“ 两观三性”视野下的以色列校园建筑生态策略分析

包莹 王静 丘建发 马明华 / BAO Ying, WANG Jing, QIU Jianfa, MA Minghua

“ 两观三性”视野下的以色列校园建筑生态策略分析

包莹 王静 丘建发 马明华 / BAO Ying, WANG Jing, QIU Jianfa, MA Minghua

本文介绍了以色列具有代表性的高校校园绿色建筑案例——本－古里安大学斯代博克校区和特拉维夫大学波特环境研究教学楼，分析案例中采用的适宜性生态策略以及实验性高技术生态策略，结合“两观三性”指导下的校园建筑设计实践，以期归纳出能够指导我国绿色校园建筑设计的借鉴策略。

以色列 校园建筑 生态策略 两观三性

1 引言

沙漠等干旱地区占全球陆地面积的40%以上，全球环境变化如气候变暖和干旱地区进一步荒漠化威胁到100多个国家的13亿人口。以色列地处地中海东南沿岸，位于撒哈拉沙漠以及戈壁沙漠之间，50%以上的国土面积属于干旱或半干旱地区，人均淡水资源总量仅占到世界人均水平的1/30（宋喜斌，2014）。极端的生态环境带来的压力使得以色列政府高度重视绿色建筑的发展。

本－古里安大学（Ben-Gurion University of the Negev）位于以色列内盖夫，建立的初衷是为了发展以色列南部沙漠地区，现已成为汇聚全球著名科学家和研究者的世界性高等教育机构，在校学生数近20 000人，拥有贝尔－谢巴（Beer-Sheva）、斯代博克（Sde Boqer）和埃拉特（Eilat）3个主校区。该校开展了有助于促进本国沙漠地区和世界其他旱地可持续利用的沙漠环境研究，并通过在干旱地区的前瞻性研究，与其他气候相似的国家，特别是在中东地区，建立了合作基础。本－古里安大学与中国的合作始自中以建交，合作的内容、领域以及规模逐渐扩大。现在，该校常年有40名左右来自中国的研究生、访问学者以及进修人员，研究的领域几乎涵盖学校的全部系科，主要集中在农业、节水灌溉、生物、化学、医学、计算机、机械、材料、地理、沙漠治理、犹太文学等领域。

坐落于一个小山顶上的波特环境研究教学楼（Porter School of Environmental Studies Building，PSES Building）既是特拉维夫大学（Tel Aviv University）的第一座绿色建筑，也是以色列第一座获得LEED（Leadership in Energy and Environmental Design，能源与环境设计先锋）铂金级认证的建筑，其LEED评分高达92分，是世界上为数不多的超过90分的绿色建筑之一。

本文以斯代博克校区和波特环境研究教学楼为研究对象，通过实地调研，同时结合何镜堂院士的“两观三性”理论，深入分析并思考绿色理念在校园建筑设计中的体现，以及适应性绿色策略与高科技的广泛应用和实践，希望能够对我国绿色校园建筑的发展提供参考和借鉴。

2 沙漠里的奇迹——本－古里安大学斯代博克校区

斯代博克校区创造了在沙漠上建造校园的奇迹。校区所在地气候条件极端恶劣：夏季炎热、冬季干燥、昼夜温差大、全年多风沙。为了应对自然环境的挑战，校园建筑采取了一系列适应性生态技术策略。一方面，面对特殊的气候环境，极为重视沙漠气象和太阳能的利用；另一方面，着重考虑将水科学与技术研究应用于水资源管理、废水处理和生物修复。这些不同的研究除了在斯代博克校区的实验室、课堂开展外，还在散布于内盖夫沙漠的研究站和实地研究场所中进行。

2.1 选取乡土植物

在校园景观层面，选取适应当地气候的乡土植物，包括四季常绿的沙地植物，有效降低对水资源和养护的需求；绿化植物在防风固沙的同时，亦可改善场地微气候，提供较为舒适宜人的校园环境（图1）。灌溉效率最高的滴灌技术被应用于干旱地区的所有绿化系统中，直接将水分和养分输送到植物的根区土壤（图2），使得蒸发量和渗漏水量降至最少，配合自动化控制，实现了节约水资源的总体目标。

图1 基于本地植物的校园绿化

图2 采用滴灌技术的绿化系统

2.2 建筑朝向、太阳能热水和遮阳设置

在校园宿舍区的规划设计中，节能与健康舒适是关注要点。结合当地的主导风向，宿舍区的总体布局以南北朝向为主，通过整合与优化群体空间形态形成区域内风道，促进空气自然流动（Etzion，et al.，1997）。由于当地全年日照充足，具备良好的太阳能利用条件，因此宿舍区的建筑屋面上普遍设置了太阳能热水系统（图3），有效兼顾了节约能源与满足宿舍区对生活热水的需求。强烈的日照带来的不利影响亦是绿色建筑需要解决的关键问题。一方面，宿舍区的建筑立面减少了朝向日照方向的开窗面积，结合进深较大的窗口形式形成一定的自遮阳效果；另一方面，在连接宿舍区与公共空间的露天区域设置遮阳廊道，构成舒适便捷的交通流线（图4）。

图3 宿舍区建筑屋面的太阳能热水系统

图4 宿舍区与公共空间之间的遮阳廊道

2.3 中庭通风设计

雅各布·布劳斯坦沙漠研究国际中心（Jacob Blaustein Institutes for Desert Research，BIDR）是本－古里安大学斯代博克校区的代表性建筑，设计的初衷是为了提高使用者对周围沙漠环境的认知和理解。该建筑大部分体量被埋于地下，因此能在一定程度上形成冬暖夏凉的效果。建筑中庭为步行流线的核心，各种功能空间围绕中庭进行组织，包括图书馆、教室、办公室、自助餐厅、休息室和6个学者宿舍。中庭亦是各项绿色策略的集中体现之所：首先，通过精心设计的遮阳措施，确保内部环境既能免受室外极端气候的侵扰，也能获取足够的自然采光；其次，配合花园植物的栽种，形成良好的热带景观和小气候环境（图5）；此外，中庭的大型冷却塔极大地促进了室内外空气的流通和热交换（图6）。冷却塔的设计改善了中庭的舒适度（图7），并节约了能源：一方面，八角形平面的大型冷却塔置于中庭的中心，上部温度高而底部温度低，利用“烟囱效应”形成自然通风；另一方面，塔顶装置机械风扇并结合喷水器，底部设有安装了水循环系统的水池，在需要时开启，降低底部温度以加强空气流动（Etzion，et al.，1997）。屋顶的天窗也具备自动开启功能，在必要时开启以加强空气流动。

图5 中庭景观

图6 中庭的冷却塔

图7 中庭冷却塔的温度分布示意（来源：Etzion，et al.，1997）

2.4 围护结构创新

布劳斯坦沙漠研究国际中心在围护结构上也进行了创新。建筑墙壁的外表面采用特殊的粉浆涂抹，可反射70%～80%的太阳辐射，显著减少了建筑从外界获得的热量，并且该材料能在一定程度上避免灰尘、沙粒等污染物在外墙表面的附着，降低建筑的维护难度（Etzion，et al.，1997）。

窗户是建筑外围护结构的重要部分和避免产生冷热桥的关键。斯代博克校区建筑的窗户均针对恶劣气候进行了独特设计，采用精心设计的双层玻璃窗（图8、9），玻璃的一侧贴有单向透光材料，可以反射阳光。在不同的季节，调整玻璃的朝向使不同的面受光，可呈现不同的效果：在夏天将较小的玻璃朝向室外，内侧的封闭玻璃能够阻挡热量进入室内，局部微气流也可以带走热量；冬季旋转玻璃窗，被动式地聚集热量形成小型温室，为室内供暖，满足建筑的使用需要。

图8 双层玻璃窗工作模式分析示意

图9 双层玻璃窗部品模型

综上所述，本－古里安大学校园通过选用乡土植物、节水灌溉、平面布局、太阳能热水、遮阳、中庭通风、围护结构等生态技术策略，较好地解决了沙漠地区建筑面临的环境问题，适应性的被动式技术及低技措施整体上满足了基本的舒适性要求。

3 特拉维夫大学波特环境研究教学楼

特拉维夫大学波特环境研究教学楼是以色列极具代表性的高校校园建筑，建筑功能包含教室、办公室、研究室、会议室、礼堂、开放式大厅、咖啡厅与屋顶花园等（图10）。在建筑体系与周边环境的建造过程中使用可回收材料；在内部营造了舒适的大厅空间，成为令学生、教师、研究人员满意的交往活动场所。作为一个实验性的绿色建筑示范项目，教学楼主要利用高技术满足了绿色建筑的要求，包括立面遮阳、双层玻璃幕墙体系、水循环与水冷系统、太阳能光伏系统、屋顶花园与污水处理系统等技术策略。

图10 波特环境研究教学楼

波特环境研究教学楼的围护结构体系采用双层玻璃系统配合外遮阳百叶的模式，玻璃以外的部分尽量使用纯白色，可有效反射太阳辐射，减少建筑的辐射得热。特色鲜明的南立面生态墙（Eco Wall，图11），集中体现了建筑的绿色技术策略：生态墙的顶部以及建筑屋顶均排布了太阳能光伏系统，将当地充足的日照转化为清洁能源，供建筑内部的空调、照明与设备系统使用；生态墙的主体部分安装了由水循环管道组成的外遮阳百叶（图12），遮挡了强烈的南向直射阳光和紫外线，在减少建筑内部得热的同时，允许强度减弱的自然光进入建筑内部大厅，既能降低照明能耗，也能避免眩光，营造令人舒适愉悦的室内环境（图13）；整个生态墙的水循环系统与空调水冷系统采用协同工作的模式，使得空调系统能耗明显降低。

波特环境研究教学楼极为重视节约和保护水资源。一方面，教学楼设有绿色生态污水处理系统，空调冷凝水和建筑产生的废水经处理后循环利用，用于冲厕、景观灌溉、保洁等，污水处理系统与景观相结合，形成了生态净化水池（图14），起到美化环境的作用；建筑还设有屋顶花园（图15），多层次植物共同发挥固碳功能，既提供了室外活动的开放空间，也能够减少屋顶传热，延长结构使用寿命。

作为实验性的绿色建筑，教学楼实时采集能耗、水耗运行数据，并对绿色措施不断进行更新改进，使建筑系统中先进的高技术绿色策略始终保持优异的整体性能和较高的效率。

4 “两观三性”视野下的校园建筑生态策略

简而言之，“两观三性”的建筑创作理论即建筑要坚持“整体观”和“可持续发展观”，建筑创作要体现“地域性、文化性、时代性”的和谐统一（何镜堂，2012）。在建筑整体观、可持续发展观思维引导下，结合规划设计、绿色建筑及生态景观，在校园新建或改造提升项目中对生态策略进行实践。

图11 南立面生态墙背面

图12 南立面生态墙的水循环管道与外遮阳

图13 开放式大厅内景

“两观三性”指导绿色建筑设计的核心在于从“两观”出发：当校园及其建筑面对复杂的环境因素时，首先要考虑整体效果的把握，结合具体环境和条件，处理好设计对象各影响因素的对立统一关系，权衡各方面的相互影响；其次在建筑设计的全过程中，要通过可持续的策略解决问题，对自然环境的保护和生态平衡、建筑空间和资源的有效利用、节能技术、集约化设计、建筑全生命周期的投入和效益等各个环节进行充分考量。

在选择生态策略时，首先要采用适应性措施，采取基于当地自然环境、自然资源、社会经济发展等情况的适应性生态策略，最大限度地满足当地需要，同时以较小的成本达到令人满意的效果。但是，并非所有的建筑都能够完全依靠适应性措施达到预期目标，比如当建筑体量较大或环境条件较为恶劣时，有必要采用高技术的生态策略，以达到更高的性能效果，保证建筑空间的健康舒适。

在规划组织层面，尽量利用原有地形，保护现状水体、植被，将简洁的建筑体量与校园空间组织合理结合，形成建筑与环境空间的融合与统一。在建筑层面，设计边庭、露台和空中花园，通过水平和垂直绿化景观，使建筑与环境延伸渗透，配合设计合理的建筑开口，将夏季主导风自然地引入室内，达到自然通风效果（盘育丹 等，2013）。

在建筑的不利朝向设计相应遮阳构造，需同时满足室内舒适与自然采光的要求，并且将表皮与校园文化相结合，形成充满韵味的立面效果。

图14 生态净化水池

图15 屋顶花园

除了上述适应性的生态策略外，还可根据实际情况和建筑需要，综合考虑太阳能光伏、能耗系统智能化控制、新风与热交换、雨水收集、废水处理等生态策略，以充分满足建筑空间的生态要求。

我国正处在城镇化快速发展和全面建成小康社会的关键时期，经济社会快速发展，人民生活水平不断提高，导致发展需求和环境矛盾日益突出，追求舒适宜居、低碳环保的绿色建筑已成共识。因此，在建筑设计中必须注重生态策略的应用，推动建筑业的可持续发展，校园建筑在这方面的作用则更加突出，立足场所本身，能够形成绿色教育示范效果，宣传和普及生态环保的理念。“两观三性”的建筑创作理论与生态策略相结合，能够更好地指导校园建筑在生态低碳方向的探索，未来必将实现社会、经济、环境的协调统一和可持续发展。

[1]宋喜斌. 以色列节水农业对中国发展生态农业的启示[J]. 世界农业,2014(05).

[2]Etzion Y, Pearlmutter D, Erell E, et al. Adaptive Architecture:Low-Energy Technologies for Climate Control in the Desert[J].Automation in Construction, 1997(06).

[3]何镜堂. 基于“两观三性”的建筑创作理论与实践[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2012,40(10).

[4]盘育丹, 丘建发, 包莹. 木斋古阁 古韵新释——南开大学图书馆建筑创作构思[J]. 南方建筑, 2013(04).

ANALYSIS ON THE ECOLOGICAL STRATEGIES OF CAMPUS BUILDINGS IN ISRAELI ACCORDING TO "TWO CONCEPTS AND THREE FEATURES"

This paper studies representative green buildings on campus in Israeli, including Sede Boqer campus of Ben-Gurion University and the Porter School of Environmental Studies of the Tel Aviv University, analyzes the suitable ecological strategies and experimental high-tech ecological strategies. Combining with the guidance of "Two Concepts and Three Features" theory, this paper in order to summarize successful experience to guide our green campus building design practice.

Israeli, Campus Building, Ecological Strategies, Two Concepts and Three Features

本文受国家重点实验室自主课题（编号：2017KB09）资助。

包莹，华南理工大学建筑设计研究院

王静，亚热带建筑科学国家重点实验室，华南理工大学建筑学院

丘建发，华南理工大学建筑设计研究院

马明华，华南理工大学建筑设计研究院

2017-03-24