随着全球环境问题日益突出, 绿色建筑得到了前所未有的重视, 针对绿色建筑设计方法的研究也得到了广泛关注, 尤其是不同地域条件下绿色建筑的特定应对方法。通过对西南多民族地域气候、地形、人文以及建造技术特征的疏理, 提取了绿色建筑体系建构因子, 总结归纳了基于西南多民族地域特色的建筑设计方法, 为该地区的绿色建筑设计方法建构提供了参考。

地域特色的绿色建筑特征包括气候特征、地形特征、人文特征和建构技术特征等。第十二届中国国际园林博览会位于广西壮族自治区南宁市的八尺江畔, 四周丘陵起伏, 山水相映, 景色宜人。

从气候条件看, 南宁地处夏热冬暖地区, 气候特征突出。湿润的亚热带季风气候带来充足的阳光、丰沛的雨水和湿热的天气。太阳高度角大, 太阳辐射强;雨量丰沛, 多热带风暴和台风袭击, 易有大风暴雨天气;全年长夏无冬, 温高湿重, 气温年较差和日较差均较小。

从地形特征看, 南宁位于云贵高原东南边缘、两广丘陵西部, 南边朝向北部湾, 整个地势呈山地丘陵性盆地地貌, 丘陵错综分布, 区域河流众多, 河网密布, 地形特征明显。

从人文特征看, 南宁及周边地区的风雨桥造型独特, 极富民族气质, 层叠的民居屋檐和起伏的山势相互结合, 形成了该地区独特的建筑文化风貌。

从建造技术层面看, 木凿榫衔接的建筑形式、干栏建筑中的穿斗式在广西特别具有代表性, 常用建筑材料为木、石、夯土、瓦等, 非常适应其气候条件。

基于对该地域自然环境、社会文化特点以及技术特征的分析, 地域绿色建筑设计全链条系统平台优化整体思路架构可以从以下三个方面逐一深入展开。

(1) 趋利避害, 适应自然。遵循建筑环境控制技术的基本原理, 合理组织和协调各建筑元素, 使建筑具有较强的气候适应能力和自调节能力;根植大地、顺应地势、尊重自然, 对西部地区以山地、高原、盆地为主的地形予以积极回应, 最小化人工痕迹, 从而延续地域特征, 实现可持续发展。

(2) 可行高效, 技术适宜。深入挖掘传统建筑绿色原理, 并与现代技术的工业化、高效性特征相结合, 进行传统技术的提升, 实现多样化、多层次的技术格局;尊重西部经济发展现状, 发展适宜技术, 而非单纯追求高新技术;适当引入相应技术策略, 注重对西部地区特有资源的高效利用。

(3) 文化传承, 多元发展。不玩弄“形”与“饰”的游戏, 而是根据地域的文化理念与精神实质汲取精华, 融于创作当中;以发展的眼光进行文化传承, 以“新陈代谢”的眼光吸纳传统文化, 根植本土, 感应时代。

将适应气候、协调地形、利用能源、选用乡土材料、采用传统和现代技术结合, 再赋予其建筑、民族和地区文化特色, 指导示范工程的设计实践。依据示范工程的评估结果对上述理论进行验证, 最终实现基于西部地域绿色建筑设计的全链条系统平台优化。

基于文化传承的西部绿色建筑学方法平台优化, 是在多元文化背景下采用典型实例分析方法与计算机生态模拟技术相结合的手段, 分析西部建筑与环境、文化之间的关系, 获得实现西部地域性建筑与环境协调演进的理念和方法, 构建设计策略理论体系, 完成西部地域绿色建筑设计全链条系统平台优化研究。

通过对广西西江流域乡土聚落历史和社会环境总况的调查分析, 试图探究代表性乡土聚落与自然环境因子的关系和各气候因子主导下的聚落生态营造体系与文化回应。

叠加代表性聚落与各环境因子可知, 代表性聚落在宏观上较少分布于极端地理、气候区域, 在自然环境适应性视角下代表聚落具有常规的普遍性;叠加代表性聚落与各气候因子可知, 代表性聚落在宏观上与日照、降水、风力因子的分布具有相关性, 各气候因子主导影响区中都有一个高值区。对各高值区中典型乡土聚落进行研究可了解乡土聚落针对各气候因子在生态营造体系与聚落文化方面是如何做出回应的。

(1) 对日照的回应。山地型聚落选址于石山山麓, 为组团式布局, 民居为纵长方形干栏式建筑, 聚落总体上具有遮阳、隔热、散热的特点, 同时也有对光照的利用;平地型聚落选址于干流沿岸, 为组团式布局, 民居为纵长方形地居, 聚落总体上与山地型相同。

(2) 对风力的回应。山地型聚落选址于山谷坡地, 为梳式布局, 民居为三间一幢单体, 聚落总体上在强风方向具有挡风特征, 在弱风方向具有通风特征;平地型聚落选址于盆地中心, 为梳式布局, 民居为天井式, 聚落总体上与山地型相同。

(3) 对降水的回应。山地型聚落选址于山腰, 为散点式布局, 民居为三间一幢单体, 聚落总体上具有防洪、排水、防水、防潮的特征;平地型聚落选址于岩溶盆地, 为树枝型布局, 民居为天井式, 聚落总体上与山地型相同。

生态文化不仅是对气候因子的进一步回应, 也是对生态营造体系的完善与支持。例如, 住民世代通过设立制度或行为习惯的方式维持聚落整体的空间格局;在强风与强降水地区的住民需要定期整饬屋面、更换屋瓦来保证屋面防水和防风性能。

第十二届中国国际园林博览会位于广西壮族自治区南宁市中心东南方向12km的邕宁区西北侧。研究采用基于蚁群算法的性能模拟实验, 保证园区路网规划与南宁地区传统村落道路肌理在形成机制上保持一致。园林馆位于园区的主入口景区, 处在核心景观轴线端部;占地面积1.8ha, 建筑面积为255 700m², 主体地上2层 (局部3层) , 由展厅、多功能厅、商业办公用房、贵宾接待、服务区、后勤配套、设备机房、室外展园、半地下汽车库等功能构成;展厅以展示园林艺术、园林文化、特色园林以及园林技艺为主, 辅助空间包括走道、交通核、卫生间等。

园林艺术馆的选址遵循自然优先、建筑隐于环境的原则。园林馆底层开槽隐入山体, 嵌入的首层主要以与自然相对隔绝的主题展厅为主。二层聚落式布局位于平台之上, 形成丰富的错动肌理;屋盖塑造了棚下观景空间, 延续了山形走势, 勾勒出了天际线, 将建筑融入了园区环境。二层为山坡顶, 主要布置与园林艺术主题相关的展厅, 以便形成自然过渡, 实现馆园结合。此外, 设计团队利用大台阶、内街以及各个展厅之间的空隙, 塑造了多个丰富、友好的室外开放空间, 促进了自然环境、社交活动、静态休憩和参观活动之间的互动。

根据我国西南多民族地区的人文环境特点和气候特征, 结合当地传统绿色建筑智慧和适宜的现代技术措施, 采用“嵌入山体、织补大地、馆园结合、融入自然”的设计策略, 将适应西南夏热冬暖地区气候特征的西南本土绿色建筑体系应用于该项目, 在该地区内形成示范引领效应。通过自然环境因子、人文环境因子和技术因子三方面建构园林艺术馆绿色技术体系。

园林艺术馆位于夏热冬暖地区, 日照充足, 应首先充分考虑遮阳设计。园林艺术馆采用立体屋盖以延续山形走势, 将主体建筑包裹其中, 为建筑主要交通空间——内街提供了避免阳光直射的舒适空间。建筑的体块部分出挑, 创造了更多灰空间, 进一步起到遮阳的作用。此外, 大量样本的生成及性能模拟的结果表明, 当南立面水平遮阳出挑长度与其距离窗台的尺寸基本相当时, 遮阳效果最佳。

南宁地区长夏无冬, 建筑对隔热的要求较高。园林艺术馆半覆土的建筑形式利用了土壤的热惰性, 使建筑具有良好的隔热性能, 从而提高建筑舒适度, 降低空调能耗;采用当地传统材料 (如毛石、夯土、石块等) 加厚墙体, 进一步提高建筑的隔热能力;在石笼墙中放置草带, 并利用周边环境绿化以及从屋盖层垂下的绿植营造区域微气候, 提高自然条件下的空间热舒适性, 同时草带和屋盖下垂的绿植呼应了园林艺术馆的展示主题。

因南宁地区雨量丰沛且易有暴雨, 建筑需充分考虑防雨的需求。园林艺术馆为保证观展不受降雨天气影响, 屋盖设计为起伏的连续型钢结构屋盖体系, 覆盖了绝大部分无顶盖的内街区域。且将屋顶划分成竖向单元, 每个单元分别设置找坡, 使雨水可以均匀排放, 以便迅速排走积水。

由于南宁地区气候炎热潮湿, 建筑设计应充分考虑通风防潮的要求。园林艺术馆聚落式的布局使各展厅之间相互错落, 形成宽窄不一的内街, 便于自然风贯穿建筑内部, 促进了建筑整体的自然通风。针对夏季室外风环境的软件模拟结果显示, 当夏季主导风向和过道之间的夹角为22.5°时刚好可以形成穿堂风;在剖面设计中有意形成吹拔空间, 利用建筑内部空气的热压差, 形成烟囱效应, 同时利用热空气上升的原理, 将污浊的热空气从室内排出, 使室外新鲜的冷空气从建筑下层通过或由各个房间吸入, 增强了室内通风。

园林艺术馆采用了多种设计手法与山形相结合, 力图做到因地制宜。例如, 参照南宁地区民居的建造手法, 利用山地地形, 将建筑首层嵌入山体, 形成半覆土建筑, 不仅达到了节地的目的, 还尽可能地保护了场地的完整性和原生生态系统 (包括土壤和植被) , 维护了整个生态系统的健康。

在广西地区特殊的地理地貌、气候环境与民族文化影响下, 建筑呈现出独特的空间组织形式。园林艺术馆提取了具有当地传统特色的元素“聚落”, 将建筑设计为分离的单体群组, 并利用各单体群组之间的空隙形成室外开放空间。

当地传统建筑多采用毛石和夯土等材料, 当地土壤为红色, 色泽艳丽, 具有一定的装饰效果。园林艺术馆的建筑材料遵循就地取材原则, 利用毛石、夯土、石笼、金属格栅四种材料的相互穿插形成空间, 表现了具有当地传统意蕴的、丰富的建筑表情。毛石、夯土、石笼中的碎石均从园区建设现场取材, 金属格栅则是良好的可循环材料。

在就地取材的同时, 还考虑了如何合理、节约地使用材料。园林艺术馆室内建筑功能区考虑采用常规结构单体尺寸及标准柱网, 选用钢筋混凝土结构体系, 简化了施工, 节约了材料;考虑到屋盖部分体型复杂、平面尺寸巨大、竖向构件间距较大等特点, 设计团队最终选择钢结构体系, 以提升材料的可循环利用比例, 同时合理控制其钢结构体型, 以降低结构内力, 控制材料用量。此外, 根据当地传统建筑构造形式, 设计树杈形钢结构支撑体系有利于降低结构跨度, 节约钢材。

为充分利用当地丰富的日照资源, 园林艺术馆设置了太阳能光伏发电系统。布置于屋面的阳光板既能有效利用太阳能, 又可起到遮阳的作用。根据建筑屋面面积计算, 用来布置光伏板的屋面面积约为4 000m², 可安装光伏系统的容量约为573.4kW。

园林艺术馆实际建筑能耗比目标值低约10%, 涉及的策略包括:利用山地地形, 形成半覆土建筑, 提高建筑热工性能, 降低能耗;小而分散的展厅在降低耗能的同时, 维持了室内舒适度;串联有顶盖的室外公共空间得到了良好的自然通风, 并为室外空间提供遮阳;通过利用自然条件, 控制区域微气候, 提高顶棚下灰空间的舒适性, 进一步减少了能耗;利用方案造型特点, 在顶棚上设置太阳能光伏发电系统, 利用当地充足的光伏资源, 生产清洁能源。

可循环材料使用率超过10%, 涉及的策略包括:建筑下部嵌入山体, 鉴于防水、防潮等相关要求和钢材良好的再循环性, 下部设计为钢筋混凝土结构, 相对独立的上部屋盖为钢结构, 由钢骨柱伸出的钢斜撑支撑;在大顶盖下, 聚落化布局的小展厅有着丰富的材料表情, 主要使用当地的毛石、夯土、石笼作为墙体材料, 使建设过程中产生的碎石、土方得到更好的利用。

园林艺术馆是基于西南多民族地域气候、文化和技术的绿色建筑。根据施工图设计阶段文件要求, 项目按后续审查建议实施后, 满足国家绿色建筑设计二星级的分值要求, 预评结果如表1。

2018年第十二届中国 (南宁) 国际园林博览会园林艺术馆是基于西南多民族地域特色与绿色建筑的融合设计, 通过研究从西南多民族地域文化中提取的生态元素, 获得与地域特征、传统文化、生态理念相适应、融合与衍生的方法, 从而建构自然环境因子、人文环境因子和技术因子三者有机结合的绿色技术体系, 实现对自然环境的呼应、人文环境的传承以及技术评测的提升, 最终建立西南多民族地域特色的绿色建筑设计模式。

业主:南宁市园博园管理中心

建设地点:广西壮族自治区南宁市

建筑设计:中国建筑设计研究院有限公司

项目负责人:崔愷、景泉、李静威、黎靓

设计团队:崔愷、景泉、李静威、黎靓、吴南伟、徐松月、关珲 (建筑) ;史杰、王树乐、郑红卫 (结构) ;李万华、高振渊、唐致文 (给排水) ;韩武松、宋占寿 (暖通空调) ;李磊、姜海鹏 (电气) ;高治、路建旗、高伟 (总图) ;唐艺、刘炜 (智能化)

总建筑面积:25 570m²

设计时间:2016～2018

建成时间:2018.12

摄影:张广源、李季、高凡、徐松月