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摘要:生态城市中的“生态”指的是人与自然、社会协调关系“, 城市”指的是一个自组织、自调节的共生系统。关于生态城市国内外众说纷纭,至今未有完整确切的定义。我们可以认为生态城市是一种思想,是贯彻生态学原理的城市,首先应当是绿色城市, 生态城市的本质是追求人与自然的真正和谐,实现人类社会的可持续发展。
关键词:可持续发展;生态建筑;建筑设计
一、生态城市设计的基本观点
实现“生态城市”、“可持续城市”的理想,需要树立正确的生态观,必须具备以下的观点:历史的观点: 每个城市都有各自的历史传统特色和文脉,应尊重保护、充分体现。整体的观点:城市是一个复杂的人工生态系统。共生的观点:人与自然、建筑与环境共生兼容,只有符合生态规律的城市设计,才称作生态的城市设计。环境的观点:重视环境因素,突出城市特色。场所的特点:城市空间、广场、绿地都不应是无意义的空间。人本的观点:城市的主体是人,城市设计要体现人的需求。发展的觀点:有超前意识为今后发展留有余地。新颖的观点:新陈代谢是生态系统的本质特征。结构的观点:构成城市系统的结构要素应充分发挥其功能。绿化的观点:绿化是非常重要的生态因素。多样性的观点:生态学的多样性,在城市设计中有更广泛的涵义,包括物种多样性、宏观功能多样性、人类活动场所的多样性等。
二、建筑设计中的生态学原则
1、生态学原则
生态建筑设计应具有以下几个方面的特点:尊重设计地段内的土地、环境及植被的特点,因地制宜;整体、全面地考虑设计区域内部与外部的环境关系;强调人与环境的和谐共存,不可分割;设计过程的多学科综合性。生态建筑设计是贯彻生态学原则的建筑设计,生态学原则是建立在生态控制论的总体原则“整体、协调、循环再生”的基础之上,主要包括:整体有序原则、循环再生原则、相生相克原则、反馈平衡原则、自我调节原则、层次阶跃原则。其中的整体有序原则认为,系统演替的目标在于功能的完善。这一原则在建筑设计中的体现就是近期与远期效益的统一,自然效益、经济效益、社会效益的统一。主要的设计因素分为八类,材料与建造方法、功能的可持续性、防护措施、自然资源的利用、有效的资源与能源的利用、保证健康和舒适的环境、设计与地方性的结合、保护生态系统,控制城市气候的变化。每一类提出相应的设计方法。生态的城市与建筑设计的范围大到一个大陆,一个国家,小到一幢建筑,甚至某些环境工程的细部。按对象和地理范围可分为四个层次,即区域城市级、分区级、地段级、和建筑物单体设计。研究生态学原则在城市与建筑设计中的运用,应从各个层次分别着手。区域城市级的城市设计应充分利用特定的自然资源和条件,使人工系统与自然系统协调和谐,形成一个科学、合理、健康和完美的城市格局。同时,城市的重大工程建设应注意保护自然景观和生物。并要创造一个整体连贯而有效的绿地系统。分区级的城市设计要解决旧城的改造和更新中的复合生态问题,在分区层
次上,城市设计的内容大多与旧城改造有关。在旧城的更新改造中实施生态的城市设计的关键,在于处理好新老城市生态系统的衔接,建立一种良性循环的,符合整体和生态优先准则的新型城市生态关系。城市设计要和整体城市乃至更大范围的城市环境指导原则协调一致,确保整体上的成功,如作为“蓝道”的河川流域,作为“绿道”的开敞空间和步行体系,基础设施体系乃至城市的整体空间格局和艺术特色,都要落实到具体的地区和地段城市设计中。地段级的城市设计主要是具体建筑物及较小范围环境的设计,要处理好局部与整体的关系,协调好开发建设中各方的利益。
2、生态学方法
城市与建筑设计的生态学方法主要有三种,即系统分析的方法;模拟设计的方法;指标评估的方法。这三种方法之间是相互补充,相辅相成的关系。系统分析的方法。城市是一个包含了自然、社会、政治、经济、文化等诸多事物和现象的复杂系统。对系统的全面分析论证,能掌握事物间的内在联系,确定出人与环境持续发展的最优化方案。系统分析涉及的主要内容有两方面:一是环境分析,包括对自然环境、社会环境、经济环境的分析。自然环境分析是指对设计地段相关的自然条件如地形、地貌、水文、气候等、景观资源,动、植物种类与分布的综合分析。社会环境的分析是指对设计地段的社区结构、民俗习惯、文化传统、价值观及历史文脉的分析认证。经济环境分析包括经济投资计划、设计方案的经济性等方面的分析研究。二是功能分析,主要通过系统内各构成要素间接能流量、物流量、信息流等的分析来完成。对不同功能之间的连接、兼容、并列、叠合、分离等关系作__出判断。确定合理的功能配置。交通分析是功能分析的重要内容,包括交通流线分析,车行系统与人行道的层次分析,交通换乘体系的分析等等。模拟设计的方法。这种方法在系统分析的基础上,通过建立城市模,对城市生态系统的整体或部分进行结构或功能的模拟,将系统内的种种复杂的、不可见的、直接或间接的关系,以可见的、直观的、定性或定量的方式来表达,从而获得最优化的设计方案。城市模型有理论思维形式,有物质模型的形式、更多的是两者基础上形成的综合模型。主要有三个类别:部分模型和非线性模型。例如大型商业中心的建造会对周边地区有什么影响,新机场的建设会给城市的发展带来什么变化,私人交通的增长会引起什么问题,为了观察这些变化的后果,就要对该地区进行分析研究。城市模型为这种分析研究提供了技术手段。它一方面可以科学地描述城市结构系统的结构要素和运行机制,一方面可以预测城市的未来情况。建立模型的过程就是对系统深入研究的过程,从而可以对不同的设计方案进行比较评估。指标评估的方法。这种方法是通过一系列指标,对城市设计成果在满足人和环境内在需求及价值方面的优劣程度及实施可能性的评价。它是对设计方案的再次分析与论证。指标是对错综复杂现象的一种简化,评估设计方案时必须采用多个指标。指标可分为单项指标和综合指标,也可分为预测指标和现状指标。常用的规划指标主要有:容积率、建筑面积、建筑密度、居住面积、居住密度、绿化面积、绿化率、人口密度等等。此外环境质量指数也应作为重要的评估依据。以居住小区为例可分为外环境综合质量评估和内环境综合质量评估。外环境评估又可分为3个主要方面,即外环境设计质量评价指标,外环境物业管理质量评价因素以及外环境施工质量评价指标。例如居住小区的外环境设计质量评价指标中,规划结构布局为一级指标。分为3 项2 级指标,小区选址、结构组织、原有环境保护及利用,在2 级指标的小区选址中又可分为2 项3 级指标,综合效益、社会、经济、自然环境效益。与城市规划关系:市政工程管网,城市道路衔接关系,与区外建筑环境协调性,区外交通状况。在生态的城市与建筑设计过程中,系统分析、模拟设计、指标评估,三者之间互为补充手段,三种方法的运用是多次循环往复的综合运用。
四、生态城市与建筑设计的有效途径
1、开发地下空间
解决城市用地紧张的途径有两种,一是向城郊发展,会导致耕地面积减少,生态平衡破坏,城市化程度增加。二是向高空发展,往往导致人口密度猛增,空气污染严重,交通更加拥挤。开发利用地下空间具有无法比拟的优势:a. 节省土地资源,减少对城市土壤的破坏,减轻地面上住宅、交通、生产和生活服务、社会活动的相互干扰。b. 节约能源,土壤具有隔热和蓄热的双重功效。据测地下建筑比地面建筑可节省热能25~ 80%。c.有利于生态平衡,不破坏植被,不侵占农田。有利于美化环境,净化空气,改善小气候。d. 防尘、防毒。地下空间无大气污染。e. 利于储存蔬菜、水果、粮食。地下环境相对湿度适宜,避免鼠害、虫害。f. 抗震性能好、维护费用低。地下空间被誉为人类的“第二空间”。
2、物质、能量的循环利用
随着技术的进步, 人类对可再生能源的开发利用已经有了相当大的进展,各种生态住房、低能耗住房大量兴建。对能量的利用主要有以下两种形式:自然能(太阳能、风能等) 的直接利用:直接利用各种技术装置如风车,太阳能收集装置,将太阳能,风能转化为人们生活的动力来源。太阳能的间接利用--生物能循环
3、加强绿化设计
城市与建筑的绿化是改善生态环境的重要手段。绿色植物有释放氧、净化空气、杀菌、调节空气温度和湿度、防噪防风、保持水土作用,还具有一定的心理功能。要提高环境的绿化覆盖率,增加绿地面积以外,还可以向立体发展,向空中拓宽,采取屋顶绿化,窗、墙垂直绿化等手段。
4、建立自然生态系统,保护生态平衡
自然生态系统具有一定的结构和功能,在发展中系统内各生物因素和环境因素按一定规律相互联系、相互作用,并在一定时间内其结构和功能呈相对稳定状态,系统中的能量和物质的输入与输出接近相等。同时在外界的干扰下,能通过自我调节机制(反馈和循环机制) 恢复到新的稳定状态,构成了自然界巧妙的平衡,即生态平衡。这是一种动态的平衡,是因为它是一个演化系统,表现出稳定性和发展深化两方面的特征。维持生态平衡不仅是保持其原始稳定状态,在人类活动有益的影响下,可以建立新的、结构更合理、效能更高和更好的生态效益、更有益于人类生存和发展的平衡。生态平衡问题,离不开人,离不开人的社会性行为活动,生态平衡的破坏,主要是人类活动造成的。
五、结束语
总之,从建筑设计角度看, 生态建筑的基木技术策略, 应当重点考虑规划选址合理, 顺应气候条件。建筑与自然生态环境和谐共生; 选择可循环再生的环保材料、减少环境污染;优化空间组织达到良好的自然通风、采光, 开发利用太阳能、风能等无污染能源; 提高材料热工性能, 实现建筑隔热、防晒和保温, 降低空调能耗等空间设计和构造设计方而的措施。生态建筑是一个技术集成体, 许多技术问题比如节约能源、污水处理、太阳能利用等, 并不是建筑专业的内容,需要专业工程师配合工作。
关键词:可持续发展;生态建筑;建筑设计
一、生态城市设计的基本观点
实现“生态城市”、“可持续城市”的理想,需要树立正确的生态观,必须具备以下的观点:历史的观点: 每个城市都有各自的历史传统特色和文脉,应尊重保护、充分体现。整体的观点:城市是一个复杂的人工生态系统。共生的观点:人与自然、建筑与环境共生兼容,只有符合生态规律的城市设计,才称作生态的城市设计。环境的观点:重视环境因素,突出城市特色。场所的特点:城市空间、广场、绿地都不应是无意义的空间。人本的观点:城市的主体是人,城市设计要体现人的需求。发展的觀点:有超前意识为今后发展留有余地。新颖的观点:新陈代谢是生态系统的本质特征。结构的观点:构成城市系统的结构要素应充分发挥其功能。绿化的观点:绿化是非常重要的生态因素。多样性的观点:生态学的多样性,在城市设计中有更广泛的涵义,包括物种多样性、宏观功能多样性、人类活动场所的多样性等。
二、建筑设计中的生态学原则
1、生态学原则
生态建筑设计应具有以下几个方面的特点:尊重设计地段内的土地、环境及植被的特点,因地制宜;整体、全面地考虑设计区域内部与外部的环境关系;强调人与环境的和谐共存,不可分割;设计过程的多学科综合性。生态建筑设计是贯彻生态学原则的建筑设计,生态学原则是建立在生态控制论的总体原则“整体、协调、循环再生”的基础之上,主要包括:整体有序原则、循环再生原则、相生相克原则、反馈平衡原则、自我调节原则、层次阶跃原则。其中的整体有序原则认为,系统演替的目标在于功能的完善。这一原则在建筑设计中的体现就是近期与远期效益的统一,自然效益、经济效益、社会效益的统一。主要的设计因素分为八类,材料与建造方法、功能的可持续性、防护措施、自然资源的利用、有效的资源与能源的利用、保证健康和舒适的环境、设计与地方性的结合、保护生态系统,控制城市气候的变化。每一类提出相应的设计方法。生态的城市与建筑设计的范围大到一个大陆,一个国家,小到一幢建筑,甚至某些环境工程的细部。按对象和地理范围可分为四个层次,即区域城市级、分区级、地段级、和建筑物单体设计。研究生态学原则在城市与建筑设计中的运用,应从各个层次分别着手。区域城市级的城市设计应充分利用特定的自然资源和条件,使人工系统与自然系统协调和谐,形成一个科学、合理、健康和完美的城市格局。同时,城市的重大工程建设应注意保护自然景观和生物。并要创造一个整体连贯而有效的绿地系统。分区级的城市设计要解决旧城的改造和更新中的复合生态问题,在分区层
次上,城市设计的内容大多与旧城改造有关。在旧城的更新改造中实施生态的城市设计的关键,在于处理好新老城市生态系统的衔接,建立一种良性循环的,符合整体和生态优先准则的新型城市生态关系。城市设计要和整体城市乃至更大范围的城市环境指导原则协调一致,确保整体上的成功,如作为“蓝道”的河川流域,作为“绿道”的开敞空间和步行体系,基础设施体系乃至城市的整体空间格局和艺术特色,都要落实到具体的地区和地段城市设计中。地段级的城市设计主要是具体建筑物及较小范围环境的设计,要处理好局部与整体的关系,协调好开发建设中各方的利益。
2、生态学方法
城市与建筑设计的生态学方法主要有三种,即系统分析的方法;模拟设计的方法;指标评估的方法。这三种方法之间是相互补充,相辅相成的关系。系统分析的方法。城市是一个包含了自然、社会、政治、经济、文化等诸多事物和现象的复杂系统。对系统的全面分析论证,能掌握事物间的内在联系,确定出人与环境持续发展的最优化方案。系统分析涉及的主要内容有两方面:一是环境分析,包括对自然环境、社会环境、经济环境的分析。自然环境分析是指对设计地段相关的自然条件如地形、地貌、水文、气候等、景观资源,动、植物种类与分布的综合分析。社会环境的分析是指对设计地段的社区结构、民俗习惯、文化传统、价值观及历史文脉的分析认证。经济环境分析包括经济投资计划、设计方案的经济性等方面的分析研究。二是功能分析,主要通过系统内各构成要素间接能流量、物流量、信息流等的分析来完成。对不同功能之间的连接、兼容、并列、叠合、分离等关系作__出判断。确定合理的功能配置。交通分析是功能分析的重要内容,包括交通流线分析,车行系统与人行道的层次分析,交通换乘体系的分析等等。模拟设计的方法。这种方法在系统分析的基础上,通过建立城市模,对城市生态系统的整体或部分进行结构或功能的模拟,将系统内的种种复杂的、不可见的、直接或间接的关系,以可见的、直观的、定性或定量的方式来表达,从而获得最优化的设计方案。城市模型有理论思维形式,有物质模型的形式、更多的是两者基础上形成的综合模型。主要有三个类别:部分模型和非线性模型。例如大型商业中心的建造会对周边地区有什么影响,新机场的建设会给城市的发展带来什么变化,私人交通的增长会引起什么问题,为了观察这些变化的后果,就要对该地区进行分析研究。城市模型为这种分析研究提供了技术手段。它一方面可以科学地描述城市结构系统的结构要素和运行机制,一方面可以预测城市的未来情况。建立模型的过程就是对系统深入研究的过程,从而可以对不同的设计方案进行比较评估。指标评估的方法。这种方法是通过一系列指标,对城市设计成果在满足人和环境内在需求及价值方面的优劣程度及实施可能性的评价。它是对设计方案的再次分析与论证。指标是对错综复杂现象的一种简化,评估设计方案时必须采用多个指标。指标可分为单项指标和综合指标,也可分为预测指标和现状指标。常用的规划指标主要有:容积率、建筑面积、建筑密度、居住面积、居住密度、绿化面积、绿化率、人口密度等等。此外环境质量指数也应作为重要的评估依据。以居住小区为例可分为外环境综合质量评估和内环境综合质量评估。外环境评估又可分为3个主要方面,即外环境设计质量评价指标,外环境物业管理质量评价因素以及外环境施工质量评价指标。例如居住小区的外环境设计质量评价指标中,规划结构布局为一级指标。分为3 项2 级指标,小区选址、结构组织、原有环境保护及利用,在2 级指标的小区选址中又可分为2 项3 级指标,综合效益、社会、经济、自然环境效益。与城市规划关系:市政工程管网,城市道路衔接关系,与区外建筑环境协调性,区外交通状况。在生态的城市与建筑设计过程中,系统分析、模拟设计、指标评估,三者之间互为补充手段,三种方法的运用是多次循环往复的综合运用。
四、生态城市与建筑设计的有效途径
1、开发地下空间
解决城市用地紧张的途径有两种,一是向城郊发展,会导致耕地面积减少,生态平衡破坏,城市化程度增加。二是向高空发展,往往导致人口密度猛增,空气污染严重,交通更加拥挤。开发利用地下空间具有无法比拟的优势:a. 节省土地资源,减少对城市土壤的破坏,减轻地面上住宅、交通、生产和生活服务、社会活动的相互干扰。b. 节约能源,土壤具有隔热和蓄热的双重功效。据测地下建筑比地面建筑可节省热能25~ 80%。c.有利于生态平衡,不破坏植被,不侵占农田。有利于美化环境,净化空气,改善小气候。d. 防尘、防毒。地下空间无大气污染。e. 利于储存蔬菜、水果、粮食。地下环境相对湿度适宜,避免鼠害、虫害。f. 抗震性能好、维护费用低。地下空间被誉为人类的“第二空间”。
2、物质、能量的循环利用
随着技术的进步, 人类对可再生能源的开发利用已经有了相当大的进展,各种生态住房、低能耗住房大量兴建。对能量的利用主要有以下两种形式:自然能(太阳能、风能等) 的直接利用:直接利用各种技术装置如风车,太阳能收集装置,将太阳能,风能转化为人们生活的动力来源。太阳能的间接利用--生物能循环
3、加强绿化设计
城市与建筑的绿化是改善生态环境的重要手段。绿色植物有释放氧、净化空气、杀菌、调节空气温度和湿度、防噪防风、保持水土作用,还具有一定的心理功能。要提高环境的绿化覆盖率,增加绿地面积以外,还可以向立体发展,向空中拓宽,采取屋顶绿化,窗、墙垂直绿化等手段。
4、建立自然生态系统,保护生态平衡
自然生态系统具有一定的结构和功能,在发展中系统内各生物因素和环境因素按一定规律相互联系、相互作用,并在一定时间内其结构和功能呈相对稳定状态,系统中的能量和物质的输入与输出接近相等。同时在外界的干扰下,能通过自我调节机制(反馈和循环机制) 恢复到新的稳定状态,构成了自然界巧妙的平衡,即生态平衡。这是一种动态的平衡,是因为它是一个演化系统,表现出稳定性和发展深化两方面的特征。维持生态平衡不仅是保持其原始稳定状态,在人类活动有益的影响下,可以建立新的、结构更合理、效能更高和更好的生态效益、更有益于人类生存和发展的平衡。生态平衡问题,离不开人,离不开人的社会性行为活动,生态平衡的破坏,主要是人类活动造成的。
五、结束语
总之,从建筑设计角度看, 生态建筑的基木技术策略, 应当重点考虑规划选址合理, 顺应气候条件。建筑与自然生态环境和谐共生; 选择可循环再生的环保材料、减少环境污染;优化空间组织达到良好的自然通风、采光, 开发利用太阳能、风能等无污染能源; 提高材料热工性能, 实现建筑隔热、防晒和保温, 降低空调能耗等空间设计和构造设计方而的措施。生态建筑是一个技术集成体, 许多技术问题比如节约能源、污水处理、太阳能利用等, 并不是建筑专业的内容,需要专业工程师配合工作。