翟建宇 趙 希 曹 穎 張亞斌 夏晶晶 鄭晶茹

中國建筑設計研究院有限公司/國家住宅與居住環(huán)境工程技術研究中心

1 “Green-Ourtopia”——綠色建筑的理想目標

席卷全球的綠色建筑運動隨著保護生態(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于可持續(xù)發(fā)展的設計會議確立和推動了美國的綠色建筑發(fā)展計劃[1]。“綠色建筑”作為一個專有名詞，最早于1994年出現(xiàn)在中國的學術期刊上。

“什么是Ourtopia？它位于不可實現(xiàn)的烏托邦（Utopia）與反烏托邦式的糟糕未來（Dystopian Future）之間。”[2]“Ourtopia作為這樣一個關鍵詞，修正了來自烏托邦那耀眼奪目但無法觸及的夢想?！盵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。綠色建筑理想目標的實現(xiàn)，要求建筑師冷靜地面對當下的環(huán)境與條件，通過積極思考與行動，探索實現(xiàn)路徑，直面現(xiàn)狀問題，將理想轉變?yōu)楝F(xiàn)實。

2 基于模擬分析的設計成果迭代優(yōu)化是綠色建筑目標實現(xiàn)的關鍵路徑

目前，隨著計算機模擬技術的進步、算法的優(yōu)化以及算力的提升，隨時對建筑設計方案進行光、熱、風、能耗、地表水匯集等方面模擬的時間和人力成本已經(jīng)降至可以接受的水平。同時，模擬驗證分析工具在種類、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種建筑能源設計和分析軟件[4]。當前國內市場上模擬技術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）。

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

基于模擬分析的設計成果迭代優(yōu)化是綠色建筑目標實現(xiàn)的關鍵路徑（圖1）。在概念設計階段，設計團隊通過現(xiàn)場踏勘、資料收集和數(shù)據(jù)分析，對項目基地的區(qū)域生態(tài)環(huán)境、城市和歷史文化進行充分的設計前期分析，提出設計概念，并轉化為空間形態(tài)，確立概念模型，再針對概念模型進行規(guī)劃布局、建筑形體、空間形態(tài)等方面的合理性評價。在初步設計階段，設計團隊應深化建筑方案以形成推敲模型，針對各項技術措施的效果進行模擬驗證分析，驗證設計策略、技術應用的適用性，并依據(jù)分析結果進行多輪方案調整。在施工圖設計階段，設計團隊要完成建筑設計的調整和技術策略的優(yōu)化，并對最終確定的設計策略進行分析和評價。

3 綠色建筑目標實現(xiàn)路徑的案例分析

綠色建筑的本質與其他可持續(xù)發(fā)展行動一樣，需要通過改善建筑的設計、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面影響。

近年來，學術界逐漸意識到了綠色建筑應當具有本土化且適應地域氣候的特征。為實現(xiàn)綠色建筑的理想，建筑師首先應該具備的是“關懷全人類”的胸懷，隨后應當掌握相關的設計方法、技術和工具，同時協(xié)調綠色建筑專家在設計全過程給予技術支持。

以臺達杯國際太陽能競賽為例，組織方及評委均鼓勵參賽團隊從設計方法學角度，根據(jù)賽題基地所在區(qū)域的氣候特點和場地周邊的實際情況，通過適當?shù)姆治鲞^程，探索理想的綠色建筑設計策略，設計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，進行綠色建筑目標實現(xiàn)路徑的分析（表2）。

3.1 氣候適應型綠色建筑分析方法統(tǒng)計

根據(jù)應用階段和目標效用的不同，綠色建筑分析方法可歸納為設計前期分析、模擬驗證分析兩類（表3）。設計前期分析是對區(qū)域生態(tài)環(huán)境、城市和歷史文化等領域的設計基礎條件進行的綜合評價，模擬驗證分析則是對建筑設計參數(shù)的綠色目標進行驗證。

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

（1）隨著對行業(yè)內地域氣候適應意識的增強，設計師對場地氣候特點的分析與關注度越來越高，其應用廣泛性明顯超出其他前期設計的分析方法。

1 方案設計階段綠色目標實現(xiàn)路徑

2 設計前期分析應用偏好分析

3 各氣候區(qū)光環(huán)境和通風環(huán)境模擬應用偏好分析

表1 模擬技術軟件平臺和工具

表2 臺達杯國際太陽能競賽獲獎作品統(tǒng)計表

表3 建筑綠色分析方法統(tǒng)計表

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

（3）夏熱冬暖地區(qū)作品普遍應用風環(huán)境模擬分析，夏熱冬冷地區(qū)作品兼顧采光和通風環(huán)境模擬，寒冷地區(qū)作品重點進行采光環(huán)境的相關模擬分析。

3.2 氣候適應型綠色建筑設計策略統(tǒng)計

氣候適應性綠色建筑設計策略可歸納為空間設計策略、圍護結構設計策略、結構設計策略、設備系統(tǒng)策略（表4）。

空間設計策略多體現(xiàn)為對傳統(tǒng)建筑空間形態(tài)的提煉和運用，主要解決建筑通風、降溫、保溫等需求；圍護結構設計策略為屋頂、墻體、門窗、幕墻、樓板等部位的設計原理及構造措施，主要解決采光、通風、遮陽等需求；結構設計策略主要解決工業(yè)化生產(chǎn)、材料再利用、建筑安全等需求；設備系統(tǒng)策略則體現(xiàn)為主動技術的應用，解決儲能、用能等需求。

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

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

（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)作為一項通用技術，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，設計案例在空間形態(tài)和技術應用層面，通過充分利用項目所在地的自然環(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值，權衡限制因素給設計項目帶來的利弊，尊重區(qū)域建筑的文化內涵，關注使用者的舒適需求等途徑，達到建立和塑造人與建筑和諧關系的目的，為未來綠色公共建筑的設計和建造提供了一些新啟示。

一方面，應注重傳統(tǒng)建筑空間形態(tài)與新技術應用的有機結合。例如，2017屆作品“風·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)能技術的集成應用，促進綠色建筑理念的落實（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)新性結合，實現(xiàn)建筑自然通風、采光、遮陽和可再生能源利用等綠色設計目標，后兩個項目圖示見圖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)、營造獨特舒適公共空間的同時，增加向陽坡屋面以布置太陽能光熱設備。

4 各氣候區(qū)作品應用較為廣泛的建筑設計策略

5 “風巷（泉州）”作品鳥瞰圖

6 “風巷（泉州）”作品風環(huán)境分析圖

7 “土生土長（西安）”作品鳥瞰圖

8 “土生土長（西安）”作品日照時長分析圖

表4 建筑設計策略統(tǒng)計表

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)和改進地方傳統(tǒng)工藝，優(yōu)化和提升傳統(tǒng)技術性能。例如，2017屆作品“會聚（西安）”“半院（西安）”采用傳統(tǒng)的建筑材料，改進傳統(tǒng)民居的胡基墻、夯土墻的構造工法，優(yōu)化墻體的保溫隔熱性能；2009屆作品“蜀光（綿陽）”運用當?shù)貍鹘y(tǒng)材料與構造工藝，設計竹廊架、木屋架等建筑結構形式，形成屋頂空氣緩沖層，利用熱壓作用增加空氣自然對流，實現(xiàn)室內舒適度的提升，有效控制建造成本。

3.3 小結

綜上，氣候特點分析、區(qū)位和場地分析、當?shù)亟ㄖL貌分析、使用者行為特征分析等綠色建筑分析方法應用廣泛，這與參賽團隊對地域氣候適應意識普遍增強，對場地價值挖掘、地域文脈傳承、使用者空間感知優(yōu)化等設計基本目標的設定密不可分。建筑設計策略在空間設計、圍護結構、設備系統(tǒng)等方面均呈現(xiàn)出明顯的地域差異。從表面上看，建筑設計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)的應用側重點不同，但背后的分析方法和設計邏輯是一致的。

鑒于本次研究案例是競賽作品，其方案多為初步設計階段，且受設計團隊對綠色技術的認知以及應用深度等方面的影響，上述地域氣候適應型綠色建筑分析方法和建筑設計策略的應用效果需以競賽落成作品的實際運行情況為依據(jù)，開展進一步的驗證。

4 當下綠色建筑設計亟待解決的現(xiàn)實難題

受社會發(fā)展、經(jīng)濟水平、人文環(huán)境、技術積累等因素的綜合制約，我國綠色建筑設計領域在綠色建筑目標實現(xiàn)路徑方面，存在諸多亟待解決的現(xiàn)實難題。

（1）技術策略的應用目標模糊，應用效果評價導向缺失。

無法忽視的是，我國綠色技術團隊的咨詢服務時常處于設計完成后再附加綠色技術的狀態(tài)，技術策略的選用缺乏設計前期策劃、過程中優(yōu)化、完成后驗證等環(huán)節(jié)，導致相應的技術策略難以在建筑全生命周期中實現(xiàn)良好的綠色效益。

（2）設計成果相關參數(shù)理論計算和實際效果偏離。

綠色建筑項目受投資成本和設計周期的局限，常常在方案設計階段存在模擬驗證迭代循環(huán)次數(shù)不夠和設計策略的效果驗證不足的困境。同時，因各項技術策略的效能在具體的建筑設計空間中存在潛在沖突，造成設計成果相關參數(shù)理論計算與實際效果的偏離，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)有設計團隊組織模式與設計流程存在局限。

隨著新技術策略的應用和不斷發(fā)展，數(shù)字化設計工具持續(xù)升級，傳統(tǒng)設計團隊的組織模式和設計流程出現(xiàn)了角色不適應、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、氣候分析等新興領域咨詢團隊應運而生，不斷演進的設計流程、前置的專業(yè)配合、增加的前期工作量給設計團隊的組織模式重構和設計流程再造帶來挑戰(zhàn)。

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

（1）從地域氣候適應性入手，在繼承地域傳統(tǒng)技術系統(tǒng)適應自然、改造自然原則的基礎上，理性評估各項技術策略的必要性、適用性和可實施性，因地制宜地選擇綠色建筑相關技術策略。

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

（3）針對綠色建筑設計團隊的組織結構，進行適應性調整，完善團隊角色，明確人員分工，構建協(xié)作機制。

（4）針對理想目標下的綠色建筑設計流程，將施工、維護階段的問題前置到設計策劃階段解決，從組建團隊開始，依次進行方案、技術、部品、工藝、運維的設計，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來源于臺達杯國際太陽能建筑設計競賽組委會。