论文推荐 | 欧洲城市生态建筑设计探析 ——以英德三个建筑实例为例

发布时间：2025-05-17 00:47

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高博,张建睿,张炎涛.欧洲城市生态建筑设计探析：以英德三个建筑实例为例[M].工业建筑,2020,50(8):198-203.

生态建筑的定义是：根据当地的自然生态环境，运用生态学、建筑技术科学的基本原理，采用现代科学手段，合理地安排并组织建筑与其他领域相关因素的关系，使其与环境成为一个有机结合体，同时具有良好的室内气候条件和较强的生物气候调节能力，以满足人们居住生活的环境舒适 [1]。“生态建筑”一词的诞生已有60年的历史。20世纪60年代以前，早期朴素的生态思想在现代主义时期已有所体现：柯布西耶新建筑五点中“底层架空”“屋顶花园”所隐含的生态策略和印度实践作品中创造出“伞状结构”“遮阳表皮” 等生态设计语汇；赖特的“有机建筑”思想将建筑视为“有生命的有机体”；遵循将建筑与环境融为一体的有机建筑设计原则；阿尔瓦·阿尔托寻求自然、地域、人性化的设计之路；富勒以最小消耗获得最大空间和高度可靠的结构体系的“自持续设计”，从而达到“少费多用”的生态思想 [2]。直到20世纪60年代意大利建筑师保罗·索勒里(Paolo Soleri) 将生态学(Ecology) 与建筑学(Architecture) 两词合并，提出了生态建筑学(Arcology)的理论，成为生态建筑发展的先导。

虽然“生态建筑”一词的历史并不长，但引起了建筑师们广泛的关注。常见与之相近的概念和提法如“绿色建筑” 等，两者存在一定的差别。“生态建筑”将建筑视为一个生态系统，更加关注人与自然和建筑之间的平衡，主要考虑建筑中的生态因素；而“绿色建筑”侧重于社会、环境目标与居住者的健康,主要考虑建筑所产生的环境因素 [3]。绿色建筑可以说是生态建筑的具体实施和微观表达。

当今欧美生态建筑发展，理论上已呈现出多学科交叉、多专业协同、全过程控制、数字化模拟的发展新趋向，技术上生态建筑新材料、构造、部品等也已形成技术产业体系，并转向零能耗、超低能耗建筑研发；实践上各国也一直在探索融合绿色技术与地域文化的技术创新。

我国生态建筑发展起步较晚，经历借鉴、引进、模仿、创新的研发过程，已初步形成产业化、制度化的发展格局，在面向新型城镇化大规模建设需求时，还应谋求切合国情、适应地域、富含文化的生态建筑技术体系支撑。值得注意的是：当前国内许多生态建筑都是以高额造价为依托而达到节能、节地和高效，强调当代先进科学技术却缺乏对当地的地理、气候、生态等条件的分析与利用，甚至出现了以环境污染和能源消耗为代价的高耗费模式，这都是与自然和谐共生的可持续发展道路相悖的。因此,本文通过对欧洲当代三个城市型生态建筑实例——剑桥大学法律系馆、德国北德意志州银行、英国贝丁顿社区的解读，探析其生态设计策略对建筑形式带来的影响，以及建筑在结合地方气候环境下，通过巧妙的建筑空间、灵活的形体组织、针对性的细部构造设计，创造出低碳节能、舒适宜人的建筑空间环境。这些设计实践和营建智慧，虽以个案形式出现，却采用了较为系统的生态技术措施和手段，代表了当代城市型生态建筑的发展趋势，具有极强的示范意义，为我国当代生态建筑营建技术的本土化应用新模式提供相关参考与借鉴。

欧洲城市生态建筑设计应用研究

1.1 剑桥大学法律系系馆

剑桥大学法律系馆是由福斯特建筑事务所(Foster+Partners)基于气候适应性设计策略,利用内部生态缓冲空间改善微气候环境的建筑典范，规模约9000m 2，地上四层为图书馆、会议办公,地下一层为报告厅。剑桥虽属温带海洋性气候，但较伦敦偏北，气温略低，冬季和春季的日夜温差较大，福斯特利用玻璃与钢构建的拱形玻璃幕墙实现了体型设计与被动式技术创造性结合的艺术性表达，创造出与传统城市景观、自然景观生态共存的，富有空间活力的现代生态建筑(图1)。

图1 剑桥大学法律系馆建筑北侧外景

Fig.1 Outside space on the northern side of the Law Faculty, University of Cambridge

1.1.1 功能、气候共同导向下的昼光照明设计策略

生态设计与功能空间从来不是孤立的，采光、保温、通风等措施在设计之初就与建筑本体的功能空间、形体相关联。本案例中北侧屋顶与墙面连续的拱形玻璃幕墙，即是功能需要与生态策略共同作用的结果 [4]。首先,图书馆作为该馆的核心功能，对于昼光照明的要求很高。它不仅能够提供比人工光源更理想的照明，也能降低建筑照明能耗。该系馆以北向为主受光面，避免了南向阳光直射(图2)；南立面则封闭厚重，采用透光的可再生的波特兰石和乳化玻璃。其次，基地北面相邻绿地景观，大面积玻璃幕墙界面在获取最大限度昼光照明的同时，也体现了人与自然、环境密切相依，和谐共生的属性。最后，为了减少夏季太阳热辐射的影响，设计师根据剑桥夏至日太阳高度角引入入射光线斜切角度确定北向拱形玻璃幕墙的空间形态，并辅以屋面横向遮阳板力求建筑在夏季受到热辐射面积最小(图2)。

图2 建筑空间生态策略分析

Fig.2 Analysis of ecological strategy of building space

1.1.2 生态缓冲空间的调节策略

建筑生态缓冲空间是指通过营造建筑实体的组合空间和建筑界面的夹层空间等设计策略在建筑与周围自然环境之间、建筑内部功能之间建立的生态缓冲区域 [5]。生态缓冲空间的生态调节机理是由于其间包含了大量的缓冲媒介——空气，空气对热量的传导效果是复杂而缓慢的，从而避免了外部环境的变化对于室内气候的直接影响。

本案中四个纵向渐次后退的悬挑平台构成了图书馆主阅览区域(图2)，不但将北侧绿地景观最大限度地引入室内，创造了开敞宜人的阅览空间,还缓解了极端气候条件对建筑系统内人体热舒适度的不利影响，此通高空间即具有缓冲作用。冬季气候寒冷时，该空间可使内部主要功能空间避免直接与外界接触，有效地滞留从室内空间散出的热能；夏季气候炎热时，缓冲空间在使建筑内部主要功能空间减少直接热摄入的同时，高大的通高中庭由于内部空气的热压差而形成的“烟囱效应”，热空气沿着弧面缓缓上升，在最顶层从南面的排气口排出，可有效组织室内外空气的自然流通，从而降低建筑制冷能耗(图3)。

图3 室内通高边庭

Fig.3Indoor double-height side-opened space

1.2 北德意志州银行

德国汉诺威市中心的北德意志州银行，是由德国建筑师史蒂芬·贝尼奇(Stefan Behnisch)设计并于2002 年建成的高层商务办公综合体，建筑面积75000m 2。环形裙房在外界面的格局和规模上与相邻现代街区的直角网格布局保持协调的同时，一座70m 高、错落有致的动态空间却在内部的生态景观院落中拔地而起，成为了呼应老城中心有机生长街区肌理的内界面(图4)。

图4 北德意志州银行总平面示意

Fig.4 Plan of Norddeutsche Landesbank

鉴于汉诺威兼具温带海洋性和大陆性气候特点，四季变化明显,夏冬温差较大，贝尼奇注重建筑物性能的整体最优化设计，以适应气候的形体组织、生态庭院、自然通风、双层玻璃幕墙等一系列被动式调节设计，实现了生态技术与建筑创新形式以及城市文脉的完美结合。

1.2.1 建筑空间形态与气候适应的双重维度

北德意志州银行在纳入新旧城市两种不同的空间逻辑语言的同时，关联了在地气候和周边微环境，并将其与建筑产生联系的机制融入到空间形态的细节中。北德意志州银行首先以外围秩序规整的商业裙房作为城市由外而内区域间的过渡媒介，对外可有效隔绝繁杂城市交通带来的噪声干扰，向内则限定出L形由不规则边界、阶梯台阶、绿化水池、纵横交织的立体通廊组成的巨大庭院，中央塔楼与庭院空间被严谨地按照几何关系组织在一起。本案对整体空间形态与冬夏气候环境的适应体现在以下几方面。

四周规整边界的围护形成了天然高效的温度缓冲区，不仅利于冬季内院的蓄热,还使得中央塔楼的出入口减少了近地风渗透造成的室内热量损失；另外，主体高层建筑通过不同角度悬挑、架空在纵向形成相互错动变化的空间形体，在丰富空间体验的同时，还可有效疏导冬季西南主导风对于建筑主体直接的渗透影响，以及化解常规高层建筑界面形成的迎风面涡旋气流下行后对于庭院、街道的影响(图5)。

图5 北德意志州银行外景

Fig.5 Outside space of Norddeutsche Landesbank

夏季自然调节中，内向型庭院成为该处的“生态绿洲”——大面积水池和绿植起到蒸发降温作用；主体塔楼通过底部大尺度架空悬挑，利用建筑自身空间形态提供自我遮蔽并保证近地范围的自然通风，从而改善庭院开放空间的微环境；纵向的主体空间外部参差错落、外向离散的空间形体穿插组合，可最大程度地获得穿堂风,这对于全年仅有一个月时间超过22 ℃ 的城市来说,完善的自然通风系统足以达到夏季室内降温的目的；分布于不同标高上的屋顶花园通过收集雨水进行灌溉和养护，对于吸收热量,通过蒸腾降温改善室内环境也起着积极作用(图6)。

图6 北德意志州银行空间系统性生态策略分析

Fig.6 Ecological strategy analysis of Norddeutsche Landesbank spatial system

1.2.2 气候边界生态设计策略

汉诺威温带海洋性气候下，办公建筑中照明是最大的能耗，争取更多的自然采光是适应气候设计的优选项。但就热工角度，窗户是保温围护结构中的薄弱环节，因此塑造通透采光并具有较好保温性能的气候边界成为设计目标 [6]。本案气候边界大面积运用了以低辐射玻璃为材料的双层玻璃幕墙，具有优异的隔热效果和良好的透光性能，太阳光透射率由可调式遮阳装置——白色活动百叶窗来进行动态调节，使得建筑能耗大幅降低。

本案中的自然通风策略是利用双层幕墙内部空腔形成空气环流，从而促进室内通风。从底部流通进来的空气，通过内侧开启窗进入室内，再利用风助太阳能烟囱作用，将室内热空气从幕墙间层顶部排出,促进自然通风 [7]。同时，双层幕墙还具有良好的保温隔热性能，且能够在冬季富集热量。作为气候缓冲层和热围护层，双层幕墙这一气候边界设计既解决了建筑风、热环境问题，还能有效阻挡来自城市交通的噪声及汽车废气，达到隔声降噪的效果。

1.3 贝丁顿生态社区

贝丁顿(BedZED)生态社区是由Peabody基金和BioRegional发展组织合作开发，英国建筑师比尔·邓斯特(Bill Dunster)设计，2002年建成的英国最大低碳生态社区，占地1.7h m2，内有82 套公寓并具备办公、展览、幼儿园、俱乐部、公共花园等完备功能。社区地处伦敦南部萨顿区，属典型温带海洋性气候，夏季温和冬季寒冷潮湿,兼具温和与寒冷两气候区特点，英国冬季由于雨水较多，纬度高日照时间较短，阴冷的天气使得该地区近半年时间需要供暖。对气候的适应是导致不同地区之间建筑差异的主要原因之一 [8]，设计师从规划布局、单体设计以及细部构造等方面全方位考虑，重点采用低能耗气候设计策略，尤为强调对阳光、废水、空气和木材等可再生资源的循环利用。

1.3.1 环境友好型社区邻里空间

与现代化大都市中脱离其自身生成合理性的符号化建筑不同的是：贝丁顿社区依据当地自然环境,运用生态学、建筑技术科学的基本原理，探索最适合的建筑形式与建筑技术，合理组织建筑与所在环境的关系使其成为一个有机体。

场地和社区的规划对能源消耗的影响举足轻重(图7)，尤其影响到太阳能采集和自然通风。冬季采暖是本案的主要负荷，贝丁顿社区为减少热损失，增加太阳得热，采用紧凑的联排式布局，并通过建筑形体设计来解决日照问题。由社区场地规划平面和剖面分析，北向退台的建筑形体恰好能够确保所有住屋的全日照(图8)。

图7 贝丁顿社区总平示意

Fig.7 General plan of BedZED community

图8 社区利用太阳能策略分析示意

Fig.8 Schematic diagram of analysis of community solar utilization strategies

在夏季，住屋更多是利用上、中、下三层绿化界面——南向地面层花园、北向两层退台式屋顶花园来创造舒适的室内外环境。屋顶花园灌木和草坪栽种在珍珠岩和蛭石等材料构成的轻质土壤上，作为遮荫和蒸发降温装置，减少了热量渗透。此外立体绿化还起到了降噪，吸附粉尘和其他大气污染的作用。社区通过适宜的技术手段达到建筑的生态关怀，同时还创造出公共花园、走廊、连接南北住屋的廊桥、庭院等公共场所，使得邻里交往在日常生活里得到了实现。

1.3.2 技术至上的生态设计策略

贝丁顿标准住屋单元分为南向公寓和北向办公两部分，户型进深较大，节能节地同时合理分布功能空间。建筑在解决热工问题和自然通风上则充分体现了生态设计技术至上的特点。首先是对太阳能的利用：公寓南面由三层大面积充填氩气的中空玻璃幕墙围护而成的阳光间，作为居室空间的延伸，冬季封闭起来是集热空间，确保了室内温度恒定从而减少采暖负荷，夏季高温时开启阳光间上部则可顺利通风；其次，南向高窗中太阳能电池与玻璃围护构件集成一体成为太阳能光电玻璃，这种生态复合型材料构件同时具有装饰、保温、发电、采光等功效 [8]。建筑顶部的太阳能集热器还为住屋提供了稳定的热水资源。混凝土空心砖、岩棉、红砖三层构成保温的外围护结构，热传导系数较小的木制窗棱也为良好的热工性能提供了保障。

大进深住屋内部的自然通风是一大难题，本案的应对策略极具特色。首先，联系公寓与办公两部分的楼梯间，除了起到功能分区和竖向交通的作用外，中心通高的特点使其成为了天然的采光井和通风井；其次两进深办公空间屋面分别对应有两个种植庭院，庭院之间的空腔通过竖直向的拔高，形成细长的形体，形成拔风筒，使得风压和热压同时发挥作用；然而，最让人对贝丁顿社区记忆深刻的当属屋脊之上五颜六色、随风摆动的风帽装置，它们既是“捕风器”又是“空气过滤器”，保证了住屋内部良好的通风质量。风帽以风压为动力，可随风向的变化产生转向，内设的两个通道可分别进出室内外空气，冬季室外冷空气通过风帽时可与排出废气进行热交换后进入室内，完成自然通风的同时还有效减少了热量散失(图9、图10)。

图9 联排住屋南向外观

Fig.9 South-facing appearance of row house

图10 住屋单元自然通风策略分析

Fig.10 Analysis of natural ventilation strategies for residential units

综上，贝丁顿生态社区在场地设计、空间布局、材料选择以及技术选择和设备布置上，具有相当完备系统的理论和现实意义。

城市生态建筑经验借鉴与设计方法总结

城市型生态建筑被理论家定义为技术决定论的产物。按照什科连科的定义，技术决定论是指从技术主义和科学主义的立场来对待社会和自然界的相互作用和调整任务 [2]。通过以上三个具有现代意义的生态建筑与基于尊重特定的环境下对建筑生态设计策略的运用(表1)，不难发现建筑师所潜心研究的把建筑纳入生态体系，更经济有效地使用可再生资源，体现了将建筑与自然结合起来的生态设计内涵并形成了现代建筑一种新的地域性特征。

表1 生态建筑经验借鉴和设计方法总结

Table1 Summary of experiences and design methods of ecological building

设计师透过地理气候、规划布局、空间组织等多维度分析去真正掌握建筑与场所的内在关联，“通过将建筑锚固在场所中，理智的外在感知和感觉的内在知觉被结合进对空间、光线和材料赋予秩序的活动中。” [9]如此，建筑成为场所中具有深刻意义的景象——艺术、功能、技术和文化的集成,而不仅仅是该场所的一种时尚符号。其总结归纳出调节地方气候环境影响以满足人体舒适度的节能型生态建筑设计方法，也为不同气候区当代生态建筑设计实践提供了有益参照和启示。

参考文献

[1]冉茂宇,刘煜.生态建筑[M].武汉:华中科技大学出版社,2008:13.

[2]刘先觉.生态建筑学[M].北京:中国建筑工业出版社,2009:10.

[3]姚润明,李百战,丁勇,等.绿色建筑的发展概述[ J].暖通空调,2006(11):27-32,91.

[4]Catherine Slessor. Eco-Tech: Sustainable Architecture and High Echnology[M]. London:Thames & Hudson,1997:54-57.

[5]郑晓贺.当代建筑中生态缓冲空间解析[D].南京:东南大学,2010:10-11.

[6]诺伯特·莱希纳. 建筑师技术设计指南:采暖·降温·照明[M].张利,等,译.北京:中国建筑工业出版社,2004:452.

[7]Werner Durth. Architektur in Deutschland'03 [M]. Stuttgart und Zürich:Karl Krämer,2004:64-67.

[8]姚润明, Koen Steemers,李百战.可持续城市与建筑设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2006:261-264.

[9]汪丽君,舒平. 类型学建筑 [M].天津:天津大学出版社,2004:95.

融媒体编辑 | 李子珺

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