盧傳強(qiáng)

本文旨在探討生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)生態(tài)設(shè)計(jì)理論與原則的介紹，揭示其在建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)踐和案例分析。生態(tài)設(shè)計(jì)作為一種綜合性的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)將自然環(huán)境融入建筑過(guò)程，促使建筑與周?chē)鷳B(tài)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。文章從生態(tài)設(shè)計(jì)的定義、基本原則以及在建筑領(lǐng)域的發(fā)展歷程入手，深入剖析了生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)踐，包括其與可持續(xù)建筑的關(guān)系、在建筑材料選擇中的應(yīng)用以及在空間規(guī)劃中的實(shí)踐。通過(guò)國(guó)際上典型的生態(tài)設(shè)計(jì)建筑案例和國(guó)內(nèi)成功案例的分析，展示了生態(tài)設(shè)計(jì)在不同文化和地域背景下的靈活運(yùn)用，為建筑設(shè)計(jì)提供了可持續(xù)發(fā)展的新思路。

近年來(lái)，全球社會(huì)逐漸覺(jué)醒于氣候變化、環(huán)境破壞等嚴(yán)峻問(wèn)題，這些問(wèn)題不僅影響人們的日常生活，也在全球范圍內(nèi)催生了對(duì)可持續(xù)發(fā)展的緊迫需求。在這一大背景下，建筑行業(yè)作為全球能源消耗的巨頭之一，承擔(dān)著巨大的環(huán)境責(zé)任。據(jù)國(guó)際能源署（IEA）數(shù)據(jù)顯示，建筑行業(yè)對(duì)全球終端能源消耗的貢獻(xiàn)率高達(dá)40%，同時(shí)還負(fù)責(zé)約1/3的溫室氣體排放。這些數(shù)字直觀地揭示了傳統(tǒng)建筑模式對(duì)環(huán)境不可忽視的沖擊。特別是在中國(guó)，隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，建筑業(yè)迅速崛起，成為全球最大的建筑市場(chǎng)之一。根據(jù)中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，我國(guó)每年的新建筑面積令人咋舌，達(dá)到數(shù)十億平方米，而這背后所消耗的大量能源和資源正進(jìn)一步加劇著環(huán)境的惡化。面對(duì)這一現(xiàn)狀，傳統(tǒng)建筑模式的可持續(xù)性已成為亟待解決的問(wèn)題。在這一時(shí)刻，生態(tài)設(shè)計(jì)作為一種強(qiáng)調(diào)與自然環(huán)境和諧共生的前沿理念應(yīng)運(yùn)而生。生態(tài)設(shè)計(jì)通過(guò)在建筑設(shè)計(jì)中融入生態(tài)學(xué)原則，旨在創(chuàng)建更加環(huán)保、可持續(xù)的建筑環(huán)境。通過(guò)改變傳統(tǒng)建筑的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)方式，生態(tài)設(shè)計(jì)可以最大限度地減少能源消耗、減緩氣候變化的速度，并在建筑與周?chē)h(huán)境之間建立更為密切的聯(lián)系。在這個(gè)時(shí)代背景下，本文將深入研究生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，力求為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供創(chuàng)新性的思路和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

一、生態(tài)設(shè)計(jì)理論與原則

1.生態(tài)設(shè)計(jì)的定義與范疇

生態(tài)設(shè)計(jì)是一種將生態(tài)學(xué)原則與建筑設(shè)計(jì)相融合的新型理念。它不僅僅是建筑物的設(shè)計(jì)，更是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，通過(guò)整合自然系統(tǒng)和人工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑與周?chē)h(huán)境的協(xié)同共生。生態(tài)設(shè)計(jì)的定義不同于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)，它超越了建筑物本身，強(qiáng)調(diào)了與周邊環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的全面互動(dòng)。在這個(gè)理念下，建筑師不再僅僅是設(shè)計(jì)建筑物的外觀，更要考慮建筑與周邊環(huán)境的全局關(guān)系。生態(tài)設(shè)計(jì)的范疇涵蓋了從選址、設(shè)計(jì)到建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的整個(gè)生命周期，從而確保整個(gè)建筑過(guò)程都與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)性發(fā)展保持一致。

2.生態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則

生態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則是理論框架的支柱，它指導(dǎo)著設(shè)計(jì)者在實(shí)際操作中追求建筑與環(huán)境的最佳平衡。循環(huán)利用原則是生態(tài)設(shè)計(jì)中的核心原則之一。在建筑設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)中，生態(tài)設(shè)計(jì)鼓勵(lì)最大限度地利用可再生資源，最小化對(duì)環(huán)境的資源消耗。這涉及廢物的減少、水資源的循環(huán)利用以及能源的有效使用。通過(guò)循環(huán)利用，建筑可以減少對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的可持續(xù)利用。

生物多樣性維護(hù)原則要求在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該采取措施來(lái)保護(hù)和促進(jìn)周?chē)鷳B(tài)系統(tǒng)的多樣性。這包括在建筑周?chē)鷦?chuàng)造有利于各類(lèi)生物繁衍的環(huán)境，如綠化帶、濕地等。通過(guò)這種方式，生態(tài)設(shè)計(jì)不僅為建筑創(chuàng)造了更加生態(tài)友好的環(huán)境，還有助于維護(hù)和促進(jìn)周?chē)鷳B(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。

能源效益原則要求建筑在能源利用上應(yīng)當(dāng)盡可能高效。這包括采用可再生能源、提高建筑能源利用效率等方面。通過(guò)科技的應(yīng)用，例如太陽(yáng)能電池板、節(jié)能燈具等，建筑可以減少對(duì)非可再生能源的依賴(lài)，降低對(duì)環(huán)境的影響。這一原則使得生態(tài)設(shè)計(jì)不僅關(guān)注建筑本身的生態(tài)性能，還涉及建筑對(duì)能源的需求與利用。

這三個(gè)基本原則相互交融，構(gòu)建了生態(tài)設(shè)計(jì)的理論體系。生態(tài)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者在創(chuàng)新中不斷追求生態(tài)可持續(xù)性，使建筑真正成為與周?chē)h(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)共同發(fā)展的一部分。

3.生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域的發(fā)展歷程

生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域的發(fā)展歷程經(jīng)歷了從理論探索到實(shí)踐推廣的不斷演進(jìn)。早期，生態(tài)設(shè)計(jì)主要是對(duì)建筑環(huán)境的被動(dòng)響應(yīng)，建筑更多的是被建造在自然環(huán)境中而非與之融合。這一階段的生態(tài)設(shè)計(jì)更多地表現(xiàn)為一種環(huán)保理念，強(qiáng)調(diào)在建筑過(guò)程中減少對(duì)環(huán)境的不利影響，例如減少污染、降低能耗等。

從圖1可知，浸提乙醇濃度、時(shí)間、溫度及pH等因素均不同程度影響火龍果果皮甜菜苷類(lèi)色素的提取，且提取量均隨處理水平升高呈先升后降趨勢(shì)。

然而，隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)的深化，生態(tài)設(shè)計(jì)逐漸從被動(dòng)的環(huán)保理念轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)地融入自然生態(tài)系統(tǒng)。這一轉(zhuǎn)變?cè)谟谠O(shè)計(jì)者開(kāi)始更加注重建筑與周?chē)h(huán)境的有機(jī)聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)建筑的可持續(xù)性。這種轉(zhuǎn)變?cè)趪?guó)際上得到了廣泛關(guān)注，很多國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始提出并推動(dòng)生態(tài)設(shè)計(jì)的理念在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。同時(shí)，科技的不斷進(jìn)步為生態(tài)設(shè)計(jì)提供了更多的手段和工具，如智能建筑管理系統(tǒng)、智能節(jié)能技術(shù)等。這些科技的應(yīng)用不僅提高了建筑的生態(tài)性能，也使得生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。

近年來(lái)，生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域取得了顯著的成果，不僅在設(shè)計(jì)理念上不斷創(chuàng)新，更在實(shí)踐中不斷推陳出新。生態(tài)設(shè)計(jì)不僅局限于建筑物本身，還涉及城市規(guī)劃、社區(qū)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域。這種全方位的應(yīng)用使得生態(tài)設(shè)計(jì)逐漸成為建筑業(yè)推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)大引擎，為未來(lái)建筑的發(fā)展提供了有力的支持。生態(tài)設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程表明，它已經(jīng)不再是一個(gè)理論概念，而是正在深刻地改變著建筑業(yè)的面貌，引領(lǐng)著建筑業(yè)向更為生態(tài)友好和可持續(xù)的未來(lái)邁進(jìn)。

二、生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)踐

1.生態(tài)設(shè)計(jì)與可持續(xù)建筑的關(guān)系

生態(tài)設(shè)計(jì)與可持續(xù)建筑的關(guān)系密切而深遠(yuǎn)，二者之間的相互影響構(gòu)成了當(dāng)今建筑領(lǐng)域可持續(xù)性發(fā)展的核心。生態(tài)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)通過(guò)模仿自然系統(tǒng)，使建筑與環(huán)境相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與建筑的共生。這與可持續(xù)建筑的核心理念一脈相承，都致力于在建筑生命周期內(nèi)減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。生態(tài)設(shè)計(jì)注重整體系統(tǒng)的平衡，通過(guò)最大化地利用自然資源、減少能源浪費(fèi)等方式，追求在建筑的運(yùn)營(yíng)中達(dá)到最佳的可持續(xù)性表現(xiàn)。

生態(tài)設(shè)計(jì)作為可持續(xù)建筑的核心理念，著眼于在不同氣候條件下通過(guò)綜合應(yīng)用多種策略來(lái)降低能耗，最大限度地實(shí)現(xiàn)建筑環(huán)境與自然的和諧共生。不同的氣候條件能源消耗不同，具體見(jiàn)表1：

表1 生態(tài)建筑設(shè)計(jì)在不同氣候條件下的能耗比較

不同生態(tài)設(shè)計(jì)策略在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果是推動(dòng)可持續(xù)建筑的關(guān)鍵因素。策略不同效果也不相同，具體見(jiàn)表2：

表2 不同生態(tài)設(shè)計(jì)策略在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果

這些策略的巧妙融合使得生態(tài)設(shè)計(jì)在不同氣候條件下都能夠靈活應(yīng)對(duì)，從而真正實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)建筑的目標(biāo)。通過(guò)這種深度融合的設(shè)計(jì)手段，生態(tài)設(shè)計(jì)為建筑領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展開(kāi)辟了一條可行的道路。

2.生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑材料選擇中的應(yīng)用

生命周期評(píng)估的核心公式之一是：

其中Ci代表獲取階段的環(huán)境影響，Ei代表生產(chǎn)階段的環(huán)境影響，iT代表運(yùn)輸階段的環(huán)境影響，iD代表廢棄階段的環(huán)境影響。通過(guò)這個(gè)公式，設(shè)計(jì)者可以全面評(píng)估不同建筑材料在整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響。

生態(tài)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)降低建筑材料的碳足跡。碳足跡是指一個(gè)產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)排放的溫室氣體總量，通常以二氧化碳當(dāng)量計(jì)算。在建筑材料選擇中，設(shè)計(jì)者可以使用碳足跡的計(jì)算公式之一：

其中 CF為碳足跡，E為排放的二氧化碳量，EF為二氧化碳的當(dāng)量。通過(guò)這個(gè)公式，設(shè)計(jì)者可以量化建筑材料在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中的碳排放，從而選擇更環(huán)保的材料。另外，生態(tài)設(shè)計(jì)注重使用本地材料，以減少運(yùn)輸距離和降低碳排放。設(shè)計(jì)者可以通過(guò)計(jì)算運(yùn)輸距離和使用當(dāng)?shù)刭Y源的比例來(lái)評(píng)估建筑材料的可持續(xù)性。公式如下：

其中 TD 代表使用本地材料的比例，Dlocal為本地材料的運(yùn)輸距離，Dtocal為全部材料的運(yùn)輸距離。通過(guò)這個(gè)比例，設(shè)計(jì)者可以直觀地了解到材料的本地使用程度。

最后，生態(tài)設(shè)計(jì)鼓勵(lì)使用可再生能源作為建筑材料的一部分。對(duì)于太陽(yáng)能板等可再生能源材料，其環(huán)境效益可以通過(guò)計(jì)算其能源產(chǎn)出與生命周期環(huán)境成本之比來(lái)評(píng)估：

其中 ER 為能源產(chǎn)出比，Eop為能源產(chǎn)出，ELC為生命周期環(huán)境成本。通過(guò)這個(gè)比值，設(shè)計(jì)者可以綜合考慮可再生能源材料的使用對(duì)建筑的環(huán)境影響。

3.生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑空間規(guī)劃中的實(shí)踐

生態(tài)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)充分利用自然光線(xiàn)，通過(guò)合理的空間規(guī)劃和窗戶(hù)設(shè)計(jì)，最大限度地引入自然光，減少對(duì)人工照明的需求。這不僅有助于節(jié)約能源，還提高了室內(nèi)環(huán)境的舒適性和用戶(hù)體驗(yàn)。生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑空間規(guī)劃中注重創(chuàng)造通風(fēng)良好的環(huán)境。通過(guò)考慮建筑的朝向、布局和通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，生態(tài)設(shè)計(jì)旨在優(yōu)化空氣流通，減少對(duì)人工通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的依賴(lài)。這種通風(fēng)策略有助于改善空氣質(zhì)量，提高室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量，同時(shí)減少能源消耗。

三、生態(tài)設(shè)計(jì)案例分析

1.國(guó)際上典型的生態(tài)設(shè)計(jì)建筑案例

（1）諾亞方舟生態(tài)建筑：諾亞方舟生態(tài)建筑位于西班牙巴塞羅那，是由著名建筑師圣地亞哥·卡拉特拉瓦設(shè)計(jì)的。這座建筑被稱(chēng)為“綠色方舟”，是一座具有可持續(xù)性的生態(tài)建筑，其設(shè)計(jì)靈感來(lái)自諾亞方舟的故事。

該建筑的主要特點(diǎn)是其可自我調(diào)節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)。其屋頂安裝了雨水收集系統(tǒng)，可以收集并儲(chǔ)存雨水用于澆灌植物和沖洗衛(wèi)生間等。建筑還安裝了太陽(yáng)能電池板，每年可以產(chǎn)生約40%的能源需求，同時(shí)還有風(fēng)能發(fā)電機(jī)組，為建筑提供額外的能源供應(yīng)。

建筑內(nèi)部的自然通風(fēng)系統(tǒng)也十分先進(jìn)，可以在不同季節(jié)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和濕度。據(jù)報(bào)道，諾亞方舟生態(tài)建筑每年可以節(jié)省約30%的能源消耗，同時(shí)減少約50%的二氧化碳排放。

（2）柏林國(guó)會(huì)大廈改造項(xiàng)目：柏林國(guó)會(huì)大廈改造項(xiàng)目是一個(gè)著名的生態(tài)設(shè)計(jì)建筑案例，由德國(guó)建筑師克勞斯·里希特設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目旨在將柏林國(guó)會(huì)大廈改造成一個(gè)具有可持續(xù)性的綠色建筑。

改造后的建筑采用了許多生態(tài)設(shè)計(jì)元素，如太陽(yáng)能電池板、雨水收集系統(tǒng)、綠色屋頂?shù)?。其中，太?yáng)能電池板被安裝在建筑的屋面上，每年可以產(chǎn)生約35%的能源需求；雨水收集系統(tǒng)可以收集并儲(chǔ)存雨水用于澆灌植物和沖洗衛(wèi)生間等；綠色屋頂則覆蓋了整個(gè)建筑物的屋面，為建筑物提供天然的隔熱和遮陽(yáng)效果。

2.國(guó)內(nèi)生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域的成功案例

（1）國(guó)家游泳中心“水立方”：國(guó)家游泳中心“水立方”是北京奧運(yùn)會(huì)的重要場(chǎng)館之一，也是我國(guó)第一個(gè)集體育、文化和商業(yè)于一體的生態(tài)建筑。該建筑由北京市建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，采用了生態(tài)設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)調(diào)與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)和可持續(xù)性發(fā)展。

“水立方”采用了許多先進(jìn)的生態(tài)技術(shù)，如太陽(yáng)能電池板、雨水收集系統(tǒng)、自然通風(fēng)系統(tǒng)等。其中，太陽(yáng)能電池板被安裝在建筑的屋面上，每年可以產(chǎn)生約20%的能源需求；雨水收集系統(tǒng)可以收集并儲(chǔ)存雨水用于澆灌植物和沖洗衛(wèi)生間等；自然通風(fēng)系統(tǒng)則可以利用自然風(fēng)力實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣流通。該建筑的能源消耗比傳統(tǒng)建筑低30%。據(jù)報(bào)道，“水立方”每年可以節(jié)省約30%的能源消耗。

（2）上海世博會(huì)零碳館：上海世博會(huì)零碳館是由英國(guó)一家公司設(shè)計(jì)的。這座建筑的主要特點(diǎn)是其完全零碳排放的設(shè)計(jì)。該建筑的能源消耗主要來(lái)自太陽(yáng)能電池板和風(fēng)能發(fā)電機(jī)組，同時(shí)還有一部分來(lái)自建筑材料和設(shè)備的回收利用。據(jù)報(bào)道，該建筑每年可以節(jié)省約70%的能源消耗，同時(shí)減少約50%的二氧化碳排放。

四、結(jié)語(yǔ)

本文深入探討了生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，從生態(tài)設(shè)計(jì)的理論與原則出發(fā)，到生態(tài)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)踐，以及國(guó)際和國(guó)內(nèi)成功案例的分析，全方位展示了生態(tài)設(shè)計(jì)的多層面特點(diǎn)。生態(tài)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和基本原則為建筑領(lǐng)域注入了可持續(xù)性的理念，強(qiáng)調(diào)與自然的融合，通過(guò)綜合運(yùn)用多種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)保的目標(biāo)。生態(tài)設(shè)計(jì)不僅在國(guó)際上取得了顯著成就，而且在中國(guó)的建筑領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用的前景。生態(tài)設(shè)計(jì)作為一種新穎而實(shí)用的設(shè)計(jì)理念，將為未來(lái)的建筑發(fā)展提供可行的方向。通過(guò)對(duì)自然資源的充分利用和對(duì)環(huán)境影響的最小化，生態(tài)設(shè)計(jì)將在建筑領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮重要作用，為人們創(chuàng)造更健康、更環(huán)保、更可持續(xù)的居住和工作環(huán)境。這一設(shè)計(jì)理念的不斷推廣與實(shí)踐將有助于建設(shè)更加宜居、綠色的未來(lái)社會(huì)。