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0引言   生態建筑是建筑生態學研究的產物，是將建筑作為生態圈內的一個生命體來考慮其與整個生態圈的關系。對于其定義，從狹義上來說，是一種能夠與自然和諧、節能高效、可循環再生、健康無害的人居空間環境;從廣義上來說，它是以保障生態系統的良性循環為原則、以生態經濟為基礎、以生態社會為內涵、以生態技術為支撐、以生態環境為目標而建立的一種體系［1］。   建筑生態技術策略是為了實現生態建筑的設計目標而采取的各種技術或非技術手段的統稱，它是建筑生態學中的技術應用部分，其內容呈現多樣化特征。采用何種建筑生態技術策略要“因地制宜”，即應根據各地區的環境、氣候、經濟、技術、文化的發展情況選擇“適宜技術”。這里所指的“適宜技術”不是一個絕對概念，它可以是傳統技術策略，可以是高新技術策略，也可以是介于其間的中低技術策略。對于某一地區，或只選其一、或兩者混合使用、或全部采用，只要是適合當地環境的、能最大限度實現生態建筑設計目標的都可稱為“適宜技術”。   建筑生態技術策略只是人類社會生態化進程中眾多學科生態技術策略的一個分支部分，但它與其它學科有著緊密的聯系。建筑生態技術策略不是固定不變的，隨著人類認知程度的提高、其它相關學科的進步和生態建筑的發展，建筑生態技術策略也是動態向前發展變化的。因此，建筑生態技術策略的研究工作要以其所處的時代背景為基礎，任何脫離實際的研究都將無益于建筑的生態化進程。   諾曼•福斯特是當今世界上最富有成就的著名建筑師之一，他是高技派的代表人物。提起他，人們自然而然地就會將其與林立的鋼架及高科技材料構件聯系在一起，但同時他也是生態建筑的領軍人物，他運用生態學的原理，以高信息、低能耗、可循環和自調節性的綠色生態設計觀念去創造一個生態節能的系統，通過“技術性思維”來改變傳統的設計觀念。諾曼•福斯特有許多為人們熟知的作品，如德國法蘭克福商業銀行總部、柏林國會大廈、法國加里藝術中心、日本東京千年塔、英國倫敦市政廳、瑞士再保險大樓、中國香港國際機場、中國首都國際機場擴建工程等。他對新技術的諳熟，尤其是對生態技術的大膽使用，為他的建筑創作增添了極大的魅力。本文將以諾曼•福斯特的作品為出發點，闡述生態技術策略在建筑設計中的應用。   1德國法蘭克福商業銀行總部大樓   德國法蘭克福商業銀行總部大樓位于法蘭克福市中心(見圖1)，建于1997年，高298m，是當時歐洲最高的建筑物，也被譽為“世界上第一座高層生態建筑”，是生態建筑與高新技術相結合———“生態高技建筑”的典范［2］。它將綠色生態體系移植到了建筑內部，既可以借助其自然景觀軟化建筑的硬質，達到與周圍環境和諧共生的目的，同時又能協同機械調控系統，使建筑內部具有良好的室內氣候條件和較強的氣候調節能力，創造出生態宜人的建筑空間環境。   法蘭克福商業銀行總部大樓的平面成三角形，標準層由3個花瓣形的形體圍繞中莖———中庭構成(見圖2和圖3)。在任何一層平面，3片“花瓣”中的其中2片是辦公空間，第3片設計為花園，中庭則為自然通風道。這些花園設計有3層樓高，并環繞中庭盤旋錯落上升，即沿建筑的三邊交錯排列，這一手法使得每一層都能獲得很好的視野。花園根據方位種植各種植物和花草:南面的花園是地中海風情、西面的花園是北美洲風情、東面的花園則是亞洲風情，花園的設計將自然景觀引入到了建筑內部，并與內部環境相融合，整個建筑由此形成了多個朝向不同的空中花園，營造出了令人愉快和舒適的“綠色”辦公環境，避免了大面積連續辦公空間給人的重復單調感。同時，空中花園的設計能夠讓自然光照射到每一翼的辦公室內，可以滿足德國建筑標準“所有的工作人員距離窗口不能超過7.5m”的要求。此外，辦公區各部分既有適宜管理的尺度，又有足夠的進深使周圍的專用辦公室能面對一個隨意的內部空間，提供了一種沒有嚴格等級劃分，能促進相互交流的辦公氛圍。   該建筑另具特色的設計是自然通風外墻。在一棟高層建筑里，完全采用開啟的窗戶進行通風會使機械系統失去平衡，甚至一個微小的開口都能吸入空氣，使表面形成一個大漩渦。為了能夠達到自然通風效果，諾曼•福斯特設計了一個能隨氣候變化調節的雙層玻璃幕墻，它包括固定的外層(高壓吸熱的單層玻璃)、中間通氣層和內層可開啟的雙層玻璃窗。外層玻璃是用來遮風擋雨和抵御氣候變化的屏障;內層可開啟的雙層玻璃窗不僅可以從室外獲得新鮮空氣，起到室內自然通風換氣和排煙的作用，而且可以減少空調系統的投資和能耗。兩層玻璃幕墻之間形成的通氣層能調節夾層內的空氣溫度，并可有效防止熱空氣凝聚。在冬天辦公室供暖時，使用者能夠關閉內層窗來抵御外面的冷空氣，同時空氣夾層通過氣流速度的減小及夾層內空氣溫度的提高來減弱玻璃表面的熱傳遞，以減少建筑物內部的熱損失(見圖4);在夏季，當陽光的輻射熱使空氣夾層內溫度上升并產生向上的氣流時，可通過外層玻璃幕墻窗臺處的進風口讓新鮮空氣自然進入夾層內，并通過外層玻璃幕墻百頁窗外的出風口將熱氣流自然排出，以此進行循環(見圖5)。   據推測，大樓利用建筑巨大中庭的熱壓作用實現了60%的自然通風，并因此聞名于世。自然通風可以在過渡季節提供新鮮空氣并實現降溫，也可以在空調供冷季節利用夜間通風降低圍護結構和家具的蓄熱量，減少第2天空調系統的啟動負荷。試驗結果表明:充分的夜間通風可使白天的室溫降低2～4℃。同時，外層玻璃幕墻中的百葉窗可以控制采光量，使得全年大部分時間都能獲得良好的采光，因此大廈也獲得了“帶有空間花園的能量攪拌器”的美稱［3］。   2英國倫敦市政廳   倫敦市政廳是英國首都最重要的新建筑物之一，它的設計力求能夠表達國家民主制度實施過程的公開性，同時也顯示了作為一座公共建筑，它在整體上的可持續性和保護環境不受污染的潛能。#p#分頁標題#e#   倫敦市政廳位于泰晤士河畔的塔橋旁邊，建于2002年，占地面積為5.25hm2，建筑面積為17000m2(見圖6～9)。其主要功能用房包括會議大廳、市長辦公室、議員辦公室、公共服務用房等，可容納440人工作，還有一個可容納250人的禮堂。市政廳不是一座森嚴的衙門，而是為公眾提供服務的設施，因此整個建筑的外墻采用高透明度的玻璃幕墻。其意圖在于強調政府工作的透明度，使倫敦市民可以從外部了解內部的辦公情況，體現了公眾的參與性。同時，在建筑物頂層有一靈活空間———“倫敦客廳”，可以作為展覽館對公眾開放，并可容納200人同時使用。大樓的垂直交通由電梯和平緩的坡道組成，為人們高效率地利用這座建筑內的各種設施提供了最大限度的便利。人們在螺旋上升的坡道上行進的同時，可以看到政府工作人員工作的情形———作為民主制度的執行者———政府部門的建筑，體現了“民主”的政治理念［4］。   從形狀上看，倫敦市政廳采用了比較獨特的體形———不規則球體，體現了一種流動感且更接近于自然形態。它明顯不同于諾曼•福斯特其它作品的高技風格，但這種獨特體形不是隨意而來的，而是通過計算和驗證來盡量減少建筑暴露在陽光直射下的面積，以期能減少夏季太陽輻射熱吸收和冬季內部熱損失，從而獲得最優化的能源利用效率，體現了諾曼•福斯特的生態理念。設計過程中采用了實驗模型，通過對全年陽光照射規律的分析得到了建筑表面的熱量分布圖。建筑向陽面逐層向外挑出，自然形成一優美弧面，從而使建筑外墻直接暴露于太陽的面積減少到最少，弧線的曲率通過全年的太陽光分析求得，這一研究成為建筑外表面裝飾工程設計的重要依據(見圖10)。建筑外表面積的減少可以促進能源效率的最大化，經過計算得知這一類似于球體的形狀比起同體積的長方體來說，表面積減少了25%。   倫敦市政廳采用自然通風，所有辦公室的窗戶都可以打開。供暖系統由計算機進行系統控制，這一系統通過傳感器收集室內各關鍵點的溫度數據，然后協調供暖;同時建筑內部產生的熱量也可以有效的回收，并加以循環利用。通過這些措施可以最大限度地減少不必要的能耗。   此外，該建筑還采用了一系列主動和被動的遮陽裝置。建筑朝南傾斜，各層逐層外挑，外挑的距離經過計算，剛好能自然遮擋夏季最強烈的直射陽光，在保證內部空間自然通風和換氣的同時，巧妙地使樓板成為了重要的遮陽裝置之一。   該建筑的冷卻系統充分利用了溫度較低的地下水，以降低能耗。大樓內設有機房，從地層深處抽取地下水，向上通過管道輸送到冷卻系統中，循環冷卻建筑內部后，一部分送到衛生間、廚房、花園等處沖洗或灌溉使用，其余則再次進入地下被自然冷卻。這樣可以避免在夏季消耗大量的電能。   通過上述各類節能技術的綜合使用，可以保證該建筑在夏季并不需要常規的冷卻系統，同時在比較寒冷的季節也不需要額外的供暖系統。實驗證明了這些措施的有效性:大樓的供暖和冷卻系統的能源消耗僅相當于配備有典型中央空調系統的相同規模辦公大樓的1/4，這一水平達到了英國節能建筑評估的黃金級標準，是真正意義上的“綠色環保建筑”。   3瑞士再保險大樓   瑞士再保險大樓是倫敦第1座高層生態建筑，位于英國倫敦“金融城”。它外形奇特，酷似“腌黃瓜”、“子彈頭”，成為了倫敦街頭一道獨特的風景線，同時也是一座精心設計的環保智能型建筑(見圖11)。諾曼•福斯特借助對空氣動力學的研究，在大樓設計時采用螺旋狀的外觀設計，以盡可能地利用自然采光和自然通風，將建筑運行能耗降至最低。2004年，瑞士再保險大樓以“最新穎設計的建筑”獲得了“英國皇家建筑協會史特靈獎”。   瑞士再保險大樓的外形打破了傳統辦公建筑設計千篇一律的方盒子結構，采用了圓曲面的外形，整個外立面完全是平滑的曲面，這樣可以將大樓輪廓線最大程度地融入到周圍環境之中，并且能使底層廣場獲得充分的日照，以減少冬天的熱量損失。同時大樓的平滑曲面設計也符合空氣動力學原理，相對于傳統的方盒子建筑來說，它平滑的曲面可以順暢地引導氣流從其周邊流過(見圖12)，而不會產生明顯的諸如“風影區”、“強風區”、“狹管效應”等不利影響，降低因為建筑導致的微氣候變化對底層及周圍步行者帶來的影響。   在該大樓的表面分布著6條上升的螺旋線，它們所對應的是大樓內部6條引導氣流的通風內庭(見圖13)。螺旋狀分布的內庭扮演著采光井和通風井的雙重角色，可有效降低建筑內部對空調系統的依賴程度。中庭和平滑狀外觀形態的設計能使建筑最大程度地獲得自然光線，降低了大樓內部的采光能耗，同時也使樓內工作人員獲得了足夠的視野空間。無論是在外表，還是在建筑內部的布局中，自然通風和自然采光手段可使該建筑每年節省約40%的能耗。   整個大樓的支撐系統是位于大樓中央的一根圓柱———核心筒部分，辦公空間分布在圓柱的周圍，這使得每間辦公室都能夠三面采光，使建筑與自然界有了更大的接觸面，充足的陽光采集大幅降低了對人工照明的需求，也就大大節約了照明能耗，同時在中庭內安裝有運動感應器，使得建筑更加智能化，可以避免一切不必要的照明，進一步減少了大樓的能源消耗。   雖然大樓外圍護結構采用的是全玻璃幕墻，一共由5500塊平板三角形和鉆石形玻璃組成，但在玻璃幕墻的處理上卻根據內部功能空間的不同而有所區分。幕墻體系按照不同功能區對照明、通風的需要為建筑提供了一套可呼吸的外圍護結構，同時在外觀進行了區分，使建筑自身的邏輯貫穿于建筑內外和設計的始終。整個玻璃幕墻可分為2個部分:辦公區域幕墻和內庭區域幕墻。辦公區域幕墻由雙層玻璃的外層幕墻和單層玻璃的內層幕墻構成。同時配備有由計算機控制的百葉窗及天氣傳感系統，實現了對氣溫、風速和光照強度的時時監測，在必要的時候自動開啟窗戶引入新鮮空氣，這種自然通風可以在很大程度上降低室內空調能耗。螺旋狀上升的內庭區域幕墻則由可開啟的雙層玻璃板塊組成，采用灰色著色玻璃和高性能鍍層來有效地減少陽光照射。幕墻外設有開啟扇，周邊氣流被開啟扇所捕獲之后，在空氣動力學曲線所帶來的上下樓層間風壓差的驅動下，沿螺旋排布的內庭盤旋而上。種種適宜的節能措施，使得這座大樓的能耗只有同等規模普通辦公樓的50%。根據LEED綠色建筑評級標準，從場址規劃的可持續性、節水節電、能效和可再生能源、節約材料和資源、室內環境質量等5個方面評測，瑞士再保險大樓的達到了綠色建筑“黃金級”水平。#p#分頁標題#e#   4北京首都國際機場T3航站樓   北京首都國際機場T3航站樓位于北京首都國際機場東邊，是目前世界上最大的單體航站樓，由主樓、國際候機廊和國內候機廊組成，總建筑面積為98.6萬m2。作為一個超級樞紐機場航站樓，其日常運作將消耗巨大的能源，因此在節能方面有著巨大的開發潛力，由此可以獲得巨大的經濟效益和環境效益。   1)玻璃幕墻和屋蓋遮陽技術   T3航站樓外玻璃幕墻的設計十分具有流線感，它不但給人以流動的美感以及建筑形體美感，也體現了生態節能的理念(見圖14)。外玻璃幕墻在設計中根據以往類似工程的經驗，創造性采用了“懸掛幕墻體系”［5］———該體系取消了玻璃單元的豎向支撐，而將其縮小為隱藏在玻璃板縫內的鋼索，懸掛并隱藏在鋼屋架內的鋼梁上，而后將具有水平承重和遮陽雙重效果的水平構件固定在懸掛鋼索之上，最后是將玻璃鑲嵌在水平結構遮陽板上(見圖15)。這種全新概念的外玻璃幕墻體系弱化了豎向構件的影響，讓屋頂變得通透，使旅客能看到外面的環境，從而達到給旅客減壓的目的。水平的遮陽板既是結構構件，可以受力，也是遮陽設施，起到了遮陽裝飾的效果。這種將水平結構件與外遮陽功能結合在一起的創意使得整個建筑更加通透，更富藝術表現力，同時也可以有效減少室外陽光輻射對室內能耗的影響。   2)利用自然采光降低照明能耗   在T3航站樓構型設計中盡量減少建筑的進深，保持建筑的外表皮通透(見圖16)，這樣使得大部分室內空間在正常情況下能通過室外采光保持室內正常照度。為了盡量保持室內空間的通透，設計中取消了任何到頂的隔墻和機電設施。整體屋面采用統一模式，從視覺上和幾何結構上將航站樓的所有設計統一起來，使整個屋面系統附和著一種流動的動態，充滿活力。航站樓屋面為一連續的雙曲面，其高度和結構厚度需滿足建筑內部空間高度、形式和結構設計的要求。T3航站樓的三棱錐體天窗寬度約為9m，由1個斜坡屋頂構件和2個鑲玻璃的側立面構成。這些天窗不論位置在哪里，它們的朝向都是一致的:2個裝有玻璃的立面之間形成的夾角對準東南方。這些天窗可以直接將自然光引入航站樓內部的公共區域，構成了最富有個性的建筑元素(見圖17)。這種天窗的設置并不是隨意的，而是根據太陽角度的變化進行計算得出的，以最大程度地控制能量消耗。早晨，陽光可以直射到辦票大廳;中午，陽光可以通過遮蔽裝置被反射和擴散到大廳;在炎熱的午后，大量的陽光可以被全部隔斷。T3航站樓利用自然光的另一個例子是開放的旅客捷運隧道空間。為了避開地面上起降的飛機，旅客捷運列車必須在地面以下運行，通常的做法是如同城市地鐵一樣，將列車軌道布置在一個封閉的地下空間內，而T3航站樓將列車軌道布置在了一個開放的溝壑中。這樣不但使得旅客不會產生壓抑的感覺，更重要的是降低了該系統日常運行的成本。   3)智能建筑環境控制系統———i-bus系統   T3航站樓在建設時采用了目前全球最先進的i-bus智能建筑控制系統，通過i-bus系統可以實現以下智能控制功能:幕墻設備控制、燈光控制、智能面板手動控制方式、定時控制方式、氣象中心(傳感器)的自動控制功能、光線傳感器控制方式、i-bus太陽經緯度自動跟蹤控制方式、計算機圖形軟件集中控制功能、消防聯動控制以及與BA系統聯動的控制功能。i-bus系統能根據人員的活動狀況、工作規律、自然光狀況調節室內照明環境、溫度環境、遮陽環境。使用i-bus系統每年可少開新風系統近5個月，既實現了辦公環境的舒適性，又最大限度地節約了能源。   4)利用適宜技術和本地材料   為控制整個航站樓的建設成本，諾曼•福斯特在設計中始終堅持他慣用的適宜技術和手段來表現建筑。通過合理的網格、標準模數設計和建筑構件的工廠化預制，創造最低的現場施工難度。為了體現生態理念，在設計深化過程中盡量在本土市場尋找低成本建筑材料和成套設備，以降低工程造價并減少對環境的影響。   5結語   人類從最初的原始空居、樹居到后來的鄉土建筑，其建造都蘊含著樸素的生態觀念，能與特定的自然環境有效地結合起來。然而，隨著科學技術的發展，現代建筑卻產生了重技術、輕自然的傾向［6］，出現大量的“反生態”、對抗自然的建筑，這也是地球環境惡化的重要因素。諾曼•福斯特通過他的作品告訴我們:“高科技”與“原生態”并不矛盾，兩者可以有機的結合在一起，利用建筑生態節能策略，使建筑既包含了鄉土建筑與自然和諧共存的特征，又具備現代建筑可采用的現代科學技術手段。諾曼•福斯特對現代建筑生態環境的把握和處理展現了其獨特的具有啟迪性的創造性思維。我國目前正處在城市化快速推進階段，人們因為過度的追求“高檔”使得建筑能耗占我國能源總消耗的1/3，未來要實現可持續發展，走生態節能的低碳之路刻不容緩。