绿色建筑的设计革新构思

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绿色建筑其核心思想是“四节一环保”。这是结合了我国的资源环境状况后提出的具有中国特色的绿色建筑定义，为我们指明了符合中国国情的绿色建筑发展方向。绿色建筑评价标准可用于评价住宅建筑和办公、商场、宾馆等公共建筑，评价指标体系有节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量和运营管理6类指标组成。每类指标包括控制项、一般项与优选项。其中，控制项为评为绿色建筑的必备条款；优选项主要指实现难度较大、指标要求较高的项目。对于住宅，共有控制项27项，一般项40项，优选项9项，共计76项；对公共建筑，以单体建筑为对象进行评价，共有控制项26项，一般项43项，优选项14项，共计83项。在控制项指标满足的前提下，按满足一般项和优选项的程度，将绿色建筑划分为一星级、二星级和三星级。

1相对于现行设计标准的变化

绿色建筑评价标准大体上是基于我国现行的设计标准，也部分借鉴了国外绿色建筑评价标准的内容，同时结合我国的特征进行了修改补充，如节地部分，要求“建筑物周围人行区风速低于5m/s，不影响室外活动的舒适性和建筑通风”、“室外透水地面面积比大于等于40%”；如节能部分，要求“建筑总平面设计有利于冬季日照并避开冬季主导风向，夏季有利于自然通风”、“新建的公共建筑，冷热源、输配系统和照明等各部分能耗进行独立分项计量”、“建筑设计总能耗低于国家批准或备案的节能标准规定值的80%”；如节水部分，要求“办公楼、商场类建筑非传统水源利用率不低于20％、旅馆类建筑不低于15％”；如节材部分，要求“建筑结构要素要简约，无大量装饰性构件”；如室内环境部分，要求“设置室内空气质量监控系统，保证健康舒适的室内环境”、“办公、宾馆类建筑75％以上的主要功能空间室内采光系数满足现行国家标准《建筑采光设计标准》GB50033的要求”等。标准一方面补充了现有标准在绿色方面的欠缺，另一方面强化了相关设计要求的量化标准。此外，绿色建筑评价标准还强调了设计阶段应关注施工、运营方面的内容，如节材部分，要求“建筑结构材料合理采用高性能混凝土、高强度钢”、“在建筑设计选材时考虑使用材料的可再循环使用性能，在保证安全和不污染环境的情况下，可再循环材料使用重量占所用建筑材料总重量的10％以上”；如运营管理部分，要求“办公、商场类建筑耗电、冷热量等实行计量收费”等。

2绿色建筑体系的完善

伴随着绿色建筑的推进，绿色建筑评价管理单位也不断发展，但绿色建筑评价标准在地方适用性、建筑类型适用性、评价的标准细则上还有不足，需要不断发展。如在建筑类型方面，编制和颁发了“绿色医院”、“绿色办公”、“绿色商店”、“绿色超高层”、“绿色校园”、“绿色生态城”等；在地方适用性方面，上海、北京、天津、深圳、江苏等大部分省市都提出和颁发了适用于地方特点的地方标准。此外，现存的设计标准也进行了相应修订和完善，如《上海市民用建筑太阳能应用技术规程（光伏发电系统分册）》（DG-TJ08-204B-2008）、《地源热泵系统工程技术规范》（2009年版）、《上海市居住建筑节能设计标准》（DG/TJ08-2078-2010）、《民用建筑节水设计标准》（GB50555-2010）、《建筑遮阳工程技术规范》（JGJ237-2011）、《上海市公共建筑用能监测系统工程技术规范》（DG108-2068-2012）、《上海市公共建筑节能设计标准》（DG108-107-2012）、《半导体照明应用节能评价技术要求》（2012年版）、《工商用制冷设备的环境标志产品技术要求》（2012年版）、《民用建筑室内热湿环境评价标准》（GB/T50785-2012）等。

3设计革新的思路

建筑行业在应对绿色建筑评价标准方面，除了需要不断完善设计标准体系之外，还需在以下三个方面进行革新和改变。

3.1设计准则的变革

虽然我们的现存设计标准不断完善了绿色建筑的相关要点，但是建筑设计的宗旨仍然是在保证功能、美观、安全、舒适的前提下，实现初投资的经济性和投资的高回报率，这也与开发商的投资利益最大化的思路相符。但不同的是，“绿色建筑”强调的不是初投资经济性下的建筑性能最佳，而是建筑全寿命周期下的投资回报率最佳。简而言之，更加关注的是“动态回报率”，而非“静态回报率”，即绿色建筑时代，建筑设计的优劣准则应以消耗最经济的资源来满足功能、美观、安全、舒适等固有属性的需求。

3.2设计流程的变革

因为绿色建筑强调全寿命周期，强调性能化设计，所以绿色建筑设计一方面要求设计师需要了解设计的相关知识，了解建筑的建造过程和运行使用的运维要求，另一方面需要使用计算机模拟的方式来计算和分析设计方法的优劣。其实对于社会分析逐步细化的今天，设计师难以全部掌握这些技术，为了适应这两方面的需求，最重要的是改变本身固化的设计流程和设计方式。建筑物理专业必然成为绿色建筑设计新流程中的一员，他们主要承担多种设计方案的性能比较分析，以帮助设计人员在有限的时间内设计出最佳的建筑，当然有些大型企业还会诞生如建筑材料/产品咨询师、建筑需求分析咨询师等分工，他们可以为设计师释放更多的时间去关注设计方案本身在功能、美观、舒适等基本功能方面的优化组合和实现。建筑设计的过程也必须成为全过程化，在施工图完成之后的技术招标、图纸深化和施工、调试、运营阶段，设计师都必须时时跟踪，并担当重要的角色，如图1，在电气系统技术深化阶段，施工图的设计单位仍然需要承担技术审核的角色。

3.3设计方法的改变

与传统的建筑设计方法不同，绿色建筑的设计方法更加注重气候、环境等因素的引导设计、定性设计方法的定量化、定量设计方法的可视化，同时更加注重集成技术的最优化设计。（1）气候、环境等因素的引导设计传统建筑的建造在适应气候、环境等方面有很多的实践并形成了一些值得我们借鉴的经验。在当今的建筑设计中，这些方法都或多或少地消失了。当代建筑设计中建筑师多数把利用或者抵御气候的问题转移给了设备工程师，气候等因素所能体现的内容只是一些技术标准和技术措施。绿色建筑则要求建筑师在设计建筑之前就应该了解当地的气象地理特征，从而指导如何进行体型、窗口设计等。如图2，就是在建筑设计之前，充分了解当地可以利用自然通风满足室内舒适性的月份，从而指导以何时的气候条文作为边界条件指导自然通风设计。（2）定性设计方法的定量化传统的建筑设计方法对于某些技术的效果表达很难用定量方法量化，如自然通风效果等。如图3，通过结合计算机模拟技术的自然通风性能设计，可以定量表达房间开窗设计在自然通风情况下小于0.3m/s区域的面积比，通过定量化的评价可以为开窗开门大小、位置提出改进建议。（3）定量设计方法的可视化传统的建筑设计方法对于某些技术的设计通常使用经验公式或某些简化的图表进行计算，如自然采光、空调风口的设计、噪声、空调处理过程等。但这种定量设计方法缺乏可视性和形象化，对于计算结果的验证也只能通过经验或者计算书的检查来实现，对于某些非专业的业主或者使用者就很难表达清楚。建筑性能设计方法就可以通过一些计算机仿真技术将传统的定量设计方法进行可视化。如图4为某大空间建筑的气流组织分析图，通过经验公式计算初步确定了风口布置方式（10个送风口和5个排风口，送风口风速3m/s，排风口风速为2m/s），可视化的结果表明送风可达到池厅区域，排风口的设计不会形成短路现象，且空气流动均匀性较好，大部分区域满足小于0.2m/s、大于0.05m/s的要求。（4）集成技术的最优化设计自从2005年《公共建筑节能设计标准》以来，我国就非常重视建筑节能的工作，可以说绿色建筑的核心也是建筑节能，在能源方面就体现了与绿色建筑相适应的特点，可以分析不同节能技术集成的综合效果，可以展示建筑的能耗特征，促进建筑节能技术措施的优化。如图5，该项目预测出建筑未来逐月以及主要用能设备的能源消耗情况，通过进一步调整围护结构保温、遮阳、照明节能以及高效制冷机等空调设备节能措施，从而将节能率从50%提高至60%。

3.4设计工具的变革

从绿色建筑工程的实践可以发现设计方法的推进还存在以下问题：1）二维制图设计与三维仿真分析的交替建模的重复矛盾；2）多种性能化分析软件之间的协调配合；3）专业化分析人员与专业化设计人员的协调发展。从发展来看，以BIM建筑信息化模型平台集成众多性能化分析技术的设计程式将是未来发展的趋势，如Autodesk的Revit就尝试集成了Ecotect、IES等软件，Sketchup就尝试集成了EnergyPlus软件；同时加强设计人员的性能化分析技术的培训和专业化分析队伍的设计工程实践也是促进新设计方法发挥更大作用的措施（图6）。

4案例分析—以建筑遮阳设计为例

以上海某交通建筑屋顶遮阳设计为例，阐述绿色建筑设计方法和设计流程的特点。

4.1项目背景

屋顶天窗的设计基于提高室内采光、降低能耗、提高室内视野通透性的原则进行设计，基于以上原则之后，设计的天窗面积为屋顶面积的0.27，基于PKPM节能分析难以满足《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）的要求。基于以上情况，遮阳设计必须介入。经过多方讨论，形成以下遮阳设计的原则：1）采用固定外遮阳形式，而不采用内遮阳形式；2）以解决夏天阻挡太阳辐射为主，冬季太阳得热为辅；3）可在玻璃上多加处理，解决部分遮阳问题。

4.2遮阳设计的开始

由以上情况可知，此次遮阳设计并不是一开始就介入，而是在项目调整阶段中介入的，所以困难和限制更多。项目组专门成立了屋顶遮阳专项组，专项组的成员包括项目经理、建筑师、建筑物理工程师、建筑材料工程师以及遮阳厂家。接下来的设计过程如下：（1）首先确定遮阳设计优化措施：适当减少天窗面积；提高玻璃遮阳性能（建筑材料工程师（或玻璃厂家）提供）；考虑大梁对天窗的遮阳（考虑自身遮阳）；设置固定百叶外遮阳。（2）在以上基础上，建筑师根据实际情况提出了以下两种固定百叶外遮阳方案：方案1：固定百叶，南北方向布置，三个百叶为一组，组间距为950mm，组内百叶间距为425mm，百叶宽度450mm，百叶中心线距天窗距离为200mm（图7，8）。方案2：固定百叶，东西方向布置，五个百叶为一组，组间距为950mm，组内百叶间距为512mm，百叶宽度450mm，百叶中心线距天窗距离为200mm（图9，10）。（3）由于该项目超出了查询手册的适用范围，软件模拟计算方法（EnergyPlus）进行分析，此时建筑物理工程师介入，进行分析。

4.3遮阳模拟分析

4.3.1分析思路针对固定遮阳，计算夏季外遮阳系数和冬季外遮阳系数，继而得到夏季外遮阳系数和冬季外遮阳系数的比值（以下简称夏冬比），从全年节能角度来讲这个值越小越好，即夏季尽量遮挡阳光，冬季尽量引入阳光。

4.3.2方案1与方案2的比较两种方案的比较结果见表1（其中材料的反射率等参数由建筑材料工程师或厂家提供）。由计算结果可知，方案1相对方案2优势明显，方案2夏冬比的差别不大，方案1的夏冬比最低可以做到0.8以下。此外在方案1中还可以看出，百叶向南开比向北开更有优势，故选择方案1，并且把角度向南开作为后续分析的基础。

4.3.3方案1中参数变化的影响分析在确定方案1后，需要就百叶宽度、百叶角度以及百叶中心线与天窗距离对遮阳效果的影响进行进一步分析，然后确定它们的尺寸。（1）角度的确定由图11可以看出，在百叶宽度和离窗距一定的情况下，百叶向南开，角度与水平面成30°时为最佳。（2）百叶宽度和百叶中心线与天窗距离的确定图12是基于30°情况下，对于离窗距和百叶宽度的分析。由图可知，百叶宽度为450mm时为最佳，离窗距对结果影响不大，距离200mm稍好于400mm。

4.3.4建筑师提出两种布置方式并比较建筑物理工程师结合遮阳、采光、视野、经济性综合评价图13中两种方式优缺点，最终推荐后者。确定了固定外遮阳百叶的开启方向、尺寸、离窗距离以及布置形式之后，还需结构工程师结合风荷载及重量荷载对于遮阳结构提出要求或复核，并且电气工程师还需提出控制、防雷以及变配电等方面的要求。

4.3.5建筑师要与厂家确定遮阳产品的安装预留空间、材料颜色等内容该工程对于屋顶遮阳系统进行了性能化设计的尝试，通过性能化的优化设计，使得屋顶遮阳系统的百叶形式、开启方向、角度和尺寸等参数从定性化设计向定量化设计进行了转变。设计流程中建筑物理专业的介入也为建筑遮阳的方案对比和参数确定提供了重要的分析依据。

5结语

随着绿色建筑实践的不断深入，人们更多地开始关注绿色建筑的实际应用效果，从而更加促使建筑市场的开发模式、设计模式、建造模式和运营模式的巨变。设计师需要抓住机遇，主动变革，不断提高设计水平，以适应绿色建筑发展的新要求。

作者：夏麟单位：上海现代建筑设计（集团）有限公司技术中心