高层建筑生态设计研究：形态策略与效益评价

1. 高层建筑生态设计的历史脉络

与高层建筑形态研究相类似，高层建筑生态设计同样有其发展脉络，有意义的是，从20世纪90年代起，在可持续发展背景下形态和生态的研究逐渐契合。

（1） 早期被动式的建筑环境

19世纪末，在用电来制冷、供暖和照明之前，机械设备和被动式技术相结合的室内采光和通风方式被运用于高层建筑中。多数摩天楼采用机械设备通风和蒸汽采暖，而利用被动式技术进行降温和照明处理。建筑师们常常在大厦中设计出各种巧妙的系统以引入冷气并排除热气，早期的高楼大厦立面上的深凹窗也避免了阳光直射，从而可以调节夏天烈日带来的酷热（图1—1）。

（2） 机械控制的建筑环境

到第二次世界大战为止，大部分的高层建筑环境都采用了被动式策略，但是战后随着人们对空调的认识不断深入，一种外表光滑的钢和玻璃构成的方盒子摩天楼逐渐成为了潮流（图1—2）。人工照明技术的进步，价格低廉且充足的用于发电的矿物燃料确保了这种盒子建筑的面积可以越建越大。于是被动式的环境策略逐渐被摈弃。

（3） 高效节能的建筑环境

1962年，《寂静的春天》的出版使环境保护运动日益深入人心。1973年的石油危机也促使民众对环境和能源问题更加关注。伴随着20世纪60—70年代数次经济和生态危机，人们对建筑的能耗问题有了新的认识，被动式策略又再次被提起。这一时期建造的高层建筑提倡采用自然通风、自然采光、可再生能源等被动式方法，显示了一旦先进技术和被动式方法相结合，节能的、注重环境保护的建筑就有可能实现。

图1—1　纽约时报大厦立面上的深凹窗

图片来源：《大且绿——走向 21世纪的可持续性建筑》，戴维·纪森

图1—2　纽约西格拉姆大厦(www.xing528.com)

图片来源：《20世纪的摩天楼》，朱金良

（4） 健康的建筑环境

20世纪80年代中期，随着绿色建筑运动的蓬勃发展，人们开始关注建筑材料的安全问题。对环境质量和人的生理问题的重视促使采用无毒的建筑材料成为绿色设计的基本原则之一。同时具有环境意识的建筑师开始把空中花园和水回收系统融入摩天楼的设计，积极探索健康的建筑环境策略。

（5） 可持续的建筑环境

进入20世纪90年代，人们开始采用“可持续发展”的概念来衡量社会、环境和建筑的发展，评估可持续建筑的系统如美国的LEED和英国的BREEAM——依据建筑对环境的影响而对建筑做出评估——逐渐被公众理解和接受，并形成了在环境保护上有进步意义的建筑的定义：所需能源是源于可再生资源的建筑，采用被动式技术进行通风、照明的建筑，综合利用、保持和循环利用绿色植物、水和污水的建筑，促进使用有环境意识的施工技术的建筑，促成宜居的、可实施的城市规划的建筑。

2. 高层建筑生态设计的研究方面

1969年，美国著名风景建筑师麦克·哈格所著的《设计结合自然》一书的出版，则标志着生态建筑的正式诞生。1976年，生态建筑运动的先驱A. 施耐德在西德成立了建筑生物与生态学会，强调使用天然的建筑材料，利用自然通风、采光和取暖，倡导一种有利于人类健康和生态效益的温和的建筑艺术。1991年，《绿色建筑——为可持续发展而设计》一书问世， 其主要观点是：① 节约能源；② 设计结合气候；③ 材料与能源的循环利用；④ 尊重用户；⑤ 尊重基地环境；⑥ 整体的设计观。1992年在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会上， 可持续发展的重要思想取得了世界各国的共识。之后，这一思想很快就融入到建筑生态设计的思潮中来。1993年，在美国出版的《可持续发展设计指导原则》一书中，列出了“可持续的建筑设计细则”。1995年，《生态设计》一书的问世，被誉为是建筑学、景观学、城市学、技术学方面的一次革命性尝试。

在高层建筑生态设计的理论与实践方面，国外学者和建筑师已经有所探索并取得一定的成绩。马来西亚著名建筑师杨经文先生，立足于东南亚特殊的气候条件，长期从事生态建筑的理论与实践研究，取得令人瞩目的学术成就。20世纪90年代，他所完成的专著《设计结合自然：建筑设计的生态基础》是迄今为止建筑生态设计领域内最重要的文献之一。他在2000年完成的专著《绿色摩天大厦：设计可支撑的密集型建筑的基础》得到国际建筑界的高度认可。他所得出的在高层建筑设计中加入生态环境保护的概念，被认为对未来高层建筑的设计产生深远的影响。

与此同时，法国、德国、丹麦、日本、美国等国家的建筑师们相继设计建造了不同类型、不同功能的关注生态性的高层建筑，在这方面进行了有益的尝试和探索。其中，英国的福斯特事务所基于自身在建筑高科技上的多年积累，逐渐将目光转向了建筑生态学的研究中，如他提出：面对不同国家的文化背景和风土人情，应当采用恰当的“技术移植”手法。他倡导里查德·巴克明斯特·福勒所倡导的“全球理念，本土实践”（Think Global， Act Local）理念，强调尊重建筑作品的地方性及适应性。福斯特通过自己的一些实际项目，如瑞士再保险总部大厦等高技术建筑来实践自己的生态理念，专注于如何结合地域性特征，将保护环境、维持可持续发展的理念引入高层建筑设计中，探讨利用技术手段解决建筑生态问题。

在我国20世纪80年代以前，囿于国内经济的发展以及对外学术交流的的匮乏，还很少有人关注这方面的内容。80年代后期，逐渐开始有学者发表这方面的论文。到90年代，不少高等院校以及学术机构开始这一领域的科学研究，在学术研究与技术运用上完成了不少的论文。同时，从这一时期开始，相关的译著、专著、会议也日益开始增多。同时，国家通过制定强制性法规以及行政等手段鼓励和引导建筑行业向更为健康的方向发展，基于对国家政策法规的一种响应与贯彻，当前国内的高层建筑生态研究现状多集中于对高层建筑节能方面的关注。建筑节能是我们比较早开始研究并着手于实践的，其本身反映了世界建筑发展的大趋势，也是建筑生态设计的重要环节。但建筑生态设计比建筑节能设计在视野、思路及所涉及的范围更为宽广，对设计手法的创新理念更具启发性。

另外，关于建筑气候学的相关理论、高层建筑的生态设计实践以及气候物理环境分析的软件技术等方面的研究，国内外已有不少成果，为本研究提供了文献支撑、技术手段和案例范本，如： 关于建筑形态与气候的关联性理论基础已基本建立。例如，我国学者杨柳于2010年出版的《建筑气候学》论述了建筑气候学的建立、发展过程以及理论基础，并从建筑气候学在设计中的运用出发，以建筑气候分析为主线系统论述了针对我国不同气候特点的适宜的气候设计策略，以及建筑形式与地域性气候的关系，并给出了具体的建筑设计指导原则和设计措施。该方面的研究成果可成为本研究的方法论参考。关于高层建筑生态设计的定性与定量的分析方法也具备一定的研究成果。例如，在高层建筑形态与生态节能的关系方面，美国伊利诺伊工学院Jong-soo Cho的博士论文针对建筑平面形式以及立面形式与建筑物能耗的关系作了充分的研究，并通过实验给出了具体的数据表达，为本研究提供了分析参照。以杨经文、诺曼·福斯特为代表的一批建筑师在高层建筑设计中的生态设计实践以及代表性作品，例如，杨经文在马来西亚吉隆坡设计的梅那拉大厦、诺曼·福斯特在德国法兰克福设计的法兰克福商业银行大厦、在英国伦敦设计的瑞士再保险公司大厦，为本研究提供了案例分析的范本。