高层建筑的生态观

赵梁

摘要：高层建筑是建筑的一种形式，它的出现与发展既有建筑的一般共性，也有自身的特殊个性。高层建筑不是孤立现象，它是城市积聚化发展的必然产物。它从城市中吸取技术与文化的营养，从自然界获得资源和能量。它体现了人类的技术与意志，但它又依赖着环境而存在。

关键词：高层建筑；环境；生态

一、高层建筑的存在环境

环境是指生物存在的周围空间。环境系统由各种生物因素（动物、植物、微生物）、非生物因素（包括光、热、水、大气、风、声、土壤、无机物等）组成。这些因素相互作用、相互制约，构成有机统一的整体。自然环境是忽略人类存在和人类干扰的整个环境。自然环境的显著特征包括：气候、山脉和丘陵、河流与湖泊、岩石和土壤、植物和树木。人工环境反映了人对环境的改造利用，是人类社会在长期发展中，物质文化积累的结果。建筑学上所指的人工环境指是在自然环境中由人类建造的建筑物和其他建构体。人工环境的显著特征包括：建筑物、给排水系统、交通系统、电力系统、通讯系统等。人工环境从广义上讲不仅指物质环境，还包括社会环境，是物质财富与文化财富的总合。（图2-1-1）

图2-1-1高层建筑与环境关系示意图

注：高层建筑在平面上直接接触的是人工环境；而在垂直面与大气环境直接接触。

环境不仅给人们提供生存的物质基础，更是提供了精神营养。人工环境的建造反映了人类对客观世界的认识。反过来，它也影响着人们的行为与情感。良好的环境可以合理地组织人的生活、创造宜人的精神氛围。不良的环境危害人身体健康，让人感到压抑、紧张，使得各种行为效率低下、浪费资源。人工环境的建设直接影响到社会环境的效果，决定了人的生存条件的高低。高层建筑存在的直接环境，即是典型的人工环境----城市。人工环境是人类生存不可缺少的物质平台。仅有自然环境不能提供我们舒适的生活条件。城市人的活动几乎可以不需要同自然的生态系统直接接触，而是通过各种人工系统形成人与自然界的物质与能量的交换。生态学家认为，城市是多种物质和能量的交换集聚地，是以人类活动为中心的空间集中的生态系统。建筑学家将城市看作为多种建筑形态的空间组合，是为居民提供良好的生活和工作的体形环境。无论从何角度来认识城市，都可以将其分解为三个要素：人、物（生物与非生物）、空间（理化环境）。以人为主体是城市的根本性质。

二、高层建筑的特征

高层建筑只是一个相对概念，并非严格按照“设计规范”或“消防规范”的定义，在数值或层数上有明确的要求，对其进行甄别的重要准则在于：是否由于“高度”因素而明显地影响其规划、设计、建造和使用。功能设计主要是确定标准层平面的布局，也就是安排好服务空间与使用空间的关系。楼、电梯，设备间，管道井，卫生间，开水间等都属于服务空间。服务空间越小，可使用空间就越多，才能达到建造高层的目的。但是建筑高度越高，所需的结构断面就越大，服务空间也越大，有效使用空间所占比例反而越小，建筑的高度与可使用面积的效率比，存在着制约关系。因而标准层设计的合理性是高层设计的一个关键因素。典型的标准层平面是服务空间居中，使用空间沿四周布置的格局，这样各向都有均匀的采光面和最简洁的交通距离。完成的平面再进行叠加，对底层交通空间进行单独处理，停车与设备往往安排在地下室。绝大多数的高层建筑都是这种形式。高层建筑是以“高度”区别“普通”建筑的，因此它既具有与其他一般建筑普遍的生态性质――与绝大多数建筑的构成元素一样，高层建筑都由墙体、幕墙、窗户、楼板、屋面等基本建筑构件所组成；又区别与其他建筑的特征――垂直竖向发展、建筑技术的综合化并具有较大的规模。相对来说，高层建筑是比较单纯的建筑形式，一般没有复杂的平面空间组合，平面交通也较简单。这是由于高层建筑的本身特点所决定的。

三、当代高层建筑的生态问题

生态观念实际上是一个老的话题，利用能源效率与环境共生的概念长期以来都是设计师需要考虑的因素。现代建筑与传统建筑相比较而言，更是能源的主要消费者。通常一个国家的能源消耗有一半要用于建筑，这包括：建筑材料、运输、加工、建造、维护、使用等直接环节，如果加上相关行为的间接消耗，可能远不止这些。现代高层建筑只有百余年历史，但作为城市环境的介入者，它的存在极大地改变了城市形态及环境质量。高层建筑的寿命大约为50-70年，因此对于社会、经济、环境、能源的影响是潜在而长期的。其内外物质、能源、信息的流量都很高，必然造成其生态方面的众多不利因素，包括有：

1）局部生态影响大

高层建筑本身庞大的体量和物质容量，会对当地的生态环境造成不利影响，尤其是在高层密集区，建筑之间的群体效应十分明显，包括日照影响、空气质量、气流倒灌以及形成局部的“风谷”等。比如日照问题，需要考虑到建筑高度与宽度两种因素的影响。愈高的建筑其遮挡的距离愈远。但是这并非唯一影响因素。我国《城市居住区规划设计规范》（GB50180-93-2002版）中规定了住宅建筑的日照标准，依据不同气候区的情况，分别制定大寒日（冬至日）的满窗日照时间为1-3小时。这就涉及到终日阴影区的范围。运用计算机模拟分析比较，面宽大板式高层的终日阴影区比塔式高层要大得多。高而瘦的塔式高层投射的阴影是狭窄的，而且流动快；宽的高层投射的阴影范围大，因此终日阴影区大。而且高层建筑群的相互遮挡，会形成大片的终日阴影区。高层建筑的形态及群体布局方式对周边气流会产生很大影响。当风与高层建筑相遇时，可能产生向上、向下以及向两侧通过的气流，空气因收缩形成负压，随之出现涡流和阵风。这不仅对建筑本身产生震动和噪声的影响，而且干扰地面步行环境和周边绿化、交通设施等。高强度的开发施工，会对地形、地貌产生较大的影响。建筑基础埋深一般为建筑高度的1/10，地下空间十分庞大。同时由于高层建筑荷载非常大，对地基产生巨大的应力，容易引起沉降作用，对地质产生不利影响。

2）能源消耗巨大

尽管各类高层建筑的功能规模与背景相差很大，但一般都需要消耗大量的电力、燃气、水等能源。以普通的带中央空调系统的高层写字楼为例，通常需要80-100VA/m2的用电量，以满足照明、空调、通讯、设备、应急、消防等需要。高层建筑由于内部人员众多、安全等级高，即使人均标准不变，其生活用水量与消防用水量之和远远超过同比增长。同时大量的人员活动需要提供各种物质输入来支撑。总体上讲，高层建筑对能源消耗和温室气体影响有四个途径：

1．用于施工和建造房屋的物质材料和产品

2．施工与建筑过程中的能耗

3．建筑照明、空调、设备运营的消耗

4．建筑的配套及服务设施的间接能耗

高层建筑是一种高消耗的建筑类型，它的后期运营、管理所需的费用占其生命周期总费用有较

3）环境污染

高层建筑每天排出大量的废水、废气和垃圾。有些高层采用大面积的玻璃幕墙外墙面，强烈的反光引起周围的不适，还会对驾驶员产生视觉干扰，引发交通事故，这被称为光污染。高层密集区改变了城市的地表材质，常常引起城市的热岛效应（Urbanheatislandeffect），即是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。超高层建筑对电磁波也会产生明显干扰。

4）局部交通压力增大

高层建筑上下班时间产生集中人流，不利于安全疏散。尤其是办公大楼，交通高峰时间的对外交通量约能占到全日对外交通量的20%。有研究表明，一幢10万m2的高层办公建筑每日吸引的人流可高达5万人次，相当于一个小型城市的人口总和。不仅是人流，而且大量机动车进出以及停车问题，楼内搬家、进货、清理垃圾等货运交通，都会对周边交通产生较大影响。

5）内部空间质量不高

高层建筑多为全封闭的空间，内部大多采用机械式通风，缺少充足的新鲜气流和温湿度的变化，容易形成室内污染，包括有：氡、石棉、甲醛、杀虫剂、香烟烟雾、饮用水中的铅、打印机和复印机所用的化学用品、空调系统中的细菌、纤维中的化合物以及人体气味等因素，致使人们产生昏睡、头痛、恶心、皮疹、慢性充血等症状，既是通常所说的“病态建筑综合症”。高层建筑空间缺少人与人之间的交往，以及与外界环境的交流。竖向的空间形态，不易形成连续的绿化环境，缺乏景观的多样性和视觉趣味。长时间处在这种人工环境中容易造成孤独、压抑、冷漠的心理疾病，影响心理与身体健康。

6）对城市空间形态以及基础设施的影响

高层建筑形成的大尺度建筑群、千篇一律的方盒子，难以与城市历史文脉以及周围环境形成有机的结合。形式单调、缺少特色的超尺度的空间，影响城市空间整体的和谐性。大规模的建设，需要配套市政设施的有力支撑。开发强度越高，局部矛盾越大。这一切都需要城市战略规划和政策机制的协调。

四、总结

以上我们讨论的高层建筑生态性问题着眼于更广泛的概念，一方面涵盖了物质环境的品质—光、声、热等因素，另一方面又涵盖了精神层面的需求—和谐的空间形态、良好的景观与健康的生活方式。有关高层建筑的生态设计问题可以归纳到两个方面：一是探讨高强度人类活动对环境的影响；二是生态系统在人工环境中的竖向组织。前者是针对更大的城市环境而言，牵涉到高层建筑对能源、污染、环境等物理因素，以及社会、文化等心理因素的影响；后者则针对使用者的较小范围，着重于探讨结合高层建筑的形态特征，将自然要素融入高层空间，营造符合生态要求的自然/人工环境。大比例。因此在设计当中，对全寿命周期的能源评估具有重要意义。