可持续发展面临的挑战与策略Word文件下载.docx
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（1.）建筑面积适当，不刻意追求大。
建筑面积只要满足生活和工作需要即可，不必过大。
少一平方米建筑，就减少一份资源消耗，就给环境减少一份压力，给使用者减少一份负担，就是对地球的一份功德。
我国大陆近年建造的住宅套均建筑面积达123平方米，仅次于澳大利亚（211平方米）和美国（153平方米），高于台湾（100平方米）、德国（95.4平方米）、法国（93.9平方米）、日本（90平方米）、英国（87.7平方米）和新加坡（72.6平方米）等，而且现在还在增加。
笔者根据1999年国家统计局城调总队对10省市5000户“城镇居民消费意向调查”资料，得出我国城镇居民想要的一套住宅的建筑面积是80~120平方米。
2006年以前，国家规定新建住宅套建筑面积都在100平方米以下，2009年，深圳市新建商品住宅套均建筑面积为93平方米。
可见，把套均建筑面积控制在80~140平方米是可行的。
国家规定党政机关办公用用房编制定员人均建筑面积为16~30平方米，其中一级为26~30平方米。
但是，有的街道办事处，人均建筑面积竟大到170平方米，是一级办公用房最高人均建筑面积30平方米的5.7倍。
（2）.延长建筑寿命，走向百年建筑。
可持续设计必须以延长建筑寿命为出发点。
目前，我国普通房屋的设计使用年限为50年。
有人说，中国建筑平均寿命不到30年，那是指统计平均寿命（等于现有建筑面积/当年新建建筑面积），按照规范设计的建筑，寿命不会低于50年。
由于缺乏百年荷载等设计数据，目前虽然还不能设计百年建筑，但是延长建筑使用年限现在就可以着手。
第一，要有百年规划。
我国东北某市由于规划调整和功能失灵，使用年限不到50年的住宅中，拆除的就占20%，规划变更是我国建筑寿命短的重要原因。
第二，建筑设计必须有柔性。
建筑内部空间要可以改造，特别是保障性住房，如果套内面积很小的房间都被承重墙分隔，则将来生活水平提高，只能拆除重建。
第三，要适应老龄社会的需要。
我国已进入老龄社会，大多数人不喜欢频繁搬家，希望在年青时代就拥有的家里度过晚年。
所以设计时，就要把老年人的需求考虑进去。
日本估计全部考虑和只考虑基本要求，所增费用分别不超过房屋造价的10%和1%。
设计老龄住宅，贷款可享受优惠，公营住宅还可获得补助金。
第四，管线要容易更换。
做明管明线设计，结构体和填充体尽可能做到分离。
第五，提高结构、墙体和保温等材料的使用寿命。
第六，要注意同周围环境协调，考虑沿街住宅底层会改变用途，以及城市道路可穿越大型住宅小区等。
（3）.用好自然资源，不给地球增负。
第一是利用好大自然赐予我们的空气和阳光。
建筑自然通风和采光是节能和健康的最为有效的途径。
现在，一些高档酒店的窗户不能开启，拉上窗帘用人工采光、通风；
一些住宅集中送新风，要求室内恒温恒湿恒氧，过关窗生活；
这些显然不利于节能和健康。
自然通风要通过窗的开启方式、竖向风道和设置负压等组织室内气流。
自然采光要充分利用顶光、侧光和反射设施等。
第二是利用好可再生能源，如太阳能、地热能、风能、水能和生物质能等。
目前，利用太阳能提供热水并与建筑一体化，不但技术成熟，而且经济可行，应列为首选，但要注意选用质量好的产品。
利用光电能源，目前在经济上虽然还未过关，但如国家给予补贴，从长远和保护环境的角度来看，还应推行。
地热能利用的地区，一要有地下空间规划；
二要有水文地质勘查证明可行；
三要有水文地质、暖通空调、地热设备专家共同参与；
四要有政府专门机构或人员从立项、实施和效果进行管理。
在城镇利用风能困难较多，但两栋相邻的超高层建筑则可利用风能并与建筑一体化。
在没有地下空间规划，未经勘查论证，政府没有严格管理的情况下，就大面积推开，而且不计效果地给以补贴，是有很大风险的。
第三是做好建设场地的规划设计如：
力求保持原生地形地貌；
尽可能保留原生大树存遗；
尽量做到开挖土方平衡；
暂时存放场地面表土并回收利用；
注意暴雨处置、雨水回渗和储留利用；
以及利用自然土层和和人工层、屋顶、阳台、外墙栽种各类植物，进行绿化，以利用植物的光合作用固定空气中的二氧化碳。
（4）.保护生物多样性。
生物多样性是人类文明的基础；
是地球上生物圈中所有的生物（即动物、植物、微生物），以及它们所拥有的基因和生存环境；
包括生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性。
要关注生态金字塔最基层生物的生存环境，用多样化土壤、植被、水文、空间提供多样化绿地，造就生物藏身、筑巢、觅食、求偶、产卵、繁殖等功能的环境，以满足野生物种的食物、水、隐蔽和养育幼崽场所等4项基本生存需求。
如：
植物种类多，选用当地原生种，利用生态表土，绿地分布均匀、连贯，大小乔木、灌木、花草密植混种，自然护岸生态水池，多孔材料边坡、透空围篱，隐蔽绿地内设置生态小丘（枯木、乱石、空心砖等），以及采用有机肥料等。
（5）.建筑造型、景观简约，朴实无华。
建筑立面设计要反映自然条件、民族特点、场地环境和建筑规划的总体要求，要考虑材料的性能、结构、构造和建造技术，要适应社会经济条件，要符合建筑美学原则。
但是，反映建筑功能和使用性质，建筑形态要随着社会发展而发展，应是建筑立面设计的首要原则。
一位美国的著名建筑师曾经对我说“建筑的立面首先是由功能确定的”。
住宅小区主要是住，景观要简约，不能按照公园做景观设计，建假山、喷泉、大面积水景，众多的小品和雕塑等等。
住宅套型设计要把功能放在首位，厨房和卫生间是住宅的心脏，一定要安排好。
要注意改变储藏空间不足的状况。
一些住宅小区和单位，把入口大门建造得高大、豪华，其实，大门丝毫不能反映住宅小区的品质和单位的声誉。
（6）.倡导本土全球建筑（GlocalArchitecture）。
本土全球建筑首先是本土（local），即适应地方特点，学习乡土建筑，保留国家和地方特色；
其次是全球（Global），即吸取全球技术和智慧，有益于业主和用户。
特别是住宅建筑设计，必须考虑地方特点、习俗、传统、社会和文化背景、生活行为模式、以及社会、经济、科技和生活发展状况，照抄、照搬外国、外地的住宅建筑是完全违背可持续设计原则的。
最近有一位从美国来北京开会的研究生，她是伊朗人，第一次来中国。
我问她：
“你这几天最深的感受是什么？
”她未加思索地说：
“我来中国，特别想看中国的建筑，但是现在还没有看到。
”可见中国是多么需要中国建筑。
2.环境能源的多样化模块专业级分析
2.1建筑环境模拟CFD
可持续设计的概念和相关实践是在全球可持续发展的思考和实践过程中逐渐形成和产生的。
1987年，联合国世界环境与发展委员会（WCED）在《我们共同的未来》（OurCommonFuture）一书中正式提出可持续发展（SustainableDevelopment）的概念—“既满足当代人的需求，又不对后代人满足其自身需求的能力构成危害的发展”。
此后，联合国通过召开“联合国环境与发展大会”等一系列举措，使得可持续发展的概念逐渐得到世界各国政府及学者的接受和支持。
用可持续发展的标准来衡量建筑行业，就得到了可持续建造（SustainableConstruction）的概念。
1994年，在美国佛罗里达州坦帕市举行了“首届国际可持续建造会议”。
在会上美国佛罗里达大学教授基伯特（CharlesJ.Kibert）第一次提出并解释了可持续建造的概念—“基于高效资源利用和生态学原则的健康的建筑环境的创造及其负责的管理”。
可持续设计是可持续建造活动的一部分，是人们为了创造有助于人类可持续发展的建筑物所作的设计工作。
当人们设计和构造复杂系统的时候，或研究自然界、人类社会中漫长的演变过程和不易重复试验的事物时，需要制造一个模型来进行各种试验。
在历史上，人们应用过数学模型、实物模型进行试验。
可编程的数字计算机出现以后，人们把数学模型编制成计算机程序，在虚拟空间中完成模拟过程，这就是计算机模拟技术。
计算机模拟经过反复试验，帮助人们了解系统的性能，检验预想的假设，进行系统的分析、设计、预测或评估[2]。
CFD，即计算流体力学（ComputationalFluidDynamics），是一种重要的计算机模拟技术，其产生可以追溯到20世纪30年代初，它是流体力学、数值计算方法以及计算机图形学三者相互结合的产物。
1974年，丹麦的尼尔森（P.V.Nielsen）首次将CFD技术应用于空调工程，模拟室内空气流动情况，标志着CFD技术开始应用于分析工程中的流动问题。
近年来，随着计算机容量的大大提高，先进的数值计算技术的出现以及各种湍流模型的提出，CFD技术已经广泛应用于暖通空调、环境水利工程、化工、热能动力、核能、大气流动等领域。
科学计算可视化（VisualizationinScientificComputing，简称ViSC技术的出现，使得CFD技术得到进一步的发展。
在可持续设计中，需要对设计方案的自然通风和温度分布状况进行模拟，因为这是节约能耗和达到适宜的室内环境的重要因素。
近年来的研究和经验表明，室内空气流动情况很大程度上影响了人体的热舒适和健康，房间的空调或自然通风的效率以及建筑物的能耗状况。
CFD技术具有成本低、速度快、资料完备且可模拟各种不同工况等独特的优点，在可持续设计中大有用武之地。
利用CFD方法可以对室内空气流动形成的速度场、温度场、湿度场以及有害物浓度场等进行模拟和预测，从而可以得到房间内各种物理量的详细分布情况，这对于保证良好的室内气流组织设计方案、提高室内空气品质，以及减少建筑物能耗都有着重要的指导意义。
此外，利用CFD技术也能对建筑外部的空气流动情况进行模拟和预测，有助于建筑师进行建筑设计时全面考虑建筑物周围的微气候，减少建筑物对于环境的不利影响。
在实际运用中，CFD技术通过与ViSC技术的结合可以直观的将模拟结果用图形表示出来，便于设计人员观察和判断。
美国麻省理工学院（MIT）建筑系有个名为“中国可持续城市住宅研究团”（TheSustainableUrbanHousinginChinaGroup）5）的学术组织，曾经在中国大陆进行了一系列可持续住宅的设计研究工作，探索在像中国这样的发展中国家的城市进行可持续住宅设计的具体途径和方法。
1999年至2000年，该组织与上海同济大学以及上海住房发展公司合作，进行了上海泰东小区的可持续设计研究。
该项目是以课程设计的方式开始的。
2000年秋，3个学生设计方案提交给了开发商。
经过比较和评估，其中的一个最终得到了深化和发展。
该项目的主要成就是深入研究了建筑单体的室内空气质量问题和具体的通风设计问题。
通过CFD技术，设计者最终将由2栋建筑组成的方案，改成了由33栋建筑组成，使得小区内气流分布更为均匀，改善了小区的总体环境状况。
在进行模拟时，假定了风向为东南向（当地夏季的主导风向），风速为3m/s，离地面10m。
CFD软件模拟了2种不同方案在不同的高度对小区气流环境的影响（图5）。
CFD技术还对单体的室内通风状况进行了模拟工作，供设计者评估方案之用。
能力。
实践证明，在以CFD为代表的计算机模拟技术的帮助下，建筑师可以获得直观、科学、可靠的决策依据，真正提高可持续设计的有效性。
我国是一个发展中国家，同时也是一个人口众多、资源相对匮乏、工业基础比较薄弱的大国，在发展中所面临的环境压力特别巨大。
严峻的形势迫使我国加快进行可持续设计的研究,然而，目前我国的可持续设计的理论和实践都处在初级的阶段，发展速度也不尽人意。
究其原因，主要是设计手段的严重滞后，多数人没有意识到可持续设计对信息技术的巨大依赖性。
改变这种状况需要政府、学术界和每一个有责任感的建筑师一齐行动起来，努力提高自己的知识水平，使得以CFD为代表的计算机应用技术早日成为提高我国可持续建设乃至可持续发展水平的有力工具。
2.2日照模拟SUNCOST
城市日照是一个物理变化过程,主要表现在日照阴影和太阳辐射方面。
研究城市照环境,就是通过模拟太阳运动,结合城市建筑物的布局,研究日影变化规律,从而对城市规划进行一定的科学指导,然而影响城市居住区环境的物理因素不仅仅是自然光、还有其他因素诸如热、声、气等,但自然光环境与其他不因素不同的是光因地理、气象条件而产生,是不以人的意志为转移的客观因素。
因此,以自然光照作为切入点,引入建筑物阴影和太阳辐射数据,将其空间动态变化与绿化位置优化结合是本文的主要内容。
2.2.1日照阴影的物理环境作用
建筑物阴影在人们的生活中随处可见,在炎热的夏季有一定的阴影往往会起到特殊的防热避暑作用，而且在部分地区，建筑物的设计上也都比较关注夏天的遮阳问题，从建筑型体的控制上入手,对建筑物的高低、走向、布局进行设计来营造物理环境,即利用建筑物阴影来防热降温[51]。
然而,建筑物阴影也会带来一些麻烦,遮挡冬季居室采光，遮挡阳光影响城市中植被生长等。
2.2.2日照阴影的遮阳与降温效应
减少太阳辐射是降低温度最直接的方法,在建筑物阴影区域内的地表及空气温度与非阴影区。
已有研究者[29]统计表明:
建筑日照阴影与城市居住区热环境有着密切的关系,良好的阴影结构及空间分布变化对炎热的夏季防热降温具有一定的功效和意义,结果显示城市阴影面的地表温度比太阳直射面的地表温度低16-26℃,如表4.1、4.2所示。
表1
表2
表3
通过上图对比可以发现，混凝土地表在阳光和阴影下的温差明显大于绿地,而且混凝土地表温度要高于绿地地表的温度，在一天中阴影下的草地温度基本与空气温度持平,而阴影覆盖的混凝土地表温度却在早晚时分低于空气温度中午时分又高于空气温度。
这也说明一点,通过物理过程来避免阳光直射，降低太阳辐射对降温有直接快速的效果。
2.2.3阴影与绿化的关系
绿地系统在城市中具有重要的作用,是城市自然和生态的重要组成部分,不仅可以净化空气,消除噪音,降低空气温度,而且还可以给城市带来一定的美化功效。
光照是植物生长的必需条件,城市中高楼林立的城市遮挡阳光资源,产生的建筑物阴影使植被等绿地因得不到充足的阳光而不能发挥更好的生态效应。
然而建筑物阴影客观存在不可避免,但是利用阴影的位置入手来分析指导绿地的优化却有一定的现实指导意义,一方面可以对绿地的合理位置进行选取和优化分析,另一方面,建筑物遮挡产生的阴影区域可以布置一些适合生长的种类,这样不仅有效避免了日照资源的不足,而且在城市景观上又体现出了绿地系统的多样性。
2.2.4城市阴影率分析
关于阴影率的概述在第二章节中已经讲述,它是指某时刻阴影面积在地块面积上的占有比例,反映的是城市某一地块内居住小区的日照阴影和居住环境质量的状况,与建筑容积率、绿地率不同的是阴影率是一个动态变化的量值。
一年中不同时刻的建筑物阴影都是不同的,因此对阴影率的分析,必须选取一个具有代表性的时间段来进行。
尤其在夏季,它的值在一定程度上能更好的反应出某一小区的居住舒适度。
在进行分析时,需要知道城市中某一指定地块的地块面积（PlotArea）,模拟并统计出分析时间段内各个时刻的阴影面积（ShaArea）。
由于时间是一个连续变化量,而且在相邻时刻点阴影的空间特征具有一定的相似性,根据这一特点,将某一天的时间进行离散化,即划分为一系列微分单元,并且我们假定在时间单元内,阴影的是不变的,时间单元划分的越细越精确,而此前关于城市日照分析中建筑物遮挡的日照时数计算就是利用这种算法,将连续的时间离散,然后再根据遮挡条件判断来积分,累计计算出遮挡时数,阴影率只是表示一天阴影的变化和所占的比例,以夏至日为例,取一天的08:
00-18:
00之间的不同时刻点,以1h为时间刻度进行绘
表7
表6
表5
表4
不同季节阴影率对比图
表,如表所示不同时刻阴影率对比图
2.2.5城市阴影的变化分析
太阳高度角和方位角的改变,表现在地面上反映的是建筑物阴影的长度和角度的变化,即阴影的长度差和方位差,习惯上我们将变化理解为面积大小和位置的改变,但这不能更精确的描述其变化量,因此,笔者通过总结前人的研究成果,引入了阴影的长度差和方位差概念作为建筑阴影变化的衡量指标。
在晴天,建筑物阴影是一个随时间和地点变化的量,表现为早晚时分阴影较长,中午时分最短,而且阴影的位置和角度也有东到西发生变化,如图所示。
通过以上分析,阴影的影响范围便可以由阴影的长度差和方位差近似计算,其中包括阴影的外围轮廓和阴影死区（照不到阳光的区域）。
由于阴影在早晚时分长中午时分短,使阴影面积形状呈现蝴蝶状图形,因此阴影范围图也称之为蝴蝶图城市太阳辐射的空间变化分析。
2.2.5城市日照制约下的绿地空间布局
城市绿地是城市的重要组成部分,在城市中具有重要的美化和生态功能,大多以人工栽培为主,通常分布于街道两旁,高楼之间以及高架桥层之间,其种类布置,群落的形成以及生长情况在很大程度上受到人为的影响。
关于城市中植被以及绿地的研究虽起步较晚,但目前在国内已有部分学者对城市植被的种类组成和城市化对树木和绿地等的生长影响方面进行了重点研究。
随着城市化规模加剧,城市空气水质污染、日光资源遮挡等环境因素对植物的影响逐步开始被人们所关注,然而GIS和遥感技术的出现,使城市化包括城市中植被和绿地的进一步研究得到了足够的支持,在北京、广州、上海、天津等地相继开始应用遥感和GIS技术对城市植被绿地进行大规模大范围的调查和研究,都取得了较好的研究效果。
将日照和城市规划结合研究是一个探索性课题。
从阴影的变化和位置入手,通过分析建筑物阴影的空间分布特征以及日变化情况,并结合植物对光的需求对城市绿化布局进行合理指导。
正确合理的绿化布置不仅可以为夏季烈日下形成自然凉,而且可以使植物得到合理的光照使其正常健康的生长,在光照强烈的地方可以布置一些乔木类植物来吸收过多的太阳辐射,这样可以防止地表暴漏在阳光下空气温度居高不下,从而起到改善建筑周围微气候的作用,而在光照微弱的地方布置一些耐阴植物,这样不仅可以使建筑围绕在绿色的植物中间,在美化环境的同时又不影响正常的生态功能发挥,而且还可以更加充分的利用建筑周围的土地资源。
并且绿地的优化反过来又对建筑的日照环境起到一定的改善作用,减弱辐射,增加室外舒适度,给建筑的使用者带来一定舒服感。
绿地的布局设计主要利用阴影、辐射、现状绿地以及道路来共同参与完成,具体的优化流程如图所示。
对绿地空间布局的优化,主要是利用阴影和辐射的变化分布,寻找出强光和弱光的分布区域,进行绿地布局时既要避免植物生长的“死区”又要防止“强光伤害区”,从而提高植物的生态效益,而提高绿化设计的生态效益就必须满足在日周期内得到适量的太阳辐射,因此,对建筑周边的强光区域和弱光区域的确定是关键,合理正确的利用光照资源,在不同的光照条件下布置不同种类的植物,才能保证植物的最大最优生态发挥,这也是本
图1绿地的空间布局优化过程图
文利用阴影分析和太阳辐射分布模拟结果的应用层面。
2.3采光分析lighting
采光分析
确定网格和设置地理位置：
Modelsettings---modelcontext/gridsize改为3000
Gridextents改为-1000，56000.0
-1000，36000.0
0.0，15000.0
---date/time/location中将纬度、经度改为徐州的经纬度：
纬度：
34经度：
116
开启分析网格：
在右侧点击---gridmanagemengt，确认numberofcells中的x,y,z值分别为20、16、16在分析网格面板中最下方“calculation”栏中的“lightinglevels”处于选中状态，点击“performcalculation”,选中“skipwizard”,最后在“generalsettings”栏中选择“mediumprecision和“cleanwindows”,在“skyconditions”---"
calculatefrommodellatitude"
—ok
Date&
scale---daylightinglevels
日照分析
---dailysunpath选中，图示为太阳在12个小时内的运行情况
---annualsunpath
---hourly（在下面），可以看到规划方案光影的一个变化，
---annual,可以看到每年的一个光影的变化
分析旁边某个建筑对这个建筑的某个窗户的影响：
选中这个窗户，---“地球”---冬至日/夏至日
---“地球”---找到徐州气象数据
---“地球”---冬至日/夏至日
选中窗户------displayanalysisgrid
---auto-fitgridtoobjects
---axis---xzaxis形成竖的网格，通过调节滑条，将网格弄到窗户的面上。
调节网格的大小/gridmanagement,使之正好等于窗户的大小，工具栏中/calculate---solaraccessanalysis
图2日轨图
---选中shading,overshading……（遮蔽和一些日照时间）
---forcurrentday（冬至日一天当中日照情况）
---cumulativevalues（一天从早到晚冬至日累计的日照时间）
---analysisgrid
---usefastcalculationmethod---讲进度调高（shadingaccuracy）---ok讲看到窗户上会出现各种颜色的分析网格，进而分析，再算一下它的日轨图
---calculate/sunpath---calculateshading,讲滑调调高一点---ok得到简图（被遮挡情况的析）黑色是被遮挡的情况，白色是没有被遮挡的情况。
2.
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