高层建筑设计中生态建筑学的运用探究

柴智琦

作为群众日常生活与生产中必不可少的部分，高层建筑设计传统手段的沿用，不仅造成能源损耗，也难以满足群众多样化需求。为了应对这些挑战，生态建筑学的概念应运而生。生态建筑学不仅注重建筑本身的环保性能，更着眼于整体生态系统的平衡与可持续发展，其以最小化资源消耗、减少环境影响为目标，通过运用先进的技术和创新的设计策略，将建筑与自然环境融为一体。为在高层建筑设计中科学运用生态建筑学，以下内容将着重阐述几点应用路径。

1 生态建筑学的定义和演变

广受重视的生态建筑学，主要面向建筑规划、施工等多个环节，要求各个部分都达到可持续发展和利用的目标，着重强调生态环境保护，更加关注建筑与自然环境的和谐融合，旨在创建健康、高效、环保的建筑。随着全球环境问题的日益严重和人们对可持续发展的日益关注，生态建筑学逐渐崭露头角，并不断演变。

最早的生态建筑学理念可以追溯到20 世纪60 年代的环境主义运动，当时人们开始认识到建筑对环境造成的影响，并提出了一些简单的环保设计原则。然而，随着时间的推移，生态建筑学变得更加综合和成熟。

20 世纪80—90 年代，建筑界出现了更多关于能源效率、可再生能源利用和材料循环利用的讨论。人们开始研究如何通过设计和技术手段来降低建筑的能源消耗和碳排放，以及减少对有限资源的依赖[1]。

21 世纪初，随着绿色建筑认证系统的兴起，生态建筑学进入一个新的阶段。这些认证系统，如LEED、BREEAM 和GREENSTAR 等，提供了一套评估标准和指导方针，以促进建筑的可持续发展。这些标准包括能源效率、水资源管理、室内环境质量和可持续材料选择等方面，推动了建筑行业对生态建筑学的广泛应用。在高层建筑设计中引入生态建筑学的理论，不但实现了资源的可循环利用，而且又减少了污染物的排放，同时保护了自然生态结构，保障了高层建筑经济效益，最终也提高了居民居住环境的整体质量。如今，生态建筑学正面临着新的挑战和机遇。随着科技的进步，诸如智能控制系统、可再生能源技术和循环经济模式等创新技术的应用，生态建筑的潜力得到了进一步释放。同时，人们对建筑对生物多样性和生态系统的影响也更加关注，生态建筑学正逐渐与生态学和生物学等学科相互交叉，追求更细致、深入的研究。

2 高层建筑发展现状

高层建筑的发展一直以来都备受关注。随着城市化进程的加速和土地资源的稀缺，高层建筑作为一种有效的城市发展方式和解决方案，正在成为现代城市建设的重要组成部分。以下是对高层建筑发展现状的分类：

1）高层建筑的高度不断刷新纪录[2]。迪拜的哈利法塔、中国的上海中心和广州的广州塔等标志性建筑都超过600 m 的高度，这些超高层建筑不仅成为城市地标，还展示了当地建筑技术和工程的进步。

2）现代高层建筑越来越注重可持续性设计。通过使用环保材料、节能设备和绿色技术，可以减少高层建筑对能源的消耗以及对环境的影响；绿色建筑认证系统的引入，也能够促使开发商和设计师更加关注建筑的环境性能。

3）高层建筑以其垂直发展的特点，有效的提高了土地利用效率，并提供了更多的居住空间、商业空间和办公空间，满足了城市人口增长和经济飞速发展的需求。同时，高层建筑也在某种程度上缓解了城市扩张对郊区土地的需求。

4）高层建筑的抗震安全性是一个重要关注点。现代高层建筑采用了先进的结构设计和技术，以提供更强大的抗震能力和结构稳定性。地震防护系统、减震装置和紧急疏散措施等措施被广泛采用，以确保建筑在地震等自然灾害中的安全性。

5）高层建筑越来越多地应用智能化技术。自动化系统、智能照明和智能家居设备等技术被集成到建筑中，提供了更便捷、舒适和安全的生活及工作环境。综上，高层建筑作为现代城市化进程中的一种重要形态，不断创新和发展。未来，随着科技和设计的进步，高层建筑将继续发展并面临新的挑战，如表1 所示。

表1 高层建筑发展趋势

3 高层建筑设计中生态建筑学的运用路径分析

3.1 建设空间生态

建设空间生态是高层建筑设计中生态建筑学的重要运用路径之一，通过合理规划和设计建筑周边的生态系统，以实现建筑与自然环境的和谐共生。比如某地区高层建筑设计项目，作为一座地标性的高层建筑复合体，充分利用了建设空间生态的概念，通过引入绿化景观、垂直花园和可持续设计元素，创造一个独特的生态环境。

设计者依靠生态建筑学概念实施规划，具体措施如下：

1）绿化景观设计[3]。设计者在建筑外墙覆盖了近40000 m2的绿色立面，由数千种植物构成，形成一个垂直的花园，可以提供自然美景和生态系统服务。其中建筑周边的公共空间设计为绿色广场和花园，为居民和游客提供了休闲和社交的场所。

2）水资源管理。建筑顶部设置了大型的雨水收集系统，将雨水收集起来，用于植物灌溉和公共景观水景的供水。通过对雨水的收集和充分利用，减少了对城市供水系统的压力，同时减少了雨水径流对当地水体的污染。

3）太阳能和能源效率。在建筑屋顶安装了大面积的太阳能光伏板，用于满足公共区域的电力需求，减少了对传统能源的依赖。建筑内部采用了高效的能源管理系统和节能设备，包括LED 照明、智能控制和高效空调系统等，减少了能源消耗。设计者综合上述设计手段，最终呈现的效果如表2 所示。

表2 项目设计效果

3.2 高层建筑外墙生态系统设计

随着时代的飞速发展，高层建筑作为生活中经常看到的部分，更是城镇化发展中不可缺少的部分。然而，高层建筑的建设也面临许多挑战，包括能源消耗、空气污染和城市热岛效应等问题。为了应对这些挑战，越来越多的设计师和城市规划者开始关注高层建筑外墙生态系统的设计。高层建筑外墙生态系统设计的目标是将自然元素引入建筑环境中，创造一个可持续、宜居的空间[4]。

植物选择是设计中的重要考虑因素之一。根据建筑的地理位置和气候条件，选择适应当地气候的植物至关重要。一些常见的植物选择包括耐旱植物、适应高温的植物，以及具有良好空气净化能力的植物。可以将这些植物种植在高层建筑外墙的垂直花园或绿化墙上，以提供绿色覆盖，净化空气，吸收二氧化碳，并改善高层建筑的微气候。

除此之外，灌溉系统是生态系统设计中的另一个重要方面。由于高层建筑外墙的灌溉通常面临着供水和排水的限制，设计师需要考虑采用节水灌溉系统。例如，利用雨水收集系统和滴灌技术，将收集到的雨水用于植物的灌溉。还可以考虑使用灌溉水的循环系统，最大限度减少水的浪费。

光照和通风是高层建筑外墙生态系统设计中的重要因素。设计师应该合理安排植物的布局，以确保每个植物都能获得足够的阳光照射。同时，还需要考虑到通风系统，以保持空气的流通，避免病虫害的滋生[5]。

3.3 运用生态表皮设计

生态表皮设计是一种以自然生态系统为灵感的设计理念，通过运用生态原理和技术手段，在建筑外立面或屋顶上创造一个具有生态功能的层面。这种设计方式旨在将自然环境与建筑相融合，提供可持续发展和环境友好的解决方案。比如某地区开展的“花冠”大厦项目，以自然植被为主题，通过运用生态表皮设计，成功地实现生态功能与建筑美学的完美结合。“花冠”大厦的外立面采用了大面积的玻璃幕墙，为建筑内部提供了充足的自然光线。同时，建筑外立面也布满垂直绿化系统，这是生态表皮设计的核心特点之一[5]。垂直绿化系统通过种植各种蔓生植物和攀爬植物，形成一个垂直的生态景观，使建筑与自然环境融为一体。这种生态表皮设计不仅美化了建筑外观，还具有多种环境效益。

为做好生态表皮设计的各类事项，需要注意4 个要点：

1）设计团队需要对建筑所在的自然环境进行全面的研究和分析，了解气候条件、植被类型、土壤状况等因素。

2）根据研究结果，确定适合该地区的植物种类及其生长条件，选择适合的垂直绿化系统和屋顶花园设计。

3）在设计实施阶段，需要合理布局垂直绿化系统和屋顶花园，确保植物的生长空间和光线条件；同时，要对植物的养护和维护问题进行充分考虑，确保其长期、稳定地运行。

4）设计团队需要对生态表皮设计的效果进行监测和评估。通过定期监测植物生长情况、环境效益和能源节约等情况，及时调整和改进设计方案，以实现最佳的生态效果。

3.4 建筑遮阳设计

通过建筑遮阳设计手段，能够极大减少建筑物受到太阳直射而产生的热量，提供舒适的室内环境，并降低空调系统的能耗。

合理的建筑遮阳设计，一来可以实现节能减排的目标，二来能赋予建筑独特的外观和功能，建筑遮阳设计具体方法：

1）选择合适的建筑立面材料。浅色或反射性较高的材料可以减少对太阳辐射的吸收，从而降低建筑表面温度。此外，设计师还可以使用具有遮阳功能的特殊涂层或涂料，将部分太阳光线反射，以减少建筑物对热量的吸收。在此过程中，为优化太阳光的照射角度与强度，设计师可以从建筑形状、立面凹凸、悬挑、挡风墙等特点出发，如常见的增加凹槽或挑檐，可以实现部分遮挡作用，避免直射阳光进入室内。建筑的外部构造还可以考虑利用自然通风和自然采光的原理，以减少机械通风和照明系统的使用。

2）运用合适的遮阳装置。例如，可以在建筑立面安装遮阳百叶、遮阳帘、遮阳网等，根据太阳轨迹的变化进行手动或自动调节，达到最佳的遮阳效果。在施工现场允许的情况下，设计师还可以考虑在建筑周围种植高大的树木或植被，形成自然的遮阴，为建筑物提供遮阳保护。

3）充分利用被动式住宅（Passivhaus）原则。Passivhaus 是一种能源节约建筑标准，核心思想是通过优化建筑外围结构，最大限度减少能源损耗。在建筑遮阳设计中，可运用Passivhaus 的原则，如合理设置窗户和开口的位置及大小，利用可调节的外部遮阳装置，控制室内的光线和热量输入，实现节能和舒适性的平衡。

4 结语

当前，面对激烈的市场竞争环境，企业要想始终保持稳定发展态势，做好高层建筑设计工作很有必要。鉴于传统设计方法带来的诸多弊端，为实现能源的有效利用及保护生态环境的设计目标，合理应用极为紧迫。

本文探究了高层建筑设计中生态建筑学的运用，旨在揭示其对建筑可持续性利用和对环境影响的积极作用。通过对现有文献和案例研究的分析，我们发现在高层建筑设计中应用生态建筑学有多方面的好处。首先，它提供了一种可持续的建筑模式，通过最大限度地减少能源消耗和环境污染，实现对环境的最大保护。其次，基于施工现场情况，科学选用适合的可再生能源物质，确保施工过程中能源利用率的有效提高，也能够尽量减少污染物的排放，这对于应对全球变暖和气候变化具有重要意义。加上运用绿色屋顶、立体绿化和自然通风等技术手段，高层建筑可以在城市环境中创造宜居的绿色空间，为群众提供更好的生活质量和空气质量。将生态建筑学引入高层建筑设计，这将是对高层建筑设计的一项重大突破，其在改善人居环境同时，实现人与自然和谐统一，又进一步拓展了高层建筑设计的发展空间。生态建筑理论的发展将导致建筑科学技术内容的极大丰富与建筑艺术创造的相应发展，从而不断推动整个建筑学不断向前发展。