第20卷第1期
2000年2月
α辽宁工学院学报
JOURNALOFLIAONINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY
.20 No.1VolFeb.
2000
文章编号:100521090(2000)0120036204
可持续发展与寒地城市建筑设计
王育林1,王丽君2,王鸿印3
(1.辽宁工学院土木建筑工程系,辽宁锦州 121001;2.辽宁工学院基建处,辽宁锦州 121001;3.辽宁工学院信息工程系,辽宁 锦州 121001)
摘 要:介绍了现阶段的环境问题及由此提出的“可持续发展”一词的内涵,并阐述了建筑可持续发展设计的基本原则及寒地城市建筑可持续发展的策略。关键词:可持续发展;寒地城市建筑;地域性建筑;地下建筑中图分类号:TU984 文献标识码:A
SustainableDevelopmentandWinterCity
123WANGYu2lin,WANGLi2jun,WANGHong2yin
(1.DeptofCivilArchitecturalEngineering,LiaoningInstituteofTechnology,Jinzhou121001,China;2.DeptofCapital
Construction,LiaoningInstituteofTechnology,Jinzhou121001,China;3.DeptofInformationandEngineering,LiaoningInstituteofTechnology,Jinzhou121001,China)
Keywords:sustainabledevelopment;wintercityarchitecture;regionalarchitecture;undergroundarchitecture
Abstract:Thepaperintroducestheenvironmentproblemsatthepresentproposesandthe,anditsi.Thereupon,itsetsforthconnotationof“SustainableDevelopment”mplicationaswellthefundamentalprinciplesonarchitecturaldesignforsustainabledevelopmentandthetacticsconcernedwithwintercityarchitecturedevelopment.
1 环境与可持续发展
1.1 环境问题
以生存的地球造成危害,引起了各国政府和全人类
的高度重视。人们终于认识到社会和经济的发展和环境问题是不可分割的整体,如果环境资源受到损害必然会限制甚至破坏社会和经济的发展;环境危机、发展危机和生存危机等不是局部的孤立的存在,而是相互关联的整体,任何局部的危机可波及到全球。可以说,人类的过度开发有可能从根本上破坏地球生态的平衡,从而危及到人类自身的生存和发展。1.2 可持续发展的含义
本世纪人类经历了两次环境革命,第一次发生在60年代末70年代初,人们开始辩论环境质量与经济增长的关系并转向对环境的关注。80年代末和90年代初是第二次环境革命,这一次重新界定和扩
人类早期的生产活动就潜存着或显现着相应的环境问题。耕作业的发展和土木业的进步导致毁林垦荒和水土流失。工业革命之后,人口急剧增加,城市规模迅速扩大,使能源供应和环境质量不断恶化,生产力得到急剧发展的同时,却导致三废成灾,污染严重。在70年代爆发了世界性的能源危机和震动全球的公害事件,向鼓励消费高速发展的经济社会敲响了警钟。乃至80年代,全球变暖、臭氧层破坏和酸雨等全球大气环境问题超越地域和国界,对人类赖
α
收稿日期:1999207208
作者简介:王育林(19752),女(满族),辽宁兴城人,辽宁工学院助教,在读硕士研究生。
2000年(总第71期) 王育林等:可持续发展与寒地城市建筑设计37
大了许多原有的概念,并提出了可持续发展问题。事实上,可持续发展的概念早在1980年就已经被国际自然保护联盟所接受,在1987年以布伦特兰为主席的联合国与世界环境发展委员会发表的《我们共同的未来》中加以明确。1992年里约热内卢的世界环发大会,又一次将这一概念提到了前所未有的高度,会上发表的《里约热内卢宣言》和《21世纪议程》标志着可持续发展思想在世界范围内得到共识。大会定义的可持续发展为“既满足当代人的需求,又不危及后代人满足其自需求能力的发展”这一定义后来被广泛引用。
1.3 可持续发展的内涵
从环境系统可操作的角度看,可持续发展的根本内涵包含了横向的协调论和纵向的持续论,其具体表现大致在以下四个方面展开:其一,结构性协调。指环境系统内各要素之间的内在联系具有较严密的组织构成,合理的比例关系和较高的有序性。结构性协调是多层次、多方面的。其二,功能性协调。环境系统内各要素的相互配合与互动是环境运行状态的显在标志。结构关系是暗隐的,功能则在表层并且是灵活多变的。其三,区域性协调。任何封闭环境是不可能单独达到理想目标的,必须与周围地区协同发展,互惠互利,否则层次或区域间的制约将形成控制协调循环的瓶颈。其四,时段持续。环境发展具有阶段性,不同时段有着不同的目标形态,但须前后持续、着眼未来构成良性递进。这其中包含了“需要”与“限制”的关系。有学者指出“可持续发展需要一个确定的时空。”应当建立与可持续发展观念相适应的时空层次论。从大地区域城市建筑,从过去现在未来,构成纵向发展及将来之间取得平衡,建造节约能源和材料的建筑,设计与环境相协调并无损于人类身心健康的建筑与城市。并特别提出建筑师应着眼于材料的更新,根据环境条件,从原始材料到人工再生材料都应有新研究,以达到创造有高度人情味和文化品位的建筑环境。
如果参照可持续发展的定义,给建筑可持续发展作一个表述,那么建筑可持续发展应是:我们的建筑和城市,应当既满足当代人的需求,又不危及满足后代人生存及发展的环境。建筑的创作应寻求人工与自然环境和谐、共生,建筑不再是对环境的剥夺和污染,而是促进周围环境的协调,使人类赖以生存的家园能够持续地向未来发展。
发展作为大会的主题,发表了《芝加哥宣言》。宣言指出“建筑及其建成环境在人类对自然环境的影响方面扮演着重要角色;符合可持续发展原理的设计需要对资源和能源的使用效率、对健康的影响、对材料的选择方面进行综合思考”,“……需要改变思想、以探求自然生态作为设计的重要依据。”
从整体上看,可持续发展的思想使建立在生态学的基础上,是以地球生态的良性循环作为目标。生态的良性循环就是说在特定时间段内,能量、物质的输入和输出之间,生产者、消费者和还原者之间都保持着一种动态的平衡关系。建筑可持续发展设计就是以人、自然、环境共生的方法进行的设计。许多建筑师进行过多方面的探索和实践,诸如节能节地建筑设计、绿色建筑设计和生态建筑设计等都属于可持续发展设计的范畴。建筑可持续发展虽然是全球性战略,区域性实施,但它仍然是有公认的发展原则的。
(1)建筑设计的宏观目标应是一个开始寻求人与自然和谐共生的综合性的场所。
(2)建筑可持续发展的关键是资源、能源和生活模式等全球视野的“共生”概念。(3)健康建筑、建筑材料及环境生态平衡的保持。
(4)土地的有效和高效的利用以及城市的生态保持。
(5)当代建筑师的重要课题之一就是研究建筑的可持续发展。
3 寒地城市建筑可持续发展的策略
寒地城市是指因冬季漫长、气候严酷而给城市生活带来不利影响的城市,一年中日平均气温在0℃以下的时间连续为3个月以上的城市。主要分布
于北美、北亚和北欧等高纬度地区。寒地城市在世界上分布很广,研究寒地城市建筑的可持续发展对于节约该地区的能源和资源,减少污染物排放及创造舒适的生活环境有重要意义。我国寒地区域占国土的一半以上,包括黑龙江、吉林、辽宁、北京、内蒙、新疆、甘肃、宁夏、青海、西藏等十几个省区,总人口约2亿,其中城市人口约7000万(1990年)。
寒地城市的人民在长期与恶劣条件做斗争的过程中积累了丰富的经验,设计出了许多与环境共生共融和谐发展的建筑。例如,中国东北地区火墙、火炕的改造与利用;美洲印第安普维部落利用太阳能设计的建筑群东西向延长、南北向加大间距;日本村落利用树木围成挡风墙遮挡冬季冷风;爱斯基摩冰
2 建筑可持续发展设计的基本原则
国际建协第18次大会上将人类住区的可持续
38
辽宁工学院学报(自然科学版)第20卷第1期
屋的房间可以垂直分区以减少热量交换。
随着城市设计理论和实践的发展,尤其是1973年发生了世界性的能源危机之后,引起了人们重新评价几十年来的建筑和城市设计,尤其寒地城市,过去靠消耗大量廉价能源和五花八门的技术设备支持的环境受到了很多批评。之后,单体建筑的节能技术得到迅速的发展。到80年代,人们进一步认识到,只从单体建筑层次上,尤其是单纯依靠材料和构造措施解决不了所有问题。开始注意从城市环境中观和宏观层次上认识和把握寒地城市设计。各国寒地城市根据自身发展情况和所处地域的自然环境特点,开展了一系列理论研究和实践探索,取得相当多的成果。下面举两个寒地可持续发展建筑的实例进行分析。
3.1 地域性的建筑
从实践的广度上看,偏重于地域传统的实例最多,同时这类实践也最接近生态建筑的传统范围,尤其在第三世界特殊气候条件地区实践最广。这类建筑由于使用天然的建筑材料,利用传统的节能技术,在建筑形态上更接近于地域环境,甚至更接近原始,更接近自然,因而它们往往属于覆土??生土建筑;另外,这类建筑强调直觉和整合的思维方式,表现为一种直观的、高触感的流动性,故有时也称作“有机建筑”。
拉尔夫?埃斯金是一位十分活跃的主张建筑和城市地方性的瑞典建筑师,他的观点鲜明地反应了建筑和城市设计注重北欧特定自然环境的思想。他的城市和建筑设计树立了顺应寒地气候的典范,共同的特点是通过对室内外主要公共活动区域的日照、防风和防雪等地方性问题的精心处理,从而创造出了独特的建筑形象。3.2 地下空间的开发利用
特别欢迎。在70年代能源危机的影响下,在美国建造了几座规模较大的地下公共建筑,在取得一定节能效果的同时,采取多种措施,使内部环境尽可能与地面上同类建筑相接近,提供了一些有益的经验。下面以明尼苏达大学土木与矿物系系馆来进行说明。3.2.1 建设背景 原系馆建于1912年,属已报废
建筑。1977年确定将理工学院一块空地作为建设用地,场地相当狭窄,周围布满过去各时期的建筑物,场地的一部分原为校内公汽的终点站。在这样的条件下如果在地面上建一座现代形式的大楼,不但在建筑风格上很不和谐,有限的一点开敞空间也将被占用。当时,正值石油危机开始,建筑节能问题引起高度重视,利用地下空间节能成为主要研究方向;土木与矿物系决定采用全地下方案,在规划、设计,特别是节能等各方面,全面进行研究、试验,综合展示地下空间开发和利用的巨大潜力。
3.2.2 工程概况 地下系馆场地的工程地质条件良好,上部有15m厚土层,中间是一层9m厚的石灰岩层,下面为软质砂岩。整个建筑面积14100m2,其中10000m2建于土层中,其余4100m2建在砂岩层中;上下两部分之间由两个竖井(内设楼梯和电梯)联系。岩洞底最深处距地表34m.系馆的结构试验室因跨度较大,且需要从地面上进出设备和构件,故顶部露出地面。地下系馆主要由教室、实验室和行政办公室三大部分组成。教室区平面呈半圆形,分隔成几个大小不等的扇形平面教室和展览室,环绕在一个圆形休息厅周围,园厅内有天然光线采光。实验室大部在主体建筑北侧,不需要天然光线;办公室则多数在南侧,下面一个下沉式庭院,以获得充足的阳光。岩层中的工程采用光面爆破,喷锚结构,内做两层的全衬套,其中主要为各种实验室和计算机房等。
3.2.3 设计意图与特点 为了探索地下空间开发利用的新方向和新用途,地下系馆的设计在处理建筑与自然条件、环境、能源、新技术,以及人的生理和心理活动之间的关系方面,做了多种方式和不同程度的尝试和实验。为了适应场地的形状和保留地面上的公共汽车终点站,将主体建筑布置在场地的东侧,向西北方向延伸,在场地西侧形成教室部分,经一条地下通道可与相邻的建筑学院大楼的地下室相通。在地下教室的顶部,形成一个从西到东逐级下降的下沉广场。系馆的主要出入口设在东、西两部分的过渡处,也正是下沉广场的最低点,使人们经广场从水平方向进入地下建筑,与进入一般的地面建筑并无区别。下沉广场大部分处在原有的“空间科学中
当今的普通城市居民对城市的未来都有自己的
理想目标,这些目标可以具体化为:用有限的土地取得合理的最高城市容量,同时又能保持开敞的空间,充足的阳光,新鲜的空气,优美的景观,大面积的绿地和水面;在少用或不用常规能源的前提下,为所有居民提供不受自然气候影响的居住和工作条件。开发城市地下空间以满足未来城市发展的需要,与关于建立宇宙城市、海洋城市、海底城市的一些设想相比较,是最现实的途径。由于城市地下空间的开发,使城市面貌有很大的改观:地面上的人车分流,路边停车的减少,开敞空间的扩大,绿地增加,小气候改善,容积率的控制等,特别对于寒地城市来说,冬季寒冷,街道上积雪期长,步行不便,所以地下街得到
2000年(总第71期) 王育林等:可持续发展与寒地城市建筑设计39
心”建筑物的阴影中,可减少日光对地下教室屋顶的直射。这样的总体布置,使本来相当狭窄的场地显得宽敞,在几座原有建筑之间,形成一个有较高绿化和美化水平的,又有一定现代建筑风格的新中心。对地下建筑及其地上部分,不是采用掩盖的方法,而是在保留开敞空间和原有校园风貌的前提下,充分显示由于采用新技术而产生的新的建筑形象。建筑的内部布置,体现了既满足功能要求又创造良好的内部环境的设计意图。为了减轻人们在地下深部容易产生的压抑感和与外界隔绝的孤独感,建立了两套试验性的新系统,即日光传输光学系统和遥视光学系统。第一个系统分两部分:一个是结构试验大厅北侧设置一排天窗,通过定向和导光装置,将光束传送到悬挑在试验大厅北侧上的走廊上,均匀照射,效果较好;另一个是在试验大厅西部设置一个三角形天窗,通过自动跟踪日光的聚光镜和一系列传导装置,将天然光线一直传输到地下最底层,效果还不够理想。所谓遥视系统,就是通过一系列的发射镜和折射镜将室外景象传输到三十多米的地下空间,反映在一块玻璃屏幕上。由于图象被缩小和不能变换视线角度,故还有待改进。
3.2.4 节能措施与效果 系馆的设计,把利用地下空间以节约能源和开发新能源作为主要研究和试验任务之一,把建筑能耗完全或基本上不依赖于常规能源作为追求的目标。主要内容有:太阳能供电、太阳能发电、天然冰和地下冷水供冷,日光传输照明,热稳定性的利用,南侧对外开窗以吸收太阳辐射热,小气候和植物的利用以阻挡夏季太阳辐射热等。这些节能措施有新的发展,在大厅南墙上部做了一排高窗,由充水的玻璃圆筒组成,既能进光线,又能吸收阳光的辐射热,通过水的循环,用于大厅夜间供热。这种充水玻璃墙作为集热器,同时具有窗的功能是第一次在建筑上使用。由于采用了以上这些新技术和新系统,系馆的节能效果达到50%以上。
3.2.5 评价 系馆设计是成功的,比较好地体现了地下公共空间建筑的设计方向,设计中力求建筑与
环境、建筑与能源等重大问题,同时在建筑艺术上也创造了不同于常规地面建筑的全新形象,使地下建筑不是消极地隐蔽,而是创造了新的空间和环境。同时,作为一个地下建筑最新技术的全面试验,也是成功的。系馆建成使用后,受到广泛的赞扬,在这样一个大型和复杂的地下公共建筑中,布局合理,使用方便,给人以宽敞、明亮、朴素、舒适的印象。
4 结 束 语
可持续发展已成为时代的主旋律,已经发挥并将继续发挥着巨大的影响:(1)在可持续发展思想指导下,一些重要的规划设计思想、原则和方法得到发展;
(2)可持续发展思想推动了建筑与城市规划的实践,丰富了建筑领域的内容;
(3)可持续发展思想推动了新建筑艺术形式的创造。
可以说,当今人类所面临的问题已到了刻不容缓的地步,为了解决问题,我们必须有效地使用现有的人力与物力资源,充分认识城市观念的变化、乡土观念的变化。尤其对环境极端恶劣地区,如寒地城市的设计和实践,可持续发展观念更是具有重大意义。我国在这方面的理论与实践刚刚起步,任重而道远。
参考文献
[1] 童林旭.地下建筑学[M].山东科学技术出版社,1994.[2] 刘德明.寒地城市公共环境设计[M].哈尔滨建筑大学
出版社,1999.
[3] 周若祁.走向可持续性建筑[J].建筑师,1998,(6).[4] 黄 绳.面向可持续发展的绿色建筑[J].建筑学报,
1998,(9).
[5] 庄维敏.建筑的可持续发展与伪可持续发展的建筑
[J].建筑学报,1998,(11).[6] 吴良镛.21世纪建筑学的展望
“北京宪章”基础材
料[J].建筑学报,1998,(12).
责任编辑:孙 林