0引言 生态建筑是建筑生态学研究的产物，是将建筑作为生态圈内的一个生命体来考虑其与整个生态圈的关系。对于其定义，从狭义上来说，是一种能够与自然和谐、节能高效、可循环再生、健康无害的人居空间环境;从广义上来说，它是以保障生态系统的良性循环为原则、以生态经济为基础、以生态社会为内涵、以生态技术为支撑、以生态环境为目标而建立的一种体系［1］。 建筑生态技术策略是为了实现生态建筑的设计目标而采取的各种技术或非技术手段的统称，它是建筑生态学中的技术应用部分，其内容呈现多样化特征。采用何种建筑生态技术策略要“因地制宜”，即应根据各地区的环境、气候、经济、技术、文化的发展情况选择“适宜技术”。这里所指的“适宜技术”不是一个绝对概念，它可以是传统技术策略，可以是高新技术策略，也可以是介于其间的中低技术策略。对于某一地区，或只选其一、或两者混合使用、或全部采用，只要是适合当地环境的、能最大限度实现生态建筑设计目标的都可称为“适宜技术”。 建筑生态技术策略只是人类社会生态化进程中众多学科生态技术策略的一个分支部分，但它与其它学科有着紧密的联系。建筑生态技术策略不是固定不变的，随着人类认知程度的提高、其它相关学科的进步和生态建筑的发展，建筑生态技术策略也是动态向前发展变化的。因此，建筑生态技术策略的研究工作要以其所处的时代背景为基础，任何脱离实际的研究都将无益于建筑的生态化进程。 诺曼•福斯特是当今世界上最富有成就的著名建筑师之一，他是高技派的代表人物。提起他，人们自然而然地就会将其与林立的钢架及高科技材料构件联系在一起，但同时他也是生态建筑的领军人物，他运用生态学的原理，以高信息、低能耗、可循环和自调节性的绿色生态设计观念去创造一个生态节能的系统，通过“技术性思维”来改变传统的设计观念。诺曼•福斯特有许多为人们熟知的作品，如德国法兰克福商业银行总部、柏林国会大厦、法国加里艺术中心、日本东京千年塔、英国伦敦市政厅、瑞士再保险大楼、中国香港国际机场、中国首都国际机场扩建工程等。他对新技术的谙熟，尤其是对生态技术的大胆使用，为他的建筑创作增添了极大的魅力。本文将以诺曼•福斯特的作品为出发点，阐述生态技术策略在建筑设计中的应用。 1德国法兰克福商业银行总部大楼 德国法兰克福商业银行总部大楼位于法兰克福市中心(见图1)，建于1997年，高298m，是当时欧洲最高的建筑物，也被誉为“世界上第一座高层生态建筑”，是生态建筑与高新技术相结合———“生态高技建筑”的典范［2］。它将绿色生态体系移植到了建筑内部，既可以借助其自然景观软化建筑的硬质，达到与周围环境和谐共生的目的，同时又能协同机械调控系统，使建筑内部具有良好的室内气候条件和较强的气候调节能力，创造出生态宜人的建筑空间环境。 法兰克福商业银行总部大楼的平面成三角形，标准层由3个花瓣形的形体围绕中茎———中庭构成(见图2和图3)。在任何一层平面，3片“花瓣”中的其中2片是办公空间，第3片设计为花园，中庭则为自然通风道。这些花园设计有3层楼高，并环绕中庭盘旋错落上升，即沿建筑的三边交错排列，这一手法使得每一层都能获得很好的视野。花园根据方位种植各种植物和花草:南面的花园是地中海风情、西面的花园是北美洲风情、东面的花园则是亚洲风情，花园的设计将自然景观引入到了建筑内部，并与内部环境相融合，整个建筑由此形成了多个朝向不同的空中花园，营造出了令人愉快和舒适的“绿色”办公环境，避免了大面积连续办公空间给人的重复单调感。同时，空中花园的设计能够让自然光照射到每一翼的办公室内，可以满足德国建筑标准“所有的工作人员距离窗口不能超过7.5m”的要求。此外，办公区各部分既有适宜管理的尺度，又有足够的进深使周围的专用办公室能面对一个随意的内部空间，提供了一种没有严格等级划分，能促进相互交流的办公氛围。 该建筑另具特色的设计是自然通风外墙。在一栋高层建筑里，完全采用开启的窗户进行通风会使机械系统失去平衡，甚至一个微小的开口都能吸入空气，使表面形成一个大漩涡。为了能够达到自然通风效果，诺曼•福斯特设计了一个能随气候变化调节的双层玻璃幕墙，它包括固定的外层(高压吸热的单层玻璃)、中间通气层和内层可开启的双层玻璃窗。外层玻璃是用来遮风挡雨和抵御气候变化的屏障;内层可开启的双层玻璃窗不仅可以从室外获得新鲜空气，起到室内自然通风换气和排烟的作用，而且可以减少空调系统的投资和能耗。两层玻璃幕墙之间形成的通气层能调节夹层内的空气温度，并可有效防止热空气凝聚。在冬天办公室供暖时，使用者能够关闭内层窗来抵御外面的冷空气，同时空气夹层通过气流速度的减小及夹层内空气温度的提高来减弱玻璃表面的热传递，以减少建筑物内部的热损失(见图4);在夏季，当阳光的辐射热使空气夹层内温度上升并产生向上的气流时，可通过外层玻璃幕墙窗台处的进风口让新鲜空气自然进入夹层内，并通过外层玻璃幕墙百页窗外的出风口将热气流自然排出，以此进行循环(见图5)。 据推测，大楼利用建筑巨大中庭的热压作用实现了60%的自然通风，并因此闻名于世。自然通风可以在过渡季节提供新鲜空气并实现降温，也可以在空调供冷季节利用夜间通风降低围护结构和家具的蓄热量，减少第2天空调系统的启动负荷。试验结果表明:充分的夜间通风可使白天的室温降低2～4℃。同时，外层玻璃幕墙中的百叶窗可以控制采光量，使得全年大部分时间都能获得良好的采光，因此大厦也获得了“带有空间花园的能量搅拌器”的美称［3］。 2英国伦敦市政厅 伦敦市政厅是英国首都最重要的新建筑物之一，它的设计力求能够表达国家民主制度实施过程的公开性，同时也显示了作为一座公共建筑，它在整体上的可持续性和保护环境不受污染的潜能。#p#分页标题#e# 伦敦市政厅位于泰晤士河畔的塔桥旁边，建于2002年，占地面积为5.25hm2，建筑面积为17000m2(见图6～9)。其主要功能用房包括会议大厅、市长办公室、议员办公室、公共服务用房等，可容纳440人工作，还有一个可容纳250人的礼堂。市政厅不是一座森严的衙门，而是为公众提供服务的设施，因此整个建筑的外墙采用高透明度的玻璃幕墙。其意图在于强调政府工作的透明度，使伦敦市民可以从外部了解内部的办公情况，体现了公众的参与性。同时，在建筑物顶层有一灵活空间———“伦敦客厅”，可以作为展览馆对公众开放，并可容纳200人同时使用。大楼的垂直交通由电梯和平缓的坡道组成，为人们高效率地利用这座建筑内的各种设施提供了最大限度的便利。人们在螺旋上升的坡道上行进的同时，可以看到政府工作人员工作的情形———作为民主制度的执行者———政府部门的建筑，体现了“民主”的政治理念［4］。 从形状上看，伦敦市政厅采用了比较独特的体形———不规则球体，体现了一种流动感且更接近于自然形态。它明显不同于诺曼•福斯特其它作品的高技风格，但这种独特体形不是随意而来的，而是通过计算和验证来尽量减少建筑暴露在阳光直射下的面积，以期能减少夏季太阳辐射热吸收和冬季内部热损失，从而获得最优化的能源利用效率，体现了诺曼•福斯特的生态理念。设计过程中采用了实验模型，通过对全年阳光照射规律的分析得到了建筑表面的热量分布图。建筑向阳面逐层向外挑出，自然形成一优美弧面，从而使建筑外墙直接暴露于太阳的面积减少到最少，弧线的曲率通过全年的太阳光分析求得，这一研究成为建筑外表面装饰工程设计的重要依据(见图10)。建筑外表面积的减少可以促进能源效率的最大化，经过计算得知这一类似于球体的形状比起同体积的长方体来说，表面积减少了25%。 伦敦市政厅采用自然通风，所有办公室的窗户都可以打开。供暖系统由计算机进行系统控制，这一系统通过传感器收集室内各关键点的温度数据，然后协调供暖;同时建筑内部产生的热量也可以有效的回收，并加以循环利用。通过这些措施可以最大限度地减少不必要的能耗。 此外，该建筑还采用了一系列主动和被动的遮阳装置。建筑朝南倾斜，各层逐层外挑，外挑的距离经过计算，刚好能自然遮挡夏季最强烈的直射阳光，在保证内部空间自然通风和换气的同时，巧妙地使楼板成为了重要的遮阳装置之一。 该建筑的冷却系统充分利用了温度较低的地下水，以降低能耗。大楼内设有机房，从地层深处抽取地下水，向上通过管道输送到冷却系统中，循环冷却建筑内部后，一部分送到卫生间、厨房、花园等处冲洗或灌溉使用，其余则再次进入地下被自然冷却。这样可以避免在夏季消耗大量的电能。 通过上述各类节能技术的综合使用，可以保证该建筑在夏季并不需要常规的冷却系统，同时在比较寒冷的季节也不需要额外的供暖系统。实验证明了这些措施的有效性:大楼的供暖和冷却系统的能源消耗仅相当于配备有典型中央空调系统的相同规模办公大楼的1/4，这一水平达到了英国节能建筑评估的黄金级标准，是真正意义上的“绿色环保建筑”。 3瑞士再保险大楼 瑞士再保险大楼是伦敦第1座高层生态建筑，位于英国伦敦“金融城”。它外形奇特，酷似“腌黄瓜”、“子弹头”，成为了伦敦街头一道独特的风景线，同时也是一座精心设计的环保智能型建筑(见图11)。诺曼•福斯特借助对空气动力学的研究，在大楼设计时采用螺旋状的外观设计，以尽可能地利用自然采光和自然通风，将建筑运行能耗降至最低。2004年，瑞士再保险大楼以“最新颖设计的建筑”获得了“英国皇家建筑协会史特灵奖”。 瑞士再保险大楼的外形打破了传统办公建筑设计千篇一律的方盒子结构，采用了圆曲面的外形，整个外立面完全是平滑的曲面，这样可以将大楼轮廓线最大程度地融入到周围环境之中，并且能使底层广场获得充分的日照，以减少冬天的热量损失。同时大楼的平滑曲面设计也符合空气动力学原理，相对于传统的方盒子建筑来说，它平滑的曲面可以顺畅地引导气流从其周边流过(见图12)，而不会产生明显的诸如“风影区”、“强风区”、“狭管效应”等不利影响，降低因为建筑导致的微气候变化对底层及周围步行者带来的影响。 在该大楼的表面分布着6条上升的螺旋线，它们所对应的是大楼内部6条引导气流的通风内庭(见图13)。螺旋状分布的内庭扮演着采光井和通风井的双重角色，可有效降低建筑内部对空调系统的依赖程度。中庭和平滑状外观形态的设计能使建筑最大程度地获得自然光线，降低了大楼内部的采光能耗，同时也使楼内工作人员获得了足够的视野空间。无论是在外表，还是在建筑内部的布局中，自然通风和自然采光手段可使该建筑每年节省约40%的能耗。 整个大楼的支撑系统是位于大楼中央的一根圆柱———核心筒部分，办公空间分布在圆柱的周围，这使得每间办公室都能够三面采光，使建筑与自然界有了更大的接触面，充足的阳光采集大幅降低了对人工照明的需求，也就大大节约了照明能耗，同时在中庭内安装有运动感应器，使得建筑更加智能化，可以避免一切不必要的照明，进一步减少了大楼的能源消耗。 虽然大楼护结构采用的是全玻璃幕墙，一共由5500块平板三角形和钻石形玻璃组成，但在玻璃幕墙的处理上却根据内部功能空间的不同而有所区分。幕墙体系按照不同功能区对照明、通风的需要为建筑提供了一套可呼吸的护结构，同时在外观进行了区分，使建筑自身的逻辑贯穿于建筑内外和设计的始终。整个玻璃幕墙可分为2个部分:办公区域幕墙和内庭区域幕墙。办公区域幕墙由双层玻璃的外层幕墙和单层玻璃的内层幕墙构成。同时配备有由计算机控制的百叶窗及天气传感系统，实现了对气温、风速和光照强度的时时监测，在必要的时候自动开启窗户引入新鲜空气，这种自然通风可以在很大程度上降低室内空调能耗。螺旋状上升的内庭区域幕墙则由可开启的双层玻璃板块组成，采用灰色着色玻璃和高性能镀层来有效地减少阳光照射。幕墙外设有开启扇，周边气流被开启扇所捕获之后，在空气动力学曲线所带来的上下楼层间风压差的驱动下，沿螺旋排布的内庭盘旋而上。种种适宜的节能措施，使得这座大楼的能耗只有同等规模普通办公楼的50%。根据LEED绿色建筑评级标准，从场址规划的可持续性、节水节电、能效和可再生能源、节约材料和资源、室内环境质量等5个方面评测，瑞士再保险大楼的达到了绿色建筑“黄金级”水平。#p#分页标题#e# 4北京首都国际机场T3航站楼 北京首都国际机场T3航站楼位于北京首都国际机场东边，是目前世界上最大的单体航站楼，由主楼、国际候机廊和国内候机廊组成，总建筑面积为98.6万m2。作为一个超级枢纽机场航站楼，其日常运作将消耗巨大的能源，因此在节能方面有着巨大的开发潜力，由此可以获得巨大的经济效益和环境效益。 1)玻璃幕墙和屋盖遮阳技术 T3航站楼外玻璃幕墙的设计十分具有流线感，它不但给人以流动的美感以及建筑形体美感，也体现了生态节能的理念(见图14)。外玻璃幕墙在设计中根据以往类似工程的经验，创造性采用了“悬挂幕墙体系”［5］———该体系取消了玻璃单元的竖向支撑，而将其缩小为隐藏在玻璃板缝内的钢索，悬挂并隐藏在钢屋架内的钢梁上，而后将具有水平承重和遮阳双重效果的水平构件固定在悬挂钢索之上，最后是将玻璃镶嵌在水平结构遮阳板上(见图15)。这种全新概念的外玻璃幕墙体系弱化了竖向构件的影响，让屋顶变得通透，使旅客能看到外面的环境，从而达到给旅客减压的目的。水平的遮阳板既是结构构件，可以受力，也是遮阳设施，起到了遮阳装饰的效果。这种将水平结构件与外遮阳功能结合在一起的创意使得整个建筑更加通透，更富艺术表现力，同时也可以有效减少室外阳光辐射对室内能耗的影响。 2)利用自然采光降低照明能耗 在T3航站楼构型设计中尽量减少建筑的进深，保持建筑的外表皮通透(见图16)，这样使得大部分室内空间在正常情况下能通过室外采光保持室内正常照度。为了尽量保持室内空间的通透，设计中取消了任何到顶的隔墙和机电设施。整体屋面采用统一模式，从视觉上和几何结构上将航站楼的所有设计统一起来，使整个屋面系统附和着一种流动的动态，充满活力。航站楼屋面为一连续的双曲面，其高度和结构厚度需满足建筑内部空间高度、形式和结构设计的要求。T3航站楼的三棱锥体天窗宽度约为9m，由1个斜坡屋顶构件和2个镶玻璃的侧立面构成。这些天窗不论位置在哪里，它们的朝向都是一致的:2个装有玻璃的立面之间形成的夹角对准东南方。这些天窗可以直接将自然光引入航站楼内部的公共区域，构成了最富有个性的建筑元素(见图17)。这种天窗的设置并不是随意的，而是根据太阳角度的变化进行计算得出的，以最大程度地控制能量消耗。早晨，阳光可以直射到办票大厅;中午，阳光可以通过遮蔽装置被反射和扩散到大厅;在炎热的午后，大量的阳光可以被全部隔断。T3航站楼利用自然光的另一个例子是开放的旅客捷运隧道空间。为了避开地面上起降的飞机，旅客捷运列车必须在地面以下运行，通常的做法是如同城市地铁一样，将列车轨道布置在一个封闭的地下空间内，而T3航站楼将列车轨道布置在了一个开放的沟壑中。这样不但使得旅客不会产生压抑的感觉，更重要的是降低了该系统日常运行的成本。 3)智能建筑环境控制系统———i-bus系统 T3航站楼在建设时采用了目前全球最先进的i-bus智能建筑控制系统，通过i-bus系统可以实现以下智能控制功能:幕墙设备控制、灯光控制、智能面板手动控制方式、定时控制方式、气象中心(传感器)的自动控制功能、光线传感器控制方式、i-bus太阳经纬度自动跟踪控制方式、计算机图形软件集中控制功能、消防联动控制以及与BA系统联动的控制功能。i-bus系统能根据人员的活动状况、工作规律、自然光状况调节室内照明环境、温度环境、遮阳环境。使用i-bus系统每年可少开新风系统近5个月，既实现了办公环境的舒适性，又最大限度地节约了能源。 4)利用适宜技术和本地材料 为控制整个航站楼的建设成本，诺曼•福斯特在设计中始终坚持他惯用的适宜技术和手段来表现建筑。通过合理的网格、标准模数设计和建筑构件的工厂化预制，创造最低的现场施工难度。为了体现生态理念，在设计深化过程中尽量在本土市场寻找低成本建筑材料和成套设备，以降低工程造价并减少对环境的影响。 5结语 人类从最初的原始空居、树居到后来的乡土建筑，其建造都蕴含着朴素的生态观念，能与特定的自然环境有效地结合起来。然而，随着科学技术的发展，现代建筑却产生了重技术、轻自然的倾向［6］，出现大量的“反生态”、对抗自然的建筑，这也是地球环境恶化的重要因素。诺曼•福斯特通过他的作品告诉我们:“高科技”与“原生态”并不矛盾，两者可以有机的结合在一起，利用建筑生态节能策略，使建筑既包含了乡土建筑与自然和谐共存的特征，又具备现代建筑可采用的现代科学技术手段。诺曼•福斯特对现代建筑生态环境的把握和处理展现了其独特的具有启迪性的创造性思维。我国目前正处在城市化快速推进阶段，人们因为过度的追求“高档”使得建筑能耗占我国能源总消耗的1/3，未来要实现可持续发展，走生态节能的低碳之路刻不容缓。
