生態(tài)建筑學的研究與實踐

一、生態(tài)學與建筑的結合(一)新建筑的“環(huán)境建筑”思想建筑（城市）是為了改善和調整人類和環(huán)境之間的關系而建的。這是人類生存和行為的地方。建筑活動的根本目標是為人類生活和行為的發(fā)展提供必要的物質環(huán)境。各種類型的建筑、街區(qū)、城鎮(zhèn)……。它是一個龐大的聚居系統(tǒng),又是構成各種層次、范圍環(huán)境的基本內容。從歷史上看,建筑(城市)在技術、功能、構成方式和形象等方面的發(fā)展總是與一定歷史時期的人與自然和人與社會的關系相適應,受社會經濟發(fā)展水平的制約和支配。原始社會,生產力水平低下,人類對自然生態(tài)是依存關系,對自然環(huán)境的影響與改造微乎其微。從文字出現(xiàn)到工業(yè)革命前的幾千年間,經歷了奴隸制和封建社會。這一歷史時期,創(chuàng)造了燦爛的社會文化、科學水平、民族傳統(tǒng)、地方材料和構造技術等都反映在建筑和城市建設之中,但為了農業(yè)的發(fā)展和建筑、村鎮(zhèn)及城市建設的需要,人類很大程度上盲目地砍伐森林、開墾、強化土地使用,導致生態(tài)災難。建筑被單純地奉為“藝術之母”,即當作純藝術的繪畫、雕塑來對待,使建筑偏離了作為人類生存與行為環(huán)境方面的意義。工業(yè)革命使人類社會生產力空前提高,城市化的速度比人口增長速度快好幾倍,這一時期環(huán)境質量的嚴重惡化危及了人類的根本利益,人與環(huán)境的尖銳矛盾對城市與建筑發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。當時的學者、建筑師、規(guī)劃師曾作過種種設想,反映出人們在新的條件下對環(huán)境問題重視。如雷恩(ChristopherWren)的倫敦改建;歐斯曼(G.F.Haussmann)的巴黎改建;E.霍華德的“花園城”,泰勒提倡的“衛(wèi)星城”,勒柯布西埃(LeCobusier)的“明日城市”,賴特(F.L.Wright)的“廣畝城市”和“有機建筑”。1933年建筑師在《雅典憲章》中提出城市“四大功能”(居住、工作、休息和交通)等等,不同程度上緩解了大工業(yè)城市人與環(huán)境的矛盾。20世紀60年代,經濟、科技、信息、生活水平的提高,人類對生活環(huán)境的質量要求越來越高。50年代至70年代建筑革命的主要貢獻是把人文環(huán)境提到了重要的地位。設計中注重人的特性,心理因素,行為模式等,注重新建筑與原有環(huán)境間的關系,出現(xiàn)了“整體設計”思想。1981年第14屆國際建協(xié)華沙宣言關于“建筑學是人類建立生活環(huán)境的綜合藝術和科學”的認識,為建筑學觀念的變遷樹立了里程碑。將傳統(tǒng)建筑學引入了“環(huán)境建筑學”階段。它強調了環(huán)境的整體(自然環(huán)境、社會環(huán)境及人工環(huán)境)同建筑設計的關系,認識“建筑學是對環(huán)境特點的理解和洞察的產品”,注重“建筑的地域性”。地域是建筑存在的前提,建筑的“地方性”、“地區(qū)性”及“民族性”也就是建筑地域性的表現(xiàn)。強調建筑的地域性反映了人們整體環(huán)境意識的形成,特別是面對自然意識的覺醒。建筑師的歷史使命就是研究和解決社會發(fā)展對建筑提出的問題,改善和調整人與環(huán)境的相互關系,為人類創(chuàng)造適宜的生活環(huán)境。(二)生態(tài)建筑的概念生態(tài)學是研究生命有機體和其環(huán)境之間相互關系的學科。生態(tài)學(Ecology)這個字100年前來自希臘文“Oikois”,意思是家或住地(HouseonHabitat)。據德國動物學家海克爾(Haeckal.E)在1866年所做的定義,生態(tài)學是作為生物學的一門分支學科而誕生的。100多年來,生態(tài)學以生物個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)等不同層次的單元為研究對象,從各個側面研究生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能,深化了對人類自身及其周圍環(huán)境之間關系的認識。生態(tài)學的一般理論及其分析方法近年來利用系統(tǒng)學原理正向科學的其它領域和相鄰的社會學、人類學、城市學、心理學等領域滲透,現(xiàn)代自然科學的主導趨勢之一是它的“生態(tài)學化”。保護人類的生活環(huán)境,順應和保護自然生態(tài),創(chuàng)造適宜人類生存與行為發(fā)展的物質環(huán)境、生物環(huán)境和社會環(huán)境,已成為當今世界具有迫切性的問題,生態(tài)建筑學的研究正是為了探討這個問題而出現(xiàn)的,同時也是時代特征的表現(xiàn),它既是生態(tài)學(包括社會生態(tài)學、城市生態(tài)學等)與建筑學交叉滲透的產物,又是自然科學的多學科和社會科學如美學、歷史學、心理學等多學科更大規(guī)模結合的產物。生態(tài)建筑學一詞是美國意大利建筑師帕歐羅·索列瑞(PaeloSoleri)提出的,1956年他任扣山梯(Cosanti)基金會主席,研究城市的經濟、文化、生態(tài)環(huán)境和能源等問題,并作了“大橋城市”的設想并組織實踐。他主張保護生態(tài)平衡并保持城市和建筑的自身特征,他把生態(tài)學(Ecology)和建筑學(Architecture)兩個詞并為一體,提出了生態(tài)建筑學(Acologies)的新概念。(三)改善城市環(huán)境,完善小農城生態(tài)集聚環(huán)境我國目前仍處于第二產業(yè)發(fā)展階段,城市人口比重約30%,低于發(fā)達國家70%~80%的水平,但人口密集于少數大城市的趨勢更為嚴重。城市化是經濟發(fā)展的必然結果,近年我國城市化進程很快,已經產生了環(huán)境問題和生態(tài)平衡的失調,目前某些城市出現(xiàn)交通擁擠、人口過多、住房緊張、就業(yè)困難、環(huán)境污染、水土資源和能源的緊缺、綠化不足、氣候異常等等。某些城市和建筑環(huán)境已嚴重失調。特別是小城鎮(zhèn)的建設中普遍缺乏生態(tài)觀念,如占用良田、山區(qū)不利用坡地、水網地區(qū)填河,濫用材料和技術,景觀單一貧乏……等等。盲目的開發(fā)與建設發(fā)展下去,勢必加劇環(huán)境質量的衰退和生態(tài)平衡的破壞。積極研究和發(fā)展生態(tài)建筑學,不但能逐步完善城市環(huán)境,特別是對正在崛起和未被開發(fā)的小城鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村建設更具有重要意義。積極地有計劃地發(fā)展小城鎮(zhèn),建立衛(wèi)星城等,注重生態(tài)環(huán)境建設,完善的中小型生態(tài)聚落環(huán)境的發(fā)展亦有深遠的歷史意義。當前第四產業(yè)革命是以電子工業(yè)、遺傳工程等新興工業(yè)為基礎,它的發(fā)展主要取決于知識和信息,其特征是人類聚落環(huán)境及企業(yè)趨向于多樣化、個人化和小型化,這必將促進“大城市的解體”,使大量的中小城鎮(zhèn)、衛(wèi)星城和小村鎮(zhèn)躍居重要地位。無論現(xiàn)在還是長遠趨勢,研究和發(fā)展生態(tài)建筑學,吸取發(fā)達國家的歷史教訓,針對我國國情,在建筑環(huán)境發(fā)展中,合理利用保護環(huán)境,協(xié)調人與自然生態(tài)的關系,完善生態(tài)環(huán)境,使下一世紀的建筑環(huán)境將會更適宜人類的生存與行為發(fā)展。二、環(huán)保建筑研究的對象、目的和基本內容(一)建筑空間環(huán)境生態(tài)建筑學是建立在生態(tài)學的基礎之上,是生態(tài)學與建筑學相結合的產物。它所研究的對象就是由于人的建筑活動所引起的環(huán)境變化中的一種由人、建筑、自然環(huán)境和社會環(huán)境所組成的人工生態(tài)系統(tǒng),即建筑(空間)環(huán)境,也包括村鎮(zhèn)環(huán)境和城鎮(zhèn)環(huán)境等。這種環(huán)境變化破壞了歷史上形成的人與自然的關系,破壞了生態(tài)平衡,這就使其研究目的首先是在已經改革的條件下爭取對自然界的最優(yōu)化關系,以一種新的形式即人、建筑(城市)、自然和社會協(xié)調發(fā)展,利用改造自然環(huán)境,順應和保護自然界的和諧,維護生態(tài)平衡,創(chuàng)造適宜于人們生存與行為發(fā)展的各種生態(tài)建筑環(huán)境。人們生存與行為的建筑環(huán)境,實際是人類的聚落環(huán)境。人群的聚居形成了村落、城鎮(zhèn)或城市,它們不僅滿足人類生存與行為的基本需要,也為人類進一步發(fā)展創(chuàng)造了理想的條件,生態(tài)建筑學所研究的對象具體地說就是各種聚落環(huán)境。(二)生態(tài)環(huán)境的概念、層級和小環(huán)境等多環(huán)聚落環(huán)境是指人類聚居和生活的場所,它是人類有意識地開發(fā)利用和改造自然而創(chuàng)造的生存與行為環(huán)境、聚落環(huán)境根據性質、功能和規(guī)模可分為院落環(huán)境、村落環(huán)境和城市環(huán)境。院落環(huán)境是由功能不同的建筑或自然條件以及同它們聯(lián)系的場院組成的居住環(huán)境。其結構、布局、規(guī)模和現(xiàn)代化程度很不相同,可簡陋到單一的窯洞,復雜到一座大莊園。可以是簡陋的茅舍,也可以是現(xiàn)代化住宅。既有時代特征又具地方特色。村落環(huán)境主要指農業(yè)人口聚居的地方,由于自然條件,農業(yè)生產活動方式,規(guī)模和現(xiàn)代化程度不同,其類型多種多樣。如平原村莊、漁村和水鄉(xiāng)、山村等,特點是人口不多、環(huán)境容量大,自凈能力強,村落環(huán)境要寓于大自然之中。城市環(huán)境則是人類利用和改造自然創(chuàng)造的高度人工化的生存與行為環(huán)境。城市是人類社會發(fā)展到一定階段非農業(yè)人口聚居的場所,隨著人類社會的歷史進程,城市的規(guī)模越來越大,以致形成城市群或城市帶。人類聚落環(huán)境的城市化給大氣、水和生物環(huán)境等都帶來了嚴重的污染,使城市生態(tài)系統(tǒng)的平衡破壞,只有發(fā)展和應用生態(tài)建筑學才能逐步改善城市環(huán)境,避免城市化所帶來的弊端。人們生存、接觸與行為的各種聚落環(huán)境均構成程度不同的人工或半人工生態(tài)系統(tǒng),都有不同的層次,可以相對地劃分為宏觀環(huán)境如城市、城鎮(zhèn)或村落等,中觀環(huán)境如建筑單體、院落或群體等(包括公園、廣場及綠地等);微觀環(huán)境如室內環(huán)境及室外微觀環(huán)境等。各個層次的環(huán)境都是整體系統(tǒng)的子系統(tǒng),它們相互影響、相互制約,相輔相成,影響環(huán)境質量,甚至造成生態(tài)系統(tǒng)平衡的破壞。例如一個居室要求合適的溫濕度、新鮮空氣、光線充足、不受噪聲干擾等,室內有適宜于人的微環(huán)境,離不開良好的周圍環(huán)境,如院落、群體或整體系統(tǒng)。若微觀或中觀環(huán)境出現(xiàn)了問題,則不同程度地影響整個人工生態(tài)環(huán)境。在人工生態(tài)環(huán)境中,各個環(huán)境系統(tǒng)之間必須存在協(xié)調、互補、促進以達到有機的匹配。這種動態(tài)的有機匹配的原則是創(chuàng)造人類生存與行為環(huán)境的根本原則。人、建筑、自然環(huán)境和社會環(huán)境間的協(xié)調發(fā)展,即人工生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡關系。(三)生態(tài)建筑環(huán)境“人工美”的內涵生態(tài)建筑學對人和建筑環(huán)境并重。在人工生態(tài)系統(tǒng)中,自然環(huán)境和社會環(huán)境構成了人與建筑環(huán)境存在與發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng),其中,完善的自然生態(tài)環(huán)境不但是人工生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的物質基礎,而且自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡規(guī)律又為維持人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與平衡提供了一般性原理。同時,優(yōu)美的自然景觀環(huán)境又是一種“文化資源”,具有生理的、心理的和審美等多種社會價值,是建筑環(huán)境“人工美”離不開的。自然環(huán)境這種“雙重價值”,構成生態(tài)建筑環(huán)境的重要因素,因此,生態(tài)建筑學所要研究的基本內容首先是在人與自然協(xié)調發(fā)展的基本原則下,運用生態(tài)學原理和方法,協(xié)調人、建筑與自然環(huán)境間的關系,尋求創(chuàng)造生態(tài)建筑環(huán)境的途徑和設計方法。體現(xiàn)人、建筑環(huán)境與自然生態(tài)在“功能”方面的關系,即生態(tài)平衡與生態(tài)建筑環(huán)境設計和“美學”方面的關系,即人工美與自然美的結合。社會環(huán)境因素對生態(tài)建筑環(huán)境在功能和形態(tài)等方面的影響很大,生態(tài)建筑環(huán)境設計必須考慮經濟、技術、美學和人文等方面的要求以及傳統(tǒng)文化與風俗習慣的綜合影響,表現(xiàn)建筑的社會文化內涵。人、建筑和社會環(huán)境諸要素之間也存在著平衡關系,社會進步意味著社會環(huán)境變遷,必然推動建筑環(huán)境的變化和發(fā)展,都離不開特定的時代和文化。生態(tài)建筑學的發(fā)展也需要生態(tài)美學的同步發(fā)展、評價生態(tài)建筑環(huán)境的形象美則是生態(tài)美學的重大課題。人工生態(tài)系統(tǒng)的主體是人,建立對人有利的平衡是有關生態(tài)建筑理論和實踐重要的問題。生態(tài)建筑學的研究就是要運用生態(tài)規(guī)律協(xié)調人、建筑、自然環(huán)境和社會環(huán)境的相互關系,使生態(tài)建筑環(huán)境達到“全能”的目標。三、生態(tài)平衡的建筑環(huán)境(一)物質交換維持生態(tài)系統(tǒng)是由生物及棲息地(環(huán)境)組成的復雜系統(tǒng),它的內部結構與秩序必須依靠與外界的能量、物質交換才能維持。生態(tài)系統(tǒng)內部的元素和子系統(tǒng)的相互關系,生態(tài)系統(tǒng)與外界的能量流、物質流與信息流必須建立一定的秩序,相互之間在數量、位置、先后等方面有一定的限度,在這個限度內具備一定的穩(wěn)定性,就是生態(tài)環(huán)境。1.生態(tài)建筑環(huán)境設計中的能源問題每一生態(tài)系統(tǒng)都有自己的結構及相應的能量流和物質循環(huán)方式和途徑,但能量流量和物質環(huán)境的規(guī)律卻是一切生態(tài)系統(tǒng)存在與發(fā)展的基本規(guī)律。自然生態(tài)系統(tǒng)的能量來自太陽輻射能,通過光合作用進入生態(tài)系統(tǒng),最終以“廢能”形式散發(fā)出去,達到熱的動態(tài)平衡。在人工生態(tài)系統(tǒng)中,增加了非食物能量,也是人和其它動物在能量流的獲取儲存與利用方面的根本區(qū)別。人類不僅要吃,還有衣、食、住、行以及其它社會活動,都需要能量,非食物能量占有較大部分。能源技術變革是社會發(fā)展的重要標志,也是人工生態(tài)環(huán)境變化與發(fā)展的根本動力。人類大量開發(fā)自然資源,不可更新的資源和煤和石油等石化燃料,也給人類生存與行為發(fā)展的前景蒙上了陰影。能源問題是生態(tài)建筑環(huán)境設計涉及的重要問題。生態(tài)系統(tǒng)的物質運動是以物質循環(huán)和能量流動的形式實現(xiàn)的。對生態(tài)系統(tǒng)影響最大的是營養(yǎng)循環(huán)、水循環(huán)、CO2和O2循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)的物質流的組合與循環(huán)路徑,很大程度上取決于生物棲息環(huán)境的物理化學因素(非生物因素)如溫度、光、土壤特性、水資源等等。每種動植物都必須適應它所生活的地區(qū)的非生物因素,但人則具有創(chuàng)造適應和順應自然生態(tài)條件。保護合理利用水、土等自然資源,對完善生態(tài)平衡環(huán)境,提高物質環(huán)境的完整性,保護生態(tài)平衡,有重要意義。物質循環(huán)路徑的完整是生態(tài)系統(tǒng)保持長期穩(wěn)定的一個重要條件。自然生態(tài)系統(tǒng)是建立在物質再循環(huán)基礎上的,而人工生態(tài)系統(tǒng)的物質流則不同,大量人工合成物質的產生加速了許多物質的運動并使循環(huán)變得不完全,甚至“無循環(huán)”。人工環(huán)境的建設對水、土地、生物、礦產等資源過度不合理開發(fā)和使用,加劇了物質循環(huán)路徑的不完善,同時在建設和使用過程中有毒物質還污染了環(huán)境,危害人和其它動植物。從生態(tài)學的角度看,這種傾向會釀成災難性的后果,隨著大量人工制品取代天然制品,大量廢物污染環(huán)境,因此,建筑材料的選擇和使用是生態(tài)建筑環(huán)境設計的重要問題。對于建筑環(huán)境這一特定的人工生態(tài)系統(tǒng),要在生態(tài)學原理的指導下,解決好能源問題、土地使用、建筑材料以及具體的設計、規(guī)劃手法等問題。2.陰陽是客觀條件中國古代的宇宙觀就是以“天人合一”的哲學思想為代表。風水學又稱陰陽學,起于八卦,源出易經,其原理廣博,不外時間與空間,時間是主觀條件,空間是客觀條件。陰陽代表自然界萬物的概括。我國勞動人民在長期的生活實踐中,充分順應和利用地理條件、自然資源和地方材料等,并融合了習俗、愛好和審美、改造環(huán)境,建設自己的家園,形成了各具特色的自然村落和傳統(tǒng)民居。如江南水鄉(xiāng),干旱地區(qū)的平頂土屋,黃土高原的窯洞及地下村莊,西南的干闌建筑等等。其中有許多方面充分展示了這一樸素思想的深刻內涵,給我們提供了很多如何保護生態(tài)環(huán)境的啟示,有很深的生態(tài)學價值,值得進一步發(fā)掘、研究和借鑒。(二)能源和生態(tài)建筑環(huán)境1.建筑能耗及城市城市能量流的分布能源問題實質上是人類過度依賴、消耗不可更新的有限的能源——石油、天然氣和煤等所面臨的能源危機和由此而產生的環(huán)境問題。地下礦產資源有限,而且短期內不能再生。本世紀初世界能源需求量約50年增加一倍,其后15至20年再增加一倍,現(xiàn)在倍增的時間還在加速,意味著人類活動有使地球上能量交換失去平衡的危險。不僅面臨“能源危機”,也對生態(tài)環(huán)境平衡產生了破壞。建筑環(huán)境這一特定的人工生態(tài)系統(tǒng)其能量流的組成十分復雜,不外乎生產、交通運輸和建筑耗能三種主要形式。其中建筑耗能主要由建筑生產用能、施工用能和日常用能三部分組成,日常用能占絕大部分。建筑耗能在國民生活和生產活動的總能耗量中占有相當的比例,建筑耗能的不斷增長是人類能源危機的重要因素之一,也是大氣污染的主要來源。城市是巨大的能源消耗點,釋發(fā)大量的熱能及有毒有害氣體和顆粒物。同時城市化也改變了環(huán)境的物理形態(tài)結構,塊石、水泥、瀝青、玻璃和金屬人工表面,把太陽輻射能反射到近地面層空氣中。密集的建筑群使地面的粗糙度增大,市內風速減低,使城市的氣溫高于周圍環(huán)境。當城市上空有逆溫層時,使城市上空的污染形成一個幕罩,甚至建筑群和小建筑都可產生夜間熱島。尋求相應的對策成為生態(tài)建筑學的迫切任務。2.太陽能建筑的前景大力發(fā)展和利用新的能源技術,利用太陽光、風力、水力、地熱等可更新能源和核能等。太陽能的利用有著無限廣闊的前景,不僅可用來發(fā)電,還可用于加熱和冷卻,太陽能建筑的產生是對普通建筑的一種改進,有良好的能源、環(huán)境和社會效益。被動式太陽能建筑是利用建筑物理方面的研究成果達到節(jié)能的目的。諸多尋求建筑節(jié)能的途徑中,巧妙地順應自然環(huán)境條件,利用有利的自然資源和材料,合理的規(guī)劃設計,創(chuàng)造良好的生態(tài)建筑環(huán)境,就要在建筑師手中解決能源問題。3.圍護材料的選擇因素通過規(guī)劃和設計的方法節(jié)約能源,創(chuàng)造適宜的建筑氣候環(huán)境,要考慮地區(qū)氣候特點,如太陽輻射、溫度、濕度、風、降水等的形成及變化規(guī)律。建筑要利用其有利因素,防止和改造其不利因素,同時因地制宜地利用當地的自然資源就地取材。圍護材料的選擇影響室內微氣候和建筑節(jié)能。合理利用植物綠化系統(tǒng)的調節(jié)作用對改善建筑環(huán)境也很重要。建筑反映氣候特點,對繁榮建筑文化,創(chuàng)造地方性、民族性等方面亦有意義。我國許多地方的傳統(tǒng)民居和自然村落布局的原則和方法有深刻的生態(tài)建筑價值。(三)土壤資源管理與生態(tài)建筑環(huán)境1.生態(tài)環(huán)境質量與資源環(huán)境的相對重要性,三大要素融合而生可更新資源指通過天然作用和人工經營能為人類反復利用的各種自然資源,主要是土地資源、水資源、節(jié)能資源、生物資源等,其中土地資源占有重要地位。土地是人類生活和生產的場所,是地質、地貌、氣候、植被、土壤、水文和人類活動各種因素相互合作下組成的綜合的自然經濟系統(tǒng)。可更新能源并不是用不完的資源,更新明顯地受自然生態(tài)過程的限制。土地是人類需要和活動的核心,城市建設改變了土地表面的組成和性質,影響到城市氣候環(huán)境和大氣的物質狀況,對土壤、水資源和生態(tài)資源都有影響。在擴大人工環(huán)境與維持水資源的量與質之間存在著嚴重的矛盾。城市化也嚴重地破壞了生物資源,改變了生物環(huán)境的組成和結構。土地資源是十分有限的,在建筑環(huán)境的開發(fā)、建設和改變中,合理利用和調整土地使用方式,擴大綠地面積,保護土壤和水資源,是生態(tài)建筑環(huán)境的形成與發(fā)展的根本保證。2.土地的綜合利用是經濟的重要領域,土地的綜合利用是經濟的互未來可向外層空間和其它星球擴展,向海洋索取空間,但重要的途徑是土地的綜合利用。即以地下空間,以低層的形式沿地表面向四周蔓延發(fā)展的多層、高層建筑向地表上空發(fā)展來擴展地表建筑空間。3.地下空間及覆土建筑地下空間和覆土建筑由于對土內空間的利用,充分發(fā)揮了土壤的物理性能,可有效地防御或減弱不利的氣候因素,室內微氣候穩(wěn)定,產生負離子條件好、耐久等優(yōu)點。地下空間和覆土建筑是突破常規(guī)的新概念,不但是恰當地利用本地資源、建筑材料的范例,也是對所在環(huán)境的極好調節(jié),解決現(xiàn)代社會城市化所面臨的各種環(huán)境問題和能源問題,使人與自然協(xié)調發(fā)展等方面都具有巨大的潛在價值。地下空間和覆土建筑的優(yōu)點和長處舉不勝舉,最適于惡劣氣候地區(qū)。隨著社會發(fā)展,技術的進步和人類認識水平的提高,地下空間與覆土建筑的開發(fā)和建設將得到迅速發(fā)展,其環(huán)境也更加適合于人類的生存與行為發(fā)展。四、生態(tài)建筑設計(一)生態(tài)城市的概念生態(tài)城市(Ecocity)或(Ecopolits)是前蘇聯(lián)城市生態(tài)學家揚尼特斯基(O.Yanitsky)于1987年提出的一種理想城市模式。他認為生態(tài)城市是一種理想的人居棲境。生態(tài)城市是按生態(tài)學原理建立的一類聚居地,其社會、經濟、自然得到協(xié)調發(fā)展,物質、能量、信息得到高效利用,生態(tài)進入良性循環(huán),是一種高效、和諧的人類棲境。生態(tài)城市中的“生態(tài)”指的是人與自然、社會協(xié)調關系,“城市”指的是一個自組織、自調節(jié)的共生系統(tǒng)。美國生態(tài)學家理查德·瑞杰斯特(RichardRegister)認為“生態(tài)城市”是指生態(tài)方面健康的城市,尋求的是人與自然的健康。1990年,大衛(wèi)·高爾敦(DavidGordon)在加拿大出版了《綠色城市》一書,探討城市空間的生態(tài)化途徑,對生態(tài)城市的認識是生物材料與文化資源以最和諧的關系相互聯(lián)系,自養(yǎng)自立,生態(tài)平衡。關于生態(tài)城市國內外眾說紛紜,至今未有完整確切的定義。我們可以認為生態(tài)城市是一種思想,是貫徹生態(tài)學原理的城市,首先應當是綠色城市,生態(tài)城市的本質是追求人與自然的真正和諧,實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展生態(tài)城市是一個龐大而復雜的系統(tǒng)工程,涉及哲學、宗教、倫理學、美學、經濟學、技術各個領域,楊尼特斯基將生態(tài)城市的設計與實施分成三種知識層次和五種行動階段,即時——空層次、社會——功能層次、文化層次,以及基礎研究階段、應用研究階段、設計規(guī)劃階段、建設實施階段、有機組織結構形成的階段。城市設計工作在生態(tài)城市的建設中擔負著重要任務。(二)發(fā)展“可再生—可持續(xù)發(fā)展觀可持續(xù)發(fā)展(SustainableDevelopment)這一概念出于聯(lián)合國環(huán)境發(fā)展署1987年的布隆特蘭報告(Brundtland-Bericht),中文意譯為:滿足當代人需求時,不危及后代人的需求及選擇生活方式的可能性,基本內容包括一是當代人與后代人發(fā)展機會均等,二是當前的發(fā)展不損害后人的生存環(huán)境。強調有效、有節(jié)制的利用不可再生資源,維育可再生資源的良性循環(huán),保護人類唯一的生存環(huán)境——生物圈。可持續(xù)城市(SustainableCities)與可持續(xù)發(fā)展的含義是一致的,即要協(xié)調好城市經濟、社會發(fā)展與城市環(huán)境之間的關系。國際經濟合作與發(fā)展組織提出可持續(xù)城市的標準應該是,減少空氣和水污染,減少有破壞性氣體的產生和排放。減少能源和水資源的消耗,鼓勵生物資源和自然資源的保護,鼓勵個人作為消費者承擔生態(tài)責任,鼓勵工商業(yè)采用生態(tài)友好技術,保護工作環(huán)境,鼓勵減少出行距離,制定規(guī)程鼓勵人們遵循符合生態(tài)可持續(xù)的標準,提供必要的公共投資提供先進技術提供基礎設施服務。90年代初聯(lián)合國人居中心和環(huán)境規(guī)劃署開展了世界范圍的可持續(xù)城市計劃,1995年我國沈陽和武漢也被選為試點城市。(三)生態(tài)城市設計的觀點實現(xiàn)“生態(tài)城市”,“可持續(xù)城市”的理想,需要樹立正確的生態(tài)觀,必須具備以下的觀點;歷史的觀點:每個城市都有各自的歷史傳統(tǒng)特色和文脈,應尊重保護、充分體現(xiàn)。整體的觀點:城市是一個復雜的人工生態(tài)系統(tǒng)。共生的觀點:人與自然、建筑與環(huán)境共生兼容,只有符合生態(tài)規(guī)律的城市設計,才稱作生態(tài)的城市設計。環(huán)境的觀點:重視環(huán)境因素,突出城市特色。場所的特點:城市空間、廣場、綠地都不應是無意義的空間。人本的觀點:城市的主體是人,城市設計要體現(xiàn)人的需求。發(fā)展的觀點:有超前意識為今后發(fā)展留有余地。新穎的觀點:新陳代謝是生態(tài)系統(tǒng)的本質特征。結構的觀點:構成城市系統(tǒng)的結構要素充分發(fā)揮其功能。綠化的觀點:綠化是非常重要的生態(tài)因素。多樣性的觀點:生態(tài)學的多樣性,在城市設計中有更廣泛的涵義,包括物種多樣性、宏觀功能多樣性、人類活動場所的多樣性。上述觀點是生態(tài)城市設計的基本觀點。五、城市與建筑設計的生態(tài)原則和方法(一)生態(tài)設計的應用生態(tài)的建筑設計應具有以下幾個方面的特點:1.尊重設計地段內的土地、環(huán)境及植被的特點,因地制宜。2.整體、全面地考慮設計區(qū)域內部與外部的環(huán)境關系。3.強調人與環(huán)境的和諧共存,不可分割。4.設計過程的多學科綜合性。生態(tài)的建筑設計是貫徹生態(tài)學原則的建筑設計,生態(tài)學原則是建立在生態(tài)控制論的總體原則:“整體、協(xié)調、循環(huán)再生”的基礎之上,主要包括:整體有序原則、循環(huán)再生原則、相生相克原則、反饋平衡原則、自我調節(jié)原則、層次階躍原則。其中的整體有序的原則認為,系統(tǒng)演替的目標在于功能的完善。這一原則在建筑設計中的體現(xiàn)就是近期與遠期效益的統(tǒng)一,自然效益、經濟效益、社會效益的統(tǒng)一。1996年日本建筑學會曾刊登了“可持續(xù)發(fā)展指南”(JIA:SustainableDesignGuide),以圖表方式列舉了可持續(xù)發(fā)展設計的指導原則和方法,對生態(tài)的建筑設計有一定的參考價值。其中設計思想分為5類,包括自然、資源與能源、使用周期、人類、城鎮(zhèn)與社區(qū),每一類列出相應的措施和手段。主要的設計因素分為8類,材料與建造方法、功能的可持續(xù)性、防護措施、自然資源的利用、有效的資源與能源的利用、保證健康和舒適的環(huán)境、設計與地方性的結合、保護生態(tài)系統(tǒng),控制城市氣候的變化。每一類提出相應的設計方法。生態(tài)的城市與建筑設計的范圍大到一個大陸,一個國家,小到一幢建筑,甚至某些環(huán)境工程的細部。按對象和地理范圍可分為四個層次,即區(qū)域城市級、分區(qū)級、地段級、和建筑物單體設計。研究生態(tài)學原則在城市與建筑設計中的運用,應從各個層次分別著手。區(qū)域城市級的城市設計應充分利用特定的自然資源和條件,使人工系統(tǒng)與自然系統(tǒng)協(xié)調和諧,形成一個科學、合理、健康和完美的城市格局。同時,城市的重大工程建設應注意保護自然景觀和生物。并要創(chuàng)造一個整體連貫而有效的綠地系統(tǒng)。分區(qū)級的城市設計要解決舊城的改造和更新中的復合生態(tài)問題,在分區(qū)層次上,城市設計的內容大多與舊城改造有關。在舊城的更新改造中實施生態(tài)的城市設計的關鍵,在于處理好新老城市生態(tài)系統(tǒng)的銜接,建立一種良性循環(huán)的,符合整體和生態(tài)優(yōu)先準則的新型城市生態(tài)關系。城市設計要和整體城市乃至更大范圍的城市環(huán)境指導原則協(xié)調一致,確保整體上的成功,如作為“藍道”的河川流域,作為“綠道”的開敞空間和步行體系,基礎設施體系乃至城市的整體空間格局和藝術特色,都要落實到具體的地區(qū)和地段城市設計中。地段級的城市設計主要是具體建筑物及較小范圍環(huán)境的設計,要處理好局部與整體的關系,協(xié)調好開發(fā)建設中各方的利益。利用生態(tài)設計中環(huán)境增強原理,盡量增加局部的自然生態(tài)要素,并改善其結構。比如,可根據氣候和地形特點。利用建筑周邊環(huán)境及其本身的形體來處理通風和光影關系,組織水面和立體綠化,達到改善環(huán)境的目的。注意與特定氣候和地理條件相關的生態(tài)問題。比如節(jié)約能源問題,在熱帶城市,夏天大量的能源用于空調制冷,建筑設計中應該注意主導風向和綠化布置,多創(chuàng)造庇蔭面積,如騎樓、連廊,盡量減少設計不透水地面,保護自然水面以便蒸發(fā)降溫。在寒帶城市,冬季大量能源用于取暖,設計中一方面可以利用節(jié)能技術,一方面規(guī)劃安排好高大建筑物和道路布局,避免不利風道的形成,降低空氣流通速度。環(huán)境和色彩也應豐富一些。有的城市如悉尼,制訂了有關法規(guī)禁止玻璃幕墻的使用,其主要目的是為了避免能源過度消耗,減少光污染。在建筑設計本身,當今發(fā)展的生態(tài)建筑或稱綠色建筑,可持續(xù)的建筑,都是利用現(xiàn)代化的科技手段節(jié)約能耗,改善環(huán)境,設計中充分考慮到人工環(huán)境與自然生態(tài)的和諧統(tǒng)一。(二)生態(tài)方法城市與建筑設計的生態(tài)學方法主要有三種,即系統(tǒng)分析的方法;模擬設計的方法;指標評估的方法。這三種方法之間是相互補充,相輔相成的關系。1.環(huán)境分析的應用城市是一個包含了自然、社會、政治、經濟、文化等諸多事物和現(xiàn)象的復雜系統(tǒng)。對系統(tǒng)的全面分析論證,能掌握事物間的內在聯(lián)系,確定出人與環(huán)境持續(xù)發(fā)展的最優(yōu)化方案。系統(tǒng)分析涉及的主要內容有兩方面:一是環(huán)境分析,包括對自然環(huán)境、社會環(huán)境、經濟環(huán)境的分析。自然環(huán)境分析是指對設計地段相關的自然條件如地形、地貌、水文、氣候等、景觀資源,動、植物種類與分布的綜合分析。社會環(huán)境的分析是指對設計地段的社區(qū)結構、民俗習慣、文化傳統(tǒng)、價值觀及歷史文脈的分析認證。經濟環(huán)境分析包括經濟投資計劃、設計方案的經濟性等方面的分析研究。二是功能分析,主要通過系統(tǒng)內各構成要素間接能流量、物流量、信息流……等的分析來完成。對不同功能之間的連接、兼容、并列、疊合、分離等關系作出判斷。確定合理的功能配置。交通分析是功能分析的重要內容,包括交通流線分析,車行系統(tǒng)與人行道的層次分析,交通換乘體系的分析等等。2.城市模型的內涵這種方法在系統(tǒng)分析的基礎上,通過建立城市模型(CityModel),對城市生態(tài)系統(tǒng)的整體或部分進行結構或功能的模擬,將系統(tǒng)內的種種復雜的、不可見的、直接或間接的關系,以可見的、直觀的、定性或定量的方式來表達,從而獲得最優(yōu)化的設計方案。城市模型有理論思維形式,有物質模型的形式、更多的是兩者基礎上形成的綜合模型。主要有三個類別:部分模型和非線性模型。例如大型商業(yè)中心的建造會對周邊地區(qū)有什么影響,新機場的建設會給城市的發(fā)展帶來什么變化,私人交通的增長會引起什么問題……,為了觀察這些變化的后果,就要對該地區(qū)進行分析研究。城市模型為這種分析研究提供了技術手段。它一方面可以科學地描述城市結構系統(tǒng)的結構要素和運行機制,一方面可以預測城市的未來情況。建立模型的過程就是對系統(tǒng)深入研究的過程,從而可以對不同的設計方案進行比較評估。3.質量評價指標這種方法是通過一系列指標,對城市設計成果在滿足人和環(huán)境內在需求及價值方面的優(yōu)劣程度及實施可能性的評價。它是對設計方案的再次分析與論證。指標是對錯綜復雜現(xiàn)象的一種簡化,評估設計方案時必須采用多個指標。指標可分為單項指標和綜合指標,也可分為預測指標和現(xiàn)狀指標。常用的規(guī)劃指標主要有:容積率、建筑面積、建筑密度、居住面積、居住密度、綠化面積、綠化率、人口密度等等。此外環(huán)境質量指數也應作為重要的評估依據。以居住小區(qū)為例可分為外環(huán)境綜合質量評估和內環(huán)境綜合質量評估。外環(huán)境評估又可分為3個主要方面,即外環(huán)境設計質量評價指標,外環(huán)境物業(yè)管理質量評價因素以及外環(huán)境施工質量評價指標。例如居住小區(qū)的外環(huán)境設計質量評價指標中,規(guī)劃結構布局為一級指標。分為3項2級指標,小區(qū)選址、結構組織、原有環(huán)境保護及利用,在2級指標的小區(qū)選址中又可分為2項3級指標,綜合效益。社會、經濟、自然環(huán)境效益。與城市規(guī)劃關系:市政工程管網,城市道路銜接關系,與區(qū)外建筑環(huán)境協(xié)調性,區(qū)外交通狀況。在生態(tài)的城市與建筑設計過程中,系統(tǒng)分析、模擬設計、指標評估,三者之間互為補充手段,三種方法的運用是多次循環(huán)往復的綜合運用。六、有效的生態(tài)城市和建筑工地(一)地下空間的優(yōu)勢解決城市用地緊張的途徑有兩種,一是向城郊發(fā)展,會導致耕地面積減少,生態(tài)平衡破壞,城市化程度增加。二是向高空發(fā)展,往往導致人口密度猛增,空氣嚴重污染,交通更加擁擠。開發(fā)利用地下空間具有無法比擬的優(yōu)勢:1.節(jié)省土地資源,減少對城市土壤的破壞,減輕地面上住宅、交通、生產和生活服務、社會活動的相互干擾。2.節(jié)約能源,土壤具有隔熱和蓄熱的雙重功效。據測地下建筑比地面建筑可節(jié)省熱能25~80%。3.有利于生態(tài)平衡,不破壞植被,不侵占農田。有利于美化環(huán)境,凈化空氣,改善小氣候。4.防塵、防毒。地下空間無大氣污染。5.利于儲存蔬菜、水果、糧食。地下環(huán)境相對濕度適宜,避免鼠害、蟲害。6.抗震性能好、維護費用低。地下空間被譽為人類的“第二空間”。(二)能量的開發(fā)利用隨著技術的進步,人類對可再生能源的開發(fā)利用已經有了相當大的進展,各種生態(tài)住房(EcologicalHousingBioshelter)、低能耗住房(Low