生态建筑的设计原理，本文主要内容关键词为：原理论文,生态论文,建筑论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：TU-023 文献标识码：A 文章编号：1009-3060(2007)03-0041-06
在不同的时代和不同的地区，建筑及其设计总是有着不同的考虑的，于是建筑的诸多形式就成了不同思想的外铄，这个世界也就呈现出我们的看法与想法的具体实相。当下在城市与建筑的设计思维里，何者的利益为重？何者至关重要？人类在地球建造的居所，是否一定要破坏环境或排挤其他物种的生存？是否有无害的可能？地球的承载力与人类繁衍是否有其极限？如今这些问题应该是建筑设计最源头的思考了。
设计考虑的是几年内的当时需要？还是几十年的当代需要？还是百年社会历史文化的建构？甚至是数百年稳定平衡的地球生态环境的维护？在时间向度里考虑当下与未来、个别与整体的需要。在空间向度里，考虑当地材料与设备大量普遍的运用、本土形式风格的延续与创造，与引进国外进口的材料与设备，融合国际形式与文化的影响。在全方位的思考中，如何决定一个时空的平衡点，让理性的计划有感动地呈现，是所有站在新世纪转换点的建筑师，重新思考建筑设计本质的核心课题。
“造物者”只是存在于无限巨大的宇宙中的法则或是真理，不会是有限的形体。中国人用“天”名之比较贴切。“天作孽犹可违；自作孽不可活”如同现今人类的处境，“顺天者生；逆天者亡”也可以视为人类即将陷入的绝境，或者可以挣扎求生的出路。以“人类自我”为中心的认知是这个世界破坏的起源，也是人类心智仍然远远不足以认识宇宙永恒存在的真理的证明。对于完整存在的大自然大宇宙，总以短暂片面局部的思想去理解与感觉，这种知识信息的狭隘加上人类自以为是的思想模式，随着人类繁衍数量的极巨大化之后，开始步入“培养皿效应”——细菌在大量繁衍耗尽了所有的营养之后会突然灭绝。人类对生态的省思乃起源于被迫应对自身的存亡，并非高调的理想也无神圣的情怀，只是有远见与智慧的少数人预见未来的恶果，所提出“自我抑制”的呼吁罢了。
上世纪六十年代开始，西方世界已有不少环境保护或生态主义的运动纷纷兴起，有的很悲观，认为环境破坏本来就如人类的原罪般不可避免，除非人类数量大幅缩减，或完全放弃现有的生活型态，对环境生态的破坏是人类存在必然的结果。有的则保持乐观，坚信透过人类自我反省自我克制及科技文明的发展，应该能安然度过所谓“寂静的春天”。
在人类开始探寻与大自然和谐相处之道或开始正视永续生存的议题，总会注意到古老传统与地域民族对建筑与环境的作法，并非是古人或原住民比较有智慧，拥有保护生态环境与大自然共生的观念，实在是在当时人力手工的时代，敬天顺天爱物惜物的作法较为有利，可以减少无效能源与物资的浪费，有利于人类的生存。直至今日反倒可以作为现代“文明人”的参考与借鉴，寻找建筑与环境和谐共生的永续之路。
作为建筑界的一员，我们应该试着从大自然中寻找建筑界的“生态新工法”。这是新世纪建筑师的使命，以挽救濒临窒息的生态，也为能源短缺预作准备。大自然的运行智慧既完整又周全，老子曰：“天之道，利而不害”，“天之道，损有余而补不足”，大自然不作没必要的事，也不作不足或超过的事，没有虚功，更不会只顾到局部的利益或短暂的利益，而损及全面与长远的利益。大自然没有偏袒，不会独厚于人，“天地不仁，以万物为刍狗”。大自然没有废弃物，所有一方的废物就是他方的养分。“上善若水，水善利万物而不争，楚众人之所恶，故几于道。”……观察大自然可以体会与学习宇宙造物者的智慧与情感。
我们试着建立一些模拟大自然的运行法则，作为建筑界学习模仿遵循的依据。这些法则或尚不完整，或这些法则的执行做法有所偏差，都是学习必然的过程。我们不知道能学得多么接近大自然，大自然是自动、整体、互补、平衡、永续、循环、交融……庞大而繁复的多层次运作体系。这是完美的典范，人类是大自然体系的一部分，最佳的表现就是接近大自然的运作模式，这是人类身为大自然的一分子应有的态度，不应再无知而自大，要虔诚虚心地向大自然学习。面对孕育生命的丰盈大地，我们诚心地体会学习，让我们的心灵也能呈现出大自然永恒的智慧与美丽。
“能源物质消耗最少并对自然生态伤害最少的建筑”就是我们理想中的“生态建筑”，生态建筑将随着石化能源的匮乏与环境污染的严重而更受重视，也将形成二十一世纪建筑的新风貌。本文提出了“生态模拟”的概念，即由观察模仿大自然生态系统的运行模式，并归纳出十大运行法则，作为城市与建筑规划设计的准则，以重新建构对生态环境无害的新时代建筑设计原理。并提出“生态美学”的新世纪美学观念。
大自然的十大运行法则
1.自动平衡 回复稳定
地球除了人类以外，任何事与物，只要不足或超过，都会引发自动平衡的机制，寒流暖流山崩地裂是自动减压平衡的过程，某一物种过度繁荣就会提供天敌大量食物，天敌亦随之繁荣得以压制过度的成长。在大自然的食物链中，每一物种都会提供上一层物种得以维持永续繁衍的养分，也留下足够维持自身种族的繁衍数量。若基因演化不足以应变环境气候的改变或觅食被觅食的天择，也有绝种淘汰的下场。新物种取而代之投入生态系统平衡的机制中，大自然自动调整得以逐渐修护缺口回复稳定状态。
人类除了大自然安排的寿命与疾病外，除了人类自己并无大自然生存的天敌，居于食物链的最上层，称之为“终极物种”亦不为过。难怪人类误以为地球上所有的生物与资源都是上帝为人类准备的财产，可以任意取用驱使。人类自以为是地尽情掠夺，才两百多年就污染毁坏了自己的家园，空气水土壤到处染满毒性，让自己与其他万万千千的物种已经难以安心自在地生活下去。人类及其作为已无任何物种或机制能够压制及改正以自动平衡回复稳定。也许人类会因过量繁衍而疯狂，战争、忧郁、毒害、不育等方式自求毁灭或减量。人类的天敌就是自己，这也是地球自动平衡的运行法则，人类可以选择兽性的恶意杀伐来决定哪些部分存活下来，这是被动的回复平衡稳定。当然，也可以选择神性善意地控制生育修复生态管理大自然成为美丽和平的新世界，这是主动的追求平衡稳定。
生态建筑模拟：建筑上向大自然学习，首先是观念的改变，应该了解“不停的追求成长可以永远的发展”是错误的观念，更应明白“平衡稳定才是永恒的基石”。在都市里，太多建筑在追求发展的观念中，不经长远的思考，使用率低，使用时期短，很快就因不符合需要而弃置。建筑的使用期应超过百年，才能维持都市规模的稳定不会快速地扩增，因此，人为建筑的建造应先确定其必要性，是否有现存可利用的场所，或可再利用的废弃建筑物，特别是大范围的都市改造过程中，最好不要轻易地建造低利用率的新建筑。不可存有增加建设就是成长发展，就是“政绩、成就”的观念。如果真需要新的建筑，应严谨地考虑空间的最大利用价值，不盖超过需要的量，并可以弹性多功能重叠利用。进一步再确保使用期超过一百年。生态建筑的原则包含“增加建设不一定是好事，非必要应避免增加新建设”。
2.只取所需 杜绝浪费
大自然的植物或动物只向地球取用其生存之所需，水及养分够用就好。人类就不只是需要而已，绝大部分是非理性的感觉，控制感、尊严感、象征感、恐惧感，除了生理的需要外，心理的需要又多要了很多。如果说这是人类异于一般生物的特质，建筑设计的思想就应该了解、面对、然后超越，我们接受这个特质可以在增加少量能源物质的前提下，适度地表现人类的感性。但应有所节制，在人文艺术与生态节能之间力求平衡。
生态建筑模拟：在建筑构造功能之理性需求上，力求能源物质的使用减到最少，不作超量的能源物质浪费，更不作对功能与结构无益的建造。不应过分地追求豪华、气魄、新奇、突出，以及所谓的“前所未有”。对于创造感性的空间所增加的非结构、构造材料部分，应该节制其超过“必要消耗之能量物质”。并尽可能用人工与自然材质去表现人文艺术的人类特质。因为人工与自然材料是不耗能或低耗能的，对生态的破坏最少。因此，生态建筑遵守最少使用材料与能源的设计、建造、维持之原则并且呈现出材料本质的生态美学。
3.没有废物 必有用途
大自然的一切事与物都有其存在的意义，没有虚功也没有废物。几十亿年的演化已经让整体生态系统运作的每个动作与每个物体都有价值。动物排放的粪便与二氧化碳就是植物的养分，对于某些生命的废物会是另一些生命的养分。没有可用的能源与物质被浪费，太阳的能量供应地球全部生命之所需，能量与物质结合成生命的有形部分〔而生命意识部分是宇宙超越太阳的奥秘〕，太阳能对地球的投射构成整个生命的世界。稳定的气温、植物光合作用的储能成长，动物逐层的能量传递，微生物的能量分解释放，又提供为植物的养分，这样层层利用能源与物质，几乎没有所谓的废物。
生态建筑模拟：在建筑的构筑上，政治与经济的生态意识可以引导“无废弃物的做法”成为社会思想主流，强制或鼓励废弃物再利用。当然人类尚未面临生存危机之前，人性上缺乏积极的主动性，全面的再利用可能耗费更多的能源。但是建筑废弃之建材转化为低能耗的初级再生材料，可以提供敷地非结构性也非精致的规格化构材。不能消耗过多能源将建筑废弃物重制为精致建材，这是合理的材料再生原则。因此，敷地景观材料需要粗糙透水又不需高强度结构性能，最适合废弃建材再利用的目的。全面的规定地表材料皆为低能耗再生材，将排除高能耗太精致不透水的初用建材于非必要的区域，并为大量的废弃建材稳定大量的再生出路。省能再生建材的用途安排合乎大自然最少浪费与减少破坏生态环境的废弃物污染。废弃的建筑物重新利用经过设计赋予全新的功能，延长建筑物的生命期比敲除重建节约更多的能源与材料，符合大自然最少损耗没有废物的生态法则。因此，废弃建筑的再利用与建筑废弃物的再生，也是生态建筑的设计原则。
4.整体共利 绝无偏袒
大自然不会独厚哪一个族群，强势物种生育率极低，弱势物种生育率极高，总是会维持每一个族群的生存。而不管强势或弱势在大自然中都可以得到供养。只因为大自然是由环环相扣的食物链组成，任何一部分受到忽略都会造成全面的影响，即便是天敌也是必要的存在，天敌可以淘汰物种中较脆弱者，对于族群的健康与改良大有帮助。生物界整体共生，顾及了别人就保护了自己，照顾了其他物种也就维护了人类生存的环境。
生态建筑模拟：建筑的规划设计一开始就必须有生命共同体的生态整体意识，建筑师若想打造人类永续的生活环境，就必须接受地球全部生物的共同委托，留下它们生存繁衍的空间，每一块地球上的土地都是千百物种共有共享的，人类不能视为独有而全部占用。当人类的支配欲排除其他动植物的生存空间，不再有虫鸣鸟叫，也不再有植物能遮挡烈日涵养水源提供氧气。人类的都市就成了地下缺水、地上污水、虫鸟不生、废气高热的病态孤岛。在大自然中人类未曾到访的原始地区，空气清新水质甘美，动植物既合作又竞争，处处揭示智慧与美丽。只要人类到临，自然界的和谐美景就遭到干扰破坏。人类集居的都市就是最不健康最不适合居住的地区，这就是人类不能了解“得到了全部却失掉了自己”的大愚若智。生态建筑的设计准则：人类的开发建设应该兼顾当地动植物生存繁衍之所需，这是当代建筑师的新世纪设计思维。
5.多元多样 交融编织
自然界有许多同步运作的系统，能源的传递、水的循环、空气与物质的循环、污染的净化、植物的生存、动物的生存，都在同一个世界交织在一起。这些可以各自独立却又彼此关联的繁复运行系统构成了整个生态世界。生物界中的动物与植物的生存区没有明显的边界，常常有主要的生长区及延伸的生长区，这些交迭编织在一起的生物活动区呈现出多元多样的共生型态，这将有利于觅食传种，维持生物健康的生存环境。
生态建筑模拟：城市规划与建筑设计，将人类的居所编织融入生态物种的栖息地，或将生物栖息地保留编织在人类的居住所，对于人类生活环境的健康与大自然生态物种的觅食繁衍大有帮助。因此，在地球的土地上建造人类的居所，不论基地的大小都应该留设供生物觅食传种大小不等的栖息地。如果建筑占尽了土地的表面，就将二楼以上阳台到屋顶建造成空中花园，用土壤水池将建筑物包覆起来，一方面还给原生植物动物原有的生存空间，一方面阻隔烈阳曝晒及涵养水源，人类的生活与其他物种的生存就可以共生在一起互蒙其利。人类的都市除了保留超大型的森林公园作为都市的绿肺，还以绿带串联起大大小小的公园，最关键的设计是将每一个建筑基地可绿化的地方都覆上土壤并留设水池，以提供多元多样的植物动物生存栖息觅食繁衍之跳板，如此人类的生活居住地与生物的生存栖息地就全面而整体地编织在一起。这才是新世纪建筑师以生态守护者自许的专业信念。
6.永续能源 取之不尽
大自然的运行完全依赖永续不断的太阳，既安全无污染又不虞匮乏。太阳能为万物生生不息的利用已经数亿年，地球表面冷却与日照加温维持了气温的稳定，更提供了几亿年来生物生存的能源，地球上的动物除了摄取食物换得活动的太阳能源，并无其他可以取用的能源。人类学会燃烧有机物质取得生物能，又学会利用水的位能，风的动能，地热的热能，太阳的光能，这些地球上既有的能源，对环境污染较低或完全无害，源源不绝但产量极少利用成本极高。石油天然气煤矿是古生物吸收的太阳能封存在地下，人类仅需计算挖掘运送提炼成本，并不计入原油产生成本。加之供应数量以产油公司当前利益不断增产，形成两百年不知节制的浪费加速地球几亿年储存能源的消耗。
生态建筑模拟：地下石油原本就是地球埋藏的宝藏，还没有达到它最大能源使用效率的时候就已经将它挥霍殆尽，世界更堕落、穷人更恐惧、富人更贪婪，原本美丽的大自然也面目全非。这般奢华浪费的时代就如挖宝致富的俗人，终将散尽财富黄粱梦醒。能源危机的解决之道，端赖新世纪的政治家协议停止战争武器研发，将大量人才资本投入永续能源的开发与取得，以大幅降低太阳能源的使用成本与提高太阳能源效率。在建筑中充分利用永续能源是最不浪费人类能力与地球能源的抉择。
7.形随机能 顺乎物性
大自然界不论是生物或非生物，它的形式都依循它的需要或性质而生成。形式千变万化，材料也千变万化，功能也自由自在地满足其存在的必然。举例动物的皮肤肌肉骨骼内脏的构成因应功能各不相同，各式各样的动物依照其生存需要形体亦各不相同。除了不健康的动物，过胖过瘦或者遗传畸形（生存的机会自然比健康的动物少），健康的动物其形态没有一处是不足或多余的。人类的审美观也会观照体态的匀称完美，多一分则太多，少一分则太少，真正的俊男美女应该是每一处体态的比例颜色质感都合乎健康的必然。再举例溪涧的落石，随着激流的大小，不滚动的大石就会在原地琢磨，埋在溪底的锐角仍在，溪流已将露明石头锐角磨圆，溪流带得动的会滚成卵石，泥、细沙、小卵石会按水流的速度堆在水流较缓的溪湾，大卵石会卡在溪中间狭窄的急流处。在大自然中不论动物植物甚至非生物无机物，它的形态都因应它的功能与性质而呈现出最完美合理的形式。
生态建筑模拟：人类的作为，比之大自然的运行法则，常常显得幼稚极不成熟，可以向大自然学习的地方很多，因为人类只是大自然的一分子，所以人类永远只能接近而不可能超越大自然运行的智慧。大自然创造的示范处处可见，建筑形式的设计应该模仿造物者创造万物的法则，重视使用材料的合适性与材料性质的发挥，整体呈现的形式尽可能贴近吻合所需的功能，建筑的内部空间外在形式与材质运用细部收头，都可以依循此法则而呈现出生态建筑的自然形式。
8.循环供养 生生不息
大自然的生物或非生物生存或存在期各不相同，一年生的植物与生命短暂的动物能源的持续利用率较差，对于地球生态的稳定与本身繁殖的竞争也属弱势，虽然大多以大量的繁殖来作为生存策略。但长远的地球演化观察，生命期愈长代表其竞争能力愈强，能源的循环愈慢耗损就愈低。生物的排泄或生物死亡不是在地球上制造废弃物，而是作为下一层物种的养分。物质与能量的循环在大自然中处处可见，地球整体生态系统能生生不息地运行亿万年，就是因为循环供养而达成永续的目的。
生态建筑模拟：因此，在建筑上应该尽量延长建筑物的使用寿命，就能延长建筑物生命周期，若每一栋建筑物都能有百年以上的寿命，就能节约能源物质的消耗二倍以上。直到建筑物报废时，还要尽量回收钢铁铝料玻璃及再利用混凝土废料，让建筑材料全面循环再利用。建筑设计也能在基地内创造水、养分、能源的循环利用，地下水、上水、中水、下水、净化水的循环，厨余、落叶、堆肥、种菜的循环，太阳能、电能、热能、生物能的循环，基地内的循环可以减少无谓的能源物资浪费。这也是生态建筑在维持使用上长远效益的设计理念。
9.互补合作 各取所需
大自然中动物与植物之间共生的实例很多，动物与动物共生、植物与植物共生也不在少数。而人类生存于大自然之始，就已学会了与动物共生驯养家畜，与植物共生种植作物，利用大自然的一切有机无机材料营造生活的家园。生态万物与人类是共生互补，各取所需。直到工业革命人类依赖机器设备解决生活的问题，不再重视气候与环境的因素，也不想利用大自然的生态互补效应（无须持续耗费能源物质就可以改善生活的环境）。当前能源危机以后，人类才开始向大自然重新学习，认识到生物之间互补合作各取所需才是永续生存的上策。
生态建筑模拟：例如将建筑外部空间设计为多元多样动物植物的生存环境，依户外空间的大小设置生态调节池，池底部不透水，池边坡透水，冬季干旱期仍可用生活洗涤中水经生物净化后补充，夏季暴雨期调节池的水位会随雨水涨落。模仿大自然的土地处处存在储留雨水的水塘，一方面可以延迟河川的水量，减少洪峰的破坏。一方面提供水生植物动物及亲水植物动物的生存，营造一个干旱到潮湿的多元环境，自然能提供多样的生物栖息。建筑阳台屋顶设置一公尺厚的土壤，栽植耐旱的小乔木或大灌木，树下再种植球根类草花及攀藤植物。面对阳光的多种植物与深层土壤可以阻挡太阳对建筑的加热，对于室内空间温度的调节大有帮助。也可以作为各种昆虫鸟类觅食传种的跳板。应鼓励或法令强制规定建筑物需作立体绿化，不仅可以降低室内空调的耗能，也可以减轻都市的热岛效应。动植物与人类共生将是未来生态都市与建筑重要的设计准则。
10.相似相异 生态美学
大自然中时时处处呈现出伟大的奥秘与美丽。对于日复一日生活极其习惯的大千世界，我们常常视之为平常，不会特别去留意这些表面看来这么理所当然的一切。大自然充满奇妙的对立与和谐，同一棵树每一片叶子都一个样，却每一片叶都不一样，尽管每一片叶子不一样，可是每一片叶自然的形态都很和谐漂亮，落叶成堆绿叶成群的聚在一起，不论是个体还是群体都很自然美丽。每一棵花树、每一只动物、每一个人，每一片云，每一条溪涧，甚至每一个晨昏，也找不到一模一样的两个类似。这就是人类无法跟随的伟大奥妙。我们到河谷去可以看到绵延不绝的卵石，每个都经过溪水千百年的滚动琢磨，从深山的某处崩落一路旅行至此，等候下一次暴雨再开始下一次的旅程。大自然似有意似无意地雕琢每一颗顽石，每一颗都是独一无二的艺术品，人为的创作固然也有鬼斧神工的成就，多数人工作品与大自然浑然天成的大器仍显得做作虚假。大量制造的工业制品即便品味绝佳，可以直追大自然造物的境界，但仍然做不出每一个都不一样又极和谐的成品。
生态建筑模拟：所以，看待大自然的材料我们应该视之为大自然的宝藏，应带着珍惜珍贵的态度，虔诚地运用到人类的生活环境建筑之中。这样以自然及人工材质的肌理直接表达相间相融的美感，可称之为“生态美学”。没有太多人为的雕饰，只有如实呈现材料的本质本相，直接欣赏大自然材料形态各异而本质一致的变化和谐，这也是人工所不能及的大自然伟大奥妙的真实美丽。采用手工运用自然材质组构出和谐的建筑形式与肌理，将是生态建筑所呈现的建筑新美学，在二十一世纪的开始，以整个宇宙大自然为视野的“生态美学”也应成为建筑与艺术界的新课题。
收稿日期：2006-08-31