关于绿色建筑设计理念在房屋建筑设计中的实践探讨*

雷 赟

(广州市住宅建筑设计院有限公司山西分公司 太原 030000)

绿色建筑设计理念是指在建筑设计中,采用能源节约、环境保护、生态平衡、健康舒适等方面的设计原则,实现对环境的最小化影响,提高建筑的节能性、环保性和可持续性。在当前环保意识逐渐普及的背景下,绿色建筑设计理念已经成为未来房屋建筑设计的趋势,也是社会可持续发展的重要组成部分。

从建筑全生命周期来看,绿色建筑有节约建筑建造及运营成本、降低使用能耗、提高资源使用效率、提高设备使用效率、优化室内空气质量等显著优势。

1 绿色建筑设计原则

1.1 系统协同

绿色建筑设计理念需要结合建筑全生命周期进行统筹设计;同时需要所有专业交叉配合、平衡各专业之间的利弊,以实现其高效、可持续的运行使用,因此系统协同的进行设计工作是根本原则。

1.2 因地制宜、生态平衡

绿色建筑应当是高度融合于其所处环境的建筑。设计应当根据不同的地理位置进行建筑设计,同时最大化平衡与周边生态的关系,充分尊重自然,而不是千篇一律。

1.3 经济适用、节能高效

绿色建筑要对建筑全生命周期运行成本进行估算,评估建筑的投入和产出,选择最优方案,在保证资源节能和设备高效的同时,使建筑在设计、施工、运行三方面经济成本最小,实现建筑的可持续发展。

1.4 功能舒适

建筑归根结底服务于使用人,绿色建筑更要本着有益于身心健康的原则,营造出舒适的声、光、热、空气等室内环境。

2 绿色建筑设计实践方法

2.1 整体规划设计

绿色建筑强调建筑与城市、场地的和谐共处,从规划设计阶段就融入绿色建筑设计理念,定好绿色建筑设计方向。

2.1.1 因地制宜

根据所处地理位置、气候特点等客观条件做好整体概念设计,为单体建筑的可持续运营创造必要条件。例如位于卡塔尔首都多哈的卡塔尔国家博物馆(见图1),地处典型的热带气候区,夏季炎热干燥,因此设计师将气候因素与国家地缘文化相结合,提炼出沙漠玫瑰的设计元素,构成建筑屋顶的圆盘型挑檐,太阳从东西两个方向照射建筑时,圆盘挑檐形成较长的保护阴影,同时减少建筑开窗面积,为数不多的的窗户也设在永久阴影处,大大降低了室内空间的制冷能耗,充分照顾了建筑所承载的文化需求。

图1 卡塔尔国家博物馆

2.1.2 充分利用场地现状生态环境

规划设计应充分结合原场地的现状条件,结合景观规划实现建筑与自然和谐共生。例如,位于巴西圣保罗市的圣保罗商务大楼(见图2),在总体规划之初,保留了基地原址的171棵现存树木,同时引进上百棵大西洋森林树种,植冠达到12层,同时使用穿孔金属板步道,充分利用水处理系统,用于塔楼制冷及基地灌溉。场地内的喷泉和植被形成了较为凉爽宜人的场地微气候,有效减少了建筑内部能耗。

图2 圣保罗商务大楼

2.1.3 利用可再生能源

根据当地适合利用的风能、太阳能、地源热泵等能源替代传统能源来统筹设计。例如位于巴林王国群岛的的巴林世贸中心(见图3),利用靠近海域的天然风力,在双子楼之间设置了3座大型风力涡轮,支持该建筑约11%的用电。

图3 巴林世贸中心

2.2 单体方案设计

2.2.1 平面设计

建筑单体平面布局应具有可变性和适应性,随着使用功能的发展和变化灵活可变,能够适应时代的需求。在平面布局上,绿色建筑设计方法要求优化建筑的使用空间和能源效率,采用紧凑的布局来减少建筑的表面积,降低体形系数,从根源上减少建筑自身能耗,而非为了建筑造型本末倒置,例如,2019年建于北京奥林匹克公园中心区的亚洲金融大厦(见图4),布局方正紧凑,所有办公空间围绕9个采光中庭组团布置,充分利用自然光照并最大化减少了建筑外表面引起的能耗。

图4 亚洲金融大厦

2.2.2 立面选材

在立面选材方面,绿色建筑要求选择可再生或可回收的材料,以减少对环境的影响,新型环保建材利用废渣及垃圾等废弃物,在加工过程中采用清洁工艺,安全耐用。例如采用Low-E 玻璃来代替普通玻璃,夏季隔热,冬季保温,降低噪音;采用自重轻、易清洁、抗冲击能力强的陶板代替传统的天然石材,美观且耐久。整体满足低能耗、无污染、多功能。例如,2014年巴西世界杯亚马逊竞技场项目(见图5),该建筑位于地处南美洲热带雨林气候的巴西,因此建筑设计要解决的主要问题是隔热问题,据此设计者将屋面和外立面由半透明玻璃纤维薄膜覆盖,该材料表面经过低辐射涂层处理,可以通过反射热量达到冷却建筑体的效果,降低制冷能耗的同时,增加了建筑舒适度。

图5 亚马逊竞技场

2.2.3 室内环境

室内环境主要由声、光、热等内容构成。在声学设计中,绿色建筑设计方法要求采用隔音材料和技术,以减少建筑内外噪音的影响,例如,采用隔音墙体、地面和天花板以及安装隔音门窗等措施,通过合理的布局和通风来降低噪音水平,提高室内舒适度。在光学设计方面,绿色建筑设计方法要求最大化利用自然光线,减少对室内照明的依赖,例如,采用高效的窗户设计和天窗或采光井等措施,以便在白天能够最大限度地利用自然光,还可以使用节能的照明设备和自动控制系统,以减少能源消耗和污染。热学设计理念下,绿色建筑设计方法要求采用高效的隔热材料和技术,以减少建筑的能源消耗,例如,采用高效的隔热墙体、屋顶和地面以及使用节能的采暖和空调系统,还可以利用太阳能和地热能等可再生能源源来提供热能,进一步减少能源消耗。例如新加坡星商业综合体项目,内部运用计算流体力学,优化了自然通风,利用空气自身流动为室内创造了相对舒适的热环境,有效减少了制冷能耗,同时采用机械通风辅助自然通风的混合通风装置,运用高容量、低转速的风扇加大了空气流动的速度,同时建筑设计之初就减少东向西向曝光率,从而避免东西向大量吸收太阳热度,引起室内温度升高。

3 运用BIM 技术解决绿色建筑全生命周期节能问题

BIM 技术是建筑信息模型技术,是集成的、数字化的建筑设计和管理方式。它通过建立一个包含完整建筑信息的三维数字模型,帮助建筑工程师、建筑设计师、建筑业主等相关人员获取信息,协作、管理和维护建筑工程的整个生命周期。通过三维数字模型,建筑师可以进行各种分析,包括性能分析、结构分析、协同工作、施工时间规划等,从而更加精确地预测工程成本和节省时间。

随着社会发展和人们环保意识的增强,绿色建筑的需求正在快速增长,BIM 技术作为一种高效的建筑信息模拟技术,对绿色建筑设计提供了巨大的支持,具有广阔的应用前景,使绿色建筑的概念不仅局限于建筑设计阶段,更深入到建筑施工与使用过程中。①促进绿色建筑的普及和推广。BIM 技术可以帮助设计人员和建筑师更好地控制和优化绿色建筑的各类能耗,调动起业界对绿色建筑的积极性,促进绿色建筑的普及和推广。②提高绿色建筑设计效率。BIM 技术的优势是可快速生成三维设计方案,帮助设计人员进行多角度综合分析,提高设计效率,降低设计成本。③更好地管理绿色建筑运营。BIM 技术可协助施工单位进行现场前期校验,检查施工过程中所用材料的适合性。同时可以在运营过程中监察绿色建筑的能耗和水耗等因素,在发生异常时发出警报,并做出相应调整。④符合未来建筑发展方向。通过BIM 技术进行模拟和优化,可以为未来建筑设计提供宝贵的经验和建议,对推动建筑可持续发展起到积极作用。以亚洲金融大厦为例,该项目使用全钢结构体系,使用功能比较综合、布局复杂、体量十分大,如果运用传统的设计及施工方式,需要耗费大量的人力物力以解决统筹问题。因此,设计方及施工单位共同协作运用了数字化的钢结构设计和加工一体化设计,实现高装配化设计建造,同时运用BIM 设计及平台技术作为建筑设计、施工、运营维护的基本工具,实现了建筑全生命周期高效管控,大大的降低了建筑的施工带来的高能耗和多污染。

综上所述,绿色建筑设计理念的应用,在房屋建筑设计中具有重要的意义,实现对环境的最小化影响,提高建筑的节能性、环保性和可持续性,满足人们对于生态环保和舒适健康居住环境的需求。在未来的发展中,应加强对于绿色建筑设计理念的研究和实践,推广绿色建筑设计的理念和技术,促进城市的环保、可持续发展。