主題園區(qū)的生態(tài)策略—以常州市綠建博覽園為例

■ 章迎慶 梁 可 嚴一凱

住建部（武進）綠色建筑產(chǎn)業(yè)集聚示范區(qū)位于江蘇省常州市武進區(qū)西南部，總用地15．62萬km2，是中國首批綠色建筑示范區(qū)之一。江蘇省綠色建筑博覽園作為示范區(qū)建設的重點示范項目具有先行先試的帶頭作用。

綠建博覽園核心區(qū)（圖1）項目占地近200畝，位于該示范區(qū)延政西路南側(cè)、龍江南路高架東側(cè)。綠建博覽園匯集國內(nèi)外綠色建筑各種形態(tài)和技術，打造節(jié)能環(huán)保、低能耗被動式、未來智能建筑的集成展示平臺。博覽園分為城市展區(qū)、自然展區(qū)、會展區(qū)。城市展區(qū)由生態(tài)綠色建筑、廣場、景觀道、濱水空間組成。自然展區(qū)由凈水梯田、生態(tài)濕地、雨水收集系統(tǒng)、水處理設施、人造森林、生態(tài)綠地、自然景觀組成。會展區(qū)主要用于室外會展、會議等。博覽園的規(guī)劃設計通過運用Eco-tect軟件分析，自然人造生態(tài)環(huán)境概念，運用低沖擊開發(fā)、生態(tài)水資源利用系統(tǒng)、可再生能源利用等綠建技術，努力建設一種經(jīng)濟與自然環(huán)境和諧共生的綠色經(jīng)營發(fā)展模式。綠色生態(tài)化策略在綠博園的規(guī)劃設計中可以說是一次全方位的探索，對以后的規(guī)劃設計工作有重要的指導作用。

圖1 規(guī)劃平面圖

生態(tài)策略

博覽園的規(guī)劃采用微沖擊的設計理念，設計過程中充分考慮場地的微氣候，場地的微地形，以及場地中道路和水體的規(guī)劃設計，并且著重設計了場地的雨水回收利用系統(tǒng)。

1．微氣候

建筑的布局和形態(tài)充分結合基地所在的氣候環(huán)境進行規(guī)劃設計。常州地處中緯度，北亞熱帶北緣，南向有太湖，屬北亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)（圖2），氣候溫和濕潤；常年主導風向東南偏東，四季分明。年平均氣溫15．4℃，光能充足，年平均日照時數(shù)在2000～2100小時之間，年平均太陽輻射為110～117kcal/cm2。年日照總時數(shù)2047．5小時。熱量資源比較充裕，年平均氣溫在14．6℃～15．1℃之間，無霜期較長，225天左右，實際每年霜日僅50～60天。氣溫全年穩(wěn)定在0℃以上日期為330～345天，總積溫5300℃～5500℃。博覽園中建筑的選址充分考慮地理位置、場地生態(tài)環(huán)境、場地氣候環(huán)境、地形地貌、場地周邊環(huán)境、道路交通和市政基礎設施規(guī)劃條件等。通過對常州市的一年十二個月中風頻數(shù)據(jù)的分析（圖3），規(guī)劃利用水體造景適度開敞，引進東南風加強自然通風來減少能耗，基地內(nèi)保留原有水體基礎上擴大水面形成生態(tài)濕地。同時將展示建筑布局在西北側(cè)，展示建筑屋頂設計充分考慮空氣流動，避免陽光直射屋頂。屋頂考慮到氣候變化而改變向自然開放的程度，做到建筑與氣候互動。

圖2 氣候示意圖

圖3 風頻數(shù)據(jù)分析圖

2．微地形

博覽園基地現(xiàn)狀地勢平坦，水網(wǎng)縱橫，天然濕地，低洼地較多，具備良好的生態(tài)基底。博覽園一期地形塑造（圖4）：首先根據(jù)現(xiàn)狀高程測量數(shù)據(jù)及地形圖顯示的地塊高程，運用網(wǎng)格法粗略估算，進行合理的場地豎向設計，根據(jù)場地的地形形態(tài)研究建構筑物與周邊環(huán)境的地形關系，在滿足建設項目使用功能要求的情況下，充分利用地形減少工程填挖土方量。其次場地西側(cè)距城市高架較近，噪音較大，所以在西側(cè)堆丘以減弱其影響。另外，博覽園的配套建筑設計充分利用地形，將配套服務設施和構筑物融入地形之中。如利用地形起伏形成光伏停車場與入口半地下生態(tài)停車場。構筑物鑲嵌在綠色的山丘里，如南區(qū)半地下覆土建筑的設計，在視覺上使構筑物融入大地景觀之中。

圖4 地形分析圖

3．微結構

博覽園整體結構以細胞結構為原型（圖5），保持利用場地原有的地形、地貌，通過優(yōu)化場地規(guī)劃與設計，降低開發(fā)活動對環(huán)境產(chǎn)生的不利影響。保護原有地表水體，禁止破壞場地與周邊原有水系的關系，盡量維持原有水文條件，保護和加強區(qū)域生態(tài)環(huán)境。采用生態(tài)格局整合設計法，引入“細胞聚合”的規(guī)劃理念，功能空間群組相生、團簇展開，模擬“生長”規(guī)律形成博覽園的結構模式。其道路系統(tǒng)形似細胞結構，同時入口構架、橋梁、廊架都呈現(xiàn)細胞結構形態(tài)，濕地水體也是以細胞結構為原型。

圖5 道路結構

4．雨水回收利用

雨水回用結合，因地制宜綜合利用雨水，回用與滲透相結合；可透水地面與城市多功能雨洪調(diào)蓄設施相結合。博覽園展示建筑集蓄利用、水景相結合利用屋頂綠化，可減少屋面雨水徑流，并可有效降低熱島效應。同時利用一套雨水收集、儲存、利用和屋面綠化的水源補充設施系統(tǒng)，可以構筑具有良好生態(tài)功能的水景（圖6）。園區(qū)道路全部采用透水道路，車行道采用透水瀝青或者透水混凝土澆筑，景觀步行道全部采用透水鋪裝。博覽園綠地建設及可透水性地面，在路面和廣場大力推廣滲水材料（可透地面可采用人造透水性地面，如草皮磚、碎石地面等），加大地下水滲入量，降低綜合徑流系數(shù)，可以減少15%左右的雨水進入市政排水管道，可以使更多的雨水留在城市境內(nèi)并滲入地下以補充、涵養(yǎng)地下水，有效增加淺層土壤含水量，遏制城市熱島效應。

圖6 雨水回用

生態(tài)技術

1．水系統(tǒng)構建

在傳統(tǒng)的園區(qū)規(guī)劃中柏油路、水泥路和硬質(zhì)鋪裝等大面積非滲透性地面替代了土壤，建筑取代了森林，雨水系統(tǒng)取代了匯水的自然溪流，導致城市地表徑流增加，因地下水位下降引起的地面沉降。博覽園中設立生態(tài)濕地、凈水梯田、雨水利用系統(tǒng)、污水利用系統(tǒng)、駁岸系統(tǒng)等。生態(tài)濕地蘊育著豐富的自然資源，是物種儲存庫、氣候調(diào)節(jié)器，在保護生態(tài)環(huán)境、保持生物多樣性以及發(fā)展經(jīng)濟社會中，具有不可替代的重要作用。博覽園濕地對區(qū)域內(nèi)城市水體生態(tài)治理，形成自然的良性循環(huán)的生態(tài)水環(huán)境具有良好功效，同時具備觀賞性。凈水梯田通過不同標高的積水池之間水的滲透和交換，起到自然過濾水源的作用。

在綠色建筑展示區(qū)，雨水利用綜合考慮雨水徑流污染控制、城市防洪以及生態(tài)環(huán)境的改善等要求建立包括屋面雨水集蓄系統(tǒng)、雨水截污與滲透系統(tǒng)、雨水利用系統(tǒng)等的體系。將雨水用作噴灑路面、灌溉綠地、蓄水等城市用水的技術手段；生活污水處理系統(tǒng)對園區(qū)內(nèi)的生活污水搜集后進行集中處理并達到直排或回用水質(zhì)標準，保持和利用現(xiàn)有河道、景觀水系的滯洪、蓄洪及排洪能力，采取措施加強雨水滲透對地下水的補給，保持場地自然滲透能力。

2．風環(huán)境分析

常州市武進區(qū)風能資源較為豐富，平均氣壓在1016百帕左右，冬高夏低，區(qū)內(nèi)差異不大。3月份平均風速最大，達3．5～4．4 米 / 秒，9、10 月份風速最小，為 2．6～3．4 米 / 秒。全年盛行風向為東風，夏半年多東南風，冬半年多西北風。全年風能季節(jié)變化為冬春大，夏秋小，通常陸地春季風能比例大，而海面則冬季風多，秋季風能大于夏季。首先，通過ECOTECTR軟件對全年風環(huán)境的分析合理優(yōu)化建筑布局。其次，園區(qū)中主要采用各種造型的風力發(fā)電機組以及風力轉(zhuǎn)換設備來對風能進行有效利用。各展示建筑結合空調(diào)系統(tǒng)，在博覽園中普遍采用可再生能源空調(diào)系統(tǒng)，降低建筑的空調(diào)能耗。

獲得良好的自然通風效果一直是博覽園規(guī)劃設計中考慮的重要因素之一。室內(nèi)外通風狀況的好壞影響到區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生的污染物能否及時地排出和稀釋，還影響到建筑為人們夏季通風納涼，冬季遮擋風寒的功能。根據(jù)軟件分析數(shù)據(jù)，合理優(yōu)化博覽園建筑與景觀的平面布局。利用水體的開敞空間大量收納風的進入并將其導引到生態(tài)展示建筑，利用風壓設置風力發(fā)電設施。減少氣流對區(qū)域微環(huán)境和建筑本身不利影響，營造良好的夏季和過渡季自然通風條件。由于基地位于夏季炎熱，冬季寒冷地區(qū)，優(yōu)化展示建筑布局，做好建筑圍護結構的熱工設計等技術手段，能使冬季獲得足夠的日照并避開主導風向，夏季能夠利用自然通風并減少太陽熱輻射，改善場地的微氣候環(huán)境，從而降低展示建筑使用能耗，這是被動式策略的重要方面（圖7）。同時周邊塔樓的布局有助于自然風的流通并且減緩較快風速，優(yōu)化風環(huán)境。

圖7 最佳朝向數(shù)值投影圖

3．太陽能利用

博覽園區(qū)基礎設施照明全部采用風光互補、太陽能或者LED照明燈具。園區(qū)停車采用半地下覆土車庫，做到綠化與車庫的最好融合。博覽園通過高程控制以及植被選作，做到自然隔絕和降低公園外噪音和粉塵污染。

博覽園太陽能的利用有被動式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，主要設備有：光熱系統(tǒng)、太陽能景觀系統(tǒng)。博覽園中綠色展示建筑節(jié)能措施體現(xiàn)在三個板塊方面：節(jié)能、循環(huán)和生產(chǎn)。其中，節(jié)能板塊具體措施有高性能圍護體、綠化屋頂、蒸發(fā)制冷等；循環(huán)板塊具體措施有熱循環(huán)系統(tǒng)、蓄熱結構體、晚間散熱通風等；生產(chǎn)板塊具體措施有太陽能光伏、風渦輪、置換通風系統(tǒng)等。

4．園區(qū)規(guī)劃日照分析

建筑朝向、布局應有利于獲得良好的日照，基于武進的太陽直射輻射環(huán)境，對地區(qū)的建筑最佳朝向進行了分析。建筑主要朝向宜控制在南偏東45°和南偏西30°的范圍內(nèi)，并通過日照模擬分析確定最優(yōu)朝向。ECOTECT建筑軟件數(shù)據(jù)顯示，武進全年平均太陽直射輻射量最多的朝向為119°；冬天太陽直射輻射量最多的朝向為156°；夏天平均太陽直射輻射量最多的朝向為67．5°，綜合分析比較得出武進的最佳朝向為160°～155°（圖8）。陰影分析有助于選擇適當?shù)慕ㄖ叨?，以便在冬季，道路和建筑能獲得更多的太陽輻射（圖9）；在夏季，開放空間避免太陽的直射。通過公共開敞綠地提供市民更多活動空間，根據(jù)其日照環(huán)境（圖10），從而更好地把控周邊建筑高度和開放空間位置。

圖8 被動式設計舒適度分析

圖9 被動式建筑陰影示意圖

圖10 被動式建筑日照環(huán)境示意圖

經(jīng)驗總結

通過對綠建文化為主題常州博覽園核心區(qū)（圖11）的規(guī)劃設計經(jīng)驗總結，筆者得出綠色建筑的設計要有整體的設計觀。不是簡單地在后期加上一些綠色建筑設備，便稱之為綠色建筑。同時，整個設計過程應當從布 局、空間、形態(tài)等基本的建筑構成要素出發(fā)，使得建筑本體具備綠色節(jié)能的潛質(zhì)，而不是單純依靠后加入的光電板等設備設施。例如博覽園采用人車分流設計，最大化地增加非機動道路的便捷性，減少行車區(qū)域，從更加宏觀的層面滿足低碳節(jié)能的要求。另外，博覽園強調(diào)水體景觀融入，處理好建筑、環(huán)境及地塊內(nèi)部水系的關系。同時，以微沖擊的理念規(guī)劃建設，創(chuàng)造綠色氣息濃郁、尺度宜人的展示空間氛圍。綠建博覽園按照整體系統(tǒng)的綠色規(guī)劃理念，通過合理地組織綠地、水系、休閑廣場等開放空間，采用節(jié)能環(huán)保技術與節(jié)能建筑材料，是一次對當前綠建措施的集中應用檢驗。該園區(qū)的設計對今后我國的綠色建筑規(guī)劃設計工作具有重要的指導意義。

圖11 鳥瞰圖