基于环境适应性的寒地建筑形态创作策略与方法

基于环境适应性的寒地建筑形态创作策略与方法

李玲玲 刘孟安 ｜Li Lingling Liu Meng'an

STRATEGIES AND METHODS OF BUILDING FORM CREATION IN COLD REGIONS BASED ON ENVIRONMENGTAL ADAPTABILITY

摘要 本文从交叉学科的视角，阐述了在环境适应性背景下，借助景观生态学思想的相关理论提出契合寒地建筑形态环境适应性的创作策略。本文结合创作实践和国内外优秀案例分析，提出了寒地建筑形态的环境适应性创作方法，旨在建筑师从环境适应性的层面对寒地建筑形态创作进行再思考。

关键词 寒地建筑；环境适应性；形态创作

Abstract From the perspective of interdisciplinary, this paper elaborates in the context of environmental adaptability, based on the theory of landscape ecology, puts forward the creation strategy of adapting to the environment adaptability of building forms in cold regions. Combining with creative practice and excellent case analysis at home and abroad, it proposes the environmental adaptability creation method of building form in cold regions. It is aimed to reflect the architectural form creation in cold regions from the level of environmental adaptability.

Keywords buildings in cold regions; environmental adaptability; architectural form creation

引言

现代主义建筑在21世纪达到波峰期的攀升过程给我们赖以生存的环境带来了诸多问题。因而地处寒地的建筑师迫切地开始反思建筑与环境的“适应与适度”以及“互动与共生”[1]。从环境适应性的角度出发，认真对待建筑与环境的关系，为寒地创造优质的生活空间和人居环境成为寒地建筑师的重要使命。

城市哈尔滨沈阳

乌兰巴托芝加哥渥太华

表1 世界部分寒地城市冬季气温

十二月气温一月气温最高最低平均最高最低平均-6.7-37.2-16.3-5.3-38.4-18.8-1.6-13.2-7-4.3-16.7-10.5-12-25-20-14-29-231.5-6.8-20-12-5.6-3-11-5.5-5.5-16-10

二月气温

最高最低-6.2-32.5-1-11.5-9-252-8-3-12

平均

-14.6-6.7-19-4-8.5

一、基于环境适应性的寒地建筑形态创作目标

以往寒地建筑形态创作多源自被动的抵御思想，以巨大厚重的形态将环境的影响断隔在建筑之外，导致寒地体验和互动的空间环境愈发稀少。在这样背景下，应用景观生态学相关理论研究景观的结构、功能和演化，强调空间格局、生态学过程与尺度之间的相互作用[2～3]。研究寒地建筑形态环境适应性策略，思考严苛的地域环境条件和匮乏的景观环境下建筑的形态问题，显得非常重要（表1）。

1．利用固有资源降低自身消耗以往寒地建筑的创作受到经济条件和技术水平的为达到宜居的基本需求多采用被动且抵触环境的方式来应对低温、短日照和风雪侵袭等不利的环境影响。虽然可以满足基本御寒需求，但建筑形态呆板、单一，且造成材料和能源的浪费。立足景观生态学视角的寒地建筑形态创作更加注重环境与建筑的可持续性发展，重视建筑的经济性、体感的舒适性以及环境的适应性之间的互动关系，在利用固有资源的基础上，充分考虑运用适寒技术，提升建筑对环境的反馈能力。

2．拟合区域元素优化环境属性我国寒地建筑形态创作，由于地缘和制约，缺少人文关怀和公民性，创新性受到了相当局限，其着重于复刻以往的建造形式及新奇的材料移植，导致建筑与环境彼此分立，缺少根植于环境属性的建筑形式[4]。

建筑和环境本该是系统性、有秩序的彼此，要还原建筑尊重环境，模拟环境的本质，用原真性的建筑形态体现场所的魅力。北疆寒地无论地理环境还是文化环境都有着特别的灵性，植根于此的创作要在宏大的自然环境中提取灵感，从文脉环境中汲取资源，以拟合的方式塑造场所氛围，优化环境属性，为生存在钢筋混凝土森林的人们带来一份归属和平静。

3．适应多元变化提高主动适寒随着数字技术和参数化的发展，对于适应性需求的建筑形态创作变得更加有理可依。通过模拟建筑与环境的交互关系，让建筑师可以通过直观的数据统计塑造更加适应寒地环境的建筑形态，提高建筑的主动适寒能力，使建筑与环境成为系统的有机整体。将复杂的光环境、气流环境、风雪环境等寒地环境要素信息整合比较，辅助建筑形体的创作，得到趋利避害的寒地建筑形态。进而使寒地建筑的形态创作不再局限于主观建构，而是遵循合理的环境适应法则，自身进行更迭演进提高建筑的主动适寒能力。

二、寒地建筑形态的环境适应性创作策略

寒地建筑通过合理的布局模式、形体塑造及空间组织，充分协调建筑与环境的关系。立足于景观生态学的相关理论，寒地建筑形态的环境适应

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城市建筑 2017.9 | URBANISM AND ARCHITECTURE Sep. 2017

图2 芬兰拉普兰滑雪中心（图片来源：作者绘制）

性创作也应该做出如下改变：从强势置入到顺势共生，从孤立独处到协同环境，从被动抵御到主动整合[5]（图1）。

寒地建筑形态与环境关系的进化关系需求要素，将基本要素重组并以更加符合环境以及使用者需求的方式创造具有协同性的建筑与环境关系。笔者在进行黑龙江省博物馆新馆创作过程中，使用了切削、折叠等拓扑变化手段，并协同度的环境要素，塑造出了寒地自然环境独有的粗犷感。博物馆选址于平原地貌，靠近松花江畔的滩涂湿地。创作中摒弃了传统思路狭义的文脉符号堆砌，用协同的方式

强度干预环境排斥孤立彼此凝固了自然的片段，寓“无形”于“有形”。同时运用遒劲的线条勾勒出如同白雪覆盖的黑土地被寒风掠过后形成的自然肌理。流畅的带状室外空间，如同凝结的“寒地冰川”，更好地体现了建筑的地域属性。南立面结构体系设计通过提炼北方“麦穗和森林”的自然元素加以协同设计，张力的形态表达了“生长”的动势，隐喻黑土地盎然的生机。同时编织的结构也是以协同光影的设计为室内空间带来更多的生动变化（图3）。

3．形态整合空间要素策略由整合具有异质性的环境和景观创造出的景观环境具有平衡现代城市

遵从环境选择协同文脉语境整合空间要素基于环境适应性的寒地建筑创作策略图1　基于环境适应性的寒地建筑形态创作策略（图片来源：作者绘制）

1．形态遵从环境选择策略面对高寒地区冲突、难以改变的自然环境以及难以平衡的景观资源，我们应以遵从的策略入手，减少建筑的突出属性，遵从自然环境选择，化冲突为借势，形成具有独特寒地自然景观和使用空间的高质量寒地建筑创作，实现环境与建筑之间的互联。BIG事务所设计的芬兰拉普兰滑雪中心坐落于滑雪胜地列维，四幢建筑向心布置，遮挡了各个方向的寒风，为中心广场创造了防风向阳的微环境，并为游人提供了获得阳光、欣赏自然、交流分享的室外空间。尊重地貌环境的空间格局，起伏与山势相呼应的屋顶在形成了优美天际线的同时减少了南侧建筑对北侧房间的遮挡，增加了冬日阳光的辐射面积，形成内外环境的互动，减少围合形态的封闭性（图2）。

2．形态协同文脉语境策略具有景观尺度的寒地建筑创作，我们需要分解建筑与环境的被

刻板的人工雕琢感的特点，可以最大化地促进建筑和环境的交融，营造新的空间秩序和视觉识别性的场所。在东北大学浑南新校园风雨操场的创作过程中，根据场地调研分析，在整合其异质性的场所语境的基础上，创造了全新的场所秩序。建筑充分考虑地形变化整合起伏之势，且随势从地面逐渐起坡形成绿植屋面，既充分考虑了校园规划布局所要求的校门前大面积绿化的前置条件，即为使用者创造了新的运动平台，又是学生休息活动和亲近自然的多功能空间（图4）。

三、寒地建筑形态的环境适应性创作方法

1．建筑形态主动适寒随着景观生态思想的深入影响以及建造技术的快速革新，充分利用建筑的形态变化来规避不理想环境因素，主动适应极端的温度变化，进而创造舒适的内部使用环境已成为寒地建筑形态创作的主要思考方向。形体系

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SCHOLARS' FORUM | 学者论坛

图3 黑龙江省博物馆新馆方案（图片来源：作者绘制）图4 东北大学风雨操场（图片来源：作者绘制）

（图片来源：作者绘制）图5 哈尔滨工业大学寒地建筑研究中心图6 哈尔滨哈西发展大厦（图片来源：作者绘制）

数的控制得当以及南向界面光照面积的适当增加都是考虑的重点，内置公共空间串联建筑空间，降低热量损失同时为建筑内部创造更好景观环境。建筑外界面可以通过设置双层表皮或保温墙的办法来创造天然的缓冲层，增加保温性同时降低建筑成本。在设计哈尔滨工业大学寒地建筑研究中心时，采用此方法，建筑外表皮采用色彩温暖的碳化木，与建筑承重墙骨架连接，木材与承重墙之间形成间隔的空气层，增加了建筑表面的隔冷性能，并在与窗洞口形成双层错缝的构造，保证了保温性能。同时暖色木材肌理又平实地表达了原朴的建筑特征，为寒地城市在凛冽的环境中增添了一份暖意（表2、图5）。

窗，同时借助数字技术的配合设计适应光照变化的建筑界面。在哈尔滨哈西发展大厦的创作过程中运用了上述方法。建筑东侧界面用大面积玻璃幕墙将阳光和环境景观引入室内，结合电动开启窗，使大厅内部获得充足的阳光，并利用柱廊形成丰富的光影变化；南侧界面将通透的玻璃幕与遮阳构件相结合，结合可开启窗引导室内通风换气，为办公用房提供更为舒适的光照；西侧、北侧界面则以厚重的实墙结合减少窗户的设置，提高建筑的保温性能，有效抵御西侧和北侧的冬季寒风；屋顶则在中庭上空设置了天窗，调节室内的光照获得并可以构成烟囱效应（表3、图6）。

表3 建筑形态主动适光

保温遮阳简洁建筑形态减少体型系

通过动态构件调整阳光入

数，配合中庭空间减少热

射量进而调节室内温度

量损失

向阳

高效利用太阳辐射，最大化接受日照，帮助建筑保温

表2 建筑形态主动适寒通风

利用变化的空间组合，顺应夏季风向，形成良好通风环境

防风

借助建筑布局以及围合方式有效阻挡寒风，降低建筑能量损耗

向阳

争取最大建筑南向采光界面，帮助建筑保温

2．建筑形态动态适光寒地建筑面临着冬季自然日照时间短，且太阳高度角低的苛刻日照状况，争取更多的日照是寒地建筑形态创作要思考的重要问题。应在满足硬性日照间距要求同时，通过形体的塑造、表皮的选择和空间的组织，将对日照的回应从简单地被动获得转变为依照光照规律引导形态创作以适应光环境的变化，补偿室内采光和室内热能，提升使用者的体验质量。参照当地的光照规律，结合剖面设计增加建筑的采光面积，如设置采光中庭或天

3．建筑形态顺势适雪风雪侵袭是寒地影响舒适性损耗建筑热量的主要环境因素。为合理消解风雪侵袭，笔者提出了以下顺势适雪的方式：其一，利用建筑形体的变化和屋面形式，借助重力和风力排雪，减少降雪堆积造成的荷载；其二，利用数字化模拟分析风环境规律，以此为依照创造可以疏导风雪的建筑形态，使建筑与风雪环境产生良性的互动，引导冷风并利用风力减少积雪对建筑的侵袭；其三，设置缓冲屏障，通过局部缓冲削弱积雪对建筑的侵

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城市建筑 2017.9 | URBANISM AND ARCHITECTURE Sep. 2017

（图片来源：图7 乌鲁木齐第十三届全运会冰上运动中心作者拍摄、绘制）

袭，提升使用者在建筑空间中的舒适度。乌鲁木齐第十三届全运会冰上运动中心位于准格尔盆地南端的北麓山谷之中。速滑馆、冰球馆、冰壶馆、媒体中心与宿舍在内的五个建筑单元围合出了中心广场，向心的布局对各个方向的气流起到了疏导的作用，避免了冷空气在此聚集并形成天然景观与人工景观的融合。将体量较大的冰球馆、速滑馆和冰壶馆分别布置在了场地的北侧、东侧和西侧，用建筑实体遮挡中心广场，以减少来自这三个方向的主要的风雪侵袭，不仅减少中心区域的风力，也为体育中心提供了一个向阳的广场空间。建筑屋顶采用平滑的曲面，在降低屋顶积雪的压力的同时，为使用者提供了更好的视觉和空间体验（表4、图7）。

表5 建筑形态顺势适雪

保温排雪建筑群体实现最大化接受

流线型建筑形态引导气流

阳光的开放空间，形成内

实现通风，实现自然排雪

向聚合的整体保温微环境

域性和场所精神的体现，同时也为未来寒地建筑形态创作提供了新的思考方向。 ■

参考文献

[1] 梅洪元．寒地建筑 [M]．北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] TURNER M G. Landscape Ecology: the effect of pattern on process [J].

Ecology, Evolution, and Systematics, 19, 20(19): 171-197.

[3] PICKETT S T A, CADENASSO M L, GROVE J M, et al. Urban ecological

systems: linking terrestrial ecological, physical, and socioeconomic components of metropolitan areas[M]. Springer: Urban Ecology, 2008.

[4] 苑雪飞，梅洪元．基于自然语境的寒地建筑形式创作研究[J]．新建筑，

（5）：20162-3.

：[5] 陆邵明．全球地域化视野下的建筑语境塑造[J]．建筑学报，2013（8）

20-25.

防风

建筑轮廓顺应区域冬季主导风向，有效抵御寒风侵袭

结语

寒地的特殊地域环境为建筑形态创作带来了诸多制约，建筑的环境适应性创作并非只是单纯的节能设计，建筑师一方面需要思考如何让建筑适应并补偿寒地苛刻的环境带来的不利影响，同时要思考为使用者构筑理想的生存空间并塑造适宜的景观体验以及场所精神。应用寒地建筑形态“遵从”“协同”“整合”的设计策略与适寒、适光、适雪的创作手法，为寒地居民创造健康舒适并具有归属感的建筑氛围，正是寒地建筑地

作者简介：李玲玲 哈尔滨工业大学建筑学院副院长，教授，博士生导师，

黑龙江省寒地建筑重点实验室

刘孟安 哈尔滨工业大学建筑学院博士研究生，

黑龙江省寒地建筑重点实验室

收稿日期：2017－07－08

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