态建筑理念作为核心理念贯彻落实到设计的全过程中，就是要实现节能降耗，最终确保生态建筑设计的生态价值。本文结合某办公大楼建筑项目，从生态建筑节能环保、生态建筑舒适化、生态建筑环境友好化等几个方面进行设计，将生态建筑理念用于高层建筑的建设，实践证明，生态建筑理念的贯彻落实能够更好地实现降低能源消耗和保护生态环境的目的。