城市高層建筑形態(tài)優(yōu)化與風(fēng)能利用的融合研究★

孫曉銘

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

近年來，建筑行業(yè)的迅速發(fā)展改變了中國城市的面貌和人民的生活方式。城市高層建筑整體布局的優(yōu)化，有效的節(jié)約了建設(shè)用地，促使土地能夠被高效率利用，高層建筑逐步成為城市現(xiàn)代化水平的標(biāo)志?？茖W(xué)、系統(tǒng)、合理的進行對高層建筑形態(tài)的優(yōu)化設(shè)計是城市整體空間自身特色脈絡(luò)的有效延續(xù)與環(huán)境規(guī)劃布局的重新塑造。城市高層建筑形體的優(yōu)化設(shè)計是城市規(guī)劃系統(tǒng)中的重要組成部分，對城市整體的外在形象與內(nèi)在氣質(zhì)的形成有著重要的作用。高層建筑的開發(fā)整合了城市的土地資源，促使土地得以高效率利用，高層建筑體量大、造價高、形體明顯，對城市整體空間形態(tài)影響作用顯著。建筑形態(tài)優(yōu)化設(shè)計是發(fā)揮創(chuàng)造力和體現(xiàn)設(shè)計理念的關(guān)鍵之處，是多種學(xué)科的交叉融合。城市的高層建筑形體優(yōu)化設(shè)計擔(dān)負著節(jié)能減排、功能布局、設(shè)施配套以及對空間形態(tài)的有效控制和引導(dǎo)。

1 城市高層建筑形態(tài)優(yōu)化設(shè)計研究

1.1 城市高層建筑整體布局優(yōu)化

現(xiàn)代城市建筑體系功能要求復(fù)合化、科學(xué)化與合理化，工程實踐中已逐步將辦公、活動空間、商業(yè)購物、社民居住等多功能融為一體，形成一個整體的框架與體系。現(xiàn)代城市各種不同的建筑形式并存，在高度與密度上的設(shè)計與排列都在展現(xiàn)著建筑各區(qū)域的功能和自身特性，同時在重點地段的高層建筑更是凸顯其城市標(biāo)志與視覺關(guān)鍵點的作用。高層建筑在整體布局的過程中，需要將高層建筑沿著城市道路布置在主要道路或道路轉(zhuǎn)角處，通過加大、拓寬建筑退讓距離，進而來減少高層建筑體系對城市道路的嚴重壓迫感。城市高層建筑規(guī)劃布局要以其特殊的地質(zhì)環(huán)境背景為基礎(chǔ)，高層建筑首先要避免建立在地下空間采空區(qū)范圍內(nèi)，合理避開地震斷裂帶，高層建筑之間存在一定的避讓距離。城市高層建筑在城市整體規(guī)劃中應(yīng)該綜合考慮影響城市總體層面上的各種因素，進行建筑體系高度分區(qū)，確定高層建筑適宜建設(shè)、限制建設(shè)以及禁止建設(shè)的區(qū)域，建設(shè)過程中重點分析城市特色區(qū)域，強調(diào)在高層建筑的規(guī)劃與設(shè)計中在滿足城市居民使用功能的同時，滿足城市歷史文化，城市風(fēng)土人情以及城市綜合特色的著重體現(xiàn)。

1.2 城市高層建筑細部造型的優(yōu)化設(shè)計

城市規(guī)劃與開發(fā)的過程中科學(xué)、合理的開發(fā)模式、建設(shè)模式是整個城市規(guī)劃設(shè)計的第一步，是城市規(guī)劃與發(fā)展的重要理論基礎(chǔ)。高層建筑頂部造型設(shè)計關(guān)系著整個城市的外在形象，高層建筑細部的優(yōu)化設(shè)計是整體形象下對城市內(nèi)涵的具體闡釋。高層建筑細部設(shè)計與整體規(guī)劃布局相結(jié)合能夠給予城市一種嶄新的時代感，映現(xiàn)出整個城市對社會文化的一種內(nèi)在追求。高層建筑的細部設(shè)計相對于建筑整體造型來說，在一定程度上具有獨立性、完整性以及個性。高層建筑的整體造型取得的效果是細部對整體形式所做貢獻的集合體，消除了建筑形式的單調(diào)和乏味。建筑的整體風(fēng)格是地方性因素結(jié)合城市特殊的地理環(huán)境產(chǎn)生的建筑細部形式設(shè)計。高層建筑頂部造型設(shè)計是城市高層建筑體系豎向體量在空中為整個城市營造的終端形象，進行優(yōu)化設(shè)計的過程中，頂部造型不但要考慮其本身形象，考慮頂部設(shè)計造型對整個城市景觀的影響，而且要考慮主要頂部造型的功能設(shè)計。頂部造型自身形象設(shè)計與功能設(shè)計是整個城市景觀與文化特色的重要體現(xiàn)，其可以作為城市建筑的標(biāo)志、象征，為城市引入醒目的天際輪廓線，對整體形象起著關(guān)鍵作用?，F(xiàn)階段，我國城市的高層建筑立面造型與頂部造型的優(yōu)化設(shè)計已逐步過渡于對整體造型的優(yōu)化和設(shè)計，高層建筑體系頂部造型的優(yōu)化設(shè)計與城市文化與內(nèi)在氣質(zhì)相融合，頂部造型是城市景觀變化和處理的重點之一，在實踐中沒有充分發(fā)揮其重要的功能，需要結(jié)合城市環(huán)境形態(tài)對天際輪廓線的襯托效果進行綜合設(shè)計引導(dǎo)。在注重高層建筑建設(shè)與城市環(huán)境風(fēng)格的融合中，強調(diào)頂部造型設(shè)計與城市自身地質(zhì)環(huán)境相適應(yīng)，將可能突發(fā)災(zāi)害發(fā)生后可能承受的荷載以及其他外界因素進行綜合考慮，為城市整體景觀與建筑功能布局提供好的發(fā)展方向。科學(xué)合理的細部造型是城市景觀與城市空間形態(tài)的重要部分，其功能能夠有力的宣傳城市自身固有的相關(guān)特色，是對城市自身的一個重要宣傳，能夠作為城市高層建筑與城市景觀的重要標(biāo)志與象征，為整個城市提供醒目的天際輪廓線，對城市的整體形象與造型起著關(guān)鍵作用。

2 城市高層建筑風(fēng)能利用研究

2.1 城市高層建筑風(fēng)能利用設(shè)計

高層建筑風(fēng)能利用是現(xiàn)代建筑與能源利用的有效融合，已然成為現(xiàn)代城市綜合規(guī)劃設(shè)計的必然趨勢。融合過程涉及到多方面的綜合技術(shù)要素，涵蓋建筑物的負載計算、用電量進行估算，進風(fēng)能收集系統(tǒng)的安裝容量等。城市超高層建筑風(fēng)能設(shè)計過程中需要綜合建筑物當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)環(huán)境條件、水文地質(zhì)條件、氣象氣候條件，結(jié)合超高層建筑外觀要求及建筑節(jié)能方案的特征，確定風(fēng)能利用的相關(guān)軟硬件的安裝條件、環(huán)境、方位的設(shè)置和儀器的型號以及外觀的設(shè)計，同時保證風(fēng)能利用系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率、相關(guān)組件的選擇和儀器數(shù)量的設(shè)計、相鄰間距的設(shè)計、方位的設(shè)計、相關(guān)組件之間的連接方式設(shè)計以及采集器安裝節(jié)點的設(shè)計等。安裝和維護強調(diào)確?，F(xiàn)場安裝部位的承受的載荷滿足規(guī)范要求，綜合考慮特殊情況下能夠正常使用，保證相關(guān)組件的順利安裝，消除一切對建筑形成不利影響，建立設(shè)備運行檢測、評估與反饋信息系統(tǒng)，對設(shè)備的運行情況進行動態(tài)監(jiān)控。風(fēng)能容易收集的部位與室內(nèi)通風(fēng)性能較好的區(qū)域需要綜合考慮室內(nèi)的通風(fēng)需求以及建筑承受能力的影響。城市高層建筑風(fēng)能利用設(shè)計應(yīng)綜合考慮到風(fēng)能利用系統(tǒng)相關(guān)構(gòu)件的幾何形態(tài)與建筑表皮設(shè)計之間的系統(tǒng)關(guān)系，相關(guān)構(gòu)件的幾何形態(tài)應(yīng)該與建筑物的整體形象和其功能的需求相結(jié)合，把握相關(guān)構(gòu)件與建筑整體比例以及尺度的協(xié)調(diào)性，進而能夠滿足協(xié)調(diào)統(tǒng)一，完成城市高層建筑風(fēng)能利用設(shè)計。

2.2 城市高層建筑與風(fēng)能利用相融合的發(fā)展方向

城市建筑物表皮的材料不斷創(chuàng)新是建筑節(jié)能設(shè)計的最有效、最直接的方式。高層建筑的表皮是風(fēng)能容易收集的關(guān)鍵部位。風(fēng)能利用與建筑表皮融合的材料創(chuàng)新涵蓋雙層建筑外表皮的圍護結(jié)構(gòu)層、室內(nèi)通風(fēng)、采光及城市環(huán)境綠化技術(shù)。雙層建筑外表皮的圍護結(jié)構(gòu)層主要通過相應(yīng)的調(diào)整使得最外層能夠保證建筑室內(nèi)的空間獲得正常的通風(fēng)以及采光條件，進而提高室內(nèi)居住的舒適度，此時也能降低建筑物能源消耗，同時也不同程度上化解了自然采光與風(fēng)能利用之間的矛盾。雖然建筑表皮雙層結(jié)構(gòu)具有較好的效果，但是從其建筑用材上來看不十分環(huán)保，性價比較低。風(fēng)能發(fā)電設(shè)備的不斷創(chuàng)新為風(fēng)能與建筑表皮結(jié)合和應(yīng)用提供了有利條件，可以選擇在屋頂、建筑外墻等位置進行兩者的結(jié)合。建筑的屋頂可以將其作為一個安裝平臺，在上面安裝必要的設(shè)施以保證風(fēng)能利用設(shè)備具備有力的支撐。建筑外墻具有得天獨厚的優(yōu)勢，其結(jié)構(gòu)形式和承載能力，在設(shè)備支撐方面無疑是最合適的位置，但是，在外墻上安裝技術(shù)要求相對較高，要保證設(shè)備的正常使用，同時也要確保人們在安全方面不受其影響。室內(nèi)通風(fēng)及采光的利用是通過建筑物內(nèi)外相互連通，保證室內(nèi)的自然通風(fēng)，同時綜合考慮室內(nèi)太陽照射程度，為環(huán)境建設(shè)與資源節(jié)約提供重要平臺。城市環(huán)境綠化技術(shù)綜合考慮到城市的環(huán)境綠化，引入綠化植物、人文生態(tài)等因素。利用植物蒸發(fā)，降低建筑的外層溫度，達到降低能耗的良好效果。向著低碳經(jīng)濟的方向發(fā)展，建筑表皮與風(fēng)能利用的融合也體現(xiàn)了人類與大自然的和諧共處的需求，綠色環(huán)保的節(jié)能設(shè)計將是建筑行業(yè)未來發(fā)展的主要趨勢。

3 總結(jié)與建議

城市高層建筑的聚集和分散是城市空間形態(tài)中較為主動的力量，引導(dǎo)著城市三維形態(tài)特征的演變。高層建筑形體的優(yōu)化設(shè)計要擔(dān)負其整個城市建筑的功能布局、配套設(shè)施、城市交通以及積極的空間形態(tài)的有效控制和引導(dǎo)。城市高層建筑的規(guī)劃布局與配套實施的科學(xué)搭配，注重高層建筑頂部造型的規(guī)劃設(shè)計，控制高層建筑的細部設(shè)計與規(guī)劃。高層建筑與風(fēng)能二者融合有效的實現(xiàn)了城市外在形象的展示與資源的實踐共享，全面的推動了城市的綜合發(fā)展。

［1］謝振宇，楊 訥.改善室外風(fēng)環(huán)境的高層建筑形態(tài)優(yōu)化設(shè)計策略［J］.建筑學(xué)報，2013(2):76-81.

［2］趙 昕，林禎杉，孫華華.超高層建筑形態(tài)空氣動力學(xué)優(yōu)化方法應(yīng)用綜述［J］.結(jié)構(gòu)工程師，2011(3):133-139.

［3］徐本營.城市中心區(qū)高層建筑布局實證研究及動力機制分析［D］.重慶:重慶大學(xué)，2012.

［4］冒亞龍.高層建筑美學(xué)價值研究［D］.重慶:重慶大學(xué)，2006.

［5］韓繼紅，范宏武，孫 樺.中國超高層建筑的綠色低碳之路——思考與實踐［A］.中國城市科學(xué)研究會、中國綠色建筑委員會、北京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，2010:6.