超高层建筑的绿色设计策略探析

超高层建筑的绿色设计策略探析

发表时间：2017-10-26T13:51:14.157Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第15期作者：韩铮草

[导读] 确保经济与社会发展需求下找到超高层建筑与生态环境、可持续发展之间的结合点相关研究成为建筑领域研讨热点。

河南中科建筑规划设计有限公司

摘要：作为现代科技与艺术的至高成就，超高层建筑是财富与智慧的象征，代表着房贷建筑业的设计水准。由其引起的与交通、环境、资源等相关负面影响，人们对其也产生一定质疑。确保经济与社会发展需求下找到超高层建筑与生态环境、可持续发展之间的结合点相关研究成为建筑领域研讨热点，对超高层建筑绿色设计的策略研究必然成为探究的重点。

关键词：超高层建筑；绿色设计；形态优化

绿色设计的实现离不开超前的设计理念和先进绿色技术的应用，超高层建筑的建造、运行和维护成本都远远高于普通建筑。超高层建筑的绿色设计体现出绿色和技术两个层面，绿色是目的，技术是手段，技术措施是实现绿色生态的保证，实现建筑的生态化是应坚守的本质，而非单纯的为了技术而技术。因此，超高层建筑的绿色设计应该是为了实现可持续发展，将绿色设计策略和技术手段运用到建筑设计中，采用形态、空间、能源、材料等手段，达到降低建筑能耗、降低建筑活动对自然环境不利影响的目的，做到人、建筑与环境的和谐共生。

超高层建筑的核心思想是集中主义，即集约发展与注重规则化的空间结构形态。对超高层建筑绿色设计的影响因素包括环境因素、交通因素、景观因素、室内舒适度因素等。

一、超高层建筑绿色设计的基本策略

建筑造型是构成建筑外部形态的美学形式，是首先被感知的空间物化形式。美学原则是进行超高层建筑形态设计的出发点。

仿生建筑学理论结合了生物学、自然科学和美学的规律，具体表现为建筑功能、建筑形式、内部结构等几个方面的仿生。在技术进步的推动下，建筑师开始将仿生理念应用于形态、结构和技术更为复杂的超高层建筑。他们利用计算机软件模拟变异扭转的自然形体，尝试对直线结构和垂直性的颠覆，以获得更合理的受力结构与更优秀的环境适应性。

现代主义者认为，几何形态具有有简洁而有力的美学特征，他们创造出抽象、纯粹的几何形式语汇，用以表达多变、复杂的美感。超高层建筑惯于用简单的几何形式表现其理智和超脱的特性。

结构设计是超高层建筑最重要的主题，其形式特点表现为杆状。简洁和高效能的结构秩序，也正是超高层建筑所追求的艺术表达。确定适当的建筑形体、选择合理的结构体系、增加刚度并提高延展性是超高层结构设计的基本概念。从结构的角度上看，所有的超高层建筑均可视为一个垂直的悬臂杆件。因此，包括地震力与风力作用的侧向荷载成为超高层建筑结构设计的控制性因素，直接影响着结构的抗侧移和抗倾覆能力。

研究表明，城市中的植被绿化面积占总体环境的 30%以上时，才能达到对环境质量的有效改善。超高层建筑的立体绿化主要通过对其外表面积的合理利用来实现，是体现建筑个性的重要手段。

建筑的底部是城市公共空间与内部封闭空间的过渡带，城市空间的水平连接体系与建筑内部的垂直交通体系在这里发生交叉与碰撞，是解决建筑和城市在交通与空间问题上的矛盾的关键。超高层建筑的基底设计指的是建筑的底部包括地面裙房和地下空间的组织利用，同时涵盖了道路、广场等基地内相关建筑环境的状况，这不仅影响建筑自身的场地利用效率，也直接关系到城市的可持续性潜力。

空间的竖向累积构成了超高层建筑以交通核为中心的空间模式特点。一般情况下，传统电梯的策略要求电梯的数量根据使用人流的密度设置，这意味着超高层建筑的核心筒空间将变得极为庞大。

实现建筑的自然通风是重要的绿色设计策略，其一般做法是设置中庭。自然通风分为风压通风与热压通风两种作用基本原理。风压通风的风道效应来自于建筑的上下的空气压力差。热压通风则是通过建筑顶部和底部的空气温度差异所导致的烟囱效应来进行的。高层建筑空间的竖向组织有利于实现垂直方向上的内部自然通风。但如果建筑高度过高，反而会产生过强的气流，影响内部空间的舒适度。

二、超高层建筑绿色设计的表皮策略

所谓建筑表皮是指建筑和外部空间直接接触的界面，以及其展现出来的形象与构成方式。框架结构的出现使承重结构与维护结构分离，导致了空间的解放和表皮设计的多元化，内部空间和建筑表皮共同组成建筑形式。在超高层建筑设计中，表皮不仅关乎到建筑的形式美，其与建筑的能耗高低和内部环境的宜人程度也息息相关。

随着超高层建筑数量的迅猛增长，以玻璃为主要构造材料的幕墙系统成为应用最为普遍的外墙形式。玻璃晶莹剔透的视觉效果可以赋予建筑极大的艺术魅力，同时因其轻质特性及预制装配安装的施工特点可以有效减轻建筑结构自重并缩短建造工期，玻璃幕墙成为了超高层建筑最基本和最常见的表皮形式。

通透明亮的玻璃幕墙背后也隐藏着诸多生态问题，如高反射系数易对城市造成光污染、眩光易引起建筑内部视线干扰、保温性能不理想产生严重的能源消耗等。中空、真空与镀膜玻璃是目前国内外广泛研究与推广使用的三种节能玻璃。

随着技术的进步，建筑师表现出对光伏外观的积极看法，试图将光伏系统融入到建筑的表皮设计中，将光伏构件与玻璃、建筑外墙等的结合设计，改善着建筑的外观，形成了独特的光伏幕墙立面形态。

遮阳系统在建筑的造型设计中也起到了积极的作用，遮阳造型形态的丰富使得遮阳系统被赋予了新的意义。尽管超高层建筑的遮阳系统受到高层微气候影响具有很大的局限性，但是设计师们仍然在做着各种尝试，使遮阳系统成为建筑表皮独特的一部分。

生态缓冲层指的是在可持续理念的要求下，通过协调群体的组合关系、优化单体的设计处理和改善细部的构造做法等多种策略，在建筑与外部环境之间建立起的一个过渡缓冲区域。生态缓冲层的设置既可以在建筑内部形成良好的微气候，同时又能满足使用者对室内舒适度的要求。

三、超高层建筑绿色设计的能源策略

在能源危机和环境污染的双层压力下，建筑师们已经将节能作为一项重要的设计目标，充分利用包括风能、太阳能等在内的清洁的可再生能源，通过高效的制冷与采暖系统、雨水回收利用系统和智能化的楼宇管理系统等主动式技术措施，尽可能降低建筑的运营能耗。开