淺談生態智能建筑的設計

張琦

南京百家湖房地產開發有限公司，江蘇南京211100

前言

    現代建筑體的特征是高度綜合性、技術性、藝術性和很強的經濟性，它既是一種文化及社會發展的必然產物。又是一種多學科、新理念、高科技、社會化、綜合化的大量性物質與精神產品。雖然當今世界面臨著人口過多。土地資源危機、生態環境惡化、能源短缺等嚴峻問題，但建造更多、更好的建筑仍是人類現代建筑活動的一大趨勢和潮流。

    智能建筑一語，首次出現于l984年。當時，由美國聯合技術公司(UTC，United Technology Corp．)的一家子公司一聯合技術建筑系統公司(United Technology Building system Corp)在美國康涅狄格州的哈特福德市改建完成了一座名叫City Place(都市大廈)的大樓，該大樓以當時最先進的技術來控制空調設備、照明設備、防災和防盜系統、電梯設備、通信和辦公自動化設備等，除可實現舒適性、安全性的辦公環境外，并具有高效、經濟的特點。從此誕生了公認的第一座智能建筑。

    自第一座智能大廈誕生后，智能建筑便蓬勃發展，以美國和日本興建的最多。日本第1次引進智能建筑的概念是在1984年的夏天，10余年來，相繼建成了墅村證券大廈、安田大廈、KDD通信大廈、標致大廈、NEC總公司大樓、東京市政府大廈、文京城市中心、NIT總公司的幕張大廈、東京國際展示場等。在法國、瑞典、英國等歐洲國家和香港、新加坡、馬來西亞等地的智能建筑也方興未艾。

    進人21世紀，人們通過反思自覺認識到人與自然和諧的重要。設計理念及文化觀、價值觀隨之重新調整。對智能建筑而言，智能不是目的。而應是通過智能使建筑更加符合利于人居、利于生態環境保護的要求；對建筑的要求也不僅僅是智能．而是功能、環保、節能、藝術和智能各個方面的統一。這種新的思維方式，對建筑提出新的要求，智能概念擴展為生態智能建筑。

    智能和生態是今13社會對建筑材料的兩大需求，在實際中必須配合互補，不能顧此失彼，智能建筑設計與同時具有智能、生態功能的建材的使用，會出現一種全新的生態智能建筑。這應該是智能建筑發展史上的一個新的階段，也是21世紀世界建筑與建材的發展趨勢。

    中國現有建筑總面積400多億m2，預計到2020年還將新增建筑面積約300億m2。建筑需用大量土地，在建造和使用過程中直接消耗的能源占全社會總能耗的30％，使用的建材的生產能耗占l6.7％，用水占城市用水的47％。使用鋼材占全國用鋼量的30％.水泥占25％。在建筑的建造和使用過程中，切實做到節約使用土地、能源、水和材料，做好生態智能建筑的設計，意義和影響十分重大。

1、智能建筑和生態智能建筑的含義

    智能建筑是20世紀30年代以來出現的一類新型建筑。它的內容與含義隨著科技的發展也不斷延伸。20世紀70年代電子計算機的出現使智能建筑進人全新境界。至21世紀初，建筑的智能顯著提高。這主要表現在如下兩個方面：

    1)數字式通信網絡。這個網絡綜合了語音、數據傳輸及電信傳輸，可以為建筑內每個房間提供通信(傳真、電子郵件)和數據處理功能(文字處理、列表、會計、貯存、輔助設計)。

    21自動控制系統。電腦、傳感器和控制裝置組成的系統可以有效控制建筑物的各項操作。例如，根據陽光強弱調整室內燈光明暗，關閉無人房間的燈源和電器，偵測并且清除室內有毒氣體、濃煙、火災和盜警時采取緊急處理措施，并通告公安、消防部門等等。

    一般來說，智能建筑的定義是指利用系統集成方法．將智能型計算機技術、通信技術、信息技術與建筑藝術有機結合，通過對設備的自動監控、對信息資源的管理和對使用者的信息服務及其與建筑的優化組合。所獲得的投資合理、適合信息社會需要并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點的建筑物。

    智能建筑通過大量采用信息技術及設備從而具有了許多嶄新功能。智能建筑可提供3大方面的服務功能，即安全性、舒適性和便利高效性(見表l)。智能建筑可以滿足人們在社會信息化新形勢下對建筑物提出的更高的功能需求。

    進入21世紀，人們通過反思自覺認識到人與自然和諧的重要。設計理念及文化觀、價值觀隨之重新調整。對智能建筑而言，智能不是目的，而應是通過智能使建筑更加符合利于人居、利于生態環境保護的要求：對建筑的要求也不僅僅是智能。而是功能、環保、節能、藝術和智能各個方面的統一。生態建材概念于1988年第一屆國際材料科學研究會首次提出，l992年給予明確定義，l993年國際建筑協會采納使用可以再生、避免高蘊能量、破壞環境的可持續的建材材料細則。在全新消費概念推動下，生態建材發展突飛猛進。

    生態建材與傳統建材、新型建材不同之處，在于它不是一種單純建材品種，而是一種”環境調和材料”，除作為建筑

材料的基本用途外，還在于維護人體健康，保護環境。生態智能建筑應是一種既保護生態環境，又使居住舒適健康的建筑，它的目標是：

    ①零采暖能耗。對外圍護結構(含屋面、地板)和絕熱材料進行合理利用，有效利用建筑自由熱(含陽光、家用電器、人體代謝、廢熱水等熱回收)，實現在冬季采暖期平均室外溫度大于等于一9℃時．保持室溫l8℃和l.0次/h換氣次數，達到建筑的零采暖能耗。

    ②造就使人舒適、利于健康的居室小環境。例如開發滅菌健康衛生材料、電磁波屏蔽材料、防輻射涂料、電致自然光發生材料、防雷防火材料、能吸收分解甲醛等的光催化媒材料。

    ③應用廢棄物或回收物代替部分或全部天然資源，或用新工藝制造。達零排放。例如和用粉煤灰等工業廢渣，化學石膏，免燒或低溫燒成技術生產砌塊、墻體材料，以天然纖維(稻草麥秸)生產輕型保溫墻體材料。

    ④建筑結構及形狀的改進。生態建筑．尤其輕質、絕熱材料的使用，能夠產生傳統建材只能望洋興嘆、無法企及的建筑形式，從而提高建筑的節能和智能水準。例如德國埃森布PWE集團總部和杜伊斯堡商促中心大廈形如梭狀透鏡內充氬氣，可調光線、空氣的智能幕墻：比利時布魯塞爾馬蒂尼大廈可以利用光能、風能的建筑,因為采用表面雙層結構，夏日遮用、減少制冷負荷．冬季采光、預熱空氣并創造一種垂直日光層疊效應，可從室內抽排廢氣。

2、生態智能建筑的設計

    2.1充分利用場地資源

    場地的選擇是一種綜合考慮，場地的方位、風速和風向、地表結構、植被、土壤、水體等都影響其整體狀況。其目的在于在建筑建造過程中和建筑開始使用后盡量減少資源的消耗。最好的環境開發應使對現有場地的干擾達到最小的程度，并與大型運輸工具、交通基礎設施、市政和電訊管網相聯系。

    新開發的場地，對鄰近地產、水域和其它特征的環境質量，肯定會產生影響。因此在設計中要設法使開發對自然系統產生最小的干擾，并積極整合和改善周圍場所的環境質量。

    2.2合理利用太陽能

    應保證建筑室內外在合適的時間接受合適的太陽光照。合理設計建筑間距，保證每幢建筑物都能最大限度地利用太陽能。在建筑單體設計中,采用退臺處理、降低層高等方法也可有效地縮小建筑間距，提高建筑密度坐落于柏林波茨坦廣場上由理查德-羅杰斯設計的戴姆勒·奔馳辦公樓就是在密集的城市環境中探索建筑低能耗的成功設計。

    該建筑群的位置是按照倫佐·皮阿諾所做的詳細規劃而確定的，在東北向的條形基地上并置著3棟建筑。面對如此不利的場地條件，設計師卻使得每幢建筑都最大限度地利用太陽能、自然通風和自然采光，創造了一個舒適的、高效節能的環境。

    2.3利用外界氣流組織自然通風

    外界空氣及氣流連同它的能源潛力實際中的運用主要集中在充分合理解決自然通風方面。與其它相對復雜、昂貴的技術相比，自然通風(或機械輔助式自然通風)是當今生態建筑所普遍采取的一項比較成熟而廉價的技術措施。倫佐·皮阿諾設計的特杰堡文化中心就是利用風壓進行自然通風的典范之作。

    特杰堡文化中心位于澳大利亞東側的南太平洋熱帶島國，最大限度地利用自然通風來降溫除濕，便成為適應當地氣候，注重生態環境的核心技術。文化中心由l0個被皮阿諾稱為“容器”的抽象的棚屋組成，它們高低不等，沿著半島微曲的軸線一字排開，形成不同機能的3個村落。貝殼狀的棚屋背向夏季主導風向，在下風向處產生強大的吸力(形成負壓區),而在棚屋背面開口處形成正壓，從而使建筑內部產生空氣流動。棚屋開放性的外殼將來自海上的風傳遞到室內，針對不同風速(從微風到咫風)和風向，氣流通過天窗百葉的開合和不同方向上百葉的配合得到控制，從而實現完全被動式的自然通風，以達到節約能源、減少污染的目的。

    2.4圍護結構設計

    提高建筑物圍護結構的保溫隔熱性能，是節能設計最重要的措施。立面設計應盡可能地滿足使用者各種要求，從長遠發展來看，高層建筑的圍護結構應當向智能化、生態化的方向發展，如同人的皮膚一樣，建筑的外圍護材料能對室內外變化靈敏地做出反應,能感覺周圍環境的冷暖并進行能量交換，這要求高度的創造性和革新性。

    位于瑞士巴塞爾，由建筑師赫爾佐格和德梅龍設計的 SUVA辦公樓，一方面充分利用日光，另一方面滿足建筑師的一個隨四季變化的立面的設想。

建筑外立面每層均由3部分組成，由上至下分別為舊光調節系統、手控通風窗扇、依溫度調節的集熱板，它們分別起到折射光線、通風和利用太陽能的作用。立面的變化受到日照強度、室外溫度、時間、風力和降雨等因素的影響。通過計算機控制，立面的條形玻璃可根據光線和熱量的變化而轉動，有時打開，有時關閉，以便合理利用太陽能。通過立面可在調節光照強度的同時，使得光線在室內均勻分布，這樣既可以減少人工照明，又能保證操作微機時的視覺效果。

    2.5開敞式室內空間

    如果要進行生態智能設計，建筑中的開敞式空間將在特定的條件下成為一個有意義的補充。與這個開敞式空間相連的房聞不僅可以減少一半的熱量流失，同時可以減少制冷能耗。開敞式空間特別適合充分利用太陽能，并將其功能在建筑物內充分擴展。根據使用要求還可以將該開敞式空間設計成熱緩沖中庭、邊庭、室內花園，以進一步改善室內小氣候，其本質就是一種凹進開敞的空間。

3、結柬語

    建筑材料一直是人類產量最大、用量最多的材料，建筑活動也一直是人類基本生產活動之一。隨著高新技術向建材、建筑領域滲透，建筑功能日益多樣，尤其家庭居室已由單一居住功能擴展為居住、健康、美術、工作、購物、進修、娛樂等綜合功能，而實現上述目標的生態智能建筑正成為21世紀建筑的主流。

參考文獻

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【2】中國建筑業協會建筑節能專業委員會．建筑節能技術【M】．北京：中目計劃出版社，l996．

【3】房志勇，等．建筑節能技術【M】．北京：中國建材工業出版社。l998．

【4】杰克．格林蘭，建筑科學基礎【M】西安：陜西科學技術出版社．1996．

【5】王景云,建筑物理【M】．北京：中國建筑工業出版社，1986．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)