生态理念下办公建筑设计与技术应用探究

张 旭 北京字跳网络技术有限公司设计经理，工程师

对于社会经济发展而言，建筑行业的支撑保障作用尤为重要。在各类型建筑中，办公建筑无疑是一座城市的亮点与名片，加之其具有高效集约化的办公条件，建筑管理模式亦长期处在前列，日益成为现代建筑中的重要组成部分。在20 世纪60 年代末期，建筑师保罗·索特里（Paolo Soled）将生态学理念以一种极具创新性的方式引入到建筑学领域中，即将建筑视作城市生态圈的一部分，通过对生态学原理与方法的运用，将其打造为一个开放体系，并在建筑设计及技术应用方面充分考虑到建筑可能对生态产生的各类影响。由此，可以构建一种同自然相和谐、绿色高效且健康宜居的空间环境[1]。

在办公建筑的设计与技术应用中引入生态理念，需要实现下述3 个方面的目标。一是经济性目标，即通过生态技术的应用，有效解决建筑过程中可能产生的高能耗、高污染等问题，同时最大限度地降低建设成本，节约社会资源。二是自然性目标，即办公建筑与城市自然环境有机融为一体，生态办公建筑在满足人们工作生活现实需求的同时，也成为了城市自然环境的重要组成部分。三是人文性目标，即生态办公建筑的设计及相关技术应用必须坚持“以人为本”原则，所构建的空间环境健康宜居。基于此，本文以现阶段办公建筑存在的各类生态问题为切入点，通过对其进行深入剖析，进而提出具备实践可行性的生态技术策略[2]。

1 生态办公建筑的概念分析

所谓生态办公建筑，重点是在建筑设计过程中引入生态设计理念，注重建筑与生态核心理念的有机结合，从自主思想创新的角度考虑，坚持以人为本的设计原则。充分利用其节能、绿色、环保、室内空气健康舒适以及系统集成智能化程度较高的特点，完成人与建筑的和谐发展。生态办公建筑是当今建筑业的发展趋势之一，也是我国可持续发展战略深入实施和实践的主要体现。与传统的办公建筑相比，生态办公建筑的作用更加多元化，必须体现多种角色，包括购物、游戏娱乐以及餐饮等，才能融入到社会的发展和人们的日常生活当中。

2 现阶段办公建筑设计存在的生态问题

当前，虽然生态理念已在建筑设计领域有所发展，但是受到传统设计思维的影响，仍存在着相当数量的建筑设计师在开展相关实践时过于看重建筑的高度、面积以及装修等外在表现，视“高”“大”“特”为设计准则。权威机构针对办公人员“办公建筑使用满意度”的调查问卷结果显示，受访者中对现阶段所使用的办公建筑不满意的达到50%以上。其原因虽然多样，但许多可归结为办公建筑的生态问题。目前，广泛存在于办公建筑中的生态问题有以下几类。

2.1 能耗过高

根据中国国家统计局数据报告，我国现阶段的能源消耗中，建筑耗能占到总耗能的1/3 左右。公共建筑耗能较之于普通居住建筑要高出许多，在各类型公共建筑耗能中，办公建筑耗能长期位居前列。由于办公建筑需要满足多方面的功能需求，在温控、照明以及设备等领域对能源的需求巨大。然而，受到传统办公建筑设计思维的影响，设计师们在进行设计实践时对办公建筑的能耗节约问题未予以充分重视，很多资源没有进行系统整合，对各类新型清洁能源的利用率不高，导致交付使用后的办公建筑往往能耗过高[3]。

2.2 污染严重

办公建筑的污染问题主要体现在下述两个方面。其一，污染自然环境，具体表现在办公建筑的建设及使用两个阶段，如建设施工时可能产生大量的二氧化碳、粉尘、污水、建筑垃圾等，建筑交付使用后可能产生光污染、电磁污染等。其二，污染办公建筑室内环境，具体体现为装修材料的使用不够环保、办公设备易散发辐射性物质或有害气体等。

2.3 舒适度不佳

服务于人是各类型办公建筑最根本的要义，但许多办公建筑在设计过程中过分追求外观方面的视觉效果呈现，未充分重视建筑物内部的温度控制、通风、光照等切实影响办公人员使用体验的因素，导致许多办公建筑在建成后容易产生内外温差过大、通风不畅、照明失衡等一系列问题，这会在很大程度上影响到其中员工的工作效率，降低其舒适度。

2.4 安全性不高

在大部分城市中，为了更充分地利用好有效的土地资源，往往在设计时追求较高的建筑高度。但是，建筑物随着高度的增加也催生了一些新问题，即给其安全性与耐久性带来了全新的挑战。高层办公建筑通常具有烟囱效应，这使其在遭遇火灾时极易引发大规模的安全事故。另外，较高楼层的失火也会给灭火救援带来较大难度，从而催生了对高层办公建筑的更高防火要求[4]。

3 生态理念下办公建筑设计的技术策略

办公建筑空间的设计方案应充分考虑工程建筑空间的构成、庭院空间的利用、工作场所的合理布局的合理性。生态设计理念下空间系统分区应进一步考虑节能、环保、舒适的要求。办公建筑的不同空间对温度、阳光和美感都有着不同的标准，例如大厅、过道、室内楼梯对温度的要求相对较低，因此可以将公共空间作为内部和外部空间的缓冲区。这样不仅可以降低能源消耗，还可以缓解因室内外温度剧烈变化而引起的不适。

3.1 生态办公建筑场所设计

首先，可以采用复合的方式促进不同层建筑空间的功能实现。例如，在地下层配置停车库，在办公建筑下部的裙房处配置商业区，办公区域则可以位于较上层位置，并在上部配置部分对私密性与安静程度要求较高的公寓、旅馆等。这样的空间配置方式可以充分考虑到各区域对资源需求高峰时段的差异，从而实现优化配置。再者，对于处在同层的办公空间，亦需使其配置达到节能和提高舒适度的要求。

其次，科学的结构选型不仅可以在应对自然力方面取得良好的效果，同时还可以切实节约相应的建筑耗材，促进生态化目标的实现。较之平面结构，空间结构的多样性与灵活性优势较为显著，同时其造型也更具视觉呈现效果，与城市自然环境的融合程度较高。当前，应用较为广泛的办公建筑空间结构主要有网架结构和壳体结构。前者所使用的管材尺寸较小，平均到单位面积的钢材消耗量较低，具有节约材料的优势；后者断面厚度要求不高，同时还兼具了骨架与屋盖两个方面的作用，可以有效节约承重结构耗材。在实践中应结合所在地具体情况选择相应的办公建筑空间结构，以促进建筑的生态化发展[5]。

再次，通常可以将办公建筑的表皮分为屋顶、墙体以及门窗等，除在支撑与装饰方面起到作用外，还起到重要的调控作用，会对办公建筑的整体通风、采光、热量控制等产生影响，因此需要科学设计。例如，对外墙进行保温隔热处理，选用一些符合生态理念、导热性较差且强度较高的优质材料，同时配备一些强度较高的承重材料以及导热系数差的轻质保温材料组合。对建筑外框的处理应选择节能型窗框，配以加强节能效果的中空玻璃，并选择气密性较好的密封材料。办公建筑屋顶的设计可根据实际情况在保温层面、架空通风屋面等类型中进行选择，条件允许也可采取屋顶绿化的方式，以降低热岛效应对办公建筑的影响。

最后，建筑物的能耗会受到其体形系数的影响，而单位建筑体积的外表面积与体形系数大小之间呈正向相关关系，体形系数越小，对应的外围护结构热损失就越小。因此，在进行办公建筑形态设计时应将体形系数控制在一个合理的范围内。通常，建筑物体形系数方面，球体＜圆柱体＜长方体，但是需要注意，体形系数并非越小越好，过小的数值会严重制约设计师的创造性和能动性，导致其在进行平面布局时遇到一定困难。需要结合实际的建筑造型需求，科学确定相应的建筑体形系数。

3.2 生态办公建筑气候应变能力设计

生态理念下的办公建筑设计应充分考虑其对气候的应变能力，即立足于生态学观点，从自然环境的视角看待建筑物，使其能够有效利用自然中的太阳、风、光等条件。办公建筑设计时应考虑到太阳运动轨迹的规律，以此确定建筑物的具体朝向。建筑物内部良好的通风性能可以较大程度上实现散热效果，外表面条件会对其具体采光产生切实影响，采取相应的遮阳措施能够减少热量吸收。因此，在进行生态办公建筑设计时，需要处理好阳光与风等因素，结合建筑物所在地的实际气候条件，选择针对性的气候能力增强设计方案，让建筑在使用期间给予办公人员良好的体验感，进而促进其工作效率的提升。

自然采光设计方面，应当根据办公建筑内部不同区域对于自然采光的不同需求予以科学划分。办公活动利用率较高的空间优先置于外区，其余则按其活动利用率依次向内区予以配置[6]。与此同时，整体布局可以采取开放式，以促进光线向内部的充分渗透。办公建筑表皮方面，以南北向采光为宜。在南向的玻璃处可以设置反光板，这样可以让光线的渗入更为均匀，而北向光通常较为柔和，可以满足办公采光要求。除此之外，还可以选择一些反射面、眩光控制装置，适当增加远离窗户的空间照度，从而有效减少眩光对办公人员产生的影响。

自然通风设计方面，进行空间布局设计时，可对传统的中庭进行改造优化，使其在承载交通空间与采光功能的同时自然通风[7]。具体而言，将拔风装置以及可调节光伏板同中庭有机结合起来，通过压差原理实现。办公建筑表皮方面，应用可调节光伏百叶，形成由外层百叶、内层玻璃共同组成的双层表皮。其中，外层百叶可以实现自动调节的功能，在夏季与冬季分别调整百叶与内侧玻璃的角度，最大限度地保证室内外的良好通风。另外，办公建筑形体方面可以根据实际情况适当减少建筑进深，如此可为穿堂风提供便利。

3.3 生态办公建筑清洁能源与绿色材料应用设计

生态理念下的办公建筑清洁能源利用多以太阳能为主。现阶段，作为可再生的重要清洁能源，太阳能的应用领域日渐广泛。在建筑领域，其应用主要分为两种形式：一是光热转换，即将太阳能有效转化为热能，如利用太阳能为热水器提供生活热水、利用太阳能空气集热器进行供暖、利用太阳能产生热压来增强建筑的通风能力等直接利用方式，或是太阳能吸收式制冷、吸附式制冷、喷射制冷等间接利用方式[8]；二是光电转换，即将白天的太阳能转化为电能，并经由蓄电池存储起来，供作夜间照明或是其他类型的用途。现阶段，生态办公建筑主要通过太阳能电力墙、太阳能光电玻璃等进行太阳能的利用。

开展生态办公建筑设计的过程中，还应切实提升自然可再生、可循环利用类型建筑材料在总建筑耗材中所占的比重，从而有效降低能耗，解决好建设阶段所带来的环境污染问题。通常而言，与水泥、混凝土等建材相比，玻璃、铝、钢等材料具有较高的回收率，因此可以在进行办公建筑的整体结构设计时较多地采用钢结构体系。例如，现阶段在生态办公建筑设计中使用频率较高的轻钢，其自重较轻，且可以有效延长建筑生命周期。

3.4 生态办公建筑智能感应控制技术应用设计

设计过程中还应注重智能化技术的应用，提升控制建筑内部各系统的自动化水平，使其更贴合办公人员的各项现实需求，进而提升办公舒适度。具体而言，综合运用数据采集、通信、计算机等技术手段，并配合智能化设备对办公建筑内外环境进行实时调控。设置相应的正常范围区间，若某些指标产生偏离情形，则进行自动调节。智能感应控制技术通过对办公建筑照明、安保、办公设备等方面的综合调控，一方面可以有效降低不必要的能源消耗，实现既定的环保目标；另一方面可以及时排查建筑内部各系统的故障，保障建筑内外的安全性。

4 结语

现阶段，办公建筑在建设阶段以及使用阶段，能源与资源消耗数量巨大。与此同时，一些内外部环境污染问题也没有得到切实解决。因此，基于生态理念，运用生态学原理及相关技术策略进行办公建筑设计，对于建筑行业的健康发展具有重要意义。本文分析了生态理念下进行办公建筑设计的具体技术策略，分为办公建筑场所设计、气候应变能力设计、清洁能源与绿色材料应用设计以及智能感应控制技术应用设计4 个方面，希望能够为相关设计实践起到一定的借鉴参考，促进良好生态办公建筑发展机制的形成，从而为现代办公建筑生态化设计方案的成熟起到积极的促进作用。