理性设计下的建筑生成——清华大学海洋中心项目记

理性设计下的建筑生成——清华大学海洋中心项目记

李小娟

深圳市建筑科学研究院股份有限公司

摘要：本文以清华大学海洋中心项目为载体，探讨了在感性构思的基础上，如何通过对风、光、声等自然环境的模拟分析以及能耗计算等理性设计来生成建筑。

关键词：建筑；分析；节能；理性

清华大学海洋中心位于深圳西丽大学城，是一栋集办公、教学、实验、展览、会议等功能于一体的综合楼，它在承载着清华海洋梦的同时也作为传播绿色理念的种子在校园里悄然生根发芽。

漫步其中，微风徐徐；每隔三层的空中开放平台绿意盈盈，对面野生动物园的长颈鹿也在不经意间闯入眼帘；屋顶像一个360度观景台，远山近野，云卷云舒，大自然无声上演多彩表演；立面上的水平遮阳、垂直遮阳、清水混凝土加圆窗、玻璃幕墙等多种元素有序展开，这些不同的语言形式背后是不同功能的空间诉求。

大楼承载着实用功能，我们怀揣着绿色理想，如何通过不同的空间布局，并借助一些可行的绿色手段在节约能源与创造舒适之间取得平衡？这是我们在技术设计阶段更为关注的点。该项目目前已获得深圳市绿色建筑设计金级认证。现将相关过程分享，谨供参考及探讨。

一、通过对建筑本身和周边环境的分析，让建筑在产生之初就顺应自然；同时也避免因建筑而产生对环境的不利影响

1．声环境分析

本项目功能涵盖办公、教学、实验、展览、会议及公共空间。这些不同的功能空间自身对声环境的要求不同，对周边声环境的敏感度不同，而场地噪音在水平及竖向上的分布也不同。如何让功能找到适合自己的空间归属？我们初步设想通过划分动静分区来解决：在实用功能层布置独立的实验与办公（会议）区域，并在两者通过半室外连廊连接的区域设置公共交流空间；而每隔三层的共享层则考虑展览室和一些供多方参与探讨的会议室、学术沙龙等空间。

借助软件分析发现场地内大部分区域噪声值满足标准要求，这也从大面上支持了我们动静分区的想法。但从昼间立面噪声分布图看出，在东南侧两条道路交汇处噪声值明显高于其它位置。针对这个区域，我们重点调整：将原来根据动静分区布置在此处布置的办公室会议室移开，把一些对声环境要求不高的服务用房、交通空间、设备机房布置进来充当后面空间的隔声屏障。这种“顺声而为”的处理尊重了环境的自然噪声属性，也避免了通过二次装修的办法来解决因平面布局不当而产生的噪音，同时节约了造价。

2．风环境分析

随着城市中高大建筑的数量与日俱增，城市的风环境也在被渐渐改变。一方面高大密集的建筑群降低了城市的通风、自净能力，加剧了低风速条件下城市的空气污染和热岛效应；另一方面在风速较大时，高大建筑周围会形成局部强风，影响行人室外活动的舒适与安全。在这种情况下，建筑风环境变得尤为重要。

什么样的建筑形态对现有风环境影响最小？像大禹治水一样，我们选择疏而非堵的方法，即让风按其自由路径通过而不是阻止并让它另择路径。结合到项目来看，在实用功能层动静交界处采用通透的连廊和半室外空间，每隔三层的架空层则大面通透打开，使风畅通无阻。

那如何让室内建筑空间拥有更多的自然通风？开窗是首选。通过对个体房间研究，保证窗尽量在房间两个方向的对角线上开启，使得风从室外进入之后可以流经整个房间而不形成气流死角。此外结合足够的开启率，即可形成良好的室内通风环境。事实上建成后的空间也印证了我们的设计，即使在漫长的炎炎夏日，驻足房间，还是能感受到阵阵清风拂过。这种自然风带给人的亲切感与舒适感是无以替代的。

3.地下室自然采光分析

自然界给我们的馈赠总有一股人工无法替代的神奇力量，风如此，光也是如此。自然光线对人生理和心理的益处也远非人工照明可比。在通常的项目设计中地下室空间多为设备房停车库等，是不考虑自然采光的。本项目地下室无停车库，除了设备房之外还有一个大型试验水池。可否让地下试验空间也拥有自然采光？采光天窗是最容易想到的解决办案。但水池上方是建筑主入口位置，采用何种形式何种尺度的天窗也是一个问题。结合实用及美观，最终采用了圆形、变截面、变角度的天窗，以接近人体的高度作为主入口标志性的雕塑，实现技术与艺术的完美结合。

4.避免光污染

除了顺应自然之外，我们也不希望由于建筑的产生而对周边环境带来消极影响。幕墙选用低反射玻璃，用于景观照明的投射灯、埋地灯、草坪灯等均采取截光措施（沙面的透光罩）或旋转其照射角度和调整安装高度，将照明光线严格控制在被照区域内，同时不采用泛光照明，以避免光污染。

二、除了与自然的关系，建筑本身也存在多种绿色、节能与可持续的可能性

1.室内空间灵活隔断

对于办公和实验为主要功能的建筑，即便设计之初对各种需求一再确认，但在使用过程中，仍会伴随着由于学科发展、人员调整等因素带来的布局调整。那有没有一种可能，把不能动的空间隔离，将大框架空间作为可变项供使用者自行调整？结合功能分析，我们把楼梯、卫生间、设备机房和管道井布置在东西两侧，其它地方多采用大开间设计，为功能后续的可变性提供了多种可能。

2.遮阳分析

深圳地区夏日漫长，建筑遮阳对于建筑节能起着重要作用，它可以有效遮挡直射阳光，降低夏季空调负荷，缓解室内自然采光中的眩光，改善室内热环境的舒适感。如果建筑遮阳与建筑造型有机结合的话，还能创造出独特的建筑形态和丰富的光影效果。建筑遮阳的处理关乎采光、隔热与通风，也关乎建筑立面，还关于维护保养。可以说，它是设计的重中之重。

对于遮阳形式的选择，通过多方案比对，我们决定在接近地面的交流展示空间采用玻璃幕墙，上部办公和实验为主的空间采用水平遮阳和垂直遮阳，这样的形式也使得立面与功能相契合。通过对无外遮阳、不同角度的外遮阳、不同间距的外遮阳等多种状态进行分析，对室内自然采光系数影响及太阳辐射量的变化进行分析，我们最终选择兼具遮阳效果与立面效果的形式：水平遮阳板与墙面正交平行，垂直遮阳与墙面以30°，60°，90°等不同角度展开。

3.节能分析

深圳位于夏热冬暖地区的南区，在节能设计中，隔热需要重点考虑，而东西方向的日晒则是重中之重。结合场地形状及功能布局，我们在东西山墙部位布置了楼梯间管道井卫生间等非耗能空间作为室外热量与功能空间的缓冲，极大地降低了能耗。此外由于立面外遮阳的设计，大多数房间已经被隔绝了部分热量，而屋顶绿化则又阻止了顶层的太阳辐射热。结合着良好的通风，我们的建筑像穿了一件有着高隔热指数同时又透气的防晒衣，外面烈日当头，里面清凉依旧。

三、综合能耗分析

采用各种措施后，理论效果如何?通过软件，我们输入建筑相关要素（包括建筑结构、围护结构材料、供暖空调方式与系统分布、室内人员活动规律、照明情况等）和室内设定温度值的要求，动态计算出建筑物的全年能耗情况。从结果来看，除去室内设备能耗和照明系统能耗，设计建筑相对参照建筑空调能耗节能率达到40%。

四、结语

通常意义上来看，建筑的生成是一个感性偏于理性的过程，空间感觉如何，立面感觉如何，色彩如何，效果如何等等。但是在清华大学海洋中心这栋建筑里，许多看似感性的处理背后却是靠数据和模拟支撑的理性推敲。从建筑落成后的实际体验来看，更是证实了这种理性的必要性。不张扬，不压抑，处处在讲有逻辑的故事。不夸张地讲，在大数据时代，各种数据参数的获得越来越容易，现在我们在研究风，研究光，将来可能还要研究使用者的工作习惯，运动习惯，研究植物的习性，研究周围建筑的特性，研究天气研究温度变化对建筑使用的影响等等。这些数据的支撑会带给我们更理性的思考和判断。从这点来讲，理性设计下的建筑生成会成为一种必然。