摘要：通過“生態(tài)建筑”布洛克環(huán)境中心(BrockEnvironmentalCenter)的設(shè)計過程以及實踐經(jīng)驗，分析了建筑與場地共生的理念，詳細論述了布洛克環(huán)境中心如何實現(xiàn)生態(tài)建筑評價體系中最具挑戰(zhàn)的零能耗，零水耗以及零有毒建材三項指標，并解析了與之呼應的生態(tài)建筑美學。

　　關(guān)鍵詞：生態(tài)建筑;零能耗;零水耗;零有毒材料

　　“生態(tài)建筑”是比“綠色建筑”更為嚴苛的一種對建筑評價，也是一種最新最具環(huán)境價值的設(shè)計理念。在環(huán)境保護越來越受重視的今天，環(huán)保的理念已經(jīng)在全球范圍內(nèi)達成基本共識，對于生態(tài)環(huán)境的保護是涉及人類未來命運的大議題，生態(tài)建筑就是在這種理念的指導下誕生的對建筑的一種全新設(shè)計范式。但到目前我國還沒有一個建筑可以被稱為“生態(tài)建筑”，所以對這種建筑的設(shè)計理念、設(shè)計方法和實踐活動的研究就顯得尤為重要。

　　世界上第一個獲得LEED白金認證的建筑是在2001年選出的菲利普·梅里爾環(huán)境中心。作為試點項目，菲利普·梅里爾環(huán)境中心很大程度上推動了綠色建筑的發(fā)展。2013年，切薩皮克灣基金會要在弗吉尼亞海灘的樂居嶼(PleasureHousePoint)設(shè)立一個全新的研究和教育基地———布洛克環(huán)境中心(TheBrockEnvironmentalCenter)。該中心提供辦公，研究以及集會的空間，和當?shù)丨h(huán)境組織合作，致力于保護美國最珍貴和瀕危的天然資源切薩皮克灣。要建造一個最前沿的生態(tài)建筑，一個與自然共生的可供世界參考的模式。

　　1項目情況介紹

　　樂居嶼占地48公頃，位于弗吉尼亞海灘的北面，近切薩皮克灣的入海口，被濕地和海岸林所覆蓋，28種鳥類常年棲息在這里。依照開發(fā)商2008年的規(guī)劃，1100戶的高層公寓和獨立住宅將會將樂居嶼變成一個高密度的私人住區(qū)。但是開發(fā)商在次年的美國經(jīng)濟蕭條中資金鏈斷裂，48公頃的土地被銀行收回。為了讓樂居嶼免于私人化的過度開發(fā)，當?shù)厣鐓^(qū)，當?shù)卣�府，以及切薩皮克灣基金會于2012年從銀行手中聯(lián)合購回樂居嶼，這其中4公頃的土地將歸切薩皮克灣基金會所有。大家形成共識，要最大程度保留這片自然資源的原貌。

　　待建的布洛克環(huán)境中心，將是48公頃保護區(qū)內(nèi)唯一的新建筑。環(huán)境中心的選址既有優(yōu)勢，也深具挑戰(zhàn)。一方面在地理位置上，地處切薩皮克灣入海口，沒有任何場地比樂居嶼更適合成為切薩皮克灣環(huán)境中心的辦公研究場所;另一方面在建筑單體上，優(yōu)化占地面積，最大限度地減少對自然生態(tài)的影響也變得至關(guān)重要。直到1960年代，樂居嶼都是潮間帶濕地地貌，并有大面積海岸林。70年代由于附近水灣的清淤工程，大量淤泥被傾倒至此，樂居嶼的風貌受到影響，植被的多樣性曾一度被打破。

　　但是大自然的自我修復能力極強，淤泥傾倒的場所通過生態(tài)演替，演變成了鹽生草甸。建筑的選址，要盡量避免對正在恢復的生態(tài)系統(tǒng)的影響，因而選擇在距離水岸線70米的海岸林演替的邊緣地帶，高于海平面4.3米。考慮到由于全球變暖造成的海平面上漲以及日益頻繁的惡劣海洋性氣候，布洛克環(huán)境中心建筑主體一層架空，采用鋼結(jié)構(gòu)以抵御193公里/小時的設(shè)計風值。除了3個殘疾人停車位，場地內(nèi)不允許停車。

　　在基地內(nèi)有一條現(xiàn)存的主干道，是原投資商在基地開發(fā)前期階段鋪設(shè)的。設(shè)計利用這些已有的條件，將停車限制在基地入口之外的街道。布洛克環(huán)境中心預計每年將接納數(shù)萬來訪者，其中很多是來自中小學的學生和教師。校車的停靠點也設(shè)在場地之外，來訪者將沿樹林環(huán)繞小徑步行前往布洛克環(huán)境中心。基金會員工停車位于場地入口的北部，距離建筑213米遠，對現(xiàn)有環(huán)境的影響降至最低。

　　2超越LEED白金認證的設(shè)計策略

　　尊重場地，與環(huán)境共生，切薩皮克灣基金會希望布洛克環(huán)境中心成為一個可持續(xù)建筑的范例，因此決定再次和設(shè)計菲利普·梅里爾環(huán)境中心的建筑事務(wù)所SmithGroupJJR合作。希望將梅里爾環(huán)境中心的成功經(jīng)驗繼續(xù)在布洛克環(huán)境中心得以發(fā)揚，更希望把新技術(shù)和新觀念在在布洛克中心發(fā)得以應用，通過多年的實踐經(jīng)驗我們也體會到LEED評價體系有其局限性。LEED是一種指標加權(quán)的體系，它根據(jù)評價總分分級，但是對每一個單項指標沒有強制要求。

　　此外，LEED認證體系是基于模型預測，而不是實際建筑使用的數(shù)據(jù)。LEED的目標是減少建筑對環(huán)境的破壞，而并沒有涉及建筑對環(huán)境的積極貢獻。設(shè)計者認為布洛克中心可以做的更好，布洛克中心應該成為一個生態(tài)建筑。生態(tài)建筑挑戰(zhàn)(LivingBuildingChallenge)開始于2006年，是一個全新的，也是世界上目前最嚴格的綠色建筑評價體系。全世界僅有8個項目獲得生態(tài)建筑認證。這是一個全新的建筑哲學，也是一個更嚴格的認證標準。

　　作為一個概念，生態(tài)建筑視建筑為扎根于所在的場地的一顆植物，就象一株生長在大自然的花朵只需要土壤，陽光，和雨水，一個生態(tài)建筑應該就地取能，自給自足。作為認證標準，生態(tài)建筑包括七個指標：場地，用水，能量，健康，材料，公平，以及美觀，進而細分為20個細則，(此處：“生態(tài)建筑評價體系包括7個指標20項細則要求”圖略)這其中包括零水耗，零能耗，無害建材的應用等十分嚴苛的條件。

　　只有這些要求全部達到，而且建筑在建成以及運行一年中的實測中全部達標，才可以獲得生態(tài)建筑的認證。值得一提的是，美觀也是生態(tài)建筑標準必不可少的一部分。中國有句古話“江南為橘，江北為枳”。綠色建筑的美學不是追求現(xiàn)代主義大一統(tǒng)的美學標準，而是植根于場地，氣候，人文和技術(shù)的獨特美學。它是在實現(xiàn)綠色建筑可持續(xù)發(fā)展性時自然展現(xiàn)的，而不是附加的裝飾。

　　3“生態(tài)建筑”的設(shè)計實踐

　　在生態(tài)建筑的七個指標中，零能耗，零水耗，以及零有毒材料最具挑戰(zhàn)性，對設(shè)計提出了很多高于常規(guī)建筑實踐的要求，是決定生態(tài)建筑成敗的關(guān)鍵。

　　3.1零能耗

　　零能耗意味著100%的建筑能耗必須來源于基地本身的可再生能源。樂居嶼地區(qū)夏季炎熱潮濕，冬季氣候多變。實現(xiàn)零能耗根本手段是減少建筑的耗能。首先在建筑空間上，建筑平面呈線性南北展開，在保證采光的前提下，降低人均辦公面積。布洛克中心人均設(shè)計辦公空間為4.2平方米，和基金會此前的人均11平方米的辦公空間相比，極大地提高了空間使用率，促進了交流和合作，控制不必要的面積浪費。

　　同時利用BIM建模對建筑曲度和建筑耗能進行關(guān)聯(lián)分析，模型顯示平面曲線超過1.5度之后對能耗影響不大，所以建筑成線性布局，平面呈曲線，和東西軸線成1.5度和自然的水岸線也相映成趣。主體建筑被通風廊屋一份為二，但同時又統(tǒng)一在一個連續(xù)的屋頂之下。通風廊屋是美國中南部獨特的建筑類型，是當?shù)赜行Ц淖兘ㄖ�微環(huán)境的建構(gòu)手法。

　　朝南的走廊在夏季有效的遮擋了日曬而在冬季又保證了室內(nèi)充足的光線。建筑立面窗墻比為25%，無西向窗，南北方向均設(shè)有低窗和高窗，從而最大限度的利用不同季節(jié)的主導風向，增強自然空氣流通。其次在模擬分析上，布洛克中心的整個設(shè)計過程使用BIM建模，建筑師，工程師，結(jié)構(gòu)師在三維模型中配合，力圖盡可能的模擬現(xiàn)實。從概念設(shè)計，到設(shè)計深入到最后施工圖每一個關(guān)鍵階段，團隊都要對方案進行節(jié)能，氣流以及采光模型分析并根據(jù)分析結(jié)果對方案進行調(diào)整。

　　最終優(yōu)化的外圍合結(jié)構(gòu)的熱效參數(shù)：墻體SI值5.456m2·K/W，屋頂SI值8.8m2·K/W，以及SI值1.2m2·K/W的高效熱能窗，在提高能效和資金投入中需求平衡點。另外在暖通系統(tǒng)的選擇上，布洛克中心采用變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)，并利用18個地熱井的四季恒溫提高系統(tǒng)的功效，同時配合獨立新風系統(tǒng)的使用，在保持室內(nèi)舒適度的同時，最大限度地提高系統(tǒng)的效率;最后在再生能源的選擇上，布洛克中心同時使用太陽能和風能。太陽能是最值得依賴的能量來源，但是太陽能板在多云陰雨的天氣效率并不高，樂居嶼的海洋性氣候使的風能可以成為太陽能有效的補充。

　　因此布洛克中心的可再生能源，40%來源于兩個10千瓦的風力發(fā)電機，60%來源于45千瓦的光伏;基于以上的分析和設(shè)計，布洛克中心最終的預測年耗能為48.8KWh/m2/year，是規(guī)范要求的同類建筑耗能的10%，完全可以依靠自己的可再生能源自給自足。

　　3.2零水耗

　　零水耗要求100%的建筑用水必須來源于降水或者場地自然水源。布洛克環(huán)境中心是美國第一個獲得政府批準飲用凈化雨水的商業(yè)建筑，這具有里程碑的意義，為以后類似的實踐積累了經(jīng)驗。零水耗設(shè)計的關(guān)鍵首先要減少建筑的用水量，這其中最主要的就是減少廁所的用水量。布洛克中心的所有廁所均采用堆肥馬桶。使用堆肥馬桶，布洛克中心預計用水量可以降為0.5m3/天。這樣從屋頂收集雨水，儲存在兩個6m3的水箱中，可供中心抵御5至6周的干旱期。

　　另一方面，零水耗的關(guān)鍵是如何過濾和凈化雨水。屋面的雨水收集首先要經(jīng)過初期棄流裝置將大顆粒雜質(zhì)過濾，然后進入水箱，應用臭氧，紫外處理，以及氯化三重凈化過濾。由于用水需求減少，布洛克中心并不需要凈化所有來自于屋面的雨水，建筑西面的弧線形屋頂因此就成了盈余雨水的收集處，用來灌溉建筑兩邊的雨水花園。而兩翼齊飛的屋頂造型也讓人聯(lián)想到棲居在水邊的飛鳥意象。

　　3.3零有毒材料

　　可再生建筑使用的建材不能含有對有人體有害的化學物質(zhì)，這其中包括鉛，PVC，甲醛等十四種基本有害物質(zhì)，以及由此拓展的數(shù)百種衍生物。因為很多被可再生建筑標準列為有害的物質(zhì)還依然被廣泛的使用，這就對建筑材料選擇和審核提出了很高的要求。因此采用自然材料以及回收的材料是非常有效的設(shè)計思路。

　　比如布洛克中心所有的地板，實心門以及窗框和踢腳板都是從當?shù)馗慕ǖ闹袑W體育館以及辦公樓收集來的廢棄來料，通過適當加工在布洛克中心獲得了新生。從密西西比河流域回收再利用的柏樹木材是構(gòu)成布洛克環(huán)境中心建筑外立面的主要材料，其色彩和基地植被十分接近，渾然天成。盡管如此，布洛克中心總共使用了近千種建筑材料，大部分材料都仍需要經(jīng)過嚴格的審核。每一個建筑材料的信息都需要精確到其1%的成分組成，這遠遠超出了普通建筑實踐的工作范疇。

　　4“生態(tài)建筑”的誕生及啟示

　　2016年4月，中心運行通過了一年的運行監(jiān)測，正式獲得了生態(tài)建筑的稱號。建筑產(chǎn)生的再生能源是建筑本身消耗能源的1.8倍，多余的電能得以輸送到城市管網(wǎng)供附近社區(qū)使用。建筑得用水量也僅為預期的1/3，建筑室內(nèi)環(huán)境的使用調(diào)查顯示員工的滿意度為100%。

　　所有這些數(shù)據(jù)都符合甚至超出了設(shè)計預期。雖然布洛克環(huán)境中心建于美國，但是它表達的生態(tài)建筑的理念獲得了世界范圍的接受。我國目前綠色建筑標準是從2015年開始實施的《綠色建筑評價標準(GB/T50378-2014)》，雖然標準同美國標準有所不同，但這并不妨礙我國的建筑設(shè)計者們同世界接軌，做出更好的建筑。正如切薩皮克灣基金會的主席威爾.貝克在演講中所言：我們可以做的更好，就在此時此地，從布洛克環(huán)境中心開始。

　　參考文獻：

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　　建筑工程師論文范文閱讀：建筑節(jié)能原理及技術(shù)材料應用分析

　　下面文章首先介紹了建筑節(jié)能的基本原理，并且在此基礎(chǔ)上，對我國的建筑節(jié)能技術(shù)和節(jié)能材料的應用進行了詳細的介紹。建筑節(jié)能作為一門綜合性的技術(shù)，發(fā)展的重點領(lǐng)域為研究屋面、門窗、墻體等屬于成套體系的新型低能耗的圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)品和節(jié)能技術(shù)。建筑節(jié)能就是節(jié)約建筑物的能源消耗，減少能源損失，提高能源利用率。此技術(shù)符合我國可持續(xù)發(fā)展的方向，值得大力推廣。