基于建构逻辑的生态建筑设计策略.pdf

038摘要：在气候和资源能源问题日益严重背景下，生态建筑设计成为热点。生态建筑设计与传统建构学看似相对独立甚至存在冲突，但其实二者之间存在相互联系。建构学应针对当代建筑发展而产生适应性变化。建构逻辑蕴含了将生态技术与建筑设计整合的方法。文章以武汉国际创意设计大赛获奖作品为例，提出基于建构逻辑的生态建筑设计原则，研究并实践建构逻辑下的生态建筑设计策略，对建构逻辑与生态技术的结合设计有重要意义。Abstract：Under the background of increasingly serious climate and energy problems,eco-building design has become a hot topic.Eco-building design and traditional tectonic seem to be relatively independent or even in conflict,but in fact they are interrelated.Tectonic should adapt to the development of contemporary architecture.The tectonic logic contains the method of integrating ecological technology and architectural design.Taking the winning work of Wuhan International Creative Design Competition as an example,this paper proposes the principles of eco-building design based on tectonic logic,studies and practices the eco-building design strategy based on tectonic logic,which is of great significance for the combination of tectonic logic and ecological technology.关键词：建构；生态建筑；结构；装配式；设计策略Keywords：tectonic；eco-building；structure；assembled；design strategy文张曦元东南大学建筑学院硕士研究生马圣新东南大学建筑学院硕士研究生李奕璇香港中文大学硕士研究生DOI：10.19875/ki.jzywh.2023.10.012引言全球变暖日益严重。当前二氧化碳浓度创地球过去 200万年来的新高，20112020年地表平均温度更是高于过去的 12.5万年。气候变暖导致冰川融化、生物灭绝等一系列问题。虽然研究表明温室气体排放量增长速度放缓，但人类依旧处在危险的境地。此外，当前人类主要能源所依赖的煤炭、石油等化石燃料，属于不可再生能源，其消耗量持续增加导致能源短缺问题，目前全球石油、煤炭库存已经低于平均水平。同时，地球淡水资源严重分配不均，又有过量的工业废水排放，污染水资源，加剧了水资源短缺。建筑的生态可持续策略不应只是某类特定建筑需要考虑的问题，而是如今所有建筑都需在设计中体现的。生态建筑设计不是一个纯技术问题，需要在传统建筑材料、结构和建造逻辑的指导下进行。提出讨论生态建筑学与传统建构学的关系，正是要探索符合建构学基本原则的生态建筑设计方法。武汉国际创意设计大赛以绿色健康设计为主题，探讨建筑与环境的关系，2022 年竞赛获银奖作品“山湖驿”，从建构逻辑出发，探讨生态建筑技术路径。1相对独立的生态建筑与建构学1.1生态建筑在技术发展和资源充足的情况下，大部分人类只是追求自身的满足，一味从自然环境中索取，过度的城镇开发建设并没有考虑人和建筑对环境的破坏，导致了今日的气候和能源危机。生态建筑学的兴起正是在这些问题爆发时，反映了人们对于建筑观念的重新审视和调整。1969 年，鲍罗索勒将生态学理论与研究方法引入建筑领域，提出建筑生态学（Arcology）概念1。生态建筑学关注人、建筑与自然环境的关系。生态建筑学研究的整体系Eco-building Design Strategy based on Tectonic Logic基于建构逻辑的生态建筑设计策略统包括人类日常与经济生活、建筑、自然环境等，致力于减少由人类建造活动和建筑使用等引起的环境变化2。而生态建筑，即为充分利用自然环境资源、减少对环境不利影响、人与自然和谐相处的建筑。在生态建筑学中，生态建筑学囊括几个重要的部分：健康建筑、资源节约、生态循环、场所。健康建筑包含健康材料、优良性能设备系统、适宜建造方式和建筑管理，是从建筑物质构成与建造管理的角度达到生态效果；资源节约和生态循环则侧重于建筑与周边环境索取与回报的关系，强调资源能源节约与循环技术使用；场所部分聚焦建筑所处环境的自然与人文背景，还注重人在建筑和生态环境中的感受3。由此可见，相较于低碳建筑聚焦通过控制碳排和碳汇降低建筑能耗，生态建筑是一个更加综合的概念，关注建筑与环境的关系、人与自然的关系。1.2建构学对于建构学的研究丰富，对于建构的定义也较为多样。德国艺术史学家卡尔穆勒首次明确提出建构一词，不过并没有在建筑学领域激起讨论。而后19世纪辛克尔、森佩尔等人对建构进行了侧重点不同的解读，才进一步将建构学推向讨论热点。弗兰姆普顿则将建构解释为“建造的诗学”，认为建筑既非纯粹技术问题，也非纯粹艺术创作，而是包含技术与艺术等综合要素4。虽然建构理论发展多样化，但建构学本质上是对于建造技术与建筑表现艺术之间关系的探讨。建构学要求基于场地环境与历史文脉等因素，对建筑结构、空间、构造、建造一体化设计。材料、结构、构造方式等合理真实表达的同时，要富有其自身产生的美学意义。从生态建筑学和建构学理论产生的时间和原因判断，二者之间并无内在逻辑上的关联。此外，从建构学的涵义与设计作品来看，建构学并没有将生态、可持续设计等因素纳入主要研究问题中。可以说，二者看起来是相对独立的两个概念。2相互统一的生态建筑与建构学人类筑屋的最初愿望就是处理人、建筑和环境的关系，使人获得更舒适的体验。我国传统民居即在材料、结构建造逻辑清晰的情况下，蕴含了最朴素的生态观念。由于经济技术水平低，传统民居需尽可能获得环境中的资源和能源，于是产生了不同气候区不同材料结构、不同建筑形态的民居5。例如，潮湿炎热的广西、云南等地有吊脚楼民居，以应对严酷气候，且其底层架空的结构减少了对生态环境的影响，于无意中蕴含生态建筑思想；而夏热冬冷地区多采用木结构构架和砖墙，抵御严寒酷暑，并通过天井通风采光。从这种意义上讲，在最简单淳朴的建造技艺下，建构和生态建筑原本是可以统一的。然而，技术发展使得20世纪之后，传统建构学与气候调节产生背离。在西方，雷纳班纳姆（Reyner Banham）认识到环境调控的重要性，他强调使用机器设备调节气候，并采取多种手段隐藏设备和构造。传统建构学对于结构、构造真实表达的强调，与为获得良好性能而层层叠加的现代维护结构背道而驰6。而建构并不是形而上学的理论，也可随时间和具体问题的不同而发展变化，建构学可作为环境调控设计的依托7。虽然环境调控并不等同于生态建筑，但却是生态建筑中重要的一部分。如今气候变化与能源危机给建筑学带来巨大的挑战，在现实的要求下，建构学可以发展出当代理论适应性变化。对于建构的涵义，不应孤立地追求材料、结构真实表达和清晰可读，应从结构和空间形成原因进行综合考虑。一个经过综合考虑，符合材料、结构受力特点，并满足了环境调控性能和生039235|2023|10建筑学态效益的建筑，就是建构学意义的体现。生态建筑学是研究系统中各组成部分关系的科学，生态建筑之生态不仅反映在生态可持续技术上，也反映在通过空间处理使人获得舒适的、亲近自然的体验感。生态建筑不是纯粹技术问题，其所要求的空间、材料、结构与性能的统一，可以通过建构逻辑来组织与实现。3符合建构原则的生态建筑设计原则从建构逻辑出发进行生态设计，应从材料特性出发，寻找材料本身适合的结构形式与构造做法。其中，建筑材料应在符合建筑功能和空间氛围要求的情况下，尽量选用生态健康材料，并可以回收利用，以减少材料制备和建筑拆除时产生的碳排。结构所形成的建筑空间，为人与生态自然互动创造条件，同时应可以起到被动式调控作用，减少主动式设备的使用，并充分考虑资源和能源的利用与循环。4建构逻辑下的生态建筑设计策略实践作品“山湖驿”，为坐落于武汉市山湖大道旁的单层钢木混合结构休息驿站（图1），容纳茶室、卫生间和休息功能。设计由结构直接划分空间，即各空间均为结构的真实呈现，从形式上也可轻易读出建造逻辑。同时，建筑具有生态可持续效益。4.1健康材料建筑结构主要使用木材与钢材。木材取自自然，曾是具有生命的有机体，制备过程碳排低且拆除后可回收利用，是生态健康材料。建筑维护材料大量使用胶合木，其保温性能好，可减少空气调节设备的使用。钢材轻盈，拆除后可回收利用，在建筑制备过程中其碳排放量也远小于混凝土。胶合木受力均匀，顺纹抗拉能力和抗压能力较好，横纹抗剪，保温性能好。钢材强度大，可形成大跨空间。钢和木两种材料均可形成框架结构，提供相对开敞自由的空间。4.2适宜结构4.2.1传统民居转译荆楚传统民居采用合院形式，其天井是居民活动、空间转化的重要空间。天井既具有四水归堂的自然趣味，又承载了自然采光、通风、排水的功能。天井是传统民居气候调控的重要方式。设计场地位于武汉市，将荆楚传统民居天井空间原型进行转译，形成剖面所示空间原型（图2）。4.2.2轻型钢木混合结构建筑采用轻盈、简洁的钢木混合结构单元，通过结构设计将气候调节、空间、形式、功能与在地性统一起来。建筑结构分为屋架结构和方盒子框架结构两部分。屋架结构单元采用单榀钢木混合结构，将两个结构单元用拉索对称拉结，抵消单个结构单元向侧向倾倒的力，形成反坡屋面结构。通过下方盒子空间结构的框架，将一榀榀屋架结构组合起来，形成整个建筑结构（图3）。木材、轻钢与拉索的组合，减轻结构重量，轻盈自然，少有冗余部分。同时，整个结构底面架空在自然环境之上，最大程度减少对场地原有生态环境的破坏。4.2.3装配建造方案基于建构理论进行设计，其建造方式是可读的。木结构、钢结构高度预制化，提高了建造速度。建筑平面为长方形，结构一榀榀排列，且均为相同尺寸单元，可以进行工厂预制，现场安装。装配式建筑大大缩短施工时间，减少建筑建造施工对生态环境的影响。4.3生态空间方案结构自然而然限定了此建筑中的几类空间室内主要使用空间、室内辅助空间、檐下半室外空间。主要使用空间承载茶室和休憩功能，辅助空间承载卫生间、设备管理用房等功能，檐下半室外空间承载休息和室外茶室的功能。4.3.1人与自然关系丰富生态建筑不只是一味的技术导向，更需要考虑人在建筑中的感受及人与自然环境的关系。结构创造了多种层次的人与自然关系。整个结构架在草坪上，从马路一侧，视线可透过玻璃立面直达树林。游人在其中可以行走在屋檐下木平台，或坐在平台边亲近草地。建筑室内，使用者可聚集在天窗下茶室，远望窗外的自然景色。建筑一侧的半室外茶室设置一个庭院空间，人们可以围坐在这里，品茶听雨。4.3.2被动式技术被动式设计是通过建筑空间设计来调节建筑环境，以达到减小能耗的目的。结构所形成的空间为被动式调节创造了条件。建筑宽大的反坡屋面为半室外空间和室内遮阳，减少夏季过多日照带来的辐射热。建筑可通过天窗与外墙窗户进行自然通风，且双层屋面形成了通风隔热屋面。4.3.3资源与能源循环资源能源循环利用与清洁能源的使用是生态建筑设计的重要一环。建筑作为整个人工生态系统的一部分，从自然的获取和对自然的输出，都应是生态友好的。其中在室内辅助空间中可设置部分循环设施。屋面可进行雨水收集，并在辅助空间循环设施建立过滤循环系统，将雨水处理后用作建筑部分非生活用水，高效利用自然资源。此外，建筑屋面铺设太阳能光伏板，并在辅助空间吊顶内进行能量转化，为建筑提供电能和热水。结语生态建筑设计并不应一味追求先进技术，或将各类技术拼凑在一个设计中。基于建构逻辑的生态建筑设计策略，可以将材料、结构、被动式技术、生态循环、空间等统筹考虑。竞赛作品将建构理念应用于生态建筑设计，设计方案提供了一种“健康材料-适宜结构-生态空间”的设计策略，建筑结构、空间、功能、形式与建筑的生态性能统一，在建构和生态建筑结合的设计实践方面有创新意义。生态建筑设计依旧可以符合建构学原则。参考文献：1宋晔皓.鲍罗索勒里的城市建筑生态学J.世界建筑,1999,(02):62-67.2荆其敏.生态建筑学J.建筑学报,2000,(07):6-11+73-74.3瓦里斯博卡德斯,玛利亚布洛克,罗纳德维纳斯坦,等.生态建筑学M.南京:东南大学出版社,2017.4王骏阳.建构文化研究译后记(上)J.时代建筑,2011,120(04):142-149.5赵群.传统民居生态建筑经验及其模式语言研究D.西安建筑科技大学,2005.6史永高.“新芽”轻钢复合建筑系统对传统建构学的挑战J.建筑学报,2014,(01):89-94.7史永高.面向环境调控的建构学及复合建造的轻型建筑之于本议题的典型性J.建筑学报,2017,(02):1-6.图 1“山湖驿”效果图（图片来源：作者自绘）图 2剖透视（图片来源：作者自绘）图 3结构单元及组合图（图片来源：作者自绘）