现代城市绿色生态型高层建筑设计要点探析谢辉

现代城市绿色生态型高层建筑设计要点探析谢辉

谢辉

华蓝设计（集团）有限公司530011

摘要：绿色建生态型建筑是时代的要求，是当今建筑的发展方向，通过把生态、节能、环保，以人为本的设计理念应用到实践中，不仅可以推动绿色建筑的发展，提高建筑生态环境质量，而且有利于改善人们的居住水平。本文结合当前高层建筑的生态问题，从通风环境、新能源利用、数字化以及空间形态等四个方面探讨了设计的方法和要点。

关键词：绿色生态型高层建筑；设计；要点

前言

绿色生态的建筑设计理念指建筑设计应该处理好人、建筑同自然三者之间的关系，既要为人创造一个舒适小环境，又要保护周围的大环境。高层建筑体型巨大，服务人群多，能耗巨大。而且，高层建筑林立带来的生理和心理影响、玻璃幕墙带来的光污染、热岛效应、高密度的交通等都会使城市环境恶化。引入绿色生态技术可以大大节约建设和使用能耗，改善高层建筑的生活与[作环境，保证市民身心健康，对社会的可持续发展具有非常重要的意义。

1当前高层建筑的生态问题

1.1局部生态影响大

高层建筑本身庞大的体量和物质容量，会对当地的生态环境造成不利影响，尤其是在高层密集区，建筑之间的群体效应十分明显，包括日照影响、空气质量、气流倒灌以及形成局部的“风谷”等。此外高层建筑的形态及群体布局方式对周边气流会产生很大影响。当风与高层建筑相遇时，可能产生向上，向下以及向两侧通过的气流，空气因收缩形成负压，随之出现涡流和阵风。这不仅对建筑本身产生振动和噪声的影响，而且干扰地面步行环境和周边绿化、交通设施等。高强度的开发施工，会对地形、地貌产生较大的影响。同时由于高层建筑荷载非常大，对地基产生巨大的应力，容易引起沉降作用，对地质产生不利影响[1]。

1.2能源消耗巨大

高层建筑对能源消耗和温室气体影响有四个途径：①用于施工和建造房屋的物质材料和产品；②施工与建筑过程中的能耗；③建筑照明、空调、设备运营的消耗；④建筑的配套及服务设施的间接能耗。同时高层建筑是一种高消耗的建筑类型，它的后期运营、管理所需的费用占其生命周期总费用的较大比例。因此在设计当中，对全寿命周期的能源评估具有重要意义。

1.3内部空间质量不高

高层建筑多为全封闭的空间，内部大多采用机械式通风，缺少充足的新鲜气流和温湿度的变化，容易形成室内污染，包括有氡、石棉，香烟烟雾、印机和复印机所用的化学用品、空调系统中的细菌以及人体气味等因素，致使人们产生昏睡、头痛、恶心、皮疹、慢性充血等症状，既是通常所说的“病态建筑综合症”。

高层建筑空间缺少人与人之间的交往，以及与外界环境的交流。竖向的空间形态，不易形成连续的绿化环境，缺乏景观的多样性和视觉趣味。长时间处在这种人工环境中容易造成孤独，压抑、冷漠的心理疾病，影响心理与身体健康[2]。

2现代城市绿色生态型高层建筑设计要点

2.1通风环境设计

高层建筑对环境的气流影响也比较大。由于建筑的存在，可能在地面层产生令人不适的强风。如果设定一个建筑物存在与不存在的风速的比值，在高层建筑周围产生的比值可达到2。

通常建筑物的迎风面为正压区，背风面为负压区。体形过长、过宽的高层建筑，会在背风面形成旋涡区，对自身通风有利，但对其后的建筑通风很不利。对于高大的板式结构，可以采用设置通风，采光走廊的手法，引导气流走向尽量不改变原有的微观气候条件。

风遇到建筑物障碍后会在建筑物背风面后形成一个无风的区域，这种现象称为风影，这个区域称为风影区。风影区的大小与建筑物的宽度基本无关，而与建筑物的高度与长度成正比。高层建筑群的设计要避免阻挡自然的风向，否则会在局部产生大面积无风情况，夏季不利于散热。设计中通过分析该地区的主导风向，使得建筑的布局有利于夏季风的引入，以及冬季对寒风的阻挡。如果由于环境条件限制，而无法将进风口正对主导风向时，可将建筑按阶梯状排列，改变气流方向，引风入室。在多种形式组合的小区中，高层建筑宜布置在多层建筑的夏季下风向和冬季上风向。

局部高层建筑之间的空隙处，易产生风速增大并在拐角处出现旋风的情况。高层建筑会将上空高速风能引向地面，会在迎风面2／3高度以下处引起风涡流，在建筑物两侧形成强风区。在设计之初，应预先制作建筑及周围大楼的模型，进行风洞试验或者计算机模拟预测。预测范围，考虑风的影响一般在建筑高度大致2倍的水平距离范围居多。而发生风灾害的区域一般在建筑高度大致1/2倍的水平距离内，是需要重点考虑的。

2.2新能源的利用设计

1）绿色与环保型建筑材料。高层住宅受荷载、高度的影响，轻质、节能、性能好的外围护材料开发将是一项十分重要的问题，以框-剪结构体系为主的高层住宅在新型墙体的应用方面，通过对绿色建材的开发、推广，其对生态、环境的影响将有相当意义。

2）节能建筑技术的利用。通过太阳能热水器、被动式太阳能住宅(直接受益式、蓄热墙式、附加日光间式等)的应用，充分利用太阳能，挖掘高层住宅利用太阳能资源的可能和长处，对于太阳能应用而言高层建筑将有更大的潜力。

3）中水资源的再生和利用。对于一个高度发达的城市而言，水资源的匮乏将愈益显现。高层住宅的夏季日用水量急剧提高；由于没有注重水资源的循环使用，其浪费巨大。生态住宅通过生态体形、空间设计，在高层住宅顶部、中部设置中水贮存系统，收集雨水用来灌草或通过水资源的分级使用达到再生、节约的目的。

2.3数字化设计

精密的计算对于高层建筑与环境的适应有着重要作用。基地的位置、建筑朝向、平面布局的确定依赖对周边条件的分析。

风环境对高层建筑的影响是非常显著的。运用空气动力学设计可以大大减少建筑所受到的风压，使得结构材料更加经济，同时能够有效改善周围环境的气流状况。目前通过计算机模拟技术建立数学模型，可以预测和评估建筑的空气动力学性能，即CFD-计算流体力学。位于伦敦的ZED工程办公楼也采用计算机模拟技术，进行气流和阴影效果分析。最后确定双肾状的平面和椭圆形的外观，立面中间开一道风口，并安装两部垂直的风力涡轮机。这样可以保证它能最大限度地利用主导风向。使办公室能够得到良好的自然通风[3]。

2.4空间形态设计

高层建筑的设计不仅要考虑自身的完善，更应关注对城市环境的影响。高层建筑在空间形态上的设计要点主要由以下几个方面：

1）底部过渡空间：具有交通，集散，商业，休闲等综合作用，是高层建筑与城市环境发生直接交流活动的空间范围。它可以有开敞、封闭、半开敞，架空，下沉等多种形式。由于与人的活动密切相关，因此尺度与比例要素显得尤为重要。

2）街道界面的围合：指的是单体或群体所形成的城市外部空间关系。它通常由裙房、高层中部及连接体所组成，但已经脱离建筑本身的范畴，是城市公共空间体系的环节。连续性、围合感、韵律、质感、比例，秩序等要素决定了以“中景”为特质的景观质量。

3）城市轮廓线：离观察者最远但更容易被觉察到的城市景观特质。这是城市形象与气质的整体表达，是高层建筑占主角的景观特征，具有典型的美学与象征意义。但是，高层建筑的位置对城市的微气候环境也有影响。

结语

随着科学技术的发展，以可持续发展为目标的生态型高层建筑应运而生。它以最大限度地维护生态环境为目的，因此在绿色生态型高层建筑的设计中，应采用电子计算机、信息技术、生物科学技术、材料合成技术、资源替代技术等，以达到降低建筑消耗，减少高层建筑对自然环境的破坏，维持生态环境平衡的目的。只有这样才能创造出一个舒适、安全的工作、生活环境，同时又能很好地保护周围的城市环境，使得建筑成为人与自然沟通的界面，形成共生、节能、循环的协作体系。

参考文献：

[1]毕晓莉,陈谦.兰州高层建筑生态设计策略浅析[J].建筑设计管理.2015(01).

[2]张甜.对现代城市绿色生态型高层建筑设计要点的相关研究[J].四川水泥.2015(09).

[3]楚利平.现代城市绿色生态型高层建筑设计要点探析[J].科技创新与应用.2014(26).

作者简介：

谢辉（1986-）,男，广西南宁人，助理工程师，从事建筑设计工作。