翟建宇 趙 希 曹 穎 張亞斌 夏晶晶 鄭晶茹

中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司/國家住宅與居住環(huán)境工程技術(shù)研究中心

1 “Green-Ourtopia”——綠色建筑的理想目標(biāo)

席卷全球的綠色建筑運(yùn)動隨著保護(hù)生態(tài)環(huán)境的綠色潮流誕生。1993年4月，美國建筑師協(xié)會（AIA）和國際建筑師協(xié)會在芝加哥召開的關(guān)于可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)會議確立和推動了美國的綠色建筑發(fā)展計(jì)劃[1]?！熬G色建筑”作為一個專有名詞，最早于1994年出現(xiàn)在中國的學(xué)術(shù)期刊上。

“什么是Ourtopia？它位于不可實(shí)現(xiàn)的烏托邦（Utopia）與反烏托邦式的糟糕未來（Dystopian Future）之間?！盵2]“Ourtopia作為這樣一個關(guān)鍵詞，修正了來自烏托邦那耀眼奪目但無法觸及的夢想。”[3]一棟“完美”的綠色建筑被稱之為“Green-Ourtopia”，它承載了行業(yè)各個部分對綠色建筑的美好想象，并且人們也在積極尋找塑造它的方法。綠色建筑理想目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要求建筑師冷靜地面對當(dāng)下的環(huán)境與條件，通過積極思考與行動，探索實(shí)現(xiàn)路徑，直面現(xiàn)狀問題，將理想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

2 基于模擬分析的設(shè)計(jì)成果迭代優(yōu)化是綠色建筑目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵路徑

目前，隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的進(jìn)步、算法的優(yōu)化以及算力的提升，隨時(shí)對建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行光、熱、風(fēng)、能耗、地表水匯集等方面模擬的時(shí)間和人力成本已經(jīng)降至可以接受的水平。同時(shí)，模擬驗(yàn)證分析工具在種類、問題針對性、數(shù)據(jù)可靠性等方面取得了巨大成就，如美國能源部能源效率和可再生能源辦公室就公布了392種建筑能源設(shè)計(jì)和分析軟件[4]。當(dāng)前國內(nèi)市場上模擬技術(shù)軟件平臺和工具很多，涵蓋了綠色建筑性能的諸多方面（表1）。

為更全面地實(shí)現(xiàn)綠色建筑目標(biāo)，提煉分析方法、設(shè)計(jì)策略、操作流程和組織邏輯，理想狀態(tài)是在建筑設(shè)計(jì)各階段以設(shè)計(jì)模型為載體，針對場地信息和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行模擬分析并迭代優(yōu)化，通過循環(huán)上升的設(shè)計(jì)成果和數(shù)據(jù)反饋，逐步深入優(yōu)化和提升設(shè)計(jì)方案。

基于模擬分析的設(shè)計(jì)成果迭代優(yōu)化是綠色建筑目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵路徑（圖1）。在概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過現(xiàn)場踏勘、資料收集和數(shù)據(jù)分析，對項(xiàng)目基地的區(qū)域生態(tài)環(huán)境、城市和歷史文化進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)前期分析，提出設(shè)計(jì)概念，并轉(zhuǎn)化為空間形態(tài)，確立概念模型，再針對概念模型進(jìn)行規(guī)劃布局、建筑形體、空間形態(tài)等方面的合理性評價(jià)。在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)深化建筑方案以形成推敲模型，針對各項(xiàng)技術(shù)措施的效果進(jìn)行模擬驗(yàn)證分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)策略、技術(shù)應(yīng)用的適用性，并依據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行多輪方案調(diào)整。在施工圖設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)要完成建筑設(shè)計(jì)的調(diào)整和技術(shù)策略的優(yōu)化，并對最終確定的設(shè)計(jì)策略進(jìn)行分析和評價(jià)。

3 綠色建筑目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑的案例分析

綠色建筑的本質(zhì)與其他可持續(xù)發(fā)展行動一樣，需要通過改善建筑的設(shè)計(jì)、建造和使用等諸多環(huán)節(jié)，減少人類活動對全球氣候變化的影響，最終目的是盡可能減少全球氣候變化對人類子孫后代造成的負(fù)面影響。

近年來，學(xué)術(shù)界逐漸意識到了綠色建筑應(yīng)當(dāng)具有本土化且適應(yīng)地域氣候的特征。為實(shí)現(xiàn)綠色建筑的理想，建筑師首先應(yīng)該具備的是“關(guān)懷全人類”的胸懷，隨后應(yīng)當(dāng)掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)方法、技術(shù)和工具，同時(shí)協(xié)調(diào)綠色建筑專家在設(shè)計(jì)全過程給予技術(shù)支持。

以臺達(dá)杯國際太陽能競賽為例，組織方及評委均鼓勵參賽團(tuán)隊(duì)從設(shè)計(jì)方法學(xué)角度，根據(jù)賽題基地所在區(qū)域的氣候特點(diǎn)和場地周邊的實(shí)際情況，通過適當(dāng)?shù)姆治鲞^程，探索理想的綠色建筑設(shè)計(jì)策略，設(shè)計(jì)出最契合需求的作品。本文選取公共建筑類37個獲獎作品為研究案例，進(jìn)行綠色建筑目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑的分析（表2）。

3.1 氣候適應(yīng)型綠色建筑分析方法統(tǒng)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用階段和目標(biāo)效用的不同，綠色建筑分析方法可歸納為設(shè)計(jì)前期分析、模擬驗(yàn)證分析兩類（表3）。設(shè)計(jì)前期分析是對區(qū)域生態(tài)環(huán)境、城市和歷史文化等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件進(jìn)行的綜合評價(jià)，模擬驗(yàn)證分析則是對建筑設(shè)計(jì)參數(shù)的綠色目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。

對上述案例在綠色建筑分析方法的使用偏好和應(yīng)用廣泛性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（圖2，3）可以看出：

（1）隨著對行業(yè)內(nèi)地域氣候適應(yīng)意識的增強(qiáng)，設(shè)計(jì)師對場地氣候特點(diǎn)的分析與關(guān)注度越來越高，其應(yīng)用廣泛性明顯超出其他前期設(shè)計(jì)的分析方法。

1 方案設(shè)計(jì)階段綠色目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑

2 設(shè)計(jì)前期分析應(yīng)用偏好分析

3 各氣候區(qū)光環(huán)境和通風(fēng)環(huán)境模擬應(yīng)用偏好分析

表1 模擬技術(shù)軟件平臺和工具

表2 臺達(dá)杯國際太陽能競賽獲獎作品統(tǒng)計(jì)表

表3 建筑綠色分析方法統(tǒng)計(jì)表

（2）區(qū)位和場地分析、當(dāng)?shù)亟ㄖL(fēng)貌分析、使用者行為特征分析等基礎(chǔ)條件的分析應(yīng)用也較為廣泛。

（3）夏熱冬暖地區(qū)作品普遍應(yīng)用風(fēng)環(huán)境模擬分析，夏熱冬冷地區(qū)作品兼顧采光和通風(fēng)環(huán)境模擬，寒冷地區(qū)作品重點(diǎn)進(jìn)行采光環(huán)境的相關(guān)模擬分析。

3.2 氣候適應(yīng)型綠色建筑設(shè)計(jì)策略統(tǒng)計(jì)

氣候適應(yīng)性綠色建筑設(shè)計(jì)策略可歸納為空間設(shè)計(jì)策略、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略、設(shè)備系統(tǒng)策略（表4）。

空間設(shè)計(jì)策略多體現(xiàn)為對傳統(tǒng)建筑空間形態(tài)的提煉和運(yùn)用，主要解決建筑通風(fēng)、降溫、保溫等需求；圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略為屋頂、墻體、門窗、幕墻、樓板等部位的設(shè)計(jì)原理及構(gòu)造措施，主要解決采光、通風(fēng)、遮陽等需求；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略主要解決工業(yè)化生產(chǎn)、材料再利用、建筑安全等需求；設(shè)備系統(tǒng)策略則體現(xiàn)為主動技術(shù)的應(yīng)用，解決儲能、用能等需求。

對以上案例進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)策略分析可以看出，設(shè)計(jì)策略的選用偏好具有明顯的地域差異（圖4）。

（1）寒冷地區(qū)最常用的設(shè)計(jì)策略是太陽能熱水系統(tǒng)，夏熱冬冷地區(qū)最常用的設(shè)計(jì)策略是集熱蓄熱墻，夏熱冬暖地區(qū)最常用的設(shè)計(jì)策略則是通風(fēng)天窗。

（2）為了使冬季獲得更多熱量，寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)較多地選擇了陽光間；為了獲得更好的遮陽效果，夏熱冬暖地區(qū)則更重視屋面、墻面的立體綠化。

（3）雨水收集系統(tǒng)作為一項(xiàng)通用技術(shù)，各個地區(qū)普遍采取了這一策略，反映了大家對水資源的重視。

同時(shí)，設(shè)計(jì)案例在空間形態(tài)和技術(shù)應(yīng)用層面，通過充分利用項(xiàng)目所在地的自然環(huán)境，挖掘區(qū)域生態(tài)環(huán)境的特殊條件給場地帶來的潛在價(jià)值，權(quán)衡限制因素給設(shè)計(jì)項(xiàng)目帶來的利弊，尊重區(qū)域建筑的文化內(nèi)涵，關(guān)注使用者的舒適需求等途徑，達(dá)到建立和塑造人與建筑和諧關(guān)系的目的，為未來綠色公共建筑的設(shè)計(jì)和建造提供了一些新啟示。

一方面，應(yīng)注重傳統(tǒng)建筑空間形態(tài)與新技術(shù)應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合。例如，2017屆作品“風(fēng)·巷（泉州）”“土生土長（西安）”分別從閩南、西北的傳統(tǒng)建筑中尋找靈感，借鑒“冷巷”“地坑院”的典型地域氣候適應(yīng)性建筑空間特征和性能優(yōu)勢，通過傳統(tǒng)建筑空間形態(tài)與現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)的集成應(yīng)用，促進(jìn)綠色建筑理念的落實(shí)（圖5～8）；同年作品“荼蘼·院落（西安）”“頤行頤養(yǎng)（西安）”“老厝新生（泉州）”利用傳統(tǒng)建筑的坡屋面形式，通過建筑空間的高度變化、太陽能系統(tǒng)與屋面的創(chuàng)新性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建筑自然通風(fēng)、采光、遮陽和可再生能源利用等綠色設(shè)計(jì)目標(biāo)，后兩個項(xiàng)目圖示見圖9～12；2013屆作品“老人之家（青島）”在抽象提取青島地區(qū)傳統(tǒng)建筑形態(tài)、營造獨(dú)特舒適公共空間的同時(shí)，增加向陽坡屋面以布置太陽能光熱設(shè)備。

4 各氣候區(qū)作品應(yīng)用較為廣泛的建筑設(shè)計(jì)策略

5 “風(fēng)巷（泉州）”作品鳥瞰圖

6 “風(fēng)巷（泉州）”作品風(fēng)環(huán)境分析圖

7 “土生土長（西安）”作品鳥瞰圖

8 “土生土長（西安）”作品日照時(shí)長分析圖

表4 建筑設(shè)計(jì)策略統(tǒng)計(jì)表

9 “頤行頤養(yǎng)（西安）”作品效果圖

10 “頤行頤養(yǎng)（西安）”作品剖透視圖

11 “老厝新生（泉州）”作品剖透視圖

12 “老厝新生（泉州）”作品鳥瞰圖

另一方面，延續(xù)和改進(jìn)地方傳統(tǒng)工藝，優(yōu)化和提升傳統(tǒng)技術(shù)性能。例如，2017屆作品“會聚（西安）”“半院（西安）”采用傳統(tǒng)的建筑材料，改進(jìn)傳統(tǒng)民居的胡基墻、夯土墻的構(gòu)造工法，優(yōu)化墻體的保溫隔熱性能；2009屆作品“蜀光（綿陽）”運(yùn)用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)材料與構(gòu)造工藝，設(shè)計(jì)竹廊架、木屋架等建筑結(jié)構(gòu)形式，形成屋頂空氣緩沖層，利用熱壓作用增加空氣自然對流，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)舒適度的提升，有效控制建造成本。

3.3 小結(jié)

綜上，氣候特點(diǎn)分析、區(qū)位和場地分析、當(dāng)?shù)亟ㄖL(fēng)貌分析、使用者行為特征分析等綠色建筑分析方法應(yīng)用廣泛，這與參賽團(tuán)隊(duì)對地域氣候適應(yīng)意識普遍增強(qiáng)，對場地價(jià)值挖掘、地域文脈傳承、使用者空間感知優(yōu)化等設(shè)計(jì)基本目標(biāo)的設(shè)定密不可分。建筑設(shè)計(jì)策略在空間設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備系統(tǒng)等方面均呈現(xiàn)出明顯的地域差異。從表面上看，建筑設(shè)計(jì)策略的地域差異源于地域氣候特征和使用舒適度需求的差異，其在不同氣候區(qū)的應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不同，但背后的分析方法和設(shè)計(jì)邏輯是一致的。

鑒于本次研究案例是競賽作品，其方案多為初步設(shè)計(jì)階段，且受設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對綠色技術(shù)的認(rèn)知以及應(yīng)用深度等方面的影響，上述地域氣候適應(yīng)型綠色建筑分析方法和建筑設(shè)計(jì)策略的應(yīng)用效果需以競賽落成作品的實(shí)際運(yùn)行情況為依據(jù)，開展進(jìn)一步的驗(yàn)證。

4 當(dāng)下綠色建筑設(shè)計(jì)亟待解決的現(xiàn)實(shí)難題

受社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)水平、人文環(huán)境、技術(shù)積累等因素的綜合制約，我國綠色建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域在綠色建筑目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑方面，存在諸多亟待解決的現(xiàn)實(shí)難題。

（1）技術(shù)策略的應(yīng)用目標(biāo)模糊，應(yīng)用效果評價(jià)導(dǎo)向缺失。

無法忽視的是，我國綠色技術(shù)團(tuán)隊(duì)的咨詢服務(wù)時(shí)常處于設(shè)計(jì)完成后再附加綠色技術(shù)的狀態(tài)，技術(shù)策略的選用缺乏設(shè)計(jì)前期策劃、過程中優(yōu)化、完成后驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，導(dǎo)致相應(yīng)的技術(shù)策略難以在建筑全生命周期中實(shí)現(xiàn)良好的綠色效益。

（2）設(shè)計(jì)成果相關(guān)參數(shù)理論計(jì)算和實(shí)際效果偏離。

綠色建筑項(xiàng)目受投資成本和設(shè)計(jì)周期的局限，常常在方案設(shè)計(jì)階段存在模擬驗(yàn)證迭代循環(huán)次數(shù)不夠和設(shè)計(jì)策略的效果驗(yàn)證不足的困境。同時(shí)，因各項(xiàng)技術(shù)策略的效能在具體的建筑設(shè)計(jì)空間中存在潛在沖突，造成設(shè)計(jì)成果相關(guān)參數(shù)理論計(jì)算與實(shí)際效果的偏離，以至于部分高星級綠色建筑的公共建筑節(jié)能效果并不理想。

（3）現(xiàn)有設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)組織模式與設(shè)計(jì)流程存在局限。

隨著新技術(shù)策略的應(yīng)用和不斷發(fā)展，數(shù)字化設(shè)計(jì)工具持續(xù)升級，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的組織模式和設(shè)計(jì)流程出現(xiàn)了角色不適應(yīng)、配合不順暢的情況，原有的管理方法也表現(xiàn)出了一定的局限性。能源管理、氣候分析等新興領(lǐng)域咨詢團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)運(yùn)而生，不斷演進(jìn)的設(shè)計(jì)流程、前置的專業(yè)配合、增加的前期工作量給設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的組織模式重構(gòu)和設(shè)計(jì)流程再造帶來挑戰(zhàn)。

面對上述難題，為推動綠色建筑理想目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要從以下四個方面著手改進(jìn)。

（1）從地域氣候適應(yīng)性入手，在繼承地域傳統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)適應(yīng)自然、改造自然原則的基礎(chǔ)上，理性評估各項(xiàng)技術(shù)策略的必要性、適用性和可實(shí)施性，因地制宜地選擇綠色建筑相關(guān)技術(shù)策略。

（2）借助博弈思維，同步推動建筑設(shè)計(jì)方案發(fā)展與綠色建筑性能深化，確保設(shè)計(jì)策略之間互不矛盾，協(xié)同后產(chǎn)生放大效用。

（3）針對綠色建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，完善團(tuán)隊(duì)角色，明確人員分工，構(gòu)建協(xié)作機(jī)制。

（4）針對理想目標(biāo)下的綠色建筑設(shè)計(jì)流程，將施工、維護(hù)階段的問題前置到設(shè)計(jì)策劃階段解決，從組建團(tuán)隊(duì)開始，依次進(jìn)行方案、技術(shù)、部品、工藝、運(yùn)維的設(shè)計(jì)，并層層反饋，形成閉環(huán)管理。

圖片來源

圖1～4為作者自繪；圖5～12來源于臺達(dá)杯國際太陽能建筑設(shè)計(jì)競賽組委會。