黃國洋 侯紀軍 王 薈

1 對生態(tài)社區(qū)規(guī)劃“投入、地域適應(yīng)性”的討論

近年來，國內(nèi)對生態(tài)社區(qū)規(guī)劃設(shè)計已經(jīng)從理論探討進入到實踐探索的階段。在這個過程中，生態(tài)社區(qū)的投入、地域適應(yīng)性引起人們廣泛的討論和深入研究。

1.1 關(guān)于生態(tài)社區(qū)投入的討論

目前社會普遍認為綠色建筑的投入較高。而判斷建設(shè)過程中投入成本的一個重要因素是綠色建筑增量成本①《民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范》（JGJ/T229-2010）第2.0.4條指出“綠色建筑增量成本”是“因?qū)嵤┚G色建筑理念和策略而產(chǎn)生的投資成本的增加值或減少值”。。相關(guān)研究②詳見孫大明、宛麟等,《國內(nèi)綠色建筑的造價成本調(diào)查和分析》一文。指出：美國綠色建筑造價增量占總成本的比例通常在2%左右（2003年）。而目前國內(nèi)的該項平均指標(biāo)普遍超過10%，最高值達到25%左右，相對來說還是相當(dāng)高的。

按照《綠色建筑評價標(biāo)準》，目前大多研究將生態(tài)社區(qū)綠色建筑的增量成本按照星級、6項評價標(biāo)準（節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、室內(nèi)環(huán)境、運營管理）進行統(tǒng)計分析。相關(guān)研究③詳見孫大明、邵文 ,《當(dāng)前中國綠色建筑增量成本統(tǒng)計研究》一文。指出，在3類住宅綠色建筑中，節(jié)能和節(jié)水的增量成本排在前兩位。其中，一星住宅綠色建筑中節(jié)水措施帶來的增量成本最高，節(jié)能排在第二位（圖1）；二、三星住宅綠色建筑中節(jié)能措施帶來的增量成本最高，節(jié)水排在第二位（圖2，圖3）。

圖1 住宅一星綠色建筑增量成本構(gòu)成

圖2 住宅二星綠色建筑增量成本構(gòu)成

圖3 住宅三星綠色建筑增量成本構(gòu)成

需要指出的是，造成目前增量成本偏高有多方面的原因④孫大明、邵文晞,《當(dāng)前中國綠色建筑增量成本統(tǒng)計研究》指出“影響綠色建筑增量成本的幾大要素包括：1.適用技術(shù)所占增量成本的比例分析。2.不同政策和標(biāo)準對于增量成本的影響分析?！?。其中，一個不可忽視的原因就是實現(xiàn)生態(tài)效果的過程中過于依賴科技的投入（主動措施⑤《民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范》（JGJ/T229-2010）第2.0.3條“主動措施”是“通過采用消耗能量的機械系統(tǒng)，提高室內(nèi)舒適度，實現(xiàn)室內(nèi)外環(huán)境性能。通常包括采暖、空調(diào)、機械通風(fēng)、人工照明等措施”。），而對自然要素（被動措施⑥《民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范》（JGJ/T229-2010）第2.0.2條“被動措施”是“直接利用陽光、風(fēng)力、氣溫、濕度、地形、植物等現(xiàn)場自然條件，通過優(yōu)化建筑設(shè)計，采用非機械、不耗能或少耗能的方式，降低建筑的采暖、空調(diào)和照明等負荷，提高室內(nèi)外環(huán)境性能。通常包括天然采光、自然通風(fēng)、維護結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱、遮陽、蓄熱、雨水入滲等措施”。）利用不足。

圖4 “生態(tài)五行”設(shè)計策略

1.2 關(guān)于生態(tài)社區(qū)地域適應(yīng)性的討論

學(xué)界普遍認為，因地制宜地采用適用的生態(tài)技術(shù)，可以讓綠色建筑增量成本大幅下降。2011年10月1日開始實施的《民用建筑綠色設(shè)計規(guī)范》（JGJ/T229-2010）（住建部）發(fā)揮國家規(guī)范的作用，是對全國范圍的一個設(shè)計原則指引。各地積極開展綠色住宅建筑實踐的同時，據(jù)此結(jié)合自身情況開展地方標(biāo)準的編制，以求解決地域差異問題。然而，就現(xiàn)實反饋來看，生態(tài)社區(qū)規(guī)劃設(shè)計在地域適應(yīng)性方面仍然有待加強，因地制宜需要真正的高度重視。

1.3 實現(xiàn)生態(tài)社區(qū)“低投入、高適應(yīng)性”的意義

可以說，生態(tài)社區(qū)的投入高、地域適應(yīng)性差往往成為人們詬病生態(tài)社區(qū)規(guī)劃的緣由之一。為此，關(guān)于如何創(chuàng)造“低投入、高適應(yīng)性”的生態(tài)社區(qū)就需要深入討論——畢竟，在經(jīng)濟上可行（低投入），并且能很好適應(yīng)地域要求（高適應(yīng)性），同時滿足低能耗和高舒適性的生態(tài)社區(qū)值得人們期待。

2 生態(tài)社區(qū)規(guī)劃設(shè)計的方法探索——“生態(tài)五行”

以上述分析為基礎(chǔ)，筆者結(jié)合生態(tài)社區(qū)的規(guī)劃設(shè)計實踐，立足“設(shè)計結(jié)合自然”的出發(fā)點，采取“自然為本，科技為輔”的設(shè)計模式（即“被動措施為主，主動措施為輔”的生態(tài)設(shè)計策略），針對性地提出在“節(jié)能、節(jié)水”等環(huán)節(jié)“充分利用自然要素，適當(dāng)輔以科技設(shè)施”，以期降低生態(tài)社區(qū)的成本，并增強生態(tài)技術(shù)的地域適應(yīng)性。同時，筆者依據(jù)設(shè)計中所涉及的五大自然要素（風(fēng)、水、土、光、熱），將該方法形象稱為“生態(tài)五行”法（圖4）。

2.1 基于生態(tài)思想的設(shè)計目標(biāo)

立足“道法自然”、“天人合一”等尊重自然、融合自然的生態(tài)思想，融合國際充分利用自然要素的先進生態(tài)理念（該方面的一個典型是伊恩·倫諾克斯·麥克哈格所著的《設(shè)計結(jié)合自然》一書⑦該書的中文翻譯版被列為“全國高等學(xué)校建筑學(xué)學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會推薦教學(xué)參考書”。），規(guī)劃提出設(shè)計目標(biāo)為創(chuàng)造“經(jīng)濟上可行，具有地域適應(yīng)性的生態(tài)社區(qū)”，引導(dǎo)“一種健康的生態(tài)生活方式”。一方面，創(chuàng)造生態(tài)空間的載體——生態(tài)社區(qū)，這包括生態(tài)場所的營造（生態(tài)環(huán)境）及綠色建筑設(shè)計（綠色建筑）兩大內(nèi)容。另一方面，通過對自然要素的巧妙運用，引導(dǎo)人們進入一種健康的生態(tài)生活——回歸自然，享受自然。

3 “生態(tài)五行”在濰坊華山鎮(zhèn)國際生態(tài)社區(qū)中的應(yīng)用

3.1 濰坊華山鎮(zhèn)國際生態(tài)社區(qū)的建設(shè)背景

在濰坊市全力推進“濱海濰坊”建設(shè)的過程中，濱海新區(qū)提出：按照突破濱海的發(fā)展要求，依托現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)園區(qū)，建設(shè)“環(huán)境優(yōu)美、功能完善、品質(zhì)優(yōu)良”的生態(tài)居住區(qū)，打造現(xiàn)代生活模式。為此，濱海新區(qū)啟動5個生態(tài)鎮(zhèn)的規(guī)劃設(shè)計，華山鎮(zhèn)則屬于第一批啟動的重點對象之一。在華山鎮(zhèn)生態(tài)社區(qū)國際方案咨詢階段，共有3家實力雄厚的國內(nèi)外單位提供設(shè)計方案，本方案被評為優(yōu)勝方案并賦予實施。本方案在結(jié)合濰坊地域特色的基礎(chǔ)上，提出充分利用自然要素，輔以現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)建“低投入、高適應(yīng)性”的生態(tài)社區(qū)。該社區(qū)總用地為124.63hm2（其中建設(shè)用地為109.62hm2，代征道路用地為15.01 hm2），規(guī)劃總建筑面積為150.85萬m2（其中，納入容積率計算的地上建筑面積為106.85萬m2），容積率為0.97，建筑密度為19.9%，綠地率為42%，居住總戶數(shù)為7 667戶，居住總?cè)丝跒?3 001人。

表1 生態(tài)五行的具體內(nèi)容

3.2 “生態(tài)五行”的具體應(yīng)用

本著降低建設(shè)成本（低成本）、增強地域適應(yīng)性（高適應(yīng)性）的原則，下面對五大自然要素（風(fēng)、水、土、光、熱）在方案中的應(yīng)用展開闡述（表1）

3.2.1 風(fēng)——結(jié)合地域特點的“南引北擋”低成本生態(tài)用風(fēng)策略

首先，對濰坊的夏季、冬季進行風(fēng)向、風(fēng)速的具體分析，得知：冬季主導(dǎo)東北風(fēng)，平均3.5m/s；夏季主導(dǎo)東南偏南風(fēng)，平均風(fēng)速3.4m/s。

其次，規(guī)劃方案秉承自然通風(fēng)的生態(tài)原則，密切結(jié)合當(dāng)?shù)亍跋募緸闁|南主導(dǎo)風(fēng)向、冬季為東北主導(dǎo)風(fēng)向”的特點，針對性形成“南引北擋的用風(fēng)策略”。

圖5 華山鎮(zhèn)國際生態(tài)社區(qū)鳥瞰圖

圖6 華山鎮(zhèn)國際生態(tài)社區(qū)平面圖

圖7 夏季1.5m高度人行區(qū)風(fēng)速矢量模擬圖

圖8 夏季建筑物表面風(fēng)壓模擬圖

圖9 冬季1.5m高度人行區(qū)風(fēng)速模擬圖

圖10 冬季建筑物表面風(fēng)壓力模擬圖

圖11 水陸風(fēng)（夏季）作用示意圖

圖12 結(jié)合風(fēng)廊設(shè)計的人工湖

圖13 濰坊的年太陽路徑分析圖

南引的用風(fēng)策略：結(jié)合夏季的東南風(fēng)，在基地的東南角通過設(shè)計形成缺口，進而形成通風(fēng)降溫的自然風(fēng)廊道——微風(fēng)廊道。該廊道能有效引進夏季的涼風(fēng)，營造微風(fēng)拂面的愜意生活。具體舉措為在基地的東南角安排國際學(xué)校（9年制小學(xué)），將操場的空曠地用于風(fēng)廊的空間。同時，充分結(jié)合小學(xué)建筑高度有限制（不高于4層的教學(xué)樓）的規(guī)定，形成較低的建筑群，為風(fēng)的導(dǎo)入創(chuàng)造良好條件（圖5，圖6）。

這樣一來，通風(fēng)廊道的形成將有利于改善居住區(qū)的迎風(fēng)面積比，從而創(chuàng)造良好的風(fēng)環(huán)境。這是因為，居住區(qū)的迎風(fēng)面積比是決定通風(fēng)阻塞比的關(guān)鍵參數(shù)，而通風(fēng)阻塞比與居住區(qū)組團內(nèi)的平均風(fēng)速有良好的相關(guān)性，是決定居住區(qū)風(fēng)環(huán)境好壞的關(guān)鍵參數(shù)。從而，通風(fēng)廊道可以有助于地區(qū)的適當(dāng)降溫——根據(jù)人體溫度等效指標(biāo)PET，改善氣溫1度約等于改善1度的人體等效感受溫度，且當(dāng)風(fēng)速由0.5 m/s提升至1.5m/s，人體等效溫度將降低2度（Department of Architecture CUHK，2008）。

方案利用CFD（計算流體動力學(xué)）的方法，采用PHOENICS軟件，對夏季的風(fēng)速、風(fēng)向進行仿真模擬（圖7，圖8）。從夏季模擬結(jié)果可知，夏季工況下，基地內(nèi)1.5m高度人行區(qū)的風(fēng)速均小于5m/s，符合出行舒適度要求。場地風(fēng)場流線較為明顯，無氣流死區(qū)，無大的渦流區(qū)影響空氣質(zhì)量。夏季建筑迎風(fēng)面風(fēng)壓基本維持在1.5Pa，保證了基地有效的通風(fēng)，符合室外舒適度要求。

北擋的用風(fēng)策略：在基地的北側(cè)安排板式高層和小高層，形成寒風(fēng)阻擋面，有效阻擋冬天寒冷的東北風(fēng)進入社區(qū)內(nèi)。從圖9、圖10的冬季仿真模擬結(jié)果可以看出來，冬季工況下，基地內(nèi)1.5m人行區(qū)的風(fēng)速均小于5m/s，符合出行舒適度要求。

3.2.2 水——巧妙利用自然要素之間的相互作用，降低成本，并提供高舒適性

（1）結(jié)合風(fēng)廊，設(shè)計湖面，利用水陸風(fēng)改善基地夏季炎熱的氣候

針對濰坊夏季炎熱多雨，溫高濕大的氣候，規(guī)劃方案秉承化害為利的原則，利用水體比熱容⑧比熱容，是單位質(zhì)量物體改變單位溫度時吸收或釋放的內(nèi)能。研究指出，水的比熱容較大，所以在吸收或放出同樣熱量的情況下，溫度變化小，故升溫不易，降溫也難，尤其在蒸發(fā)情況下，將吸收大量熱量，對改善基地氣候有明顯的成效。較大的特點進行生態(tài)設(shè)計，具體包括以下3方面措施。

圖14 濰坊的年日照時間分析圖

表2 不同形式的太陽能熱水系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

圖15 結(jié)合坡屋頂?shù)奶柲芾檬疽鈭D

第一，根據(jù)水體比熱容較大的特性，通過形成水陸風(fēng)來進行基地的氣候調(diào)節(jié)。水陸風(fēng)指的是由于水陸下墊面的不同，在兩者上部出現(xiàn)的空氣環(huán)流（圖11）。這種空氣環(huán)流過程，發(fā)揮天然空調(diào)器的作用，能有效調(diào)節(jié)水域附近環(huán)境的空氣溫度和濕度。為此，本次規(guī)劃在基地中央設(shè)計約100畝的人工湖（圖12），促使水陸風(fēng)有效形成，在湖面實現(xiàn)大氣環(huán)流效果（夏季降溫，冬季保溫）。具體而言，夏季湖水吸收大量的太陽輻射能量，水面溫度卻升高較小，較其周邊的空氣溫度低，與周邊陸地之間形成熱風(fēng)壓，使水面上的熱空氣在水面附近冷卻后，再流向周邊地區(qū)，達到降溫作用；冬季的情況則正好相反。

第二，將人工湖規(guī)劃在微風(fēng)廊道經(jīng)過的主要位置（圖12），進一步擴大該湖的夏季降溫作用，實現(xiàn)自然要素互為借用的生態(tài)效應(yīng)。

第三，通過采取曲弧形優(yōu)化湖面形態(tài)設(shè)計，環(huán)湖岸線長達2 380m（圖12），有效擴大水岸活動區(qū)域，增加水陸風(fēng)的作用范圍。同時，在湖的周邊組織垂直街道、小廣場等休閑設(shè)施，使水陸風(fēng)能夠通暢地進入組團內(nèi)部，調(diào)節(jié)基地環(huán)境氣候。

通過上述措施，方案中的大湖面結(jié)合微風(fēng)廊道在夏天形成一個天然的氣候調(diào)節(jié)器，有效改善氣候，并創(chuàng)造一種“微風(fēng)拂面，清爽怡人；水岸綠蔭，悠然自在的自然生活”。

（2）水的回收循環(huán)利用

在生態(tài)社區(qū)規(guī)劃設(shè)計中，雨水回收及利用是一項重要的措施。規(guī)劃設(shè)計“大湖面、小溪流”相結(jié)合的水網(wǎng)，實現(xiàn)雨水的集中回收利用和景觀化。其中，基地中央的人工湖面積為6.67hm2，規(guī)劃水深1.5m，蓄水能力約10萬m3；同時，結(jié)合小溪流，在圍繞人工湖的各組團中設(shè)置帶狀的雨水花園，面積共計1.5萬m2，規(guī)劃水深0.5m，蓄水能力約0.75萬m3。此外，通過修建雨水淺草溝、沉砂檢查井等進行雨水的分散收集處理。

通過上述集中和分散方式收集的雨水，經(jīng)過生態(tài)處理后，就近排入基地中央的人工湖。人工湖采用人工濕地生態(tài)處理等技術(shù)保障水質(zhì)。湖中蓄水直接用于人工湖蒸發(fā)損失、人工湖滲漏損失，同時提升至高位水箱后回用于景觀動水景補水、洗車及道路綠化用水。

本方案通過對雨水的回收利用處理，預(yù)計節(jié)水率達到30%，非傳統(tǒng)水源利用率達到30%。

3.2.3 土——土方內(nèi)部平衡，結(jié)合地域需要，塑造豐富生態(tài)地景

（1）地形的立體化——土方平衡，節(jié)約成本的豐富地景塑造

本次規(guī)劃秉承“土方平衡”的生態(tài)原則，借助GIS軟件，采取不規(guī)則三角網(wǎng)模型計算土方量。第一，基地中央的人工湖按照湖面6.67hm2，水深1.5m，生態(tài)護坡為1:4計算，結(jié)果顯示，該人工湖泊區(qū)域能提供土方約10萬m3。

第二，各組團的溪流、雨水花園等按照面積約1.5萬m2，水深0.5m，生態(tài)護坡為1:3計算，結(jié)果顯示，該項能提供土方約0.75萬m3。

第三，方案結(jié)合小高層和高層設(shè)置半地下車庫。按照地下面積約50hm2，高出地面為0.9m，下挖1.3m計算，可取得土方約65萬m3。

上述3項措施共計可取得土方75.75萬m3。平攤到生態(tài)社區(qū)約50萬m2的室外地形中，可塑造平均高度為1.5m的立體地形，包括“起伏的草坡”、“生態(tài)景觀小山”、“錯落有致的樹林”等生態(tài)型景觀。這樣一來，既節(jié)約建設(shè)成本，也為社區(qū)創(chuàng)造豐富的立體景觀。

可以說，通過土方平衡可在生態(tài)社區(qū)的全生命周期建設(shè)中大大減少能耗，降低成本，同時亦利于生態(tài)社區(qū)以后的施工，可謂一舉兩得。

（2）地形的多樣化——水土互為借用，承載歷史的記憶，塑造多樣生境

基地是在濱海鹽堿地上改造而成的。結(jié)合生態(tài)水系的營造，對于承載基地變遷記憶的灘涂、濕地等地形，規(guī)劃在塑造立體地形時予以重現(xiàn)，從而形成湖泊、溪流、濕地、草地、淺灘、樹林、廣場等多種地形，創(chuàng)造生態(tài)小環(huán)境。

3.2.4 光——享受自然陽光的健康生活

首先對濰坊的年太陽路徑（圖13）和年日照時間（圖14）進行分析，在此基礎(chǔ)上規(guī)劃方案貫徹自然采光的生態(tài)原則。

（1）充分利用陽光，方案對不同朝向采取合適的窗墻比

窗墻比，建筑熱工節(jié)能設(shè)計中的一種指標(biāo)，指的是單一朝向外窗（門）面積和墻面積（含窗面積）的比值（如遇幕墻，則按透光面積計算）。濰坊位于中國建筑氣候Ⅱ區(qū)，屬于寒冷地區(qū)。按照《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準》（JGJ26-2010），“其居住建筑的窗墻比為北向不大于0.3；東西向不大于0.35；南向不大于0.5?！睋?jù)此，方案針對不同的朝向，采取不同的規(guī)范值以利于自然采光（同時滿足保暖要求）。通過天正軟件進行模擬，建議本方案“居住建筑的窗墻比，北向為0.25，南向為0.5”。

（2）借助光導(dǎo)管照明系統(tǒng)，將自然光線引入半地下車庫，有效降低照明能耗

光導(dǎo)管照明系統(tǒng)是一種新型照明裝置，可把光源發(fā)出的光從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方，進行重新分配，以達到一定的照明效果。本次規(guī)劃方案中，對約50hm2地下車庫采用該項技術(shù)的預(yù)期效果分析如下。

依據(jù)《建筑采光設(shè)計標(biāo)準》（GB50033-2013），濰坊屬于光氣候分區(qū)Ⅲ，可按全年平均照度25klx進行計算。依據(jù)《地下建筑照明設(shè)計標(biāo)準》（CECS45-92）的規(guī)定，車道平均照度取值75lx，車位平均照度取值30lx。經(jīng)計算模擬，預(yù)計本方案可以節(jié)省95%的地下車庫白天用電量，平均每天采光照明10h左右（因光導(dǎo)照明系統(tǒng)提供的是日間照明，所以電力照明用電量以平均每天10h的時間計算），3年可以收回投資成本。

3.2.5 熱——充分利用太陽能，采取科技改善生活質(zhì)量

濰坊屬于太陽能資源中等地區(qū)（3類地區(qū)），其年日照時數(shù)大于2 200h，太陽年輻射總量高于5 016mJ/m2，具有利用太陽能的良好條件。同時，濰坊的太陽能資源穩(wěn)定程度（即1年中各月日照時數(shù)大于6h的天數(shù)最大值和最小值的比值）在1.32—1.46之間，有利于太陽能的利用。為此，規(guī)劃方案考慮充分利用太陽能，并實現(xiàn)生態(tài)技術(shù)的地域應(yīng)用和視覺美觀的協(xié)調(diào)性。

（1）結(jié)合坡屋頂利用太陽能，實現(xiàn)最大化集熱效果，并創(chuàng)造富有地域特色的第五立面

平屋頂放置的太陽能集熱器傾角過低會降低其集熱效果?？紤]到對集熱面積的補償以及對整體屋面造型效果的優(yōu)化，方案中建議采用坡屋頂，并以此為依據(jù)選擇合適的太陽能集熱器進行屋頂設(shè)計優(yōu)化（圖15）。

（2）結(jié)合地方實際，選用合適的太陽能熱水器

方案對多種太陽能熱水系統(tǒng)進行比選。此處以一梯3戶15層點式高層為例簡要說明。該住宅地下為半架空地下車庫，地面為15層住宅。按照每層3戶，每戶3人，人均用水量66L計算（其中冷水溫度15℃，熱水溫度55℃），該單元用水量為8.9t。經(jīng)換算，所需單元總集熱面積約為125m2?？紤]其他因素，共選擇145m的太陽能集熱器。經(jīng)比較，本方案采取直接式集中全玻璃真空管式太陽能熱水系統(tǒng)（表2）。該系統(tǒng)造價低，系統(tǒng)簡單，運行穩(wěn)定，熱損失小，熱水品質(zhì)好，可保證24h供熱水。

4 結(jié)語

生態(tài)社區(qū)在規(guī)劃建設(shè)中，倘若主要依靠科技投入，而對自然要素不加以充分利用，的確容易給人一種高投入的偏見。同時，忽視地域特點的規(guī)劃設(shè)計更容易讓人質(zhì)疑其生態(tài)的真正意義——畢竟，生態(tài)技術(shù)是需要接地氣的。因此，設(shè)計結(jié)合自然，應(yīng)當(dāng)成為生態(tài)社區(qū)規(guī)劃設(shè)計的主要原則和要義。

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