生态建筑的分类

4.2　生态建筑的分类

生态建筑不是以简单的满足某种要求作为最终的目的，远不是一个人或某个专业所能完成的，它是需要多学科共同参与的综合性系统工程。基于生态整体论思维的启示，人们在建筑创作中开始关注如何降低能源消耗、利用可再生资源、减少污染和废物、提高环境质量、提高综合效益的问题，开始强调建筑与社会行为、文化要素之间的动态协调，形成了生态建筑的多种设计思路和研究方向。

4.2.1　生态建筑的分类

1.以建筑所处地域分类

1)乡土类型

主要采用较低技术含量的适宜技术，侧重对传统地方技术的改进来达到保护生态环境的目标。

2)城市类型

关注技术含量的高技术，侧重技术的精确性和高效性，以提高资源利用率，减少非再生能源的消耗，保护生态环境。

2.以生态技术分类

1)低技术生态建筑

通过精确的技术分析，不用或少用现代技术手段来达到建筑生态化的目的。在传统技术基础上，按照资源和环境两个要求，改造重组所运用的技术。它偏重于从乡土建筑、传统建筑角度去挖掘乡土、传统建筑在节能、通风、利用生土材料等方面的手法，对地域建筑文化的发展有较大的贡献。

陕西传统的窑洞民居冬暖夏凉，节省土地，是对黄土高原地形地貌的巧妙利用;中亚地区民居的“水院”、通风塔等是对抗炎热气候的有效手段，至今仍然对生态建筑设计有很大的借鉴意义。

澳大利亚乌格鲁－卡塔丘塔国家公园文化中心(如图4.5(a)、(b)所示)，工程采用传统的低技术方式建造，建筑师花一个月时间与当地居民合作，对设计理念进行探讨，建筑主要采用当地古老的橡树作为建筑材料，尽量减少对基地环境的破坏，使得乡土文化得以真正的延续。

图4.5(a)　奥大利亚乌格鲁－卡塔丘塔国家公园文化中心外景(Gregoy Burgess A rchitect 1995年)

图4.5(b)　澳大利亚乌格鲁－卡塔丘塔国家公园文化中心室内空间

2)适宜技术生态建筑

适宜技术生态建筑侧重在现代建筑手段的基础上，关注利用现实可行的生态技术，通过精心设计的建筑细部，提高对建筑和资源的利用效率，减少不可再生资源的耗费，保护生态环境;通过最新的建筑技术使建筑更轻、更灵活，从而节省建筑材料和运输费用，常用一些可回收利用的原材料。如荷兰的NMB大楼、清华大学建筑设计研究院楼等。

日本建筑师坂茂设计的一系列“纸建筑”，运用纸筒作为承重和围护结构。通过技术手段减轻建筑重量，如图4.6所示是日本建筑师板茂设计的德国汉诺威(Hanover)世博会上的日本馆，这一建筑物占地3 600米²，长89米，宽42米，结构最大跨度35米，最大直径12.5厘米的弯曲横梁也是由纸压制而成的。

图4.6　德国汉诺威世博会日本馆内景(坂茂2000年)

3)高技术生态建筑

高技术生态建筑是运用当代最新的“高技术”来提高建筑的能源使用效率，营造舒适宜人的建筑环境，以便更有效地保护生态环境。利用自然条件的技术手段不同于低技术和适宜技术建筑，高技术同样需要使用一些传统技术手段来利用自然条件，所不同的是这种利用是建立在科学分析的基础之上，并以先进的技术手段来实现的。

4.2.2　低技术生态建筑概述

“低技术生态建筑”需要建筑师针对自己国家的特点，了解地域环境特点，学习并继承传统建筑中蕴涵的生态智慧，不依赖耗能设备，而在建筑形式、空间、布局和构造上采取措施，提炼传统技术中至今仍然适用的元素，并融入现代设计手法，以改善建筑小环境，在形式上强调乡土、地方特征。

其特点:①挖掘传统的地方材料，加以改造;②就地取材;③形式上强调传统风格。

由于地区的气候因素对地域建筑创作的意义重大，因而许多建筑师在探索地域建筑方面都以此为研究重点，例如以湿热气候地域建筑研究为主的印度建筑师查尔斯·柯里亚，以干热气候地域研究为主的埃及建筑师哈桑·法塞，以高寒气候地域研究为主的建筑师拉尔夫厄尔·金斯等。特定地区的气候因素为建筑设计提出了创造性的思路，同时也赋予了建筑强烈的地域色彩。

4.2.2.1　低技术生态建筑——形式追随气候

印度地处亚热带和热带，是一个人口众多的发展中国家，由于钢材昂贵，木材又缺乏，印度建筑大多使用混凝土和当地的石头、砖，这些局限性没有束缚建筑师们的手脚，他们极大地发挥了创造性，印度当代建筑师柯里亚便是其中之一。

查尔斯·柯里亚重视印度的国情，注重对当地气候的研究，认为气候在根本上影响着建筑物和城市。首先是直接影响，建筑物外表面是由阳光照射的角度、设施、能量节约等决定的;其次是间接影响，通过文化影响。可见，柯里亚对气候之于建筑的影响的研究，不仅在物理方面，而且深入到文化、习俗等方面。

柯里亚注重对当地气候的研究，提出“形式追随气候”的设计理论。他从对传统建筑和印度气候的分析入手，提出了“开敞空间”(Opento-sky Space)和“管式住宅”(Tube House)等一系列适应于气候的设计策略。

1)开敞空间

“开敞空间”对于干热和湿热两种气候都极为重要，体现出柯里亚执著于有阴影的户外或半户外空间更适合干热地区公共活动的信念。“开敞空间”有两层含义，一是实体的露天或半露天空间，二是印度特有的利用室外空间的生活方式。然而这种露天空间不仅具有实用的特点，而且具有抽象的意义。1963年他为艾哈迈达巴德市设计的甘地纪念馆(如图4.7(a)、(b)所示)，实质是由一组严谨有序的空间场组成，无疑是德里和拉赫那些伊斯兰清真寺中，大面积水体化开敞空间的历史传承，圣雄甘地纪念馆是柯里亚建筑生涯中第一个代表作品，标志着其设计手法的逐渐形成:单元方形网的可增长性、灵活的平面布置;空间的渗透与穿插;露天水池的引入及其对气候的调节;等等。

图4.7(a)　甘地纪念馆总平面(柯里亚1963)

图4.7(b)　甘地纪念馆庭院景观

柯里亚的“开敞空间”在他的其他作品中，如巴洛特·巴汶艺术中心和博帕尔邦议会大厦的设计中都得到了体现。

2)“管式住宅”

另外一个重要的范式，就是他称之为“管式住宅”。这种独特的建筑形式，特别适合于炎热干燥气候条件，被认为是一种节省能源的手段。

第一座“管式住宅”成形于1961年。这是一个早期的被动式节能建筑实例(如图4.8(a)、(b)、(c)所示)，在一处狭窄的住宅内，18.2米长，3.6米宽，采用斜坡屋面，内部剖面构成奇妙的通风口，设计重点放在内部院子里，将住宅封闭以挡住炽热的阳光，同时又把住宅做成横向的通风口，极易形成空气对流。空气穿过管式住宅被发散加热，然后沿着两个搭在一起的坡屋面之间的断开的屋脊上散发出去。住宅中除浴室外，室内所有位置未设窗户，仅利用高差变化营造住宅的空间划分，既降低造价，又使其突出的通风特点得以畅然无阻。

图4.8(a)　管式住宅平面(柯里亚1961—1962年)

图4.8(b)　管式住宅剖面示意

图4.8(c)　管式住宅通风示意

“管式住宅”实际上就是把烟囱拔风原理应用于剖面设计中，既有效地解决了室内通风的问题，也产生了直接反映气候特征的建筑形象。

在帕雷克住宅中(如图4.9(a)、(b)、(c)所示)，柯里亚将“管式住宅”的剖面进一步发展，其中有两个不同的“管式”剖面，是为夏日和冬天的不同气候而设，并被结合在同一个连续空间之内。金字塔形的夏季剖面使内部空间与外界隔离开来，这样能够减少夏日热量的侵入，主要适用于炎热夏季的午后使用;相反，倒转金字塔形式的冬季剖面，使室内向天空开敞，这是为了适应寒冷季节或夏季的夜晚使用。

图4.9(a)　帕雷克住宅平面(柯里亚1967—1968)

图4.9(b)　帕雷克住宅夏季剖面

图4.9(c)　帕雷克住宅冬季剖面

3)“中间区域”

在居住区域和室外之间创造一个具有保护作用的区域，主要由两层花园平台组成，遮挡下午的阳光，阻挡季风的影响，特别适合于湿热气候地区。

干城章嘉公寓大楼就是运用“中间区域”的典型实例。这是柯里亚在1983年唯一建成的高层住宅(如图4.10(a)、(b)所示)，这座建筑在孟买的城市景观中独具特色。

图4.10(a)　干城章嘉公寓大楼外景(柯里亚1983)

这座建筑的平面为方形，21米×21米，共28层，85米高，基本的组合方式是将一个3卧单元和一个4卧单元叠置，再通过额外增加半层卧室面积来形成更大的户型。由于当地的主导风向来自西边的阿拉伯海，因而各单元必须朝西。

为了解决朝向上的不利因素，在居住单元与外界之间，建了一个双倍于居住层高的露台花园，布置在东边或西边，成为居住单元的主要的“生活空间”。这种东西贯通的单元不仅保证每户都有穿堂风，而且便于观赏城市的两个主要风景面。两层高的花园平台成了室内外的过渡，来表达建筑的韵律。外墙面采用面砖，在转角处开洞，人们从城市街道上就可以清晰地看到每单元的花园平台。

图4.10(b)　干城章嘉公寓大楼阳台细部

4.2.2.2　低技术生态建筑——建筑的气候调节

埃及建筑师哈桑·法赛(Hassan Fathy)是一位被盛赞的“第三世界的新星”。由于他的人文主义思想和对穷人住宅问题的贡献，1983年他被国际建筑师协会(U.I.A)授予金质奖章。

法赛认为只有植根于当地地理、文化环境中的本土建筑才是一个社会建筑的真实表达。他一直努力把民族传统与现代技术相结合，发展本土的建筑语汇，探索本民族特有的经验和技术，并从中解析出如正方形穹顶单元、矩形拱顶单元、穹顶小凉亭、风廊及内向庭院等一些元素。这些建立在埃及乡村传统的土坯建筑和古老的穹顶建造技术基础之上的语汇，给人以“家”一般的亲切感。

法赛努力探求低造价乡土建筑在广大农村中的可行性，以1946年新高纳村高化合住宅设计为例，在规划中，法赛不仅为居民提供了需要的设施，更重要的是他使建筑和开放空间分出明显的层次。村内的部分道路被拓宽为有多重社会功能的小广场;住宅的不规则分布形成了住宅平面的多样性和曲折的街道网络，这充分考虑了当地干旱多风的气候因素。归功于他发掘了伊斯兰传统建筑的气候调节潜力，重新评价了土坯砖、拱顶、内庭院和木板帘等传统建筑设计手法的作用。

1)土坯砖

他最大的探索之一就是用灰泥代替水泥的土坯建筑。法赛从建筑材料研究的角度出发，选择了唯一现实可行的廉价材料——泥土，用土坯建筑技术解决了付不起房租的穷人的住房问题。他将乡村的土坯建造技术与伊斯兰建筑的典型特征融为一体，并用叠涩方法取代模板的民间穹隆建造技术，赋予这种廉价而传统的建筑材料以新的生命。

2)屋顶敞廊、拱顶和穹顶

为了控制屋顶散热对室内的影响，在对传统建筑的研究中，法赛发展了屋顶敞廊、拱顶和穹顶的做法。将屋顶设计成凉廊或开敞的廊子，白天遮挡阳光，夜晚为人们提供舒适的睡觉场所。拱顶和穹顶的作用(如图4.11所示):室内高度有所增加，保证空气的上升和聚集在远离人体的位置;屋顶的表面积有所增加，太阳辐射作用在扩大的面积上，屋顶吸收的平均热量下降，对室内的辐射强度有所减少;一部分屋顶在一天多数时间里处于阴影区，可以吸收室内和相对较热的屋顶部分的热量。法赛在著名的新高纳村(Gourna Village)等项目中使用了这一手法。

图4.11　拱形屋顶

3)内庭院

采用内庭院(如图4.12所示)是法赛用于降温的一个重要措施，其主要作用如下。

图4.12　内庭院

(1)清晨，由于四周墙壁遮挡日照，庭院中的空气和周围的房间升温较缓慢，庭院上空的热空气不能进入庭院。

(2)夜晚，内庭院的空气由于白天直接受到太阳辐射加热，间接受到建筑的加热而上升，被上空的冷空气所替代，冷空气积聚在庭院中，形成空气的对流，并逐渐渗透到周围的房间中，发挥冷却作用。

4)木板帘(如图4.13所示)

法赛对干热地区的研究重点主要是防止过度的太阳辐射。对于建筑群体的遮阳来说，可以通过在街道上加建屋顶获得;对于单体建筑而言，附加的阳台、有顶凉廊或开敞的走廊、游廊都可以起到遮阳的作用;建筑细部则可以采用百叶窗、遮阳构架和传统的木板帘。法赛深入比较分析了三者的特点(见表4.2)，由此肯定了传统的木板帘的价值。

图4.13　木板帘细部大样

表4.2　百叶窗、遮阳构架和木板帘的比较

(资料来源:NaturalEnergy and Vernacular A rchitecture)

随着以查尔斯·柯里亚、哈桑·法赛为代表的建筑师，在低造价住宅领域取得的成就获得认可，“低技术生态建筑”以其适应当地气候、注重传统文化、使用当地材料、保持发展中国家的地方特色提供了新的设计思路。

4.2.3　适宜性技术生态建筑概述

“适宜技术”(Appropriate Technology)不是一个绝对的概念，它不是介于低技术和高技术之间的一种技术，而是适于环境的技术群，它可能是低技术，也可能是高技术，或者是介于其间的技术;对于某些地区，它还可能是两者甚至是全部，只要是适于环境的，就可以称作为适宜技术。

由于受到经济因素的影响，第三世界国家建筑师在探索生态建筑时，他们既不像西方建筑师那样运用高科技手段进行设计，也不像乡土生态建筑师那样排斥高科技，他们重视地域环境的影响，从传统建筑中吸取精华，适当地引入较新技术的设计手法。这类生态建筑以马来西亚建筑师杨经文为代表。

杨经文在高层建筑设计中结合热带气候，尝试节能并建构微气候，他称之为生态气候学，1996年他的著作《The Skyscraper Bioclimatically Considered Design Primer》标志着他的生物气候学建筑设计理论的全面成熟。生物气候学在热带传统低层建筑中可以找到许多历史的印证，如骑楼和平台等，杨经文将这些营造概念运用在热带高层建筑中，“让高空中的使用者维持地平面上的生活方式”，在设计中形成自己的造型语言。

他在一系列建筑设计中，将现代技术原理、亚热带高层建筑设计与气候特点巧妙地结合起来，形成独特的设计理念和手法:“两层皮”外墙的设计;利用中庭和“两层皮”创造自然通风;高层建筑引入开敞的绿化空间等。这些设计思想充分体现了杨经文的设计原则——以人为核心，在能源日趋紧张下采用通风、采光、遮荫、太阳能利用方法，最大限度地提高能源和材料的使用效率，减少建设和使用过程中对环境的污染，创造建筑物内外部的双重气候，并建造适应外部环境的低能耗建筑。

(1)“双层皮”的外墙，结合外墙遮阳设计，形成复合空间和空气间层，产生隔热作用和烟囱效应的自然通风系统，创造自然通风条件加强室内空气流动，降低由于日晒引起的室内温度的升高。

(2)在高层建筑的表面和中间的开敞空间中进行绿化，把植物或其他有生命元素引入高层建筑内，这样不仅能减少高层建筑的“热岛”效应，而且大量的植物能产生氧气和吸收二氧化碳及一氧化碳。如包斯泰德大厦，在阳台栏板上设计了植物种植槽。

(3)沿高层建筑外表面设置不同深度的凹入过渡空间(缓冲区)来塑造阴影空间，并使遮阳与绿化相结合。在建筑立面上插入一些过渡空间，创造一种凹退的台阶状的“空中庭园”，它既可以是遮荫的凹空间、凹阳台，又可以是绿化交流的大平台。不仅塑造了阴影空间，在阴影区也具备了开窗的可能，阳光可以直接进入办公室，凹阳台和大平台使人们可以从封闭的室内空间步入到这些露天的开敞空间，直接感受室外环境，接触大自然。

(4)屋顶上、塔身设置固定遮阳格片。设计中根据太阳运行的轨迹，将格片做成不同的角度，以控制不同季节和时间的阳光进入量。在屋面上有了这样一个遮阳格片后，使得屋面空间成为很好的活动空间，可以设置游泳池和绿化休息平台，由于屋面减少暴晒，有利于节能。

(5)平面处理上把楼梯、电梯交通核心以及卫生间等服务空间设置在建筑物的一侧或两侧，其作用一是用电梯井道实墙遮挡西晒，使外部和内部空间形成一个明显的缓冲区，二是有利于交通核心的自然采光和通风，减少太阳对中庭空间的热辐射，并可以减少人工照明以及防火所需要的机械加压设备。

(6)外墙作为一种“环境过滤器”来处理，有可调节的开口，获得自然通风。

最能体现杨经文生物气候学方法的最典型的例子是马来西亚雪兰莪州的梅纳拉(Menara)大厦(图4.14(a)、(b)所示)。建筑物在内部和外部采用双气候的处理手法，是一座适应热带气候的低能耗建筑。植物的栽培从楼的一侧护坡开始，然后螺旋式上升，种植在楼上向内凹的平台上，创造了一个既遮阳又绿化的环境。东西向的窗户都用铝合金百叶遮阳，垂直地靠东侧布置，南北向窗则采用镀膜玻璃，以获取良好的自然通风和柔和的光线。

图4.14(a)　梅纳拉大厦仰视(杨经文1992)

在当今建筑界，以地方技术解决气候问题成为一种节能节地的重要途径，在建筑形式、空间、布局、构造上采取措施，以改善建筑环境，实现微气候构成。这对于发展中国家寻求可持续性发展更具有现实性。以生物气候学作设计方法为代表的适宜性技术生态建筑，相比单纯意义上的建筑技术革新，更带有文化更新的生态思想，它更复杂和有意义。

4.2.4　高技术生态建筑概述

“高技术”是指那些相对于常规技术又尚未普及的、代表时代尖端的技术手段。“高技派”出现在现代主义建筑中期，早期的高技派作品，如R.罗杰斯的伦敦洛依德大厦、R.罗杰斯和R.皮阿诺的巴黎蓬皮杜文化中心，与其说是由于技术理性而与现代主义建筑相关联，不如说是其非理性的表现技术手段从根本上颠覆了现代主义的话语体系。在建筑形式上它主要是突出当代技术的特点，把技术作为一种符号，体现其建筑的新思维。

图4.14(b)　梅纳拉大厦遮阳装置

自20世纪70年代发生能源危机以来，以节约能源、资源、减少污染为核心内容的生态建筑设计理念逐渐成为建筑师追寻的方向，同时由于地区建筑文化对全球化的自觉抵抗以及由后现代主义复兴的历史意识的深入，在人们以往的印象里，曾以展示现代工艺技术为主要特征的“高技派”是高能耗、高造价的，是不注重生态环境的，但20世纪90年代中期以来的高技建筑，完成了从“H igh-Tech”到“Eco-Tech”的转变，他们将生态目标体系和高技术策略有机结合，为创造和谐的人工、自然环境创造了条件。

在运用新技术、新材料的前提下，更加注重建筑与周围环境相协调和对自然的尊重，探索通过技术实现建筑的可持续发展，实现建筑的文化内涵。在罗杰斯的作品中，如法国波尔多法院、泰晤士河河谷大学等项目，“灵活、持久、节能”成为设计的基本理念;R.皮阿诺的作品如日本关西机场、新卡利多尼亚特吉巴奥文化中心等，在保持高技风格的同时，对地域文化、生态环境表达了更多的关注;福斯特的法兰克福商业银行更被认为是高层建筑生态设计的典范。新一代“高技派”正在转向真正的功能主义，他们关注的焦点也随之转变为建筑的灵活性、城市文脉和生态环境。

高技术生态建筑的技术运用可归纳为5个方面:①建筑与自然环境共生;②应用减小环境负荷的建筑节能技术;③保持建筑废弃物的可循环再生;④创造舒适健康的建筑室内环境;⑤结合社会生态的历史文脉设计，建筑融入历史与地域的人文环境中。

高技术生态建筑与传统文化结合具有极其鲜明的特点，他们对高技术的运用在综合解决功能和工程技术问题的同时表达了艺术形象，使其更具有生命力。

图4.15　美国休斯敦曼尼尔博物馆(皮阿诺)

R.皮阿诺在美国休斯敦设计的曼尼尔博物馆(MenilMuseum)就是很好的例子(如图4.15所示)。设计师选用灰色调并采取减少尺度的做法，包括立面划分比例和四周增加环廊，与周围历史街区保持环境的和谐。用细致的构造技术设计了一个由300块遮阳板组成的屋面，充分利用自然光为博物馆展品照明，而且建造出一个轻巧、具有高技术特征的采光顶棚。用钢筋混凝土折光叶片+轻钢屋架结构这样一种新的结构体系，综合解决采光、通风、承重和屋面排水，形成了博物馆活泼的立面造型，取得了和环境内传统民居相映成趣的效果。

高技术生态建筑是同周围生态环境协同发展、具有可持续性特点，是对当今生态危机的一种积极、主动并且有效的解决，是高技术建筑未来发展的方向。