畢曉莉，陳 謙

（蘭州理工大學(xué) 設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，蘭州 730000）

蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)策略淺析*

畢曉莉，陳 謙

（蘭州理工大學(xué) 設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院，蘭州 730000）

城市的集約型發(fā)展是中國(guó)城市化進(jìn)程中的一個(gè)必然選擇，綠色生態(tài)建筑設(shè)計(jì)已然成為現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)分析蘭州高層建筑本身的特點(diǎn)和生存環(huán)境，認(rèn)識(shí)蘭州高層建筑在生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題，并提出該類型建筑的生態(tài)設(shè)計(jì)策略。

蘭州；高層建筑；生態(tài)設(shè)計(jì)

0 引言

高層建筑是城市形態(tài)發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物，是一種重要的城市建筑類型，其有利和有弊的方面均相當(dāng)突出。因此，城市與高層建筑日趨緊張的矛盾是當(dāng)前城市建設(shè)普遍存在的問(wèn)題。在注重生態(tài)的建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中，尋求與“城市環(huán)境”共生的生態(tài)建筑類型已經(jīng)受到全世界建筑設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。本文將對(duì)生態(tài)環(huán)境影響下的河谷型城市蘭州高層建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，從內(nèi)部空間和外部環(huán)境兩方面入手，探究和分析蘭州高層建筑與城市的互動(dòng)關(guān)系，尋求建筑與環(huán)境關(guān)系更加合理的解決方案，實(shí)現(xiàn)高層建筑與城市的共生。

1 高層建筑與城市環(huán)境的關(guān)系

在城市職能體系日趨復(fù)雜的今天，傳統(tǒng)城市沿著二維平面生長(zhǎng)的方式浪費(fèi)了有限的土地資源，城市功能不能很好地實(shí)現(xiàn)?；谥袊?guó)地少人多的基本面判斷，城市的集約型發(fā)展是中國(guó)城市化進(jìn)程中的一個(gè)必然選擇。高層建筑有利和有弊的方面均相當(dāng)突出：由于高層建筑不僅在施工建造中會(huì)消耗大量的原材料，在使用過(guò)程中也會(huì)消耗不少的能源并且排放出較大規(guī)模的廢棄物，所以不符合環(huán)保節(jié)能的要求。但是因?yàn)槌鞘型恋刭Y源緊張的形勢(shì)，高層建筑由于占地較少、能夠?yàn)槌鞘薪ㄔO(shè)提供更多的綠化空間，提高城市空氣質(zhì)量。特別是一些標(biāo)志性的高層建筑，比如大本鐘、埃菲爾鐵塔等在城市人們的心中具有特殊的情懷，這些高層建筑的價(jià)值已經(jīng)超過(guò)建筑本身，因此其也具有有利的一面。所以，當(dāng)前城市與高層建筑日趨緊張的矛盾是城市建設(shè)普遍存在的問(wèn)題。

2 國(guó)內(nèi)外高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

2.1 國(guó)外高層建筑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

從18世紀(jì)末期到19世紀(jì)末期，歐洲和美國(guó)的工業(yè)革命為歐美等國(guó)帶來(lái)了先進(jìn)生產(chǎn)力，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展。其城市化進(jìn)程顯著提高，并造成城市人口規(guī)模的擴(kuò)大，為了在較小的土地范圍內(nèi)建造更多的使用面積，建筑物不得不向高空發(fā)展。另一方面，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和電梯的出現(xiàn)則促成了多層建筑的大量建造。在1885年，真正的高層建筑——10層高的芝加哥家庭生命保險(xiǎn)大樓建成。20世紀(jì)70年代初，雖然國(guó)際式高層建筑依舊在廣泛建造，不過(guò)一些建筑設(shè)計(jì)師已經(jīng)在探索新技術(shù)和新材料的表現(xiàn)力，有的在甚至研究幾何形態(tài)的無(wú)限潛力，而大部分建筑設(shè)計(jì)師已將重心放在建筑與人的和諧共存上。其代表人物如建筑師菲利普·約翰遜等。當(dāng)前，這種探究和爭(zhēng)論仍然沒有定論，高層建筑正處于新古典、生態(tài)觀、高技派、解構(gòu)主義等多種流派共存的發(fā)展期。

在高層建筑的設(shè)計(jì)上，英國(guó)建筑師福斯特已經(jīng)為人們提供了一個(gè)成功的范例，比如其設(shè)計(jì)的德國(guó)法蘭克福商業(yè)銀行就比較典型。該建筑高達(dá)300 m，共53層，整個(gè)建筑分為4個(gè)組，每組共有12層的單元——“辦公村”，每個(gè)“辦公村”都帶有一個(gè)4層高的空中花園。這些空中花園被安排在3個(gè)不同方向的標(biāo)高上，發(fā)揮著類似“煙囪”的風(fēng)口的作用，保障了辦公空間的空氣通暢。此外，三角形平面的設(shè)計(jì)可以接收到更多的陽(yáng)光，形成開闊的視野，同時(shí)能避免對(duì)北鄰建筑的遮擋。所以，該大廈有著“生態(tài)之塔”和“帶有空中花園的能量攪拌器”的美譽(yù)。

不少國(guó)外高層建筑在創(chuàng)作中形成了一種技術(shù)傾向，那就是體現(xiàn)生態(tài)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的觀念，很多高層建筑設(shè)計(jì)已經(jīng)向著“綠色”化發(fā)展，大量的建筑師都在建筑設(shè)計(jì)之中想方設(shè)法引入“綠色”技術(shù)。比如，應(yīng)用到日光反射材料、光控遮陽(yáng)構(gòu)件及各種新奇的控制陽(yáng)光輻射和熱量進(jìn)入的外墻做法，除了達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求外，而且還可以增加高層建筑物的美觀感，彰顯強(qiáng)烈的“科技感”。

2.2 國(guó)內(nèi)高層建筑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)高層建筑的發(fā)展軌跡與國(guó)外相似，都經(jīng)歷了一段從低到高，從一元到多元的發(fā)展歷程。隨著1977年廣州白云賓館建設(shè)，我國(guó)高層建筑的高度超過(guò)了100 m（33層），此后廣州花園酒店、南京金陵飯店、北京飯店，以及廣州白天鵝賓館等高層建筑物如雨后春筍般建造。尤其是在深圳、珠海特區(qū)，高層建筑開始就具有全新的概念和面貌，并在一定程度上成為這些新興城市的象征。例如，高160 m的深圳國(guó)貿(mào)中心大廈就是其中的代表作。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，高層建筑在國(guó)內(nèi)高速發(fā)展，這主要是城市對(duì)土地開發(fā)的經(jīng)濟(jì)利益的訴求和提升城市形象的需要。之后，我國(guó)高層建筑一直保持高速發(fā)展勢(shì)頭，如今已呈現(xiàn)“井噴式”發(fā)展。

相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的高層建筑的建設(shè)雖然起步較晚，不過(guò)在今天已經(jīng)獲得了不小的成就，以北京、上海、廣州、深圳等城市為代表的高層建筑代表著我國(guó)高層建筑的發(fā)展歷史。隨著資源短缺問(wèn)題在世界各地的出現(xiàn)，高層建筑也必須注重環(huán)保節(jié)能上的設(shè)計(jì)，所以“生態(tài)型”建筑的概念也應(yīng)運(yùn)而生。就目前而言，“生態(tài)節(jié)能型”建筑已經(jīng)成為高層建筑設(shè)計(jì)中的共同要求。

3 基于寒冷氣候條件的蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)策略研究

3.1 蘭州城市環(huán)境現(xiàn)狀

蘭州地處西北地區(qū)，干旱少雨，氣候寒冷。建國(guó)60年來(lái)，蘭州主城區(qū)的面積從16 km2增長(zhǎng)到221 km2，已擴(kuò)張了將近14倍；市區(qū)人口從新中國(guó)成立初期的19.5萬(wàn)增加到現(xiàn)在的210萬(wàn)人。蘭州是黃河流域唯一黃河穿城而過(guò)的省會(huì)城市，黃河在境內(nèi)流程150.7 km。蘭州市由于在“兩山夾一川”的自然地形內(nèi)進(jìn)行城市建設(shè)（圖1），城市用地局限性更大，城市建設(shè)表現(xiàn)出：典型的帶型城市形態(tài)；單一中心城市向多中心城市轉(zhuǎn)變；城市建設(shè)用地趨于飽和；交通問(wèn)題突出；城市市政設(shè)施低效率運(yùn)行；生態(tài)環(huán)境極度脆弱等特點(diǎn)。

圖1 蘭州自然地理特征（資料來(lái)源：自繪）

隨著城市規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)，在快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，蘭州城市空間已無(wú)法滿足未來(lái)發(fā)展的需要，進(jìn)行三維城市規(guī)劃設(shè)計(jì)才能使城市高效發(fā)展。合理開發(fā)利用高層建筑，是解決蘭州目前土地資源緊缺、優(yōu)化城市環(huán)境的一個(gè)重要途徑。

3.2 蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)策略研究

蘭州因其特殊的地理位置和生態(tài)環(huán)境，近些年高層建筑的建設(shè)呈“井噴式”（圖2），目前有高層建筑近2 000棟，真正與生態(tài)環(huán)境結(jié)合考慮的設(shè)計(jì)卻很少，因此亦暴露出能源消耗大、環(huán)境影響大等諸多問(wèn)題。這是因?yàn)榈靥幬鞑拷?jīng)濟(jì)落后地區(qū)在很大程度上制約了設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新和實(shí)施。

圖2 黃河明珠——蘭州

3.2.1 生態(tài)設(shè)計(jì)策略研究

認(rèn)識(shí)到蘭州高層建筑在生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面考慮進(jìn)行蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)策略研究：

1）正確認(rèn)識(shí)西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，認(rèn)識(shí)寒冷氣候條件對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)生的制約因素，尋求與“生態(tài)環(huán)境”共生的城市空間環(huán)境應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)人員的關(guān)注重視。研究寒冷氣候條件對(duì)城市空間設(shè)計(jì)方法的影響，建立西北地區(qū)城市空間系統(tǒng)化、生態(tài)化的高層建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)方法體系，形成脆弱生態(tài)環(huán)境下高層建筑設(shè)計(jì)模式等3個(gè)高度關(guān)聯(lián)的方面開展深入分析和研究。

2）從建筑本身探討高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的理念與手法，提出針對(duì)蘭州高層建筑的特點(diǎn)，進(jìn)行豎向空間的生態(tài)化組織。同時(shí)研究分析外表皮在生態(tài)設(shè)計(jì)中起的作用，并研究如何應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)、能源利用等技術(shù)手段有助于高層的生態(tài)化。根據(jù)生態(tài)學(xué)上的理論，以高信息、低能耗、可循環(huán)性和自我調(diào)節(jié)性的設(shè)計(jì)理念構(gòu)建一個(gè)節(jié)能環(huán)保的系統(tǒng)，在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)技術(shù)手段及理念與地域相結(jié)合。建立城市高層建筑可持續(xù)設(shè)計(jì)的概念，為生態(tài)高層建筑的發(fā)展提供理論依據(jù)。

3）應(yīng)充分運(yùn)用資源環(huán)境帶來(lái)的條件，把生態(tài)策略貫徹落實(shí)到高層建筑設(shè)計(jì)中，實(shí)行針對(duì)性的建筑方式和工藝，創(chuàng)造出與西北氣候條件、生態(tài)規(guī)律相符合的建筑形態(tài)，從而構(gòu)建一種全新的、綠色的、富于生氣的辦公或居住的高層建筑設(shè)計(jì)模式。研究以相關(guān)生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，秉持高信息、低能耗、可循環(huán)性和自調(diào)節(jié)性的設(shè)計(jì)理念去創(chuàng)造一個(gè)節(jié)能的系統(tǒng)，利用“技術(shù)性思維”來(lái)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念。

4）應(yīng)從地域性出發(fā)分析寒冷氣候條件引起的能量變化，注重研究生物氣候條件和人類生物感覺之間的復(fù)合、整體關(guān)系，通過(guò)生物氣候要素、自然要素和人工要素的整合探討基于寒冷氣候條件的高層建筑設(shè)計(jì)策略；從環(huán)境的角度闡述高層建筑的生態(tài)設(shè)計(jì)手法，探討高層建筑的環(huán)境設(shè)計(jì)策略，引導(dǎo)城市環(huán)境良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)城市、人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2.2 具體研究方法

1）實(shí)踐調(diào)查：以西部典型的河谷型城市蘭州為示范性案例，從內(nèi)部空間和外部環(huán)境兩方面入手，運(yùn)用城市規(guī)劃、建筑生態(tài)學(xué)、生物氣候?qū)W、建筑設(shè)計(jì)等學(xué)科的基礎(chǔ)理論，采用歷史分析與規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)踐相結(jié)合的研究方法，對(duì)生態(tài)環(huán)境制約下的蘭州高層建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，研究其建筑布局、朝向、空間、材料等建筑設(shè)計(jì)要素的關(guān)系，探求其與城市自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及地域人文條件之間的內(nèi)在聯(lián)系。

2）比較分析：依據(jù)西北地區(qū)氣候特點(diǎn)，應(yīng)用生物氣候設(shè)計(jì)從植物、水體、日照等方面分析影響城市綜合體建筑室內(nèi)空間、室外環(huán)境的規(guī)劃設(shè)計(jì)因素。分析氣候特點(diǎn)對(duì)人行為造成的影響。在生態(tài)層面給予充分考慮，并制定對(duì)應(yīng)策略。建構(gòu)基于生物氣候條件的適宜于西部半干旱地區(qū)的蘭州高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。

3）環(huán)境評(píng)估：基于生物氣候條件的綜合體設(shè)計(jì)過(guò)程主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)開展的初期階段，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)分析場(chǎng)地環(huán)境以及氣象條件等數(shù)據(jù)信息，并明確室內(nèi)開展活動(dòng)的舒適條件。然后就是對(duì)比分析外界既存的氣候條件與滿足舒適需求的必備條件之間的關(guān)系，確定影響舒適條件的氣候因素等。

4）生態(tài)化技術(shù)應(yīng)用：將適宜的被動(dòng)式設(shè)計(jì)方針，比如太陽(yáng)能采暖、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、通風(fēng)控溫等，包括具體可行的設(shè)計(jì)建議，連同經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和美學(xué)因素，一同納入蘭州高層建筑設(shè)計(jì)構(gòu)思草圖及方案設(shè)計(jì)中，從而創(chuàng)造出一個(gè)可以適應(yīng)地域氣候的高層建筑。生物氣候技術(shù)層面的解決是影響其發(fā)展的重要因素。

4 結(jié)語(yǔ)

高層建筑因其龐大的體量和綜合功能，能源消耗較一般建筑更為嚴(yán)重，對(duì)城市環(huán)境和生態(tài)的影響日益凸現(xiàn)。因此，綠色生態(tài)建筑設(shè)計(jì)已然成為現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。研究其建筑布局、朝向、空間、材料等建筑設(shè)計(jì)要素的關(guān)系，探求其與城市自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及地域人文條件之間的內(nèi)在聯(lián)系，建構(gòu)基于寒冷氣候條件的適宜于西部半干旱地區(qū)的高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)及設(shè)計(jì)模式。研究有助于正確認(rèn)識(shí)蘭州脆弱的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，保障城市健康、可持續(xù)發(fā)展，解決蘭州高層建筑設(shè)計(jì)中存在的生態(tài)問(wèn)題，為其他生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)的高層建筑生態(tài)設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

[1]卓剛.高層建筑設(shè)計(jì)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社出版，2012.

[2]胡南.現(xiàn)代城市綠色生態(tài)型高層建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析[J].中外建筑，2010（08）.

[3]徐小東，王建國(guó).基于生物氣候條件的城市設(shè)計(jì)生態(tài)策略研究[J].建筑學(xué)報(bào)，2007（03）.

[4]冷紅，郭恩章，袁青.氣候城市設(shè)計(jì)對(duì)策研究[J].城市規(guī)劃，2003（09）：48-50.

[5]涂靖.生態(tài)建筑學(xué)在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].城市建筑，2012（17）：50-52.

TU972

A

1673-1093（2015）01-0065-03

畢曉莉，就職于蘭州理工大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.01.016

2014-08-27；

2014-09-07

甘肅省住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技項(xiàng)目資助（JK2013-22）