黃獻(xiàn)明 李濤 / HUANG Xianming, LI Tao

校園空間特征與可持續(xù)表現(xiàn)相關(guān)性研究
——以美國校園為例

黃獻(xiàn)明 李濤 / HUANG Xianming, LI Tao

論文以64所參評STARS的美國大學(xué)為樣本，通過對其典型空間特征，以及其能耗和STARS評價得分的相關(guān)性分析，初步梳理校園空間特征與可持續(xù)表現(xiàn)之間可能存在的關(guān)系。

可持續(xù)校園 空間特征 可持續(xù)表現(xiàn)

校園在許多方面可以被視為城市的微縮版本，那些對可持續(xù)城市有效的空間原則對于校園而言，往往也同樣適用，彼得 · 紐曼（Peter Newman）在1994年發(fā)表的《城市設(shè)計、交通和溫室效應(yīng)》一文中提出“未來可持續(xù)城市應(yīng)具有高密度的緊湊特征”，其他研究者亦有同樣的結(jié)論：可持續(xù)城市“應(yīng)采用適于步行、自行車交通和高效的公交系統(tǒng)的適宜尺度和形態(tài)，同時還須有鼓勵社會交往的必要的緊湊度”（Elkin T.；McLaren D.；Hillman M，1991），“緊湊城市和生活方式轉(zhuǎn)變的前提是減少對于私人小汽車的依賴”（Jenks M.；Burton E.；Williams K，1996）。為了使緊湊城市理念變得可行，以公共交通為導(dǎo)向的開發(fā)模式（TOD，Transit Oriented Development）和傳統(tǒng)社區(qū)模式的回歸，以及新城市主義理念已經(jīng)逐漸被人們接受。由此看來，研究校園空間物理特征與可持續(xù)校園的關(guān)系，應(yīng)成為可持續(xù)校園更新規(guī)劃的重要方面。

本研究首先分析了大學(xué)物質(zhì)空間特征的類型及其代表性指標(biāo)，繼而選取64所美國大學(xué)作為研究樣本①，通過分析它們的校園物質(zhì)空間指標(biāo)，形成對其空間特征的描述與認(rèn)知，再將這些特征指標(biāo)與能耗、綜合可持續(xù)表現(xiàn)等指標(biāo)進(jìn)行比對，從而尋找二者之間存在的可能關(guān)聯(lián)。

正如哈什蒙霍尼和海納（Hashimshony R.&Haina J）在2006年的一篇論文中所指出的，大學(xué)校園物質(zhì)空間特征可劃分為5個方面（表1）：規(guī)模（小或大）、空間組織（緊湊或離散）、邊界和可達(dá)性（開放或封閉）、功能組織（分區(qū)或混合）、與周邊關(guān)系（融合或隔離）。下文將分析這5個方面的指標(biāo)與校園可持續(xù)表現(xiàn)之間的相互關(guān)系。

1　基本指標(biāo)

為了更清晰地描述這些空間特征和可持續(xù)表現(xiàn)，首先需要界定以下指標(biāo)的含義。

1.1區(qū)位指標(biāo)

一般認(rèn)為，校園選址位于城市、近郊或遠(yuǎn)郊，對于校園的可持續(xù)表現(xiàn)具有重要影響，為了表征這一區(qū)位要素，本研究借鑒了LEEDND（LEED for Neighborhood Development，社區(qū)規(guī)劃與發(fā)展評估）“精明選址”中的“街道交叉口密度（SID，Street Interface Density）”作為評價指標(biāo)。

SID指的是校園邊界外1/2英里范圍內(nèi)單位平方英里既有道路交叉口的數(shù)量，單位面積交叉口數(shù)量越多，則意味著校園所處區(qū)位的城市化發(fā)展程度越高（圖1）。

1.2規(guī)模指標(biāo)

圖1　SID示意（來源：USGBC，2009）

規(guī)模指標(biāo)包括總建筑面積（GFA，Gross Floor Area）和在校生數(shù)量（TE，Total Enrollment）兩項，總建筑面積指校園所有合法永久性建筑的面積總和，在校生數(shù)量指的是大學(xué)或?qū)W院的在校生人數(shù)。

1.3邊界與可達(dá)性指標(biāo)

對于空間/區(qū)域的開放度進(jìn)行恰當(dāng)評價不是一件容易的事情，本研究借鑒LEED-ND中曾經(jīng)采用過的有關(guān)“連通度”的評價方法進(jìn)行相關(guān)測度。

開放率（OR，Open Rate），該指標(biāo)用于量度校園與其周邊社區(qū)的空間聯(lián)系度和可達(dá)性，通過單位長度校園邊界（LCB，the total Length of the Campus Boundary）上的機(jī)動車或步行通道交叉口（INCB，Intersecting Number along Campus Boundary）的數(shù)量進(jìn)行表征（OR=INCB / LCB）。

1.4功能組織指標(biāo)

增加學(xué)生在校居住的比例，一直被認(rèn)為是校園可持續(xù)努力的重要內(nèi)容，校園居住建筑面積占校園總建筑面積的比例，是衡量推行后續(xù)混合開發(fā)策略潛力的重要指標(biāo)，因為只有延長學(xué)生在校的時間，才能讓他們有更多的機(jī)會參與校園的社區(qū)和社會活動，零售、餐飲、咖啡、健身等綜合服務(wù)功能才有可能被引入，從而使提高校園生活多樣性成為可能。

居住建筑比例（RBP，Residential Building Ratio Proportion），該指標(biāo)用于表達(dá)校園范圍內(nèi)居住建筑面積與校園總建筑面積的關(guān)系，該指標(biāo)通過校園居住建筑面積（RFA，Residential Floor Area）除以校園總建筑面積獲得（RBP=RFA / GFA）。

1.5空間組織指標(biāo)

表1　大學(xué)校園空間特征分類（Hashimshony R.；Haina J，2006）

（1）容積率（FAR，F(xiàn)loor Area Ratio）

該指標(biāo)反映獨立于建筑布局外的、校園總建筑面積與校園總用地面積（TSA，Total Site Area）的關(guān)系（FAR=GFA / TSA）。

（2）建筑密度（BCR，Building Coverage Ratio）

該指標(biāo)表征建筑占地面積（Building Area）與校園總用地面積的比值關(guān)系（BCR=BA / TSA）。

（3）建筑平均高度（層數(shù)）（L，Layer）

該指標(biāo)通過GFA和FIB（the Footprint of the Institution's Buildings）或FAR和BCR的比值得出校園建筑的平均層數(shù)，用以表征校園建筑的平均高度水平（L=GFA / FIB=FAR / BCR）。

（4）空隙率（SR，Space Ratio）

該指標(biāo)用于量度校園未被建筑或構(gòu)筑物占據(jù)的空地面積與校園總建筑面積之間的比值，用于表征單位建筑面積對應(yīng)的開放空間規(guī)模，在同等建筑占地面積的情況下，總建筑面積越大，意味著人均開放空間規(guī)模越大[SR=（TSA-FIB） / GFA]。

1.6可持續(xù)表現(xiàn)指標(biāo)

本文取單位面積能耗和校園STARS（the Sustainability Tracking，Assessment & Rating System，可持續(xù)跟蹤評估與評級系統(tǒng)）綜合評價得分，作為校園可持續(xù)評價的指標(biāo)。

（1）用能密度（EUI，Energy Use Intensity）

EUI用于表達(dá)校園能源消耗與規(guī)?；蚱渌卣鲄?shù)（如學(xué)生人數(shù)）的關(guān)系，一般而言，該指標(biāo)是指校園年均單位建筑面積的能源消耗，通過校園年耗能總量（ECB，Energy Cost of Building）除以校園總建筑面積計算獲得（EUI=ECB / GFA）。

（2）校園STARS綜合評價得分（CSS，Comprehensive Score from STARS）

本研究選擇CSS作為評價校園可持續(xù)表現(xiàn)指標(biāo)的原因在于，CSS的形成基于一個完整的可持續(xù)評價體系，其表現(xiàn)形式是可量化和可比較的，而且最新的數(shù)據(jù)可以直接從STARS網(wǎng)站上查詢，便捷易用。

2　校園空間形態(tài)及其可持續(xù)表現(xiàn)相關(guān)性分析

2.1樣本特征描述（Summary of Samples）

本研究選取64個通過STARS評價的美國校園作為分析樣本，采用SPSS軟件（Statistical Product and Service Solutions），對不同樣本空間控制指標(biāo)與校園年能耗、可持續(xù)評價得分指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析（圖2）。分析結(jié)果有助于了解不同校園空間指標(biāo)之間，及其與校園可持續(xù)表現(xiàn)，特別是能源消耗之間可能存在的相互關(guān)系。

每一個相關(guān)性分析表格中都存在3個因子：（1）皮爾遜相關(guān)性（Pearson Correlation）；（2）顯著性（Significance）；（3）樣本數(shù)（N）。其中，“皮爾遜相關(guān)性”用于描述相關(guān)性的性質(zhì)（正相關(guān)或逆相關(guān)）及其強(qiáng)弱，其值在1和-1之間，正相關(guān)用正值表示，反之表示兩變量之間的相關(guān)性為逆向；“顯著性”用于表述相關(guān)性是否存在，只有當(dāng)“顯著性”因子≤0.05時，才認(rèn)為兩個變量間存在相關(guān)性，如果分析結(jié)果為存在相關(guān)性，SPSS軟件會自動在該因子取值前加“*”作為提示。

本研究所用數(shù)據(jù)均來自STARS網(wǎng)站，由于該系統(tǒng)是一個自我申報工具，報告中各數(shù)據(jù)的精確度和有效性取決于各申報學(xué)校的自評機(jī)制完善度與熟練度。

2.2不同指標(biāo)間的相關(guān)性分析

各關(guān)鍵性空間指標(biāo)的相關(guān)性分析顯示（表2）：

（1）校園的區(qū)位（SID）與其開放性（OR）、容積率（FAR）、建筑密度（BCR）、間隙率（SR）等指標(biāo)有著顯著相關(guān)性（圖3）；

（2）校園的開放性（OR）則與規(guī)模（TE）、容積率（FAR）、建筑密度（BCR）、建筑高度（L）、間隙率（SR）等指標(biāo)均有著顯著相關(guān)性（圖4）。

（3）相關(guān)性分析同時顯示，各關(guān)鍵性空間指標(biāo)與校園的可持續(xù)評價最終得分之間無強(qiáng)相關(guān)性。

需要補(bǔ)充說明的是，由于受“可持續(xù)”概念內(nèi)涵的復(fù)雜性、評價系統(tǒng)自身的合理性、數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度，以及本研究的深度等多種因素的影響，關(guān)于各指標(biāo)相關(guān)性結(jié)論的準(zhǔn)確性還有待商榷，特別是最后一項“空間設(shè)計與校園最終可持續(xù)表現(xiàn)無強(qiáng)相關(guān)性”的結(jié)論，還需要進(jìn)一步論證和深化。

3　校園空間指標(biāo)與校園能耗的關(guān)系

3.1以采暖能耗為主情境

在全年空調(diào)制冷度日數(shù)≤1 000——以采暖能耗為主情境下，根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果可知（表3）：與全年能耗具有強(qiáng)相關(guān)性的空間指標(biāo)主要是L，即建筑在垂直方向的集聚度，這與被動式設(shè)計在該類型氣候區(qū)中所強(qiáng)調(diào)的“緊湊布局－體型系數(shù)小”的要求相吻合（圖5）。

3.2濕潤氣候區(qū)情境

圖2　樣本特征描述

在濕潤氣候區(qū)條件下，即除濕需求較強(qiáng)的區(qū)域，從相關(guān)性分析結(jié)果可知（表4）：與全年能耗具有強(qiáng)相關(guān)性的空間指標(biāo)主要是SID、BCR和SR，換言之，郊區(qū)校園或者建筑密度較低、間隙率較大的校園，其全年能耗相對較低（圖6）。

圖3　SID與OR、FAR、BCR指標(biāo)的相關(guān)性分析

表2　不同空間指標(biāo)間的相關(guān)性分析

圖4　OR與TE、FAR、BCR、L指標(biāo)的相關(guān)性分析

表3　以采暖能耗為主情境下不同指標(biāo)間的相關(guān)性分析

3.3溫和濕潤氣候區(qū)情境

圖5　L指標(biāo)與EUI具有強(qiáng)相關(guān)性

在溫和濕潤氣候區(qū)條件下，即全年采暖、空調(diào)需求較為均衡的區(qū)域，從相關(guān)性分析結(jié)果可知（表5）：與全年能耗具有強(qiáng)相關(guān)性的空間指標(biāo)主要是SID、BCR和SR，換言之，郊區(qū)校園或者建筑密度較低、間隙率較大的校園，其全年能耗相對較低（圖7）。由于該分析的樣本主要是去除“濕潤氣候區(qū)”中同時屬于夏季炎熱區(qū)的6個樣本，因此該結(jié)論與“濕潤氣候區(qū)”結(jié)論基本一致，但從相關(guān)度變化趨勢看，夏季空調(diào)需求越大的區(qū)域，全年能耗與該3項指標(biāo)的相關(guān)度越高。

從相關(guān)性分析結(jié)果可知（表6）：在所有氣候情境下，校園全年能耗與校園建筑類型配比有較強(qiáng)的相關(guān)性，其中高能耗建筑比例影響最大，居住建筑面積比的影響也不可忽視，不同建筑類型能耗的基準(zhǔn)值如表7所示。

4　結(jié)論

正如大部分可持續(xù)校園評價系統(tǒng)所展現(xiàn)的，活動和環(huán)境是“可持續(xù)校園”概念的兩個層次，例如資源節(jié)約、課程設(shè)置、生活方式的選擇及管理方法等活動，均與可持續(xù)校園目標(biāo)的達(dá)成息息相關(guān)。本文則聚焦于這些活動要素與物質(zhì)空間環(huán)境之間的關(guān)系，通過對64所美國大學(xué)作為研究樣本進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，正如之前的假設(shè)，空間特征確實與可持續(xù)表現(xiàn)存在一定的關(guān)聯(lián)，盡管由于“可持續(xù)”概念本身的復(fù)雜性，這樣的關(guān)聯(lián)還需要進(jìn)一步細(xì)分和仔細(xì)甄別。

表4　濕潤氣候區(qū)情境下不同指標(biāo)間的相關(guān)性分析

表5　溫和濕潤氣候區(qū)情境下不同指標(biāo)間的相關(guān)性分析

表6　RBP、EIP、度日數(shù)與能耗的相關(guān)性分析

圖6　SID、BCR、SR指標(biāo)與EUI具有強(qiáng)相關(guān)性　

圖7　SID、BCR、SR指標(biāo)與EUI具有強(qiáng)相關(guān)性

表7　美國典型校園建筑類型能源密度基準(zhǔn)②

也正是由于這樣的復(fù)雜性，以上有關(guān)各關(guān)鍵性指標(biāo)的相關(guān)性研究，僅僅是相關(guān)研究的開始，后續(xù)有關(guān)這些指標(biāo)與具體設(shè)計策略的關(guān)聯(lián)，以及空間策略與人們行為引導(dǎo)之間的更深層次關(guān)系等問題的解答，都有待更多更有針對性的分析。

注釋

① 受文章篇幅所限，64個樣本的相關(guān)信息未在本文中一一列出。

② 來源：Energy Star, U.S. Energy Use Intensity by Property Type, https:// portfoliomanager.energystar.gov/pdf/reference/US%20National%20 Median%20Table.pdf, 2014.

③ CBECS全稱為“The Commercial Buildings Energy Consumption Survey”，美國商業(yè)建筑能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，由美國能源部提供。

[1] Elkin T., McLaren D., Hillman M., Reviving the City: Towards Sustainable Urban Development[M]. London: Friends of the Earth, 1991.

[2] Jenks, M., Burton, E., & Williams, K. The Compact City: A Sustainable Urban Form?[M]. London; New York: E & FN Spon, 1996.

[3] Hashimshony, R., & Haina, J, Designing the University of the Future[J]. Planning for Higher Education, 2006,34(2).

[4] USGBC, LEED 2009 for Neighborhood Development[S], 2009.

[5] STARS官方網(wǎng)站.https://stars.aashe.org/.

本研究受“十二五”國家科技支撐計劃課題（編號：2013BAJ15B01）和國家留學(xué)基金資助。

黃獻(xiàn)明，清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司

李濤，清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司

2016-01-30

A RESEARCH ON CORRELATIONS BETWEEN PHYSICAL CHARACTERISTICS OF CAMPUS AND ITS SUSTAINABLE PERFORMANCE: WITH A FOCUS ON AMERICAN UNIVERSITIES

64 STARS rated campuses across the United States make up the total sample list of the research. The paper starts from the correlation analysis between physical characteristics and sustainable performance, such as energy consumption and STARS score, of these samples. A primary understanding on the relationship between them is established as the result of the research.

Sustainable Campus, Physical Characteristic, Sustainable Performance