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摘要：大空间建筑集中而超尺度的体量对能耗的影响很大，因此建筑形态设计遵循生态是非常必要的一条途径。本文从体型系数、造型、材料，三个方面，对大型公共建筑形态的生态化设计方法进行研究，以生态完善形态、优化形态、促进形态。
关键词：大型公共建筑；生态设计；优化；仿生化；象征化
形态是建筑作为实物存在必不可少的直接形象和形状，所包容的空间是功能的载体，是反映建筑类型、特征、性质、风格、科技水平和社会背景等的标志。它是根据内部功能、用地条件、环境关系等来决定的。大空间建筑形态与常规建筑形态相比，有其特殊性：结构形态决定空间形态、空间表现以单一形态或相同单元形态的组合为主、科技含量高，具有鲜明的技术美学的特征等。大空间建筑集中而超尺度的体量对能耗的影响很大，因此建筑形态设计遵循生态是非常必要的一条途径。
1、基于物理学原理的体型系数优化
从建筑节能角度出发，单位面积对应的外表面积越小，外围护结构的热损失越小。因此，如何通过科学的分析，将大空间建筑的体型系数控制在一个较低的水平是其生态优化原则的重中之重。
根据动力学原理可知，建筑迎风面受压力作用，为正值；由于建筑物大多为非流线型，背风面、侧面和屋面角部会产生一定的漩涡，从而引起吸力，为负值。同时大空间建筑对风流场也产生巨大的反作用，突兀不利的体形将恶化风环境。因此设计时应遵循这种客观规律以减少与生态环境之间相互的负面干扰，增进环境的有序化。有机流畅的形体是对生态环境与功能、技术要求统筹应对后真实的表达。大空间公共建筑生态化设计的新内容是利用大自然的法则，决定其形状和运营，并更为确切的将其流程具体化，如能量的流程、空气的流程、光线的流程、水的流程等。
札幌穹顶体育场位于日本北海道札幌市，是一个棒球与足球两用的有盖体育场。札幌穹顶体育场在2001年3月落成启用，可容纳42,122名观众。其建筑面积有53,800平方米，总楼面面积为97,503平方米。上盖直径为245米，看台倾斜度为30度。体育场在2002年韩日世界杯期间举行过多场赛事，德国在此大胜沙特阿拉伯，而英格兰亦在此战胜其宿敌阿根廷。它为棒球及足球设置两组不同的竞赛场地。棒球赛使用人造草地，而足球赛则使用在比赛时才移进室内的天然草地。札幌穹顶的巨型银灰色穹窿形屋顶特征明显，就像一个漂浮在空气中的巨型“气泡”，或一颗静卧在大地上的巨型水滴，简洁流畅的体型与北海道广袤的地域景观十分相宜。利用空气动力学原理，其流质塑性的穹顶形状通过计算机及实物模型风洞试验而确定，屋面设计成可防屋面积雪、减少风力影响并适应棒球飞行轨迹的抛物曲面造型，冬季的主导风被流线形穹顶引走，从而减少了寒气对室内环境不利影响和供暖能耗（图1），从而达到减小能耗的效果。建筑体型是空气动力学与现场环境的理性演绎的结果，其能量随着建筑形式而流动，建筑形式随能量流动的需要而改变。通过这个设计可以看出结构体型设计的源动力来自空气流程的路径。
图1 札幌穹顶
根据空间几何学可知，同样体积的不同形体，以球体的表面积最小，而立方体、长方体的体型系数渐次增大。而大跨平面结构的强度、刚度方面的劣势也使六面体在大空间中作为不大，因此大空间公共建筑大多采用空间曲面屋顶，特别是屋顶与墙体一气呵成的一体化形式备受青睐，并且在平面布局上外形不宜凹凸太多，尽可能力求完整，以减少因凹凸形成外墙面积大而提高体形系数。因此设计中应权衡利弊，兼顾形式与功能。
2、基于主题景观的造型仿生化
自然界是人类最好的老师，人们无时无刻不在从自然界中获得启发而进行有益的创造。仿生并不是单纯地模仿照抄，它是吸收动物、植物的生长肌理以及一切自然生态的规律，结合建筑的自身特点而适应新环境的一种创作方法，它无疑是最具有生命力的，也是可持续发展的保证。人类出于提高生产效率的目的而对建筑形式进行归纳和简化，由朴拙自由的手工业形式走向精致规则的机器工业形式，逐渐远离自然。自现代主义建筑以来，所谓建筑形式的“理性”往往与其视觉可认知的规律性紧密相联系然而人类对自然界内在规律认知的范围是非常有限的，而且内容的规律性并不一定折射形式的规律性。很多高效生态的方式在人们看来并不符合视觉的审美习惯，因为生态和效率是事物和环境之间深层的和谐关系，而不是表面的现象。这就给建筑师的主题发挥留有余地，反过来主体的创作也给中规中矩的大空间公共建筑景观平添了几分韵味。北九州岛梅地亚穹顶（图2），外观采用流体力学的形式象征性地表示自行车比赛所具有的速度感和空气的流动感，展现了面向地球环境时代发展的“自行车城市”的姿态。其独特的形状，简直就像是自行车选手的头盔，自行车选手在冲击时，头盔保护选手的头部，整流风力减少阻力。
图2 北九州梅地亚穹顶
埃罗?萨里宁于1958年所作的美国耶鲁大学冰球馆形如海龟（图3），采用悬索结构，沿球场纵轴线布置一根钢筋混凝土拱梁，悬索分别由两侧垂下，固定在观众席上。建筑造型奔放舒展，表达出冰球运动的速度和力量。这是一个凭借现代技术把建筑同雕塑结合起来的作品。结构形式与功能结合妥善显得十分自然。
图3 美国耶鲁大学冰球馆
图4 汉诺威世界博览会日本馆“超级纸屋”
3、基于生态材料的象征化设计
还有一种手法，不是通过具体的形式完成对生态的表达，而是通过生态材料的应用，更深层次地传达生态的地域文化精神。
建筑师坂茂在2000年汉诺威世界博览会日本馆—“超级纸屋”（图4）采用经过回收加工的纸料建成，拱筒形的结构由粗筒纸网状交叉构成弧曲屋面和墙身材料也是织物和纸膜，整个展馆长72m，宽35m，最高处达15.5m。 “超级纸屋”与普通建筑不同——房屋的使用寿命以拆毁为标志，日本馆并不是一个最终产品，可以说它具有建造、拆毁和再生的象征。基于日本传统的人天合一观念和对纸、木及其他自然材料的偏爱，该展馆吸取了日本传统住屋的障子(弘啼)，即木格纸门窗的意匠。在白天，自然光经过半透明纸窗的过滤构成柔和育人的室内光环境；在夜晚，纸窗又是呈现神奇光影的“屏幕”，自然光透过防水的织物和纸膜构成的屋顶投射到室内，造成一种富有日本风情的空间环境。通过结构材料“纸”，表现本民族建筑的“轻盈”的特质，再现了日本文化的传统，其方法具有相当的创新精神。
生态是指人与自然的关系。生态的本质是物质系统的首尾相接、无废无高效和谐、开放式闭合性良性循环。大空间建筑的生态化设计的“气候设计”的概念是由奥戈雅兄弟最早提出来的，指在规划建筑方案设计过程中，根据建设基地的区域气候特征，综合建筑功能要求和形态设计等需要，合理组织和处理各种建筑元素，使建筑不需依赖空调设备而本身具有较强的气候适应和调节能力，创造出促进人们身心健康的良好建筑内外环境。气候因素对建筑创作是一种制约，但同时也可以成为创作灵感的主要来源。生态设计作为大空间建形态设计的依据，以生态完善形态，将成为大空间建筑形态设计的良好契机！
论文作者:王冠,俞天琦
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/11
标签：建筑论文; 形态论文; 生态论文; 穹顶论文; 札幌论文; 空间论文; 形式论文; 《基层建设》2016年11期论文;