1、ARCHITECTURAL THEORY建筑理论 整体性可持续建筑系统的设计与分析郝林提要 / 本文着重探讨在可持续建筑系统设计与分析过程中涉及的要点问题，具体内容包括： 背景 环境与建筑的两分； 可持续建筑系统的结构与范畴； 可持续建筑系统的设计过程；可持续建筑的设计系统。关键词 / 整体性可持续建筑系统设计与分析结构与范畴设计系统ABSTRACT/ This paper focuses on the following key points of the design and analysis of sustainable architecture system: Architecture2、 divorces from the background surroundings; the structure, category and design process of sustainable architecture system; and the design system of sus-tainable architecture.KEY WORDS/ Integra lity, Sustaina ble architectu re system, Design and analysis, Structure and category, Design system作者单位：英国剑3、桥大学建筑系马丁中心收稿时间：2003 年 1 月一、背景环境与建筑的两分建造一栋建筑就意味着与其周边的环境发生关联，从而导致一系列的相互作用，进而形成自然环境系统与建成环境系统之间动态的交换。从气候、地形等宏观因素到使用者对建筑的微观调控都会对上述系统物质交换产生影响。营造作为创建这种关联的主要手段，在决定系统交换的效益与效率中扮演重要的角色。在现代建筑国际化的过程中，特别是在 20 世纪 70 年代石油危机之前，建筑本应扮演的这种积极角色一直被边缘化。均质的城市与建筑空间极大地削弱了自然与人工环境之间健康的物质交流；长期以来的恶性循环所产生的后果是自然资源的过度消耗，能源的高度浪费，生存空4、间遭受严重的污染和破坏，建筑使用者的健康受到威胁。科学统计表明，在全世界范围内，建筑占用 40% 的能源与材料，25% 的原始木材(其中 55% 用于非燃料的伐木) ，1 6 % 的供水，对 30% 的导致全球变暖的二氧化碳排放和 4 0 % 的导致酸雨的二氧化硫负责； 并估计全世界 3 0 % 的新建及改建建筑存在着导致建筑病态综合症( S B S ) 的室内空气质量问题(IAQ)，指出因此而导致的医疗费用和生产力下降的损失每年约 100 亿美元(Roodman and Lenssen,1995)1。我国的建筑领域，与之相关的环境、健康问题相当突出。最近若干年随着研究的深入和问题的暴露这方面5、的警讯也不断升级；特别是可持续性能极低的灰色营造(相对于绿色营造) 借房地产狂飙和高速都市化充斥城乡。可以理解，当可持续营造的思路还远未提到建筑各方桌面上来的今日，市场利益驱动的房地产业又怎能有什么破格的回应呢？然而，由于建筑具有涉及范围广、使用寿命长、投资大、与生产生活息息相关等特点，现今的选择将会对本世纪未来几十年的建筑可持续性程度产生深刻的影响。在这样的一个十字路口，我们是否可以适时地提醒自己跳离狭隘的投资价值观、个人的自我空间表演、单向的内在哲学思辩、机能主义的现状，以一个更为宏观、更具远见的可持续视野来突破现状，形成完善政策与规则的共识。目前迫切需要改善现有的设计基础、目标、范畴和程6、序，优化设计组合，更新设计评价指标系统以促进建筑整体水准的提升。二、可持续建筑系统的结构与范畴变化中的建筑学传统的建筑学，即现行的建筑设计，建立在一系列长期发展起来的框架之中。其标准立足于功能、美学、基本安全与健康、耐久、经济和有效的基础之上。建筑之广义环境功能( 包括对外环境、对内环境以及内外环境的交流) ，本应作为建筑理论与实践的基本关注点之一，却在建筑不断演变的历史过程中越发处于边缘地位。特别是在 20 世纪中期环境控制技术高度发展之后，综合的建筑与环境设计方法进一步被依赖大量能源驱动的人工服务系统(如暖通空调、人工采光)所取代。建筑的环境功能已经被局限在机械的室内环境调节范围内，并且倾7、向于仅注重外部环境负面的影响。事实上，环境的调控对技术的依赖也同时改变着建筑的诸多基本因素，例如功能布局、美学倾向等等( 譬如中央空调对建筑布局的影响，人工采光对建筑进深的影响) 。所以，近现代的建筑环境技术史的透视着建筑学与整体性环境设计的逐步相对分离。当然，在上述过程中某些学者和建筑师始终在明显地对抗着建筑环境调节系统在建筑设计中的后置以及两者的分离，譬如，早在 1 9 6 9 年本海姆 (Reyner Banham)就在其名作“The Architecture of The Well-tem-pered Environment”2 中力图恢复建筑环境功能的地位；并指出环境控制方式的两种未8、来，即“能源驱动型”(Power-operated)和“节能型” (conservative)。然而，如霍克思(Dean Hawkes,1996)所指出的，本海1 5 建筑学报建筑理论ARCHITECTURAL THEORY姆并未明确地对上述两种方式，即以拉斯维加斯为代表的前者和以圣乔治学校(St Georges School at Wallasey, UK)为代表的后者，做出明确的判断3。一些非主流的建筑师，特别是发展中国家的建筑师，也一直致力于从地方传统的营造中获取智慧以达到风土设计的目的，如埃及的法塞、印度的多西、斯里兰卡的巴瓦等。然而，上述比较突出的理论和实践，尽管为今日建筑学之转化提9、供了广阔的背景，但相对于自 20 世纪 70 年代全球范围内呈现出的能源与环境议题，特别是稍后孕育和发展起来的可持续发展议题对建筑学结构与范畴的要求，依然有待进一步的分析与整合。其中特别需要反思的是建筑学对于当前以及未来的环境、社会以及经济发展所应负有的责任，即建筑学与可持续发展框架的互动。具体地讲，就是传统建筑设计的结构和范畴应依据可持续发展的理念在空间和时间意义上加以延续。在空间上，由于环境系统的多级化特征和其中各级存在的相关性，致使作为建成环境中最基本单元的建筑必须逐层关注其自身以外的更大范围空间领域的环境问题，譬如社区、住居环境、区域、全球等。固然在基层的建筑设计当中，基于设计资源的考10、虑，不可能过多地涉及更高级别的环境问题的解决，但是认识到环境系统各层次之间的相关性并采取相应的设计策略是必要的。设计过程中所需具备的可持续的视野正在控制和改变着建筑产出的形式、空间、功能，更重要的是，也在改变着它的能流和环境物质的交换。譬如，基于有选择性4的环境设计过程可以使建筑有效地成为环境的过滤器和调节器，进而减少建筑对机械性环境控制系统的依赖，降低对环境的负面影响( 减少单位面积 G H G 的释放，减少单位面积不可更新能源的消耗量) 。在时间上，建筑设计所关注的范畴延展至更长期的效益，至少包含建筑全生命周期的综合环境、社会、经济效益，甚至应涉及进一步的物质循环周期。有关可持续建筑设计结11、构和范畴的模型框架具有多面性的特点。这些模型作为未来设计的基础，系统地提供了为达到建筑的可持续性所需考虑的各种因素及其关联，指导组织设计过程和产生适当的设计策略。一般来说，可持续建筑设计系统模型包含以下内容：1.可持续建筑设计的概念基础即从普遍认可的可持续发展的一般定义演化而来的，指导可持续建筑设计的哲学基础。文献表明，可持续发展研究的核心是协调发展与环境两者之间的关系。然而无论是发展问题还是环境问题，都与社会和经济因素密不可分。可持续发展系统的特征是：保持经济发展与繁荣；保持健康的各级环境质量和资源安全度；保持社会公平和优化社会制度。具体到建筑领域，可持续建筑的实践应立足于高度的环境质量与环12、境敏感性、文化繁荣、经济的可行性与经济发展共荣以及生活质量的提高。2.系统与亚系统元素即与可持续建筑相关的各种元素、指标、变量、参数，比如，可持续建筑设计系统可以包括风土(含地方自然因子与文化特质)、舒适与健康、能耗、环境污染、自然资源负荷、投资效益(生命周期效益等)等。确定可持续建筑系统中所应考虑的因素需要相当的策略性：因为不可能等同地考虑所有的因素，所以哪些因素应当优先考虑，在哪里应当深入设计和投资就成了相当实际的考虑，以求达到最佳的可持续性的效益。对各种因素优先与否的考量应遵循整体与简化的原则。具体原则为：各因素在可持续概念中的重要性和必要性； 各因素在系统整体性中的地位(级别); 各因13、素在特定条件下(如地方特征、具体工程特点等)的作用。3.系统运行目标与纲领系统运行目标与纲领的制定在于确定各因素的取向，提供设计指导原则，建立分析与评价的基础。目标与纲领是联系可持续建筑系统(目标)和可持续建筑设计系统(工具手段)的桥梁，要具有简洁化、综合化、标准化、易定量化、易工具化的特点。比如，在最基本的层次上可以制定如下目标与纲领： 减少建筑生命周期中的不可更新能源与资源的消耗量； 减少建筑生命周期中的温室气体排放量和各式污染物； 促进建筑系统中各物质的循环使用； 促进使用者的健康与舒适；促进建筑的社会与经济效益；尊重地方文化。从可持续发展所针对的问题到各领域相应对策之形成，可持续建筑作14、为系统工程其自身亦是处在一种不断完善的过程之中。可持续的实践需要国际观，同时也必须面对地方性的实质问题和生活现实。适应性、合宜性是可持续建筑实践脱离早期乌托邦式运动融入基层的前提。这种参阅历史沿革，照顾空间与时间跨越的实践有利于整体地批判性地解读建筑的历史、文化与技术，从基础上科学地、系统地补充和揭示自工业革命以来建筑学中长期被忽略的重要组成部份，来建构面向未来的、拥有共同准则却呈现多元化的营造模式。三、可持续建筑系统的设计过程现有的建筑设计过程不是有助于增强可持续性的设计过程。在以往的建筑实践中，既使涉及与可持续有关的诸多议题，也往往独立于建筑设计的过程之外；并且常常被置后于概念设计过程之后15、。由此，设计人员丧失了以相对简单而有效的方式融入可持续议题的最佳阶段。在建筑的若干重要因素确定之后(如朝向、形体、布局、窗墙比等)，再去考虑可持续议题，就会事倍功半，其结果是被迫采用复杂或是昂贵的方式来达到某种效果。这里揭示了一个金字塔原则。狭义地讲，个体建筑的环境表现主要是由三方面决定的：建筑设计，服务系统设计，使用者因素。金字塔原则是指建筑设计作为金字塔的底层，对中层的服务系统设计和更高层的使用者因素的变化产生深刻的影响。由于服务系统设计和使用者因素往往是对建筑设计在环境调控作用上的辅助和补充，因此不良的建筑设计会给服务系统设计带来更大的负荷，同时也会阻碍建筑使用者对建筑环境的积极调控。比16、如，设计中大面积的玻璃窗会加重房间的冬冷夏热，增大服务系统的角色；开窗位置的不合理安排使得使用者无法通过开窗的方式达到自然通风降温的目的。此外，研究表明建筑设计因素对建筑性能的影响高于服务系统设计和使用者因素两者的总和5；而且是在建筑完成后三个因素中最不易改变的。因此，从层次性和影响性上，我们可以认识到前期建筑设计与建筑可持续性程度的密切关联。这一点对于希望采用被动设计达到可持续目标的努力显得更加重要。可持续建筑策略本身具有层次性，即从总体到细节、从低层次目标到高层次目标、从简单到复杂、从一般到高度的专业性等。其每一层次需要对应于相应的设计过程。一般地，随着设计过程的演进，这种融入应当从简到繁17、从少到多、从策略性的到细节性的。这是一个逐步结合的过程。这整个过程被描述成螺旋的形状，设计过程从中心向周边旋转开去；有关可持续设计的考量就是在不同设计阶段发射出去的放射线；放射线的终点标志着该任务的完成。 建筑学报 1 6四、可持续建筑的设计系统长久以来，建筑设计一直被认为是“黑箱”行为，含有太多的不确对既有传统设计范畴和过程的变革加大了建筑设计的复杂性，使得定性，特别是艺术创作的部分。问题是，融入在设计前期的可持续性设以往的设计系统无法面临新的任务。研究型的设计是可持续建筑实践的计系统应具有高度的清晰性以及由此得到的可靠性。它必须拥有预见基本特征，主要是因为可持续设计及其相关领域在市场、规18、范、技术等性，清晰地呈现出多种技术策略，并对之系统地进行评估和筛选，还要方面并不十分成熟，而且其设计的各阶段决策必须建立在牢固的依据的保障在未来阶段的某种变化范围内( 包括细节设计上的变化和建筑使用基础之上(特别指有目、指标的定量方案比较)。过程中系统操作及使用者行为上的波动) ，建筑的可持续性依旧可以控可持续发展为建筑设计提供了有效和重要的概念框架，可持续建筑制在一定的保险度内。为此，有必要透明化“黑箱”的某些部分，使设达成的唯一途径是通过系统的方法，来理解其设计中涉及的各种相互关计逻辑理性化，看清形式创作与可持续性后果的关联。有相当的技术策联的议题。把建筑作为整体的系统来对待，就意味着综合19、的结果比个体略是可靠的，它们不但可以大幅度地提高建筑的可持续性，而且不会明的特征更重要；系统方案之间整体的比较比个体的比较更具有意义；融显增加设计难度和经费，并较少受到其它因素的干扰。举个最简单的例入各项指标的整体函数的模型评价比逐个的评价更具说服力。这种系统子，在欧洲大陆住宅建筑长轴位于东西向，60% 到 70% 的总开窗面积位原则上可以小到通过一个房间单元加以说明。概念上，影响一个房间单于南面，其它各立面占 10% 到 15% ，可以最有效地利用被动太阳能采元可持续性表现具有能动性的因素有三点：媒介即建筑本身( 包括暖。有许多类似的已经被充分证实的结论会形成一系列智囊库，促进策其服务系统)20、；外因主要指气候及建筑周边的微环境；内因主要略选择的标准化，而其中不易被数字化的部分，可以用描述的方法制定指建筑使用者。这三者之间通过动态的、复杂的相互作用而对建筑的可规则，如人文内容。当然，有些技术策略对相关因素的变化是相当敏感持续性产生影响，如生态环境、节能、废弃物、室内健康及舒适度、经的，如中庭或太阳房策略，如果缺乏有效和灵活的遮阳和通风的调控，济效益等。各项问题的解答是必要的，但最终必须趋向于整体性能优劣就会导致严重的过热问题。因此，这里的观点是设计系统应当通过其清的探讨，并透视问题间的关联。例如单一地讲促进自然通风，或是如何晰性保障设计的可靠性，方法是：利用自然采光，并不意味着整体可21、持续性的提升。因此，有关整体性设 优先考虑与建筑设计有关的“硬件”，譬如形体、朝向等；计系统的问题，需要谨慎考虑的是： 优先考虑“普遍”的可靠的策略，譬如，被动直接太阳能利用；1.目的性与阶段性 测试各策略对于“软件” 变化的敏感性，检讨过于敏感的策略；即设计系统针对的是设计过程的哪一个阶段；其功能是偏重设计工譬如特朗伯墙(TROMBE WALL) 的性能取决于在昼夜、冬夏等不同状具，还是评价分析工具。依据本文上述部份的讨论，笔者认为一个针对况下对通风和隔热的调控情况；于概念设计阶段的策略性设计系统的研发，对于融入可持续概念于日常 测试各策略交叉采用后的综合表现。建筑设计具有现实意义。在这一阶22、段，可持续的基本问题连同建筑设计的其它基本问题做通盘考虑，各方案可以就可持续性程度进行比较，达五、结语到对设计决策辅助的作用。其重要性在于，在建筑设计轮廓成形的关键今日人类生存空间所面临的迫切问题带动了对建筑学所进行的全面阶段，促进系统中各要素的沟通与协调，确保日后的深入设计建立在合检讨。事实上，建筑学在其整个的历史中从来没有象今天这样把它自身理、健康和科学的基础之上，而不会出现方向上的偏差。所谓设计系统融入到更高级别的系统循环中去思考。从 20 世纪 60、70 年代所激发起是指该系统必须为设计人员提供足够的有关可持续建筑的设计信息(如的这种意识正在逐渐渗透于社会生活的各方面，并为建筑学规划23、了更多策略性的被动降温方法) 并加以标准化、类型化，以便设计人员有效采的环境和社会议程。由此而导致的变化范围和深度将涉及建筑学的各个用；此外，该设计信息融入总体设计后必须便于量化处理分析，用于比领域。对于建筑设计者而言，在最基本的层面上，是希望通过新型的、较和检讨。整体性的设计系统促成具有高水准的可持续性建筑系统。在这一过程2.简化性中，设计者需要从可持续的角度赋予建筑设计一种新的逻辑，以系统的尽管可持续建筑系统本身具有高度的复杂性，但其设计系统必须具方法和途径修正并整合既有的设计过程，议题，策略和元素，从而科学有简洁性。这不但是保证其有效性和实用性的基础，也是概念设计阶段地、全面地树立建筑设24、计的新目标，清晰而牢靠地引导建筑语言的生的客观因素造成的。在这一阶段，与设计后期相比，用于辅助设计的参成，把建筑的艺术和科学建构在人类的福祉和自然的长远利益之上。数并不多，但其间的相互关系和各项因素的重要程度足以使设计系统变注释得复杂。因此，此时的设计系统必须对适量的、经过筛选的参数做出反1 Roodman, D.M. and Lenssen, N. (1995) A Building Revolution: How应。参数过少将使设计决策缺乏广泛的基础；参数过多将使之因为量化Ecology and Health Concerns Are Transforming Construction, 25、Worldwatch过程烦琐而失去灵活性和方便性(前期设计系统应具有的特色之一)，尽Paper 124, Worldwatch Institute, Washington D.C., US.2 Banham, Reyner. (1969) The Architecture of the Well-tempered管这样可以建立更准确的模型并得到更精确的结果。我们的重点是通过Environment, The Architectural Press, London.方案间可持续性的整体性比较透视设计的潜力，得到进一步设计的方3 Hawkes, Dean. (1996) The environmen26、tal tradition: studies in the向，而并非精确的单一量化结果。作为建筑师的辅助设计系统，其简化architecture of environment, E & FN SPON, London.4 Hawkes, Dean et al. (2002) The selective environment: an approach to原则就应侧重“建筑设计的变量”的变化性和弹性(如体量、场所设计、environmentally responsive architecture, SPON Press, London.平立剖面设计等)，而限定所谓“工程参数”(Engineer27、ing Parameters，5 Baker, Nicholas. (1992) Low energy strategies for non-domestic buildings,语出 Steemer, et al., 1993)6，譬如有关服务系统的参数、在这一阶BSP, London.段无法获得的参数、或是对可持续性结果影响较小的参数等。6 Steemer, et al. (1993) Strategic energy design tools: experience anddevelopment of the LT Method, 3rd European conference on architecture,3.清晰性和可靠性Florence, Italy.1 7 建筑学报