導(dǎo)語：建筑空間原型的西北綠色建筑設(shè)計(jì)探索一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：建筑空間原型是一個(gè)地區(qū)建筑文化的重要表現(xiàn)形式，也是承托當(dāng)?shù)鼐用窆餐洃浀闹匾d體。本文通過對(duì)建筑空間原型的解讀，探討了地域建筑空間原型的當(dāng)代轉(zhuǎn)譯原則，并在分析陜西地區(qū)地域建筑的基礎(chǔ)上提煉了拱形空間、雙坡型空間、單坡型空間、矩形空間4種不同的空間原型；通過西安地區(qū)的氣候特點(diǎn)分析，提出了6大類18條主被動(dòng)技術(shù)措施；最后以西建大綠色建筑研究中心設(shè)計(jì)為例，探討了建筑空間原型組合方式、建筑空間原型與技術(shù)措施相結(jié)合的方式，檢驗(yàn)了該設(shè)計(jì)模式的能耗狀態(tài)，以期對(duì)將來的文化融合綠色的地域性建筑設(shè)計(jì)起到一定的啟示作用。

關(guān)鍵詞：西部地區(qū)；建筑空間原型；綠色建筑；拓?fù)?/p>

1背景

2017年，由西安建筑科技大學(xué)牽頭，聯(lián)合國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、重慶大學(xué)、中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院等國(guó)內(nèi)一流高校與設(shè)計(jì)院開展了名為“基于多元文化的西部綠色建筑模式與技術(shù)體系”的十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目。在該項(xiàng)目中，要解決的核心理論問題是如何將西部地區(qū)傳統(tǒng)建筑文化與當(dāng)代綠色建筑設(shè)計(jì)體系相結(jié)合。然而長(zhǎng)期以來，對(duì)于傳統(tǒng)建筑而言，人們更多的是關(guān)注其人文、歷史、藝術(shù)、宗教等領(lǐng)域的文化價(jià)值，卻很少關(guān)心其中的綠色設(shè)計(jì)屬性；而對(duì)于當(dāng)代綠色建筑而言，更多的是關(guān)注其中的性能指標(biāo)和技術(shù)措施。這造成的結(jié)果是，我國(guó)當(dāng)代的綠色建筑設(shè)計(jì)水平、建筑質(zhì)量雖然越來越高但越來越缺乏地域文化特色。在這種背景下，如何將地域性傳統(tǒng)建筑的優(yōu)秀綠色基因以一種文化表象的方式進(jìn)行傳承與融合，是本次設(shè)計(jì)核心的出發(fā)點(diǎn)。針對(duì)上述問題，本次設(shè)計(jì)以西安建筑科技大學(xué)綠色建筑研究中心辦公樓為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)小組研究了地域建筑原型及其轉(zhuǎn)譯方法、地區(qū)氣候特征及被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略、方案設(shè)計(jì)與能耗模擬等方面的內(nèi)容，試圖探討文化與綠色相結(jié)合的西北地區(qū)超低能耗建筑設(shè)計(jì)方法。

2建筑原型及其當(dāng)代轉(zhuǎn)譯原則

每每談及地域性文化的時(shí)候，給人的反應(yīng)往往是一種很寬泛的意向。傳統(tǒng)建筑作為一個(gè)地區(qū)居民生活的載體，承載著當(dāng)?shù)鼐用竦乃枷肜砟?、生活方式、審美情趣、環(huán)境資源、建筑技藝等多方面的內(nèi)容，是一個(gè)地區(qū)文化的重要物化表現(xiàn)形式。地域性建筑的形式進(jìn)過長(zhǎng)期的沉淀，逐漸形成當(dāng)?shù)鼐用竦囊环N集體意識(shí)，這種意識(shí)被稱之為地域性建筑的“原型”?！霸汀币辉~最早出自卡爾·容格（CarlCustavJung，1875—1961）創(chuàng)立的分析心理學(xué)?？栒J(rèn)為，原型是人類祖先的集體經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過不斷重復(fù)以后，在種族的心靈上形成所謂的“積淀”之物——“原始意象”；它們被保存在種族成員的“集體無意識(shí)”里，世世代代沿傳不止。這樣的“原始意象”就是“原型”［1］。在傳統(tǒng)建筑的發(fā)展過程中，由于在特定區(qū)域內(nèi)地域環(huán)境、生活方式、建筑技藝、審美傾向等方面都存在著一定的相似性，因而逐漸形成一個(gè)區(qū)域特定的建筑原型，這些建筑原型具有4個(gè)方面的明顯特征：（1）被集體所認(rèn)可與遵循的原則和規(guī)律；（2）折射地域生活與傳統(tǒng)文化；（3）可以傳承的建造技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與技藝；（4）豐富的形式與靈活的表現(xiàn)方式［2］。路易斯·康（LouisI.Kahn）則認(rèn)為“未來源自融化了的過去”，這是后現(xiàn)代主義關(guān)于原型的一個(gè)基本思想，即思考原型并不是要仿造過去的形式，而是要以拓?fù)渥儞Q存其意象、消其表象［3］?？臻g原型是建筑原型中的4個(gè)組成部分之一（其他3個(gè)分別為場(chǎng)地原型、技術(shù)原型、符號(hào)原型），也是最直觀、最貼近實(shí)際使用功能的建筑原型表象。要恢復(fù)與實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)建筑原型的轉(zhuǎn)譯，對(duì)空間原型的傳承與轉(zhuǎn)譯是最為直接的表現(xiàn)方式。所謂空間原型是指在建筑的平面或剖面中構(gòu)成空間單元的一種基本的幾何學(xué)形態(tài)?；谕?fù)鋵W(xué)原理的對(duì)傳統(tǒng)建筑空間原型的理解，是建筑師最為容易理解的轉(zhuǎn)譯途徑。其通過對(duì)傳統(tǒng)民居建筑空間原型的提煉，進(jìn)行等比例變形、正負(fù)型轉(zhuǎn)變、外部要素的置入與平衡等空間層面上的轉(zhuǎn)譯；通過對(duì)傳統(tǒng)民居建筑空間原型組織方式的提煉，對(duì)其組織方式進(jìn)行空間增補(bǔ)、功能替換、調(diào)整動(dòng)線等方式實(shí)現(xiàn)其功能層面的轉(zhuǎn)譯；通過對(duì)傳統(tǒng)民居建筑單體建筑類型組織方式的提煉，對(duì)其場(chǎng)地環(huán)境的適應(yīng)性、氣候環(huán)境的適應(yīng)性、生活方式的適應(yīng)性進(jìn)行篩選與轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)布局組織層面的轉(zhuǎn)譯。

3陜西地區(qū)傳統(tǒng)建筑空間原型與組合方式

3.1傳統(tǒng)建筑空間原型。（1）拱形空間。拱形空間是陜西地區(qū)常見的建筑空間原型之一，其最為典型的應(yīng)用就是窯洞建筑。窯洞中的拱形空間常作為起居或臥室功能供人使用。（2）雙坡型空間。雙坡型空間是傳統(tǒng)民居中最為常見的建筑空間原型。這種空間原型主要是受到屋架結(jié)構(gòu)形式的影響，是上部三角形屋架空間與下部方形的居住空間的結(jié)合體。（3）單坡型空間。單坡型空間是雙坡屋型空間的一種變體。這種空間原型也是受到屋架結(jié)構(gòu)形式的影響，形成了單側(cè)坡向的建筑空間原型。（4）矩形空間。矩形空間在陜西地區(qū)傳統(tǒng)民居建筑中不單獨(dú)出現(xiàn)，一般是作為雙層樓房的一層使用空間或是和其他建筑空間原型相結(jié)合使用。3.2傳統(tǒng)空間原型的組合方式。在陜西地區(qū)，傳統(tǒng)民居建筑的類型往往是由上述4種空間原型單獨(dú)運(yùn)用或組合應(yīng)用而形成的。（1）窯洞民居窯洞型民居是陜西地區(qū)典型的傳統(tǒng)建筑類型之一。這種民居類型主要分布在陜北及關(guān)中的部分地區(qū)（例如三原縣的地坑窯）。按照《西北民居》一書中關(guān)于窯洞類型的劃分，又可以劃分為靠崖式窯洞、獨(dú)立式窯洞、下沉式窯洞3種不同的類型［4］。而獨(dú)立式窯洞在表現(xiàn)形式上又有平頂、坡頂、拱頂?shù)炔煌谋憩F(xiàn)形式。其實(shí)不論是哪種窯洞形式，其空間的原型都是一個(gè)拱形空間和圍合它的拓?fù)渥兓餐量臻g的組合關(guān)系。各種覆土空間，既可以表現(xiàn)為自由的山體覆土，也可以表現(xiàn)為方形覆土，還可以表現(xiàn)為雙坡型覆土。（2）農(nóng)舍型民居農(nóng)舍型民居建筑是陜西地區(qū)另外一種典型的傳統(tǒng)建筑類型。這種民居類型主要分布于陜南地區(qū)。農(nóng)舍型民居建筑多以土木或磚木結(jié)構(gòu)為主，少部分也采用石木結(jié)構(gòu)。但是不管是那種建筑類型，其建筑空間原型都是雙坡型空間或雙坡型空間和方形空間的組合。（3）合院型民居合院型民居分布在陜西各地［5］。其空間原型表征不是單一原型空間，而是多種原型空間組合而成的結(jié)果。例如，陜北地區(qū)的合型民居建筑就是由雙坡型空間原型、拱形空間原型、矩形空間原型組合而成，關(guān)中地區(qū)的合院建筑主要是由雙坡型空間原型、單坡型空間原型組合而成，陜南地區(qū)的合院民居建筑主要是由雙坡型空間原型和矩形空間重復(fù)應(yīng)用組合而成（表01）。

4西安地區(qū)的氣候特征及適宜性被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略

4.1西安地區(qū)氣候特征。從ClimateConsultant6.0中導(dǎo)入西安地區(qū)主要城市的氣象數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：（1）當(dāng)?shù)氐哪昶骄鶞囟?3.7℃，相對(duì)濕度68%，常年較為寒冷；（2）年平均風(fēng)速在1m/s左右，城市內(nèi)風(fēng)速較為適宜；（3）太陽輻射強(qiáng)度在256kW/m2，太陽輻射較弱。4.2熱舒適設(shè)計(jì)策略與被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略。從ClimateConsultant6.0里的氣象數(shù)據(jù)分析可以得知（表02），在自然條件下，西安地區(qū)想要達(dá)到熱舒適條件，解決冬季的室內(nèi)保溫與加熱是首要問題。其中，制熱與加濕、室內(nèi)得熱、被動(dòng)式太陽蓄熱是保證其冬季室內(nèi)熱舒適的主要手段，而遮陽、制冷、除濕是保證其夏季室內(nèi)熱舒適的主要手段。同樣，通過對(duì)氣象數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，目前在西安地區(qū)常見的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略又可以分為保溫、得熱、隔熱/保溫、防風(fēng)、通風(fēng)、節(jié)能等6大類15條被動(dòng)式技術(shù)措施及3條主動(dòng)式技術(shù)措施（表03）。

5西建大綠色建筑研究中心方案設(shè)計(jì)與能耗分析研究

該項(xiàng)目的建設(shè)地點(diǎn)位于西安建筑科技大學(xué)原熱力中心北側(cè)的空地內(nèi)，建筑規(guī)模約800m2。方案設(shè)計(jì)的目標(biāo)主要有兩個(gè)方面：一是探索在當(dāng)前時(shí)代背景下傳統(tǒng)地域建筑文化和綠色建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合的設(shè)計(jì)表達(dá)方式，二是探討當(dāng)前多種被動(dòng)式技術(shù)與主動(dòng)式技術(shù)共同應(yīng)用條件下建筑的性能表現(xiàn)。5.1文化層面的回應(yīng)。由于場(chǎng)地和規(guī)模的局限性，在方案設(shè)計(jì)的初步階段可以確定，建筑空間原型應(yīng)采用在統(tǒng)一單體建筑內(nèi)的組合而非分散式的院落組合。在具體的建筑原型的選型上，本次設(shè)計(jì)選擇了拱形作為整體建筑空間的主導(dǎo)形態(tài)。在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用拓?fù)鋵W(xué)原理，將傳統(tǒng)地坑窯洞與覆土層的矩形空間嵌套拱形空間的圖底關(guān)系進(jìn)行反轉(zhuǎn)，并將傳統(tǒng)窯洞的空間尺度作等比例放大。最后，將拱形空間作為主體空間，再嵌入和疊加方矩形和單坡型空間原型，矩形空間主要作為一層的辦公空間，而單坡型空間原型主要用作南向的陽光間。同時(shí)，通過在拱形空間中置入不同尺寸矩形空間的方式，將這個(gè)建筑分割成普通層高小空間、普通層高大空間、LOFT空間、通高大空間4種不同尺度的辦公空間類型，為不同類型的被動(dòng)式技術(shù)在不同類型的空間中的技術(shù)測(cè)試做好空間準(zhǔn)備（圖01、圖02）。在建筑立面的層面上，提取了窯洞建筑中常見的對(duì)稱式和非對(duì)稱式的兩種不同的立面形式，分別用于該方案的東西兩側(cè)山墻，以此回應(yīng)傳統(tǒng)建筑的立面意向。5.2技術(shù)層面的回應(yīng)。5.2.1被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略的回應(yīng)（圖03）。（1）拱形屋面空間。在相同建筑空間容積下，拱形空間的體型系數(shù)最?。ㄟ@回應(yīng)了ClimateConsultant6.0中的18#設(shè)計(jì)策略）。本著建筑空間的地域氣候環(huán)境適應(yīng)優(yōu)先與建筑功能高度集約的原則，最終確定拱形空間作為主要空間原型。（2）雙層屋面結(jié)構(gòu)。拱形屋面的主體結(jié)構(gòu)采用雙層屋面結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)為混凝土，外側(cè)為金屬屋面板，兩層屋面之間填充保溫材料，在保溫材料和金屬屋面之間保留5～8cm的空氣間層，金屬屋面板與混凝土屋面交界的部分留有空隙，保證氣流能進(jìn)入空腔內(nèi)將太陽輻射產(chǎn)生的熱量帶走（回應(yīng)了Cli⁃mateConsultant6.0中的4#、13#設(shè)計(jì)策略）。（3）屋面通風(fēng)。在研究中心的頂部屋脊部分設(shè)計(jì)了可開啟的采光帶，陽光通過漫反射方式為室內(nèi)空間提供照明。同時(shí)頂部可開啟的玻璃窗可以將聚集在屋頂部分的熱量帶出（回應(yīng)了ClimateCon⁃sultant6.0中的4#、13#設(shè)計(jì)策略）。（4）附加陽光間。在研究中心的南側(cè)部分設(shè)計(jì)了3個(gè)相互分離的陽光間。陽光間的外側(cè)采用可開啟的玻璃窗，內(nèi)側(cè)采用導(dǎo)熱系數(shù)較小的推拉式玻璃門，頂部和底部的墻面開設(shè)通風(fēng)孔。冬季白天的時(shí)候，內(nèi)側(cè)的玻璃門關(guān)閉，陽光間內(nèi)的熱空氣可以通過通風(fēng)孔與室內(nèi)進(jìn)行熱交換；夜間將通風(fēng)孔關(guān)閉，形成一個(gè)封閉的空腔，減少室內(nèi)熱量的流失。在過渡季節(jié)則是將內(nèi)外兩層的窗戶與門都打開，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外的自然通風(fēng)（回應(yīng)了ClimateConsultant6.0中的16#、19#、20#設(shè)計(jì)策略）。（5）煙囪效應(yīng)。在勘察場(chǎng)地的過程中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)附近有一座原熱力鍋爐房遺留下來的巨大煙囪?？紤]到煙囪的巨大尺度可以形成空氣的溫度差，因此在設(shè)計(jì)時(shí)將研究中心的北側(cè)設(shè)為進(jìn)風(fēng)口，在建筑內(nèi)側(cè)設(shè)置通風(fēng)管道與煙囪底部相連，利用煙囪的拔風(fēng)效應(yīng)，在過渡季節(jié)將冷空氣引入室內(nèi)，并將室內(nèi)多余熱量通過拔風(fēng)作用帶出（特殊場(chǎng)地的新增設(shè)計(jì)策略）。（6）輔助空間圍合核心空間的布局策略。該方案的設(shè)計(jì)采用了輔助使用空間圍繞核心使用空間的布局策略，即在平面布局的時(shí)候，將樓梯間、衛(wèi)生間、餐廳、會(huì)議室等輔助功能空間圍合在作為主要空間的辦公空間周圍。這些輔助空間在實(shí)際使用時(shí)，其冬季采暖標(biāo)準(zhǔn)可以略低于主要使用空間，起到冷熱緩沖的作用（回應(yīng)了ClimateConsultant6.0中的11#、14#、31#設(shè)計(jì)策略）。5.2.2主動(dòng)式設(shè)備策略的回應(yīng)。（1）光伏發(fā)電板。在附加陽光間的斜向屋面上增設(shè)光伏發(fā)電板，它可將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能，供給空氣源熱泵系統(tǒng)，為房間提供制冷或制熱。光伏空氣源熱泵系統(tǒng)的工作模式有3種：當(dāng)光伏發(fā)電量等于空氣源熱泵耗電量時(shí)，光伏電板產(chǎn)生的電量全部供給空氣源熱泵使用；當(dāng)光伏發(fā)電量大于空氣源熱泵耗電量時(shí)，光伏電板產(chǎn)生的電量除了供給空氣源熱泵使用外，剩余的電量輸入市政電網(wǎng)；遇到陰雨天氣，光伏發(fā)電量無法滿足空氣源熱泵耗電量時(shí)，由光伏和電網(wǎng)聯(lián)合為空氣源熱泵提供電量。在制冷期和供暖期系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，這3種工作模式可以最大限度地利用光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力，最大化提高能源利用率（回應(yīng)了Cli⁃mateConsultant6.0中的15#、59#設(shè)計(jì)策略）。（2）機(jī)械通風(fēng)管井。機(jī)械通風(fēng)管井主要是在夏秋過渡季節(jié)熱壓通風(fēng)壓力不足時(shí)通過機(jī)械加壓的方式將室內(nèi)的熱空氣排出，從而降低室內(nèi)溫度。機(jī)械通風(fēng)管井連接4個(gè)主要辦公空間，通過共用一個(gè)管井，壓縮了管道的面積，提升了通風(fēng)效率（回應(yīng)了ClimateConsultant6.0中的22#設(shè)計(jì)策略）。5.3超低能耗研究。（1）主動(dòng)式設(shè)備系統(tǒng)的選用。建筑制冷和采暖能耗占據(jù)建筑總能耗的絕大部分，為了減少制冷及采暖設(shè)備能耗，本次方案設(shè)計(jì)在南向陽光間上方增設(shè)了總裝機(jī)面積約16kW的太陽能光伏系統(tǒng)，與空氣源熱泵組成光伏空氣源熱泵系統(tǒng)。利用太陽能光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，為空氣源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行提供所需的電能，最終實(shí)現(xiàn)建筑制冷及采暖的近零能耗。（2）設(shè)備系統(tǒng)對(duì)于超低能耗的影響。通過EnergyPlus和TRNSYS軟件對(duì)建筑能耗及光伏空氣源熱泵系統(tǒng)的模擬發(fā)現(xiàn)：在夏季正常制冷時(shí)間內(nèi)（10個(gè)小時(shí)），光伏空氣源熱泵系統(tǒng)的能源保證率可達(dá)101%，這表明光伏電板的發(fā)電量除了供給空氣源熱泵系統(tǒng)外尚有剩余，剩余電量可以儲(chǔ)存在蓄電池中或并入市政電網(wǎng)；冬季正常供暖時(shí)間內(nèi)（10個(gè)小時(shí)），光伏空氣源熱泵系統(tǒng)的能源保證率為92%，即光伏發(fā)電量略少于空氣源熱泵耗電量，不足部分可由市政電網(wǎng)補(bǔ)充。由此說明，光伏系統(tǒng)的引入不僅降低了空調(diào)系統(tǒng)對(duì)常規(guī)能源的依賴，還降低了建筑制冷和采暖能耗，實(shí)現(xiàn)了建筑的超低能耗運(yùn)行（圖04）。

6結(jié)語

建筑原型作為地域性建筑文化最直觀的表現(xiàn)方式，是地域文化傳承過程中應(yīng)該著重關(guān)注的方面。建筑空間原型的傳承不是抄舊如舊，而是在原型的基礎(chǔ)上融入更多當(dāng)代行為模式和綠色建筑技術(shù)。在具體的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該遵循以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則：（1）保證地域性建筑空間原型的完整與統(tǒng)一，即在表達(dá)地域性建筑空間原型時(shí)，或是在外部體現(xiàn)空間原型的整體性，或是在建筑內(nèi)部體現(xiàn)建筑空間原型的整體性，不宜將建筑空間原型碎片化設(shè)計(jì)；（2）主體建筑空間原型可以進(jìn)行拓?fù)浠冃?，以適應(yīng)不同的需求；（3）在基于某種主體建筑空間原型的基礎(chǔ)上可以疊加其他類型的建筑空間原型，建筑空間原型之間可以遵循建筑空間的組合原則進(jìn)行設(shè)計(jì)處理；（4）在基于某種主體建筑空間原型的基礎(chǔ)上可以疊加其他傳統(tǒng)建筑技術(shù)原型或是當(dāng)代的綠色建筑設(shè)計(jì)手段，通過將建筑空間原型與技術(shù)原型結(jié)合，可以優(yōu)化傳統(tǒng)建筑空間原型的綠色性能。

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作者:陳敬 王芳 單位:1.西部綠色建筑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.西安建筑科技大學(xué)