生態環境設計

全球性的資源能源危機和生態環境惡化，已威脅到人類的生存和發展，人類不得不反思自身的發展模式，探索科學的發展觀。

我國的生態環境已進入大範圍生態退化和複合性環境污染階段。

我國的能源資源形勢甚為嚴峻。我國人口多，人均資源相對貧乏，煤炭、石油、天然氣、可耕地、水資源和森林資源的人均擁有量僅為世界平均值的約1/2、1/9、1/23、1/3、1/4和1/6。全國耕地只佔國土面積的13%，目前人均耕地僅有1.43畝，且優質耕地少，後備資源嚴重不足。我國水資源短缺，人均水資源擁有量2200立方米，北方和西部有的地區已處於公認的極度缺水的程度。600多個城市中有2/3供水不足，其中1/6的城市嚴重缺水。石油對外依存度超過30%，重要礦產資源儲量不足。

當前經濟增長方式粗放，在城鎮建設中，能源資源消耗高，利用效率低。重地面形象建設，輕地下基礎設施建設。有些地方仍盲目擴大用地範圍。有些城市大拆大建，人為降低了建築的使用年限。節能方面，既有建築中95%達不到節能標準，新建建築中也僅有不足20%達到節能標準。水資源利用率低，一些城市污水排放量逐年遞增，環境污染沒有根本改善。在材料利用上，一些城鎮大量使用低性能建材，新型和可再生建材使用率和循環利用率低，造成資源嚴重浪費（王鐵宏 2005）。

總之，我國的生態環境建設任務十分繁重。

國際上為應對全球資源能源危機和生態環境惡化，提出了可持續發展的理念。1992年聯合國環發大會通過了《環境與發展宣言》《21世紀議程》等綱領性文件。達成《氣候變化框架公約》《生物多樣性保護公約》等框架公約。

我國率先制定了《21世紀議程 》並將可持續發展和科教興國確定為我國的基本國策。十六大提出科學發展觀。提出要求：可持續發展能力不斷增強，生態環境得到改善，資源利用效率顯著提高，促進人與自然的和諧，推動社會走上生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路。

原建設部長葉如棠2001年提出“建築師要以生態環境建設為己任”。最近，胡錦濤主席提出建設節能省地住宅。國家出台了《可再生能源法》。建設部提出建設節能、節材、節水、節地住宅，並出台了《公共建築節能設計標準》。

這一系列的政策導向，必將大大促進我國生態環境建設的發展。

生態環境建設是一個複雜的系統工程，是從宏觀到微觀全方位的生態環境保護和建設過程，它的目標是營造一個節材、節能、環保、高效、舒適、健康的人居環境。它涉及生態城市的建設，生態住區和生態園區的建設，以及各類生態建築的建設。

生態環境設計應從宏觀到微觀貫穿城市建設的全過程，在各設計階段中都有具體的建設目標，例如在區域規劃和總規中的土地綜合生態適宜性分析及生態安全格局的建構；控規和城市設計中的自然生態安全網路生成及土地生態分級利用規劃；場地設計的生態化及建築設計中各類生態策略的應用，等等。

城市的可持續發展是我們追求的目標，它的實現必須符合事物發展的客觀規律。

根據城市的生態承載力、人均生態足跡和人均生態赤字，採取相應的生態策略削減生態赤字，達到生態平衡。

通過城市生態資源的綜合評價，構建區域生態安全格局，確定合理的城市發展方向。

構建城市自然生態安全網路，確保城市基本的生態安全。並為城市規劃和城市設計提供科學的設計依據。

通過可再生能源法以及相關法規的導向作用，促進生態環境建設和循環經濟的發展，促進各種生態技術的產業化，為生態城市的建設提供技術經濟支持。

複合的城市生態系統觀

城市是由自然生態系統、社會生態系統、經濟生態系統等構成的複合生態系統。自然生態系統強調生態安全和生態效益。社會生態系統強調構建和諧社會和文化的持續發展。經濟生態系統強調科學的發展觀和循環經濟模式的推廣。這裡既要保持每個系統內部的動態平衡，又要實現各系統之間的協調發展，達到天地人和諧共生。

建築系統是一個開放的系統，是地球生物圈中能量、物質流動的一個環節。這就要考慮建築與生態環境的相關性，並促進其和諧共生。

考慮時間因素，樹立建築發展全壽命周期的觀念。

考慮空間因素，控制建築系統對自然生態系統的空間置換影響。

考慮資源的有限性，在人居環境建設中要高效利用和保護地球上的資源。從少費多用的非物質化，即減量化，到循環利用的再物質化，即資源化。

城市建設生態優先

在城市複合生態系統中，自然生態系統對人類的生存和發展尤為重要，雖然系統建設的代價並不高，但系統本身卻十分脆弱，破壞容易而恢復難，所以人們必須樹立“自然生態優先”的思想，才能確保城市複合生態系統協調平衡。

在總體規劃和城市設計中，通過對城市資源的綜合評價，建立土地生態適宜性分析模型，根據景觀生態學“斑塊－廊道－基質”理論和碳氧平衡的原理，構建自然生態安全網路，為規劃設計提供前提條件和設計依據。

自然生態安全網路應作為城市的生態基礎設施，它在城市的市政基礎設施中，處於先行的地位。城市的生態基礎設施是城市及其居民持續獲得自然生態服務的保障。面對中國未來巨大的城市化前景，前瞻性的城市生態基礎設施建設具有非常重要的戰略意義（俞孔堅 2003）。

生態策略被動優先

在生態建築設計中，往往要採取多種生態策略才能實現目標。在選擇生態策略時，我們主張被動式策略（自然通風、相變蓄熱體、陽光房等）優先、主動式策略（太陽能集熱器、空調系統等）優化，這樣才能更加簡約、有效、經濟，容易實施並可形成有特色的空間形態。

問題導向 因地制宜

在總體規劃和城市設計中，由於城市的各種生態因子和城市的功能要求不同，因此所建構的自然生態安全網路和城市形態也會是千差萬別各具特色的。

在生態住區設計中，不同的原生生態環境，不同的鄉土樹種和不同的設計條件，導致不同的場地設計策略和不同的住區特色。

我國地域廣闊氣候多樣，不同的氣候區對被動式生態策略的選擇影響很大。在生態建築設計中，應根據建築所在的氣候區特點，挖掘和提升鄉土的材料與技術，選擇成熟有效的被動式生態策略，構建生物氣候緩衝層，輔以優化的主動式生態策略，創建節材、節能、環保、舒適、健康的人居環境。

任何事物都是一分為二的，既有積極的一面，又有消極的一面。關鍵是我們要持積極的態度，撲捉和分析矛盾，挖掘和顯化積極因素，發現和轉化消極因素，達到人居環境良性發展的目的。這個過程稱為“人居環境積極化”。

在生態環境建設中，自然生態安全網路，各種被動式生態策略，循環經濟模式，環境保護的3R（減量化、再循環、再利用）原則，工業廢棄地活化再生等，都是積極化的典型案例。

學科交叉 多方共建

生態環境建設是一個複雜的系統工程，不是單一學科、個別行業或少數人能夠單獨完成的，必須多學科交叉、跨行業合作以及全民參與才能真正解決問題。

在學術層面，強調多學科交叉，聯合攻關，綜合解決問題。

在技術層面，強調跨行業合作，共建高質量的人居環境。

在社會層面，必須提高全民的生態環境意識和參與意識，提倡綠色消費和節約型生活方式，建設和諧社區。

在生態環境建設中，建築師應起綜合和整合的作用。

尋求新城市文化價值

新城市文化價值觀的核心思想是天地人和諧共生。主要體現在：

①持續發展意識的普及。從領導到市民都要樹立這種意識。

②和諧社會構建的落實。包括社會的公平，人心的凝聚，系統的平衡，文化的持續。

③循環經濟戰略的推進。這是建立節約型城市的根本途徑。

④生態城市建設的進程。生態城市是我們追求的目標，更有意義的是實現目標的過程。

將接受美學的原理引入城市生態環境建設領域，通過生態環境建設中的空白和未定性，構成其召喚結構，充分調動接受主體的積極性，填補空白，達到生態環境建設目標的圓滿實現。

近幾年來，北京清華城市規劃設計研究院城市與建築生態設計研究所，在生態環境設計方面做了廣泛的探索和實踐，包括配合城市總體規劃的城市生態規劃專題研究，整體城市設計中的生態設計專題，生態住區規劃設計，生態化的場地設計及生態建築設計研究，建築教育及學生國際交流中的生態建築設計等。尚在研究的課題有：生態足跡概念在生態設中的應用研究，工業廢棄地活化與再生研究，生態住宅技術評估體系的可操作性研究，適應不同氣候特點的生態策略選擇研究，利用社會學原理構建和諧社區研究等。

對於城市尺度的生態設計，中關村科技園區海淀園處於北京生態保護帶中，又是北京第二道綠化隔離帶第1號楔型綠地，原生植被比較好，有大面積自然濕地，人口密度小，城市化程度低，可保持園區自身碳氧平衡。因此，根據園區自然生態的現狀特點，城市生態主幹網路可以生成比較典型的車輪式自然生態安全網路。長春市則以建成區為主適當向外擴展，它的整體城市設計，根據對城市現狀生態環境綜合評析，土地生態適宜性分析模型，碳氧平衡計算、氧源綠地方位、新鮮空氣廊道寬度的分析，區域自然生態景觀格局特徵，城市生態安全網路設計原則，生成以伊通河條形濕地植被斑塊為輻射源、向西逐級放射形成的三大綠環、十條綠帶和多個點狀植被斑塊構成的城市自然生態安全主幹網路。唐山市城市生態設計研究，在長春市生態設計方法基礎上，引進CITYgreen模型對城市生態系統進行生態效益分析，增加了城市生態環境綜合分析的科學性。

中關村科技園區海淀園發展區生態環境規劃

這個生態環境規劃，是配合該地區總規和控規，為其調整提供科學的設計依據。它的目標是控制園區的生態環境建設，構建自然生態安全網路，保護和恢復園區的生物多樣性，提高園區的生態力，營造健康安全的人居環境，打造生態化的高科技園區，促進知識經濟的可持續發展。進而對北京生態城市的建設作出貢獻。該生態規劃主要特色是：

1，對於垂直生態過程，利用數字化技術，採用麥克哈格“千層餅”法進行生態資源評價——生態資源調研登記，建立評估集，繪製單因子圖，確定權重，獲取評價結果，確定分級標準，建立土地生態綜合適宜性分析模型，確定生態保護和建設的適宜定位和城市發展方向。

2，對於水平生態過程，根據生態資源的綜合評價、濕地保護及恢復範圍、北京第二道綠化隔離地區規劃（2002年9月）、運用景觀生態學“斑塊－廊道－基底”原理，由濕地森林公園核心斑塊、山地森林公園核心斑塊、京密引水渠重點廊道及其間的“斑塊－廊道”系統，共同構建起車輪式自然生態安全網路。

3，根據生態資源的綜合評價、生態安全網路、北規院所作海淀北部地區總規和控規，編製了土地生態分級控制圖。生態規劃將區域用地劃分為五個生態等級分區：生態一級區——核心生態保護區；生態二級區——生態保育緩衝區；生態三級區——生態建設過渡區；生態四級區——低度開發區；生態五級區——中度開發區。

4，建立綠量概念。綠量指標體系由綠量、葉面積指數、平均葉面積指數構成，它能科學地評估植被的生態效益，用於生態規劃可有效控制不同生態等級區的生態效益，從而提高生態環境設計和建設的質量。根據園區土地生態分級控制的要求，編製園區平均葉面積指數分級圖和生態規劃土地分級控制地塊編號圖，為園區的生態建設和管理提供了科學依據，也為城市設計和場地設計提供了生態設計條件。

5，生態規劃應用GIS數字信息技術，支持和輔助生態規劃的資料收集與整理、設計與評價、實施與管理，使規劃成果更加量化、更具科學性。

此外，生態規劃在環境保護和能源系統生態化方面也做出了努力。

長春市城市生態設計

長春地區位於東部山地和西部沙地草原之間，遠依山，近傍水，以平亢的台地平原為主，市域面積20571k㎡,本研究中的長春市區主要包括市中心組團和外圍組團。氣候屬溫帶大陸性氣候，採暖氣候分區屬寒冷地區。水資源總量不足，人均佔有量低。城市用地增長過快，耕地數量不足，種植結構單一。市區綠化系統狀況良好，初步形成點線面相結合的綠化體系。大氣污染以煤煙型為主，NOx污染次之。固體廢棄物問題須進一步解決。長春市城市生態設計的特點是：

(1)分析長春區域生態景觀格局構成特徵及反映其功能的生態流、長春市周邊地表徑流、以及長春市區交通格局與整體景觀格局的關係。

(2)根據碳氧平衡的原理和長春市的常年風頻風向，確定氧源綠地的規模和方位，以及新鮮空氣廊道的寬度。

(3)分析長春市大氣污染係數與工業區布局的關係。

(4)利用“疊加法”取得土地綜合生態適宜性分析結果。

(5)根據城市自然生態安全網路的基本功能、基本結構、綠地指標以及各網路要素綠線制定原則，建構“一源、三環、十帶、多點”的城市自然生態安全主幹網路，以及基本的植被配置方案。城市交通性的林蔭道構成了次級網路，街區或住區內的綠地形成網路末端。

(6)建立以生態環境建設為主要內容之一的新城市文化價值觀。

生態住區規劃設計的基本要求是：

（1）保護場地原生態的植被和水面。

（2）通過植被布局和配置，提高該地塊的綠量和植被的生態功能。同時構建局部植被網路或小型植被斑塊，並與城市自然生態安全網路連通。

（3）利用生物凈化技術處理污水和雨水，用於營造人工濕地景觀，或用於洗車、沖廁、澆花。

（4）通過建築布局和場地的植物配置，優化風環境，改善熱環境。

（5）為利用淺層地熱創造場地條件。

;常州北港生態小區規劃

北港生態小區位於北港新城中，距城市中心約6公里。西臨玉龍路，南臨合歡路，東臨玫瑰路，北臨香樟路，總用地面積9.49公頃。用地周邊已有現狀及規劃的道路和市政設施，用地範圍內現為農田，雜生植物生長茂盛，現存一段農用灌溉溝渠，沿溝渠兩側有較好的喬木生長。該小區規劃設計所採用的生態策略有：

1．小區交通體系生態化。減少機動車對居民生活的干擾，實現人車分流；提高機動車道利用率，減少道路用地；在小區入口處設集中地下停車，使機動車儘可能不進入到小區內部；道路斷面設計滿足防噪和綠化系統的要求。

2．小區綠化系統的生態效益最大化。滿足綠地率要求，並充分利用屋頂綠化和垂直綠化，提高小區的綠量；綠化布局相互聯通以保證植被生態功效的發揮，形成小區範圍內的微型生態安全網路；以綠量指標為指導進行植物選擇和配置；保護與恢復原生生態環境的特點。

3．雨水收集利用、生活污水處理利用、營造人工濕地。透水地面與匯水地面相結合，豎向設計考慮雨水收集；利用收集的雨水經水生植物凈化作為人工濕地的部分水源；保留原生態環境中的部分溝渠，根據人工濕地設計要求進行局部調整；利用毛管滲濾“生物床”技術處理部分生活污水作為人工濕地部分水源。

4．小區風環境優化。儘可能使建築朝向順應夏季主導風向；建築總體分佈南低北高；針對風環境計算機模擬結果進行局部調整。

5．小區能源系統配置。利用基地有利因素減少建築運作能耗；提高建築外圍護結構保溫隔熱性能，減少能耗；使用太陽能等可再生能源提供住宅生活熱水；使用地源熱泵系統提供住宅夏季冷源和冬季熱源。

;昆明“家天下.－滇池畔灣”生態別墅區規劃

該生態住區位於昆明市官渡區，用地範圍約67公頃，是新規劃開發的城市發展區。該區發展目標是成為昆明城市的商貿物流中心區，新型工業創業區。其中地段所在六甲鄉和另外三個現有鄉鎮將成為房地產業開發重點，建設目標為“南部新城區”。地塊內地勢平坦，均為農田、大棚，中部有一南北方向河渠，寬3-6米，水質較差，主要用於農業灌溉和周邊自然村的排污。

該規劃設計的目標是：在不增加能耗的前提下提高室內居住環境的舒適度，並消除對環境的不利影響，建設節材、節能、節水、環保、健康、舒適的生態住區。

規劃中所採用的生態策略有：

1、建立一個以公共綠地系統為基礎的住區生態安全網路。

2、以綠量指標為指導配置植物類型，實現綠地系統生態效益的最大化。

3、利用“毛管滲濾”生物床技術處理生活污水提供景觀水源。

4、保護和恢復原生態環境的特點，結合現狀水系設計人工濕地。

住宅設計中所採用的生態策略有：

1、夏季；外遮陽+自然通風（風壓或熱壓）。

2、冬季；陽光房+相變蓄熱地板，高性能圍護結構+熱回收新風裝置。

3、全年；太陽能生活熱水，植被屋面，垂直綠化和立體綠化，中水回用等。

清華大學超低能耗樓

清華大學超低能耗示範樓貼建於清華大學建築館東側，建設用地約560平方米，建築面積3000平方米。用地為一個南北長、東西短的長方形，朝南面短，西側被建築舘遮擋，用地局促，設計難度大。

設計目標：超低能耗的綠色建築，複合的實驗裝置。

設計理念：注重生態，被動式優先；重內涵輕形式，形式跟隨解決問題；在限制中求創造，促進人居環境積極化；問題導向，互動式設計；學科交叉，使用者參與。

設計中採取了五方面的生態策略：

1、在建築與環境的關係上，深入分析了周圍環境和氣候的特徵，充分挖掘場地的積極因素，轉化其消極因素。考慮到建築對環境的空間置換影響，採用微型園林、人工濕地、植被屋面等技術，對自然環境作出生態補償。

2、在結構體系選擇上，考慮到鋼結構比鋼筋混凝土結構自重軽，排放CO2少，便於材料的回收再利用以及實驗功能的需要，選用了鋼結構。

3、在建築圍護結構方面，重點是強調其高性能、應變性和智能化。

建築南向，採用兩項建築節能技術：高性能真空玻璃幕牆+可變水平外遮陽。窄通道雙層皮通風玻璃幕牆（內循環、外循環）。

建築東向，採用兩項建築節能技術：高性能真空玻璃幕牆+可變垂直外遮陽。寬通道雙層皮通風玻璃幕牆。

建築的北向和西向，採用高保溫隔熱牆體。

樓層架空地板採用相變蓄熱地板。四層設置生態艙。屋面採用植被屋面，除對室外環境增加綠量、加強生態功能外，對改善屋面的保溫隔熱性能，減少建築能耗，具有積極作用。

4、在室內環境控制方面，被動式節能策略（自然通風、自然採光等）優先，主動式節能策略（室內溫濕度獨立控制空調系統等）優化。

室內樓梯間由疏散樓梯和三個通風豎井組成多功能綜合裝置，同時滿足了使用功能、通風功能及消防的要求。

溫度控制系統的冷熱源，冬天採用22－24℃低溫熱水，夏天採用18－20℃高溫冷水，末端則採用乾式空調末端（毛細管式輻射板、貫流型乾式風機盤管、改進型乾式風機盤管）。

在濕度控制中，由溶液除濕全熱回收新風機組提供乾燥新風。新風系統採用置換通風形式、工位置換通風、個性化送風末端等。

5、在能源系統方面，一是高效利用石化能源；二是積極開發可再生能源。

示範樓採用燃氣熱電冷聯產系統，液體除濕技術與煙氣冷凝技術相互配合。

示範樓共有四種發電機組：微型燃氣輪機、內燃機、斯特林發動機與燃料電池，用於研究和展示各類動力裝置的應用特點。四種製冷設備：電動製冷機、雙效餘熱吸收式製冷機、溶液製冷機、溶液除濕系統。三種供熱熱源：熱網熱量、熱電聯產熱量、煙氣冷凝熱量。

太陽能應用有四種方式：真空管太陽能集熱器，；太陽能光伏電池板；太陽光收集傳輸系統，；生態艙，即被動式陽光房與空中花園的結合。

清華大學超低能耗示範樓的生態設計理念、生態策略和節能技術，構成生態建築設計的技術支持平台，但在實際應用中，必須結合實際，因地制宜。

邯鄲地稅局數據處理中心

邯鄲市地方稅務局數據處理中心位於邯鄲市高新技術開發區的西南部，南臨為民路，東臨新園街，北側與正在建設的工商局辦公樓相鄰，西側為即將建設的國稅局辦公樓。用地範圍約11860平方米，建築面積約14960平方米，其中主樓面積約11317平方米，附樓面積約3643平方米。主樓的主要用途為信息數據處理和市局機關辦公，附樓的主要用途為幹部培訓、系統會議接待、內部工作人員就餐等。

在建築設計中考慮了一些生態設計原則和相關的生態技術，使其成為一個節能、健康、環保的生態辦公建築。在設計中所採用的生態策略有：

1．建築布局與場地設計中的生態策略。在建築布局上，充分利用場地中好的朝向，盡量多地爭取到陽光和風向的有利條件。建築體形也要有利於減少能耗，有利於自然通風，有利於充分利用陽光。

2．內部空間的空中庭院設計。通過分層交錯的空中庭院布局，創造出健康宜人的辦公環境，使建築內的工作人員充分地接觸自然，增加綠視率，改善室內空氣質量，促進室內自然通風。

3．建築外圍護設計。通過外圍護系統優化，減少了建築能耗，減輕了供熱和空調的負荷，提高了室內環境的舒適度。

4．水系統設計。用毛管滲濾“生物床”技術處理部分建築中的生活污水，使水質達到景觀用水的要求，提供場地內的景觀水源。

5．植物的選擇與配置。在場地內的植物選擇與配置上，以綠量指標為指導，結合邯鄲地區的氣候特徵，儘可能地以喬、灌、草相結合的方式，實現葉面積指數的最大化。

“生態－技術－建築”是建築學院近年的一個重要的科研課題。將科研成果引入教學，使學生在學習期間就能樹立起牢固的生態意識，對他們的成長和生態事業的發展是十分重要的。

在三年級的建築設計課教學中，學院組建了生態建築設計STUDIO，向學生普及生態觀念，講授生態技術，鼓勵學生在調研和分析中選題，激發學生的創造力。學生的積極性得到充分發揮，設計出不少有創意的作品，尤其在過程中收穫更多。

近幾年，組織學生參加了中、法、意、韓四國五校合作的國際學生生態建築設計競賽交流活動。設計主題是注重生態的建築設計。2002年選址在法國北部海邊一個小半島上，利用當地的氣候條件，設計一個有十戶人家注重生態的藝術家村。2003年選址在北京中關村科學城，題目是注重生態的高層建築設計。2004年選址在韓國漢城景福宮附近，題目是注重生態的博物館。過程中，各國學生對用地現場做了詳細的踏勘和調研，各國指導教師向學生們作了有關生態設計的學術報告，最後共同參加評圖評獎活動。這些活動不但使各國學生在生態設計方面做了有意義的學術交流，同時為學生提供了一次難得的境外參觀體驗城市環境的機會，這也是建築教育國際化的重要實踐。

為深入了解國外生態環境建設的進展，學習它們的經驗，我們組織有關的教師和研究生，對國外一些生態環境建設實例進行了實地考察。

2002年夏，我們先後考察了奧地利維也納的百水屋和煤氣廠改造項目；林茨市的日光城和被動式節能綜合樓；德國弗萊堡的生態站、沃邦生態村、旋轉節能別墅；法蘭克福的商業銀行和生態方舟；蓋森克申的日光能科技園和日光能礦工村；漢諾威的生態社團村；柏林的波茨坦廣場、國會大廈、東柏林大板樓節能改造；波茨坦城的能源中心；漢堡的伯拉姆菲爾德生態村等。這次考察的成果，在《世界建築》2002年第12期上作了專題介紹。2003年2月，我們考察了澳大利亞摩爾頓島國家公園和唐格魯瑪野生海豚度假村。2004年1月，我們考察了日本橫濱港北NT大廈和福岡ACROS綜合樓。2004年7－8月，我們又考察了英國倫敦的貝丁頓零能耗工程項目和諾丁漢大學朱比麗分校生態校園。通過考察給我們很大啟發，深深認識到：生態觀念的普及，生態優先的政策導向，多學科的交叉合作，生態技術的產業化，是推動我國生態環境建設的基本條件。

為了進一步發揮國內外生態設計之所長，達到優勢互補、提升質量的目的，最近，我們清華規劃院城市與建築生態設計研究所與北京比爾鄧斯特（英）建築技術有限公司合作，共同創建“清華-零能耗國際生態建築設計研究中心”。我們相信，通過雙方的努力，一定會對我國的生態環境建設做出更大的貢獻。