基于參數(shù)化技術(shù)的綠色建筑地域性設(shè)計優(yōu)化方法初探

遲慶娜，孫睿珩

（1.吉林建筑工程學(xué)院建筑規(guī)劃學(xué)院，長春130118；2.長春工程學(xué)院建筑與設(shè)計學(xué)院，長春130021）

經(jīng)濟的飛速發(fā)展讓今天的中國成為世界第二大經(jīng)濟體，在一切都追求提速的背后，我們的社會卻暴露出發(fā)展不平衡、不協(xié)調(diào)、不可持續(xù)等許多問題，使我們不得不反思靠低成本的勞動力和大量的自然消耗，社會發(fā)展已經(jīng)難以為繼的問題。在住房以及城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域，由于城鎮(zhèn)化和工業(yè)化發(fā)展，導(dǎo)致能源消耗持續(xù)增長，土地資源和水資源嚴重短缺，面對嚴峻的現(xiàn)狀，國家開始了綠色建筑計劃的醞釀實施，綠色建筑亦第一次被納入國家計劃——“十二五”規(guī)劃中，要求建筑行業(yè)要推廣綠色建筑、綠色施工，同時轉(zhuǎn)換建筑業(yè)的固有發(fā)展模式。

作為建筑行業(yè)從業(yè)者，必須知道綠色建筑的實現(xiàn)是一項高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程，除了社會相關(guān)部門、政府管理層、人類本身要具有很強的生態(tài)環(huán)保意識之外，在實施綠色建筑計劃時，更需要建筑創(chuàng)作主體具有綠色、生態(tài)、系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計觀，并具備相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)及專業(yè)能力進行綠色建筑設(shè)計。所以，將綠色建筑作為一個系統(tǒng)，以系統(tǒng)科學(xué)的理論為研究基礎(chǔ)，從其整體性原則入手，結(jié)合地域設(shè)計的關(guān)鍵問題進行研究與探索，應(yīng)該是推廣和實施綠色建筑計劃的首要問題。

1 綠色建筑設(shè)計的整體性原則

系統(tǒng)論中的整體優(yōu)先原則認為——局部利益應(yīng)置于更高層級上整體環(huán)境利益的框架內(nèi)考察，瞬時性利益必須服從于持續(xù)性利益，個體是作為整體的一部分，只有在整體的復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)中才存在價值[1]。英國著名植物生態(tài)學(xué)家Tansley A.G.在其著作《植物生態(tài)學(xué)概論》中提出：所謂的生態(tài)系統(tǒng)，包括整個生物群落及其所在環(huán)境的物理、化學(xué)因素（氣候、土壤因素等），它是一個自然系統(tǒng)的整體，因為它是以一個特定的生物群落及其所在的環(huán)境為基礎(chǔ)的。這樣一個生態(tài)系統(tǒng)的各個部分，生物與非生物，生物群落與群落環(huán)境，可看作是處在相互作用中的因素。在成熟的生態(tài)系統(tǒng)中，這些因素接近于平衡狀態(tài)，整個系統(tǒng)通過這些因素的相互作用而得以維持[2]，顯然，世界不是許多單獨、分離個體的聚集，而是一個整合體，這個整體內(nèi)各個組成部分是復(fù)雜和相互作用的。所以在研究綠色建筑時，我們首先應(yīng)該將自然環(huán)境視為一個復(fù)雜開放的系統(tǒng)，而綠色建筑是存在于其中的開放性子系統(tǒng)中的，其存在應(yīng)自覺主動地與自然環(huán)境有機結(jié)合，整體同構(gòu)。

綠色建筑的設(shè)計不可以孤立求解，其策劃管理和設(shè)計建造必須整合生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟、歷史文化、生存文明、建筑規(guī)范、適宜技術(shù)等多種構(gòu)成因素，將這些因素轉(zhuǎn)換成設(shè)計參量，使之交互作用、相互制約、協(xié)調(diào)互生，從而使綠色建筑系統(tǒng)從隨機到有序后趨于穩(wěn)定，最后以一個動態(tài)平衡子系統(tǒng)的狀態(tài)置身于上一級生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中，與之相互依存。

綠色建筑的設(shè)計亦不可套用固定模式，綠色建筑在整合設(shè)計的過程中要尋找最佳環(huán)境效益，就要體現(xiàn)對自然生態(tài)環(huán)境和社會文化環(huán)境的關(guān)注，但是，不同地域因氣候、土壤、水質(zhì)、生態(tài)等自然因素存在差異，其成就的生活形態(tài)及社會文化也就大相徑庭，強行將某一設(shè)計的標準模式植入各種不同的地域環(huán)境中是不可取的，應(yīng)該順應(yīng)地域環(huán)境的事實，尊重地域特質(zhì)及人文景觀，也可以說綠色建筑設(shè)計必須是地域環(huán)境中各種參量控制下的建筑設(shè)計。

2 綠色建筑設(shè)計的地域?qū)傩?/h2>

地域性是綠色建筑的重要屬性之一，綠色建筑作為一級系統(tǒng)，存在于其所在地域內(nèi)，依賴于一定范圍內(nèi)的自然環(huán)境進行能量與信息的輸入和輸出。綠色建筑的策劃與設(shè)計，一定要考慮其地域?qū)傩詭淼臍夂蛱卣?、?jīng)濟條件、文化傳統(tǒng)等關(guān)聯(lián)信息，這里我們重點討論廣義地域性的2個方面——自然環(huán)境與社會文化。從自然環(huán)境方面說，綠色建筑不能脫離地域生物環(huán)境而獨立存在，其設(shè)計應(yīng)采用什么樣的結(jié)構(gòu)、材料，其功能是否合理，都與其所處的地域獨特的地理位置、地形地貌、氣候條件、生態(tài)環(huán)境、自然資源等因素密切關(guān)聯(lián)；從社會文化方面說，綠色建筑采用的建筑形式和空間形態(tài)，也必須考慮所處地域獨特的社會文化、場所精神、民生民俗等多種因素（圖1）。

圖1 廣義地域性建筑創(chuàng)作途徑

2.1 自然環(huán)境因素

自然環(huán)境是一切生物賴以生存的基本條件，它與人類的關(guān)系不言自明。但是，自然環(huán)境與人類之間物質(zhì)和能量的互換是在一定限度和節(jié)奏的范圍內(nèi)的，超過這個能力，環(huán)境系統(tǒng)將無法自適應(yīng)，會導(dǎo)致生態(tài)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的斷裂。綠色建筑的設(shè)計在開始階段就必須帶著生命共同體的生態(tài)整體意識，建筑師若想通過綠色建筑的設(shè)計來打造人類可持續(xù)的生活環(huán)境，就必須接受該地域自然環(huán)境中全部生物的共同委托，完成協(xié)調(diào)共生，互惠共贏的設(shè)計任務(wù)，在設(shè)計的各個環(huán)節(jié)引入地域環(huán)境概念，充分考慮結(jié)合和利用當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)、地理特性，收集有關(guān)土地資源、水資源、氣候條件、交通情況、基礎(chǔ)設(shè)施、能源鏈條的資料，充分調(diào)研建筑場地，準確利用地形、地勢；對太陽能、風(fēng)能、沼氣等綠色可再生能源加以利用，節(jié)能減排；盡量維護地域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)自我更新，使綠色建筑和與其保持動態(tài)發(fā)展的平衡關(guān)系；設(shè)計時考慮以當(dāng)?shù)亟ㄖ夹g(shù)和材料的使用為主；建筑的朝向、高度和外圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)因地制宜。

2.2 人文環(huán)境因素

社會人文環(huán)境對綠色建筑系統(tǒng)的影響非常深遠，建筑與人類學(xué)專家阿摩斯·拉普卜特認為：“遮風(fēng)避雨并非建筑唯一的功能，甚至不是最基本的功能”，“建筑的起源應(yīng)持更寬廣的眼界，將社會文化的因素考慮進去，從更廣的意義講，它甚至比氣候、技術(shù)和材料、經(jīng)濟等更為關(guān)鍵，建筑的形式是這些因素綜合作用的結(jié)果，建筑是風(fēng)俗，是基本的文化現(xiàn)象”[3]，綠色建筑應(yīng)該使建筑成為一個地域中社會文化的重要組成部分，綠色建筑在設(shè)計時建筑師必須建立地域文化意識，整體反映特定地域中人們的生活方式和文明程度的特征，并給來此區(qū)域生活的人帶來認同感和歸屬感。如北京的四合院建筑的平面布局，除了是為了適應(yīng)北京地區(qū)的緯度位置，能充分利用太陽光熱條件以外，還包含著講禮制分等級的古代倫理道德的建筑形制；而地處雪域高原的藏族建筑，無論是建筑布局還是形態(tài)、色彩都反映了藏民族崇尚佛教、粗獷豪邁的民族文化特點。

3 綠色建筑地域性設(shè)計的空間組織模式

綠色建筑設(shè)計必須要考慮建筑設(shè)計的基礎(chǔ)設(shè)計中加上與之相關(guān)的參數(shù)，如前面提到過的環(huán)境、文化、技術(shù)和氣候等。綠色建筑在系統(tǒng)中的空間組織方式可以按照某種秩序，這種秩序可以類似于自然界中的生長規(guī)律，具有自生長、自適應(yīng)的特性，同時通過地域元素的添加來創(chuàng)造建筑體驗的氛圍，關(guān)注人在綠色建筑空間中的感受。設(shè)計可以參考以下3個方法。

3.1 設(shè)計優(yōu)化

設(shè)計優(yōu)化是指綠色建筑的形態(tài)設(shè)計與其所處地域的傳統(tǒng)建筑的形態(tài)和特征在表現(xiàn)形式上直接關(guān)聯(lián)。它包括3個部分：空間布局關(guān)系、視覺形態(tài)和設(shè)計手法。雖然看起來這種方法類似于模仿，但與被動模仿的區(qū)別是，它主動提取地域建筑形態(tài)特征形成的相關(guān)參量，結(jié)合具體地域的經(jīng)濟發(fā)展、文化程度、技術(shù)水平等條件，對其進行研究和轉(zhuǎn)換，達到控制設(shè)計形態(tài)結(jié)果的目的。綠色建筑的設(shè)計優(yōu)化一方面取決于建造環(huán)境是否處于典型地域性文化的核心地帶；另外則取決于對提取參量的地域傳統(tǒng)建筑形態(tài)的謹慎挑選。

3.2 多樣生成

在法國著名的后現(xiàn)代主義哲學(xué)家吉爾·德勒茲的思想里，有一個主要的原則——“多樣”永遠位于“同一”之前，其思想中最重要的部分是多樣性、游牧和運動，他認為：差異是時間和空間下的差異，是四維空間中的連續(xù)生成帶來的。在這樣的多樣狀態(tài)中包含的正是上述各種各樣的差異或者差異之間的東西，而這些差異之間的構(gòu)成方式即折疊、分叉或者相互覆蓋，而抽象出這些多樣性內(nèi)含的差異就是去展開多樣性，并追蹤多樣性構(gòu)成的各種線索[4]，那么對于地域的環(huán)境形態(tài)特征在結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系和構(gòu)成上所包含的規(guī)律，通過同質(zhì)變形、異質(zhì)折疊、錯位、平滑生成等手法，達到地域性特質(zhì)的表現(xiàn)效果。

（1）同質(zhì)變形：指對典型地域性形象簡化、抽象、分離、切割和夸張，以保持與建筑原型的“同質(zhì)”并產(chǎn)生新形式的情趣，達到質(zhì)同形似的效果；

（2）異質(zhì)折疊：對地域原型的圖底關(guān)系進行反轉(zhuǎn)，將地面變成形象，從自然地貌中尋求建筑空間起源的新形態(tài)參量，以求打破從二維平面開始形成的屈從于笛卡爾體系的三維空間形態(tài)。這樣形成的建筑形態(tài)既是多樣的又是統(tǒng)一的，即是分開的又是連續(xù)的，基地的表面被故意施加變形，變成一個意義豐富的設(shè)計參數(shù)?！罢郫B”也是重要的操作工具，它依靠自身在空間中的作用和意義鋪展開來。折疊方法的使用需要考慮與人情感、理智相關(guān)的因素，還需要考慮到非理性或者意義功能之外的因素，也就是說折疊方法的使用具備控制地域場所的特征。

（3）錯位：即把視覺形象的典型元素，依據(jù)科學(xué)的設(shè)計理念，移動、變換原有的位置或距離而進行重組或覆蓋，從而一改常規(guī)習(xí)慣，給人們以新形象的視覺感知。

（4）平滑生成：平滑概念是在深度思維上影響建筑師的建筑創(chuàng)作，也可理解為一種建筑形態(tài)自組織的變化過程。平滑生成的建筑形態(tài)是由提煉自地域中不同事物的自身元素構(gòu)成，這些元素既保持了自身的完整性，又與其他元素在一個連續(xù)區(qū)域中相混合，這些不同成分的要素會借助某種同時加入到每個元素的外部力量來實現(xiàn)“混合”，并且直接借助環(huán)境來產(chǎn)生變形。

3.3 系統(tǒng)關(guān)聯(lián)

綠色建筑的生態(tài)系統(tǒng)是一個由人類的聯(lián)合體及其地質(zhì)、土壤、大氣環(huán)境組成的復(fù)雜體系，它的設(shè)計要求人們放棄那種把建筑看作固定無變化實體的觀念，而將其看作是具有生命周期的復(fù)雜能量和物質(zhì)循環(huán)的系統(tǒng)，使之通過反復(fù)循環(huán)不斷靠向自然生態(tài)系統(tǒng)的進化。建筑師要意識到在綠色建筑的生命周期中如何維護復(fù)雜與持續(xù)的能量和信息系統(tǒng)，在其生命周期結(jié)束時，如何被分解、如何被回收，是綠色建筑設(shè)計的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)問題。而系統(tǒng)關(guān)聯(lián)式設(shè)計旨在創(chuàng)造一種作為具有活力的整合體的綠色建筑系統(tǒng)，將相互依賴的要素有機結(jié)合形成一個新的復(fù)雜適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)，它與地域上自然或控制性數(shù)據(jù)發(fā)生交互反應(yīng)，使得建筑系統(tǒng)作為一種生物性特征（生物體在生存期間的行為：寄生、共生、互利共生等）與非生物性特征（非生物體在存在期間的行為：土壤、氣候、化學(xué)反應(yīng)等）之間的協(xié)調(diào)共生。

4 利用參數(shù)化技術(shù)對設(shè)計進行優(yōu)化——以中國傳統(tǒng)民居建筑形態(tài)生成為例

如何在綠色建筑設(shè)計中描述和實現(xiàn)多種地域因素的關(guān)聯(lián)呢？參數(shù)化技術(shù)可以解決這個問題——使用計算機軟件中參數(shù)化模型工具創(chuàng)建一種系統(tǒng)構(gòu)架，基于模型的部分與部分之間的信息交換和信息約束。如果其中一部分被改動，那么另外的部分將根據(jù)預(yù)先確定的尺度自動得到調(diào)整。這個特點使建筑師能夠精準而迅速地改良設(shè)計方案。參數(shù)化技術(shù)的技術(shù)特點是：在特有的系統(tǒng)運算中，能夠加強理論分析與實際操作的聯(lián)系；另外就是開放式的對話關(guān)系和跨學(xué)科延展的思維方式。

該案例以單個住宅單元為最小單位，由兩個長方形組成，參數(shù)化技術(shù)的作用是，每當(dāng)最小單位的兩個長方形的位置關(guān)系發(fā)生變化時，方案的整體平面布局也隨著操作發(fā)生相應(yīng)的變化，其控制參數(shù)包括容積率，人口密度，不同家庭結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不同戶型等等，單體住宅結(jié)合生成庭院空間，構(gòu)成第二層級的尺度，形成不同狀態(tài)的街道交界面，最后到整個區(qū)域的風(fēng)貌和地域性的價值體系，并且在地域環(huán)境發(fā)生變化時，亦能夠以“可變的態(tài)度”去呼應(yīng)，真正達成與地域環(huán)境系統(tǒng)同生共棲的建筑設(shè)計目標。

5 結(jié)語

綠色建筑的發(fā)展和進步體現(xiàn)在把各種綠色技術(shù)及設(shè)計體系在建筑中進行科學(xué)和系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，從范圍上講，這是一個整合的概念，需要建筑師和各個專業(yè)的工程師乃至建筑行業(yè)和其他行業(yè)的共同合作來解決。因此，對綠色建筑設(shè)計系統(tǒng)進行深入的科學(xué)研究、及時地應(yīng)用先進的設(shè)計技術(shù)來完善成果，才能最終使綠色建筑的研究與設(shè)計有利于人類建設(shè)節(jié)約型社會、生態(tài)型社會和宜居型社會；有利于修復(fù)、恢復(fù)人類對自然生態(tài)系統(tǒng)長期的擾動與破損；有利于減少人類行為對自我生存的生態(tài)環(huán)境破壞，真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的人類共同理念，實現(xiàn)人與自然和諧共生、天人合一的科學(xué)主張。

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