把可持续性设计加入建筑教学中

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  摘要:英国诺丁汉大学建筑与建环学院可再生能源与建筑专业的硕士学位课程把跨学科的背景知识融入到教学与研究中,很好地体现了建筑教学的先锋理念。本文通过对该专业的全面介绍和分析,探讨把可持续性设计加入到我国建筑教学中的必要性和可行性,以及软硬件建设和国际间的合作问题,以此拓宽建筑教育的视野,在本土培养更多该领域的人才。
  关键词:可持续性设计、建筑学教学、设计研究、国际合作
  Abstract: the Nottingham university architecture and built the central institute renewable energy and building a master's degree in the course of interdisciplinary knowledge into the background of teaching and studying, well reflects the pioneer of the teaching building concept. This article through to the professional comprehensive introduction and analysis, this paper discusses the sustainable design to join our country building, the teaching the necessity and feasibility, and the software and hardware construction and international cooperation, to broaden the view of the architectural education, in the field of local cultivate more talents.
  Keywords: sustainable design, architecture design teaching, research, international cooperation
  
  
  中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
  1 概述
   可持续性设计是20世纪80年代末出现的一股国际设计潮流,它的核心是“3R”思想:Reduce、Recycle、Reuse,即减少物质和能源的消耗,减少有害物质的排放,而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。可持续性在建筑设计上的主要表现是:保证居住者舒适度,尊重环境,使用更少的能源与自然资源(尽可能多地利用可再生能源),降低建造成本等。目前,世界上一流的高校和研究机构都以可持续设计作为建筑专业科研创新的主要立足点,积极深化推进该领域的研究。
   英国诺丁汉大学是世界排名前100的国际性高等学府,而其建筑与建环学院便是使其保持竞争优势的教学和科研部门之一。学院的专业方向包括:建筑学、城市设计、建筑技术和可持续能源技术。其中,可再生能源技术在建筑上的应用研究在全英乃至世界范围内都具有一定的独创性和领先性。可再生能源与建筑专业自1997年设立以来,共招收了来自世界上30多个国家的250多名学生。该专业涵盖了建筑设计、建筑技术以及能源和环境领域,为不同专业背景的人士提供了一个交流、合作和互相学习的独特环境。
  2 课程目标、内容与结构
   该专业由曾经获得国际能耗模拟研究金奖的Gadi教授担任课程导师,由多名建筑、能源领域的专家教授共同职教。课程的主要目标有:
  通过背景知识、实验模拟、实地考察,熟悉和掌握应用于建筑的多种可再生能源技术及其设计应用方法。
  通过背景知识和案例分析,熟悉和掌握不同气候带环境的生态节能设计方法。
  通过监测和电脑模拟来评估建筑的能耗,发掘其节能潜力。
   全部课程共设180个学分,由两学期教学(各60学分)和一篇论文(60学分)组成。除了必修课以外,学生可按兴趣和需要选择选修课以达到学分的要求。具体的课程有:
  《节能系统》:介绍热电联供、热泵和热回收系统在建筑上的集成。
  《可再生能源技术》:介绍不同种类的可再生能源,重点关注能够应用于建筑的类型,包括风能、水能、地热、生物能及废热的利用。
  《建筑和规划的通风》:借助CFD等电脑模拟软件来研究建筑/区域内外的自然通风,进行通风设计。
  《不同地域的太阳能建筑》:介绍不同地域被动式太阳能设计的原理和应用,借助模拟和编程软件对中庭、温室、“特朗布”墙、太阳能烟囱、蓄热墙以及太阳能板等构件在建筑上的集成进行研究。
  《不同气候的建筑设计》:针对不同地区的气候特征进行建筑设计,重点关注如何采用最经济的方式降低建筑的采暖/制冷能耗,并兼顾建筑的美观性和其他要求。
  《可再生能源研究项目》:基于建模、模拟和设计的研究型课程。首先对给定的建筑进行能耗评估,然后对其进行二次设计/改造,包括改变形式,改造维护结构以及引入可再生能源以抵消部分能源需求。
  《高等环境设计》:探索建筑在环境中的表现。基于电脑软件模拟和实物模型来研究建筑和环境互相影响的动态过程。
  《能源系统表现评估》:基于实际项目,对建筑的暖通系统进行技术性和经济性评估,其间还引入了该领域最新的政策法规的学习。
  《研究方法论》:针对未来将从事博士学习或研究性工作的学生设置,介绍科学研究的基本方法。包括寻觅/筛选文献、制作时间表、项目管理、实验方法设计和结果评估、项目经费的申请等。
  3学习资源
  3.1 教学设施
   该专业的学习有着得天独厚的硬件条件,这在很大程度上得益于建筑学院具有示范性和实验意义的教学设施,具体包括:可持续性研究楼、Marmont 计算机中心、实验室、生态住宅等。
   可持续性研究楼与Marmont 计算机中心于2003年相继建成投入使用。在这两栋建筑中,集成了一系列的先进技术,包括对可再生能源的利用,如:风力发电装置、太阳能光伏发电装置、太阳能热力收集装置等;被动式节能技术,如:自然/机械通风自动控制系统、高性能保温材料和节能照明系统等。自建成之日起,其计算机监控系统就开始记录整个建筑的使用情况(能耗、风力和太阳能光伏发电量等),同时收集了小环境的气候数据(温度、湿度、风向、风力、太阳辐射量等)。实地的感受和第一手数据的分析使得学生们能够从这一“看得见、摸得着”的案例開始,迅速地入门,形成对可持续性设计的初步认识。建筑学院独享的Marmont 计算机中心提供了42台最新配置的PC,每台都装有近40种经过授权、持续更新的专业相关软件。为了方便多媒体教学,机房还配置了4台等离子大屏幕显示器。
   学院为博士生配备了专门的实验室,常备的设备有风洞、涡轮风扇发电机、地源热泵管道系统和太阳能光、热系统等。根据不同研究课题需要,由博士生设计方案,经导师审核,学院采购设备和组件,助研技工加工特定的零件,以搭建不同的研究平台。当然,实验室也兼顾了对本科和硕士学生的教学任务,让他们参观实验室并适当参与研究过程。
   除了以上教学设施外,近几年学院还在山坡的空地上陆续设计建造数栋生态住宅(目前仍有设计竞赛胜出的方案在建)。同样,这些住宅也集成了很多先进的主动、被动式节能技术,融入了很多前卫的设计理念。学院对在实际建造使用中暴露出来的问题,组织由学生到教授共同参与的团队进行讨论、分析和改进。所以在后续的项目和对早期项目的改造中,系统的有效性、经济性和可靠性都得到了较大幅度的提高。
   由迈克·霍普金斯建筑师事务所设计的诺丁汉大学朱比丽校区的生态建筑群是英国可持续性设计的范例。其环境、通风、采光等一系列设计策略使得该校区相比主校区节能性提高了60%。[1]所以,该校区也是教学中调研和学习重要的实际案例之一。
  3.2 信息资源
   众所周知,图书馆的资源是评价一所高校信息资源的重要指标。诺丁汉大学主校区拥有3个图书馆,分别是综合馆、工程类专业馆和艺术类专业馆。图书馆资源采用全信息化管理,并与全英和世界上一大批高等学府联网共享,学生可以在任何网络终端上完成全部的借阅过程,查阅到世界范围内最新的文献资料。同时,建筑学院还建有独立的图书阅览室,资源的专业指向性更强,与图书馆形成了互补。
  4 专业教学特点
  4.1 激励创新和自主学习的模式
   由于专业的特殊性,专业的考核方式主要以设计和论文的形式为主、笔试考试为辅。在一年中,要完成的报告、论文的总量达到近10万词(约15万汉字)。所有文字材料都要提交到网络防抄袭系统,从机制上限制了学术剽窃,鼓励原创性。专业学习过程中阅读量很大,完成每篇文章,直接参考的文献少则10多篇,多则60-70篇,背景阅读就更多。通过大量学术文献的阅览来了解世界上对于生态节能建筑研究的最新技术、存在问题和研究方向,从而设定研究课题,制定设计策略。
  4.2 竞争与合作的学习氛围
   专业学习中,不少课程都兼有小组设计和独立设计的环节。如《不同气候带的建筑设计》课程中,根据世界不同的气候带进行分组设计。6-8人的小组内常常同时存在建筑、规划、暖通、景观等专业背景的合作者,通过讨论和分工协作在紧迫时限内完成部分课程的作业。这种在时限压力下,组间竞争、组内合作,最后成果公开汇报交流的形式实际是对未来工作情境的一种模拟。在此过程中,领导、参谋、组织和执行的角色不断切换,除了对专业水平的提升外,让每个成员对自身性格、能力不断评估,对未来工作中自己可能扮演的角色有了更加深刻的认识。
  4.3 教学反馈机制
   教学反馈机制在中外高校教学中早已不是什么新鲜事物,但是,不少高校的反馈机制仅仅停留在学期末学生的评教打分上。事实上,一张全校统一格式的评教打分表并不能有效反映不同专业的教学特性。况且,即使学生们提出了什么好的意见建议,课程往往已经结束了,最多只能起到“前人栽树后人乘凉”的作用,导致学生评教的积极性也不高,敷衍了事的情况屡见不鲜。
   诺丁汉大学可再生能源与建筑专业的教学反馈机制行之有效,值得借鉴。学期开始前,经学院授权,通过学生自荐和班级选举产生一名课代表,不间断地收集整理同学们对于课程进行过程中的各种反馈,大到对教学计划的修订,小到对某次作业时限的设置,甚至是同学们对于学习压力的抱怨都被一一记录在案。按学院规定,课程导师必须按期(通常每两周一次)会见课代表,讨论并回复这些问题,并在记录上签字呈交学院。及时的课程反馈给学生们带来了适应他们能力和需要的教学调整。除此之外,学院所有教职员工的联系方式都在网上公布,学生可以在任何一个终端上登录到校园网,直接和他们取得联系。
  4.4 现场参观
   实地体验是该专业教学中不可或缺的环节。除了对校区的可持续性建筑群的参观体验外,每年学院还组织赴伦敦的实地考察。
  4.4.1伦敦国际节能环保及绿色建筑展(ECOBUILD)
   每年三月份左右,建筑学院都会择日组织学生参观ECOBUILD展会。该展会是世界上最大的新能源建筑展览。展会面积超过6万平方米,大约有1500家以上的公司及厂商参展。展示建筑行业最新材料、产品、以及最先进的技术和工艺。通过对产品外观、结构断面,甚至是全比例建筑模型的观摩体验,配合厂商提供的多种纸质和多媒体资料的诠释,学生在进行可持续性建筑设计学习时,设计的手法就更加多样化,设计中体现的细节更多,可行性也更强。
  4.4.2伦敦贝丁顿零碳社区(BedZED)
   该社区英国第一个,也是世界上第一个零二氧化碳排放的社区。位于伦敦西南,占地1.65公顷,包括82套公寓和2500平方米的办公和商住。于2002年完工。社区内通过巧妙设计并使用可循环利用的建筑材料、太阳能装置、雨水收集设施等措施,获得了英国皇家建筑师协会颁发的可持续发展奖,并被“斯特林奖”候选提名,同时也是上海世博会零碳社区的原型。学院组织的考察采用参观+报告+研讨的形式,可以面对面的与该社区的设计人员进行交流探讨。在此之中当然不乏成功经验的介绍。但是,更有意义的是,设计人员坦言,某些系统的设计仍存在缺陷。如热电联供(CHP)系统由于噪音和启动时间过长等问题并没有按原先的设计而发挥功效。对该社区的考察使学生对可持续性建筑系统综合集成及其在实际运行中的表现形成了一定的认识,也提供了今后设计中的一些依据。
  4.5 成果展示
   作业展览和汇报是建筑设计方向学生成果展示的一种主要手段,可再生能源与建筑专业的教学也不例外。凡是设计类的作业,无论是个人作业还是小组合作,都要在全体师生面前汇报,有时甚至打出广告,欢迎相邻学科人士前来观摩指导。经过无数次历练,大部分学生都摸索出了一套办法,即如何根据自己的性格、语言能力等实际情况,清楚明晰地推介自己的想法和创意。
   设计竞赛是另一种成果检验的方式。导师会鼓励全体学生有选择地参加本地、国家性的,甚至国际性的可持续建筑设计竞赛。设计竞赛一般会和教学任务结合,不额外增加学生的负担,让学生全身心地投入到设计研究中去。优秀的作品和奖项在该专业的网站上皆有陈列。
  5 把可持续性设计加入到中国的建筑教学中
  5.1 必要性
   在当今全球资源、环境问题并不乐观的背景下,可持续性设计必将得到足够的重视,成为不远的未来普及性的设计手法。在国家十二五规划中,也明确提出了节能减排是重中之重的国策。在发展模式的转型过程中,具有可持续性设计理论知识和经验的人才将是这场变革的引领者。在建筑领域同样如此。若不紧锣密鼓地培养该领域的后备人才,转型过程中巨大的市场将被国外设计团队瓜分,本土的设计师们将痛失大量的中高品质设计项目,只能在越来越少的低端项目中拼杀,这对建筑设计行业的发展是极其不利的。
   就教学而言,全国越来越多的院校开办了建筑学专业。老院校如何保持优势,新院校如何展现出自身特色,的确是办学者们需要考虑的问题。建筑学专业教学改革的倡导者顾大庆先生提出了这样一个发人深省的问题:在建筑学教学中,师生讨论的问题除了形象、功能和规范外,还有什么?事实上,这个问题的确困扰了很多教师,学生们也往往被这“三座大山”束缚了手脚。顾先生结合了国际上最新的理念和他本人多年的教学经验,提出在高校建筑学教学中应教学、研究并重,设置新的立足点,具体包括:空间、建构和能耗等。[2]
   笔者以为,可持续性设计教学的引入,能较好地融合上述一些新的立足点,是符合发展趋势、适应当前需要的一个思路。
  5.2 可行性
   可持续性设计教学的引入,需要以研究带动教学,不断注入新鲜血液。首先,需要引进和培训该领域的人才,充实到现有的师资队伍中去。依托现有硬件条件,逐步拓展建筑技术领域的研究范围,有条件的还可以成立独立的可持续性研究所。研究中可结合理论研究、计算机模拟和实物模型实验,并且,应当鼓励/奖励在项目中验证研究成果的设计实践。
   教学方面,本科高年级阶段,可开设可持续性设计的相关课程,引导学生涉足该领域,并充分利用建立的软、硬件平台传播理念、知识,发现有潜力的人才。研究生教育阶段,让学生充分参与到教师的研究工作中去。调整、维持产学研的平衡关系,逐渐形成硕士生培养的专业特色,获得社会认同。具备一定条件后,还可以通过新的硕士点、博士点的申报来吸引更多的人才,强化科研力量。
  5.3 校际和国际合作机会
  5.3.1联合办学
   国内外高校根据协议,互派留学生、访问学者交流学习。短期的考察、中长期的学位课程或联合培养等形式都是良好的途径。
  5.3.2联合研究
   积极参加国际学术会议,了解可持续设计领域最新的学术成果和研究方向,联合国内外多个院校就某一共同的议题进行联合研究。由清华大学、同济大学、麻省理工学院、苏黎世联邦理工学院、洛桑联邦理工学院和东京大学六所院校联合,历时四年(1998-2001)的对中国城市可持续性住宅的研究就是一个成功的范例。[3]
  5.3.3实践论证
   应当发挥我国建筑市场的优势,吸引国内外可持续性设计团队与国内高校的科研团队共同主持实验性、示范性项目的开发。我们不应该把所谓的“试验田”现象看成是洪水猛兽,因为没有实验性的實践过程,仅仅复制他人现成的模式,将永远步别人后尘。没有第一手数据和经验的获得,可持续性研究就缺乏可靠依据,教学、传授经验更是无法深入。当然,由于一切科学实验都具有天然的不确定性,无法保证每一次实践都能达到预期效果。所以一个具备扎实功底和丰富经验的本土科研团队必不可少,因为他们是创新性评估和风险控制的“守门员”。
  6 结论
   总之,可持续性设计是未来建筑设计发展的趋势,提供了高校的建筑学研究和教学新的立足点,理应得到更多的关注和重视。
  
  参考文献
   [1]窦强,生态校园——英国诺丁汉大学朱比丽分校〔J〕.世界建筑,2004(8),64-69。
   [2]顾大庆,作为研究的设计教学及其对我国建筑教育发展的意义〔J〕.时代建筑,2007(3),14-19。
   [3]Lin, Juintow..Sustainable urban housing in China: principles and case studies for low-energy design 〔M〕. Fresno:Witerwoof Inc.,2006.
  作者简介:邵一鸣(1985- ),男,南京工业大学硕士生,英国诺丁汉大学博士生,主要从事节能建筑和垂直农场研究。
  注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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