包瑩 王靜 丘建發(fā) 馬明華 / BAO Ying, WANG Jing, QIU Jianfa, MA Minghua

“ 兩觀三性”視野下的以色列校園建筑生態(tài)策略分析

包瑩 王靜 丘建發(fā) 馬明華 / BAO Ying, WANG Jing, QIU Jianfa, MA Minghua

本文介紹了以色列具有代表性的高校校園綠色建筑案例——本－古里安大學(xué)斯代博克校區(qū)和特拉維夫大學(xué)波特環(huán)境研究教學(xué)樓，分析案例中采用的適宜性生態(tài)策略以及實(shí)驗(yàn)性高技術(shù)生態(tài)策略，結(jié)合“兩觀三性”指導(dǎo)下的校園建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐，以期歸納出能夠指導(dǎo)我國(guó)綠色校園建筑設(shè)計(jì)的借鑒策略。

以色列 校園建筑 生態(tài)策略 兩觀三性

1 引言

沙漠等干旱地區(qū)占全球陸地面積的40%以上，全球環(huán)境變化如氣候變暖和干旱地區(qū)進(jìn)一步荒漠化威脅到100多個(gè)國(guó)家的13億人口。以色列地處地中海東南沿岸，位于撒哈拉沙漠以及戈壁沙漠之間，50%以上的國(guó)土面積屬于干旱或半干旱地區(qū)，人均淡水資源總量?jī)H占到世界人均水平的1/30（宋喜斌，2014）。極端的生態(tài)環(huán)境帶來的壓力使得以色列政府高度重視綠色建筑的發(fā)展。

本－古里安大學(xué)（Ben-Gurion University of the Negev）位于以色列內(nèi)蓋夫，建立的初衷是為了發(fā)展以色列南部沙漠地區(qū)，現(xiàn)已成為匯聚全球著名科學(xué)家和研究者的世界性高等教育機(jī)構(gòu)，在校學(xué)生數(shù)近20 000人，擁有貝爾－謝巴（Beer-Sheva）、斯代博克（Sde Boqer）和埃拉特（Eilat）3個(gè)主校區(qū)。該校開展了有助于促進(jìn)本國(guó)沙漠地區(qū)和世界其他旱地可持續(xù)利用的沙漠環(huán)境研究，并通過在干旱地區(qū)的前瞻性研究，與其他氣候相似的國(guó)家，特別是在中東地區(qū)，建立了合作基礎(chǔ)。本－古里安大學(xué)與中國(guó)的合作始自中以建交，合作的內(nèi)容、領(lǐng)域以及規(guī)模逐漸擴(kuò)大?，F(xiàn)在，該校常年有40名左右來自中國(guó)的研究生、訪問學(xué)者以及進(jìn)修人員，研究的領(lǐng)域幾乎涵蓋學(xué)校的全部系科，主要集中在農(nóng)業(yè)、節(jié)水灌溉、生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、材料、地理、沙漠治理、猶太文學(xué)等領(lǐng)域。

坐落于一個(gè)小山頂上的波特環(huán)境研究教學(xué)樓（Porter School of Environmental Studies Building，PSES Building）既是特拉維夫大學(xué)（Tel Aviv University）的第一座綠色建筑，也是以色列第一座獲得LEED（Leadership in Energy and Environmental Design，能源與環(huán)境設(shè)計(jì)先鋒）鉑金級(jí)認(rèn)證的建筑，其LEED評(píng)分高達(dá)92分，是世界上為數(shù)不多的超過90分的綠色建筑之一。

本文以斯代博克校區(qū)和波特環(huán)境研究教學(xué)樓為研究對(duì)象，通過實(shí)地調(diào)研，同時(shí)結(jié)合何鏡堂院士的“兩觀三性”理論，深入分析并思考綠色理念在校園建筑設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)，以及適應(yīng)性綠色策略與高科技的廣泛應(yīng)用和實(shí)踐，希望能夠?qū)ξ覈?guó)綠色校園建筑的發(fā)展提供參考和借鑒。

2 沙漠里的奇跡——本－古里安大學(xué)斯代博克校區(qū)

斯代博克校區(qū)創(chuàng)造了在沙漠上建造校園的奇跡。校區(qū)所在地氣候條件極端惡劣：夏季炎熱、冬季干燥、晝夜溫差大、全年多風(fēng)沙。為了應(yīng)對(duì)自然環(huán)境的挑戰(zhàn)，校園建筑采取了一系列適應(yīng)性生態(tài)技術(shù)策略。一方面，面對(duì)特殊的氣候環(huán)境，極為重視沙漠氣象和太陽能的利用；另一方面，著重考慮將水科學(xué)與技術(shù)研究應(yīng)用于水資源管理、廢水處理和生物修復(fù)。這些不同的研究除了在斯代博克校區(qū)的實(shí)驗(yàn)室、課堂開展外，還在散布于內(nèi)蓋夫沙漠的研究站和實(shí)地研究場(chǎng)所中進(jìn)行。

2.1 選取鄉(xiāng)土植物

在校園景觀層面，選取適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻泥l(xiāng)土植物，包括四季常綠的沙地植物，有效降低對(duì)水資源和養(yǎng)護(hù)的需求；綠化植物在防風(fēng)固沙的同時(shí)，亦可改善場(chǎng)地微氣候，提供較為舒適宜人的校園環(huán)境（圖1）。灌溉效率最高的滴灌技術(shù)被應(yīng)用于干旱地區(qū)的所有綠化系統(tǒng)中，直接將水分和養(yǎng)分輸送到植物的根區(qū)土壤（圖2），使得蒸發(fā)量和滲漏水量降至最少，配合自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約水資源的總體目標(biāo)。

圖1 基于本地植物的校園綠化

圖2 采用滴灌技術(shù)的綠化系統(tǒng)

2.2 建筑朝向、太陽能熱水和遮陽設(shè)置

在校園宿舍區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，節(jié)能與健康舒適是關(guān)注要點(diǎn)。結(jié)合當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)風(fēng)向，宿舍區(qū)的總體布局以南北朝向?yàn)橹?，通過整合與優(yōu)化群體空間形態(tài)形成區(qū)域內(nèi)風(fēng)道，促進(jìn)空氣自然流動(dòng)（Etzion，et al.，1997）。由于當(dāng)?shù)厝耆照粘渥悖邆淞己玫奶柲芾脳l件，因此宿舍區(qū)的建筑屋面上普遍設(shè)置了太陽能熱水系統(tǒng)（圖3），有效兼顧了節(jié)約能源與滿足宿舍區(qū)對(duì)生活熱水的需求。強(qiáng)烈的日照帶來的不利影響亦是綠色建筑需要解決的關(guān)鍵問題。一方面，宿舍區(qū)的建筑立面減少了朝向日照方向的開窗面積，結(jié)合進(jìn)深較大的窗口形式形成一定的自遮陽效果；另一方面，在連接宿舍區(qū)與公共空間的露天區(qū)域設(shè)置遮陽廊道，構(gòu)成舒適便捷的交通流線（圖4）。

圖3 宿舍區(qū)建筑屋面的太陽能熱水系統(tǒng)

圖4 宿舍區(qū)與公共空間之間的遮陽廊道

2.3 中庭通風(fēng)設(shè)計(jì)

雅各布·布勞斯坦沙漠研究國(guó)際中心（Jacob Blaustein Institutes for Desert Research，BIDR）是本－古里安大學(xué)斯代博克校區(qū)的代表性建筑，設(shè)計(jì)的初衷是為了提高使用者對(duì)周圍沙漠環(huán)境的認(rèn)知和理解。該建筑大部分體量被埋于地下，因此能在一定程度上形成冬暖夏涼的效果。建筑中庭為步行流線的核心，各種功能空間圍繞中庭進(jìn)行組織，包括圖書館、教室、辦公室、自助餐廳、休息室和6個(gè)學(xué)者宿舍。中庭亦是各項(xiàng)綠色策略的集中體現(xiàn)之所：首先，通過精心設(shè)計(jì)的遮陽措施，確保內(nèi)部環(huán)境既能免受室外極端氣候的侵?jǐn)_，也能獲取足夠的自然采光；其次，配合花園植物的栽種，形成良好的熱帶景觀和小氣候環(huán)境（圖5）；此外，中庭的大型冷卻塔極大地促進(jìn)了室內(nèi)外空氣的流通和熱交換（圖6）。冷卻塔的設(shè)計(jì)改善了中庭的舒適度（圖7），并節(jié)約了能源：一方面，八角形平面的大型冷卻塔置于中庭的中心，上部溫度高而底部溫度低，利用“煙囪效應(yīng)”形成自然通風(fēng)；另一方面，塔頂裝置機(jī)械風(fēng)扇并結(jié)合噴水器，底部設(shè)有安裝了水循環(huán)系統(tǒng)的水池，在需要時(shí)開啟，降低底部溫度以加強(qiáng)空氣流動(dòng)（Etzion，et al.，1997）。屋頂?shù)奶齑耙簿邆渥詣?dòng)開啟功能，在必要時(shí)開啟以加強(qiáng)空氣流動(dòng)。

圖5 中庭景觀

圖6 中庭的冷卻塔

圖7 中庭冷卻塔的溫度分布示意（來源：Etzion，et al.，1997）

2.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

布勞斯坦沙漠研究國(guó)際中心在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上也進(jìn)行了創(chuàng)新。建筑墻壁的外表面采用特殊的粉漿涂抹，可反射70%～80%的太陽輻射，顯著減少了建筑從外界獲得的熱量，并且該材料能在一定程度上避免灰塵、沙粒等污染物在外墻表面的附著，降低建筑的維護(hù)難度（Etzion，et al.，1997）。

窗戶是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要部分和避免產(chǎn)生冷熱橋的關(guān)鍵。斯代博克校區(qū)建筑的窗戶均針對(duì)惡劣氣候進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計(jì)，采用精心設(shè)計(jì)的雙層玻璃窗（圖8、9），玻璃的一側(cè)貼有單向透光材料，可以反射陽光。在不同的季節(jié)，調(diào)整玻璃的朝向使不同的面受光，可呈現(xiàn)不同的效果：在夏天將較小的玻璃朝向室外，內(nèi)側(cè)的封閉玻璃能夠阻擋熱量進(jìn)入室內(nèi)，局部微氣流也可以帶走熱量；冬季旋轉(zhuǎn)玻璃窗，被動(dòng)式地聚集熱量形成小型溫室，為室內(nèi)供暖，滿足建筑的使用需要。

圖8 雙層玻璃窗工作模式分析示意

圖9 雙層玻璃窗部品模型

綜上所述，本－古里安大學(xué)校園通過選用鄉(xiāng)土植物、節(jié)水灌溉、平面布局、太陽能熱水、遮陽、中庭通風(fēng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等生態(tài)技術(shù)策略，較好地解決了沙漠地區(qū)建筑面臨的環(huán)境問題，適應(yīng)性的被動(dòng)式技術(shù)及低技措施整體上滿足了基本的舒適性要求。

3 特拉維夫大學(xué)波特環(huán)境研究教學(xué)樓

特拉維夫大學(xué)波特環(huán)境研究教學(xué)樓是以色列極具代表性的高校校園建筑，建筑功能包含教室、辦公室、研究室、會(huì)議室、禮堂、開放式大廳、咖啡廳與屋頂花園等（圖10）。在建筑體系與周邊環(huán)境的建造過程中使用可回收材料；在內(nèi)部營(yíng)造了舒適的大廳空間，成為令學(xué)生、教師、研究人員滿意的交往活動(dòng)場(chǎng)所。作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的綠色建筑示范項(xiàng)目，教學(xué)樓主要利用高技術(shù)滿足了綠色建筑的要求，包括立面遮陽、雙層玻璃幕墻體系、水循環(huán)與水冷系統(tǒng)、太陽能光伏系統(tǒng)、屋頂花園與污水處理系統(tǒng)等技術(shù)策略。

圖10 波特環(huán)境研究教學(xué)樓

波特環(huán)境研究教學(xué)樓的圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系采用雙層玻璃系統(tǒng)配合外遮陽百葉的模式，玻璃以外的部分盡量使用純白色，可有效反射太陽輻射，減少建筑的輻射得熱。特色鮮明的南立面生態(tài)墻（Eco Wall，圖11），集中體現(xiàn)了建筑的綠色技術(shù)策略：生態(tài)墻的頂部以及建筑屋頂均排布了太陽能光伏系統(tǒng)，將當(dāng)?shù)爻渥愕娜照辙D(zhuǎn)化為清潔能源，供建筑內(nèi)部的空調(diào)、照明與設(shè)備系統(tǒng)使用；生態(tài)墻的主體部分安裝了由水循環(huán)管道組成的外遮陽百葉（圖12），遮擋了強(qiáng)烈的南向直射陽光和紫外線，在減少建筑內(nèi)部得熱的同時(shí)，允許強(qiáng)度減弱的自然光進(jìn)入建筑內(nèi)部大廳，既能降低照明能耗，也能避免眩光，營(yíng)造令人舒適愉悅的室內(nèi)環(huán)境（圖13）；整個(gè)生態(tài)墻的水循環(huán)系統(tǒng)與空調(diào)水冷系統(tǒng)采用協(xié)同工作的模式，使得空調(diào)系統(tǒng)能耗明顯降低。

波特環(huán)境研究教學(xué)樓極為重視節(jié)約和保護(hù)水資源。一方面，教學(xué)樓設(shè)有綠色生態(tài)污水處理系統(tǒng)，空調(diào)冷凝水和建筑產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后循環(huán)利用，用于沖廁、景觀灌溉、保潔等，污水處理系統(tǒng)與景觀相結(jié)合，形成了生態(tài)凈化水池（圖14），起到美化環(huán)境的作用；建筑還設(shè)有屋頂花園（圖15），多層次植物共同發(fā)揮固碳功能，既提供了室外活動(dòng)的開放空間，也能夠減少屋頂傳熱，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命。

作為實(shí)驗(yàn)性的綠色建筑，教學(xué)樓實(shí)時(shí)采集能耗、水耗運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)綠色措施不斷進(jìn)行更新改進(jìn)，使建筑系統(tǒng)中先進(jìn)的高技術(shù)綠色策略始終保持優(yōu)異的整體性能和較高的效率。

4 “兩觀三性”視野下的校園建筑生態(tài)策略

簡(jiǎn)而言之，“兩觀三性”的建筑創(chuàng)作理論即建筑要堅(jiān)持“整體觀”和“可持續(xù)發(fā)展觀”，建筑創(chuàng)作要體現(xiàn)“地域性、文化性、時(shí)代性”的和諧統(tǒng)一（何鏡堂，2012）。在建筑整體觀、可持續(xù)發(fā)展觀思維引導(dǎo)下，結(jié)合規(guī)劃設(shè)計(jì)、綠色建筑及生態(tài)景觀，在校園新建或改造提升項(xiàng)目中對(duì)生態(tài)策略進(jìn)行實(shí)踐。

圖11 南立面生態(tài)墻背面

圖12 南立面生態(tài)墻的水循環(huán)管道與外遮陽

圖13 開放式大廳內(nèi)景

“兩觀三性”指導(dǎo)綠色建筑設(shè)計(jì)的核心在于從“兩觀”出發(fā)：當(dāng)校園及其建筑面對(duì)復(fù)雜的環(huán)境因素時(shí)，首先要考慮整體效果的把握，結(jié)合具體環(huán)境和條件，處理好設(shè)計(jì)對(duì)象各影響因素的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，權(quán)衡各方面的相互影響；其次在建筑設(shè)計(jì)的全過程中，要通過可持續(xù)的策略解決問題，對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)和生態(tài)平衡、建筑空間和資源的有效利用、節(jié)能技術(shù)、集約化設(shè)計(jì)、建筑全生命周期的投入和效益等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行充分考量。

在選擇生態(tài)策略時(shí)，首先要采用適應(yīng)性措施，采取基于當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、自然資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等情況的適應(yīng)性生態(tài)策略，最大限度地滿足當(dāng)?shù)匦枰?，同時(shí)以較小的成本達(dá)到令人滿意的效果。但是，并非所有的建筑都能夠完全依靠適應(yīng)性措施達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，比如當(dāng)建筑體量較大或環(huán)境條件較為惡劣時(shí)，有必要采用高技術(shù)的生態(tài)策略，以達(dá)到更高的性能效果，保證建筑空間的健康舒適。

在規(guī)劃組織層面，盡量利用原有地形，保護(hù)現(xiàn)狀水體、植被，將簡(jiǎn)潔的建筑體量與校園空間組織合理結(jié)合，形成建筑與環(huán)境空間的融合與統(tǒng)一。在建筑層面，設(shè)計(jì)邊庭、露臺(tái)和空中花園，通過水平和垂直綠化景觀，使建筑與環(huán)境延伸滲透，配合設(shè)計(jì)合理的建筑開口，將夏季主導(dǎo)風(fēng)自然地引入室內(nèi)，達(dá)到自然通風(fēng)效果（盤育丹 等，2013）。

在建筑的不利朝向設(shè)計(jì)相應(yīng)遮陽構(gòu)造，需同時(shí)滿足室內(nèi)舒適與自然采光的要求，并且將表皮與校園文化相結(jié)合，形成充滿韻味的立面效果。

圖14 生態(tài)凈化水池

圖15 屋頂花園

除了上述適應(yīng)性的生態(tài)策略外，還可根據(jù)實(shí)際情況和建筑需要，綜合考慮太陽能光伏、能耗系統(tǒng)智能化控制、新風(fēng)與熱交換、雨水收集、廢水處理等生態(tài)策略，以充分滿足建筑空間的生態(tài)要求。

我國(guó)正處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展和全面建成小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，導(dǎo)致發(fā)展需求和環(huán)境矛盾日益突出，追求舒適宜居、低碳環(huán)保的綠色建筑已成共識(shí)。因此，在建筑設(shè)計(jì)中必須注重生態(tài)策略的應(yīng)用，推動(dòng)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，校園建筑在這方面的作用則更加突出，立足場(chǎng)所本身，能夠形成綠色教育示范效果，宣傳和普及生態(tài)環(huán)保的理念?！皟捎^三性”的建筑創(chuàng)作理論與生態(tài)策略相結(jié)合，能夠更好地指導(dǎo)校園建筑在生態(tài)低碳方向的探索，未來必將實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一和可持續(xù)發(fā)展。

[1]宋喜斌. 以色列節(jié)水農(nóng)業(yè)對(duì)中國(guó)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的啟示[J]. 世界農(nóng)業(yè),2014(05).

[2]Etzion Y, Pearlmutter D, Erell E, et al. Adaptive Architecture:Low-Energy Technologies for Climate Control in the Desert[J].Automation in Construction, 1997(06).

[3]何鏡堂. 基于“兩觀三性”的建筑創(chuàng)作理論與實(shí)踐[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012,40(10).

[4]盤育丹, 丘建發(fā), 包瑩. 木齋古閣 古韻新釋——南開大學(xué)圖書館建筑創(chuàng)作構(gòu)思[J]. 南方建筑, 2013(04).

ANALYSIS ON THE ECOLOGICAL STRATEGIES OF CAMPUS BUILDINGS IN ISRAELI ACCORDING TO "TWO CONCEPTS AND THREE FEATURES"

This paper studies representative green buildings on campus in Israeli, including Sede Boqer campus of Ben-Gurion University and the Porter School of Environmental Studies of the Tel Aviv University, analyzes the suitable ecological strategies and experimental high-tech ecological strategies. Combining with the guidance of "Two Concepts and Three Features" theory, this paper in order to summarize successful experience to guide our green campus building design practice.

Israeli, Campus Building, Ecological Strategies, Two Concepts and Three Features

本文受國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題（編號(hào)：2017KB09）資助。

包瑩，華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

王靜，亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，華南理工大學(xué)建筑學(xué)院

丘建發(fā)，華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

馬明華，華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

2017-03-24