标题：生态环境设计
生态环境建设背景
  全球性的资源能源危机和生态环境恶化，已威胁到人类的生存和发展，人类不得不反思自身的发展模式，探索科学的发展观。 
我国的生态环境已进入大范围生态退化和复合性环境污染阶段。 
我国的能源资源形势甚为严峻。我国人口多，人均资源相对贫乏，煤炭、石油、天然气、可耕地、水资源和森林资源的人均拥有量仅为世界平均值的约1/2、1/9、1/23、1/3、1/4和1/6。全国耕地只占国土面积的13%，目前人均耕地仅有1.43亩，且优质耕地少，后备资源严重不足。我国水资源短缺，人均水资源拥有量2200立方米，北方和西部有的地区已处于公认的极度缺水的程度。600多个城市中有2/3供水不足，其中1/6的城市严重缺水。石油对外依存度超过30%，重要矿产资源储量不足。 
当前经济增长方式粗放，在城镇建设中，能源资源消耗高，利用效率低。重地面形象建设，轻地下基础设施建设。有些地方仍盲目扩大用地范围。有些城市大拆大建，人为降低了建筑的使用年限。节能方面，既有建筑中95%达不到节能标准，新建建筑中也仅有不足20%达到节能标准。水资源利用率低，一些城市污水排放量逐年递增，环境污染没有根本改善。在材料利用上，一些城镇大量使用低性能建材，新型和可再生建材使用率和循环利用率低，造成资源严重浪费（王铁宏 2005）。 
总之，我国的生态环境建设任务十分繁重。 
国际上为应对全球资源能源危机和生态环境恶化，提出了可持续发展的理念。1992年联合国环发大会通过了《环境与发展宣言》《21世纪议程》等纲领性文件。达成《气候变化框架公约》《生物多样性保护公约》等框架公约。 
我国率先制定了《21世纪议程》并将可持续发展和科教兴国确定为我国的基本国策。 十六大提出科学发展观。提出要求：可持续发展能力不断增强，生态环境得到改善，资源利用效率显著提高，促进人与自然的和谐，推动社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路。 
原建设部长叶如棠2001年提出“建筑师要以生态环境建设为己任”。最近，胡锦涛主席提出建设节能省地住宅。国家出台了《可再生能源法》。建设部提出建设节能、节材、节水、节地住宅，并出台了《公共建筑节能设计标准》。 
这一系列的政策导向，必将大大促进我国生态环境建设的发展。
生态环境建设目标
生态环境建设是一个复杂的系统工程，是从宏观到微观全方位的生态环境保护和建设过程，它的目标是营造一个节材、节能、环保、高效、舒适、健康的人居环境。它涉及生态城市的建设，生态住区和生态园区的建设，以及各类生态建筑的建设。 
生态环境设计应从宏观到微观贯穿城市建设的全过程，在各设计阶段中都有具体的建设目标，例如在区域规划和总规中的土地综合生态适宜性分析及生态安全格局的建构；控规和城市设计中的自然生态安全网络生成及土地生态分级利用规划；场地设计的生态化及建筑设计中各类生态策略的应用，等等。
城市与建筑生态设计理念
科学的城市发展观城市的可持续发展是我们追求的目标，它的实现必须符合事物发展的客观规律。 
根据城市的生态承载力、人均生态足迹和人均生态赤字，采取相应的生态策略削减生态赤字，达到生态平衡。 
通过城市生态资源的综合评价，构建区域生态安全格局，确定合理的城市发展方向。 
构建城市自然生态安全网络，确保城市基本的生态安全。并为城市规划和城市设计提供科学的设计依据。 
通过可再生能源法以及相关法规的导向作用，促进生态环境建设和循环经济的发展，促进各种生态技术的产业化，为生态城市的建设提供技术经济支持。 
复合的城市生态系统观 
城市是由自然生态系统、社会生态系统、经济生态系统等构成的复合生态系统。自然生态系统强调生态安全和生态效益。社会生态系统强调构建和谐社会和文化的持续发展。经济生态系统强调科学的发展观和循环经济模式的推广。这里既要保持每个系统内部的动态平衡，又要实现各系统之间的协调发展，达到天地人和谐共生。整体的生态建筑观建筑系统是一个开放的系统，是地球生物圈中能量、物质流动的一个环节。这就要考虑建筑与生态环境的相关性，并促进其和谐共生。 
考虑时间因素，树立建筑发展全寿命周期的观念。 
考虑空间因素，控制建筑系统对自然生态系统的空间置换影响。 
考虑资源的有限性，在人居环境建设中要高效利用和保护地球上的资源。从少费多用的非物质化，即减量化，到循环利用的再物质化，即资源化。 
城市建设生态优先 
在城市复合生态系统中，自然生态系统对人类的生存和发展尤为重要，虽然系统建设的代价并不高，但系统本身却十分脆弱，破坏容易而恢复难，所以人们必须树立“自然生态优先”的思想，才能确保城市复合生态系统协调平衡。 
在总体规划和城市设计中，通过对城市资源的综合评价，建立土地生态适宜性分析模型，根据景观生态学“斑块－廊道－基质”理论和碳氧平衡的原理，构建自然生态安全网络，为规划设计提供前提条件和设计依据。 
自然生态安全网络应作为城市的生态基础设施，它在城市的市政基础设施中，处于先行的地位。城市的生态基础设施是城市及其居民持续获得自然生态服务的保障。面对中国未来巨大的城市化前景，前瞻性的城市生态基础设施建设具有非常重要的战略意义（俞孔坚 2003）。 
生态策略被动优先 
在生态建筑设计中，往往要采取多种生态策略才能实现目标。在选择生态策略时，我们主张被动式策略（自然通风、相变蓄热体、阳光房等）优先、主动式策略（太阳能集热器、空调系统等）优化，这样才能更加简约、有效、经济，容易实施并可形成有特色的空间形态。 
问题导向 因地制宜 
在总体规划和城市设计中，由于城市的各种生态因子和城市的功能要求不同，因此所建构的自然生态安全网络和城市形态也会是千差万别各具特色的。 
在生态住区设计中，不同的原生生态环境，不同的乡土树种和不同的设计条件，导致不同的场地设计策略和不同的住区特色。 
我国地域广阔气候多样，不同的气候区对被动式生态策略的选择影响很大。在生态建筑设计中，应根据建筑所在的气候区特点，挖掘和提升乡土的材料与技术，选择成熟有效的被动式生态策略，构建生物气候缓冲层，辅以优化的主动式生态策略，创建节材、节能、环保、舒适、健康的人居环境。人居环境积极化任何事物都是一分为二的，既有积极的一面，又有消极的一面。关键是我们要持积极的态度，扑捉和分析矛盾，挖掘和显化积极因素，发现和转化消极因素，达到人居环境良性发展的目的。这个过程称为“人居环境积极化”。 
在生态环境建设中，自然生态安全网络，各种被动式生态策略，循环经济模式，环境保护的3R（减量化、再循环、再利用）原则，工业废弃地活化再生等，都是积极化的典型案例。 
学科交叉 多方共建 
生态环境建设是一个复杂的系统工程，不是单一学科、个别行业或少数人能够单独完成的，必须多学科交叉、跨行业合作以及全民参与才能真正解决问题。 
在学术层面，强调多学科交叉，联合攻关，综合解决问题。 
在技术层面，强调跨行业合作，共建高质量的人居环境。 
在社会层面，必须提高全民的生态环境意识和参与意识，提倡绿色消费和节约型生活方式，建设和谐社区。 
在生态环境建设中，建筑师应起综合和整合的作用。 
寻求新城市文化价值 
新城市文化价值观的核心思想是天地人和谐共生。主要体现在： 
①持续发展意识的普及。从领导到市民都要树立这种意识。 
②和谐社会构建的落实。包括社会的公平，人心的凝聚，系统的平衡，文化的持续。 
③循环经济战略的推进。这是建立节约型城市的根本途径。 
④生态城市建设的进程。生态城市是我们追求的目标，更有意义的是实现目标的过程。 
将接受美学的原理引入城市生态环境建设领域，通过生态环境建设中的空白和未定性，构成其召唤结构，充分调动接受主体的积极性，填补空白，达到生态环境建设目标的圆满实现。 
近几年来，北京清华城市规划设计研究院城市与建筑生态设计研究所，在生态环境设计方面做了广泛的探索和实践，包括配合城市总体规划的城市生态规划专题研究，整体城市设计中的生态设计专题,生态住区规划设计，生态化的场地设计及生态建筑设计研究，建筑教育及学生国际交流中的生态建筑设计等。尚在研究的课题有：生态足迹概念在生态设中的应用研究，工业废弃地活化与再生研究，生态住宅技术评估体系的可操作性研究，适应不同气候特点的生态策略选择研究，利用社会学原理构建和谐社区研究等。
城市尺度的生态设计案例
对于城市尺度的生态设计，中关村科技园区海淀园处于北京生态保护带中，又是北京第二道绿化隔离带第1号楔型绿地，原生植被比较好，有大面积自然湿地，人口密度小，城市化程度低，可保持园区自身碳氧平衡。因此，根据园区自然生态的现状特点，城市生态主干网络可以生成比较典型的车轮式自然生态安全网络。长春市则以建成区为主适当向外扩展，它的整体城市设计，根据对城市现状生态环境综合评析，土地生态适宜性分析模型，碳氧平衡计算、氧源绿地方位、新鲜空气廊道宽度的分析，区域自然生态景观格局特征，城市生态安全网络设计原则，生成以伊通河条形湿地植被斑块为辐射源、向西逐级放射形成的三大绿环、十条绿带和多个点状植被斑块构成的城市自然生态安全主干网络。唐山市城市生态设计研究，在长春市生态设计方法基础上，引进CITYgreen模型对城市生态系统进行生态效益分析，增加了城市生态环境综合分析的科学性。 
中关村科技园区海淀园发展区生态环境规划 
这个生态环境规划，是配合该地区总规和控规，为其调整提供科学的设计依据。它的目标是控制园区的生态环境建设，构建自然生态安全网络，保护和恢复园区的生物多样性，提高园区的生态力，营造健康安全的人居环境，打造生态化的高科技园区，促进知识经济的可持续发展。进而对北京生态城市的建设作出贡献。该生态规划主要特色是： 
1，对于垂直生态过程，利用数字化技术，采用麦克哈格“千层饼”法进行生态资源评价——生态资源调研登记，建立评估集，绘制单因子图，确定权重，获取评价结果，确定分级标准，建立土地生态综合适宜性分析模型，确定生态保护和建设的适宜定位和城市发展方向。 
2，对于水平生态过程，根据生态资源的综合评价、湿地保护及恢复范围、北京第二道绿化隔离地区规划（2002年9月）、运用景观生态学 “斑块－廊道－基底”原理，由湿地森林公园核心斑块、山地森林公园核心斑块、京密引水渠重点廊道及其间的“斑块－廊道”系统，共同构建起车轮式自然生态安全网络。 
3，根据生态资源的综合评价、生态安全网络、北规院所作海淀北部地区总规和控规，编制了土地生态分级控制图。生态规划将区域用地划分为五个生态等级分区：生态一级区——核心生态保护区；生态二级区——生态保育缓冲区；生态三级区——生态建设过渡区；生态四级区——低度开发区；生态五级区——中度开发区。 
4，建立绿量概念。绿量指标体系由绿量、叶面积指数、平均叶面积指数构成，它能科学地评估植被的生态效益，用于生态规划可有效控制不同生态等级区的生态效益，从而提高生态环境设计和建设的质量。根据园区土地生态分级控制的要求，编制园区平均叶面积指数分级图和生态规划土地分级控制地块编号图，为园区的生态建设和管理提供了科学依据，也为城市设计和场地设计提供了生态设计条件。 
5，生态规划应用GIS数字信息技术，支持和辅助生态规划的资料收集与整理、设计与评价、实施与管理，使规划成果更加量化、更具科学性。 
此外，生态规划在环境保护和能源系统生态化方面也做出了努力。 
长春市城市生态设计 
长春地区位于东部山地和西部沙地草原之间，远依山，近傍水，以平亢的台地平原为主，市域面积20571k㎡,本研究中的长春市区主要包括市中心组团和外围组团。气候属温带大陆性气候，采暖气候分区属寒冷地区。水资源总量不足，人均占有量低。城市用地增长过快，耕地数量不足，种植结构单一。市区绿化系统状况良好，初步形成点线面相结合的绿化体系。大气污染以煤烟型为主，NOx污染次之。固体废弃物问题须进一步解决。长春市城市生态设计的特点是： 
(1)分析长春区域生态景观格局构成特征及反映其功能的生态流、长春市周边地表径流、以及长春市区交通格局与整体景观格局的关系。 
(2)根据碳氧平衡的原理和长春市的常年风频风向，确定氧源绿地的规模和方位，以及新鲜空气廊道的宽度。 
(3)分析长春市大气污染系数与工业区布局的关系。 
(4)利用“叠加法”取得土地综合生态适宜性分析结果。 
(5)根据城市自然生态安全网络的基本功能、基本结构、绿地指标以及各网络要素绿线制定原则，建构“一源、三环、十带、多点”的城市自然生态安全主干网络，以及基本的植被配置方案。城市交通性的林荫道构成了次级网络，街区或住区内的绿地形成网络末端。 
(6)建立以生态环境建设为主要内容之一的新城市文化价值观。
住区尺度的生态规划设计案例
生态住区规划设计的基本要求是： 
（1） 保护场地原生态的植被和水面。 
（2） 通过植被布局和配置，提高该地块的绿量和植被的生态功能。同时构建局部植被网络或小型植被斑块，并与城市自然生态安全网络连通。 
（3） 利用生物净化技术处理污水和雨水，用于营造人工湿地景观，或用于洗车、冲厕、浇花。 
（4） 通过建筑布局和场地的植物配置，优化风环境，改善热环境。 
（5） 为利用浅层地热创造场地条件。 
;常州北港生态小区规划 
北港生态小区位于北港新城中，距城市中心约6公里。西临玉龙路，南临合欢路，东临玫瑰路，北临香樟路，总用地面积9.49公顷。用地周边已有现状及规划的道路和市政设施，用地范围内现为农田，杂生植物生长茂盛，现存一段农用灌溉沟渠，沿沟渠两侧有较好的乔木生长。该小区规划设计所采用的生态策略有： 
1．小区交通体系生态化。减少机动车对居民生活的干扰，实现人车分流；提高机动车道利用率，减少道路用地；在小区入口处设集中地下停车，使机动车尽可能不进入到小区内部；道路断面设计满足防噪和绿化系统的要求。 
2．小区绿化系统的生态效益最大化。满足绿地率要求，并充分利用屋顶绿化和垂直绿化，提高小区的绿量；绿化布局相互联通以保证植被生态功效的发挥，形成小区范围内的微型生态安全网络；以绿量指标为指导进行植物选择和配置；保护与恢复原生生态环境的特点。 
3．雨水收集利用、生活污水处理利用、营造人工湿地。透水地面与汇水地面相结合，竖向设计考虑雨水收集；利用收集的雨水经水生植物净化作为人工湿地的部分水源；保留原生态环境中的部分沟渠，根据人工湿地设计要求进行局部调整；利用毛管渗滤“生物床”技术处理部分生活污水作为人工湿地部分水源。 
4．小区风环境优化。尽可能使建筑朝向顺应夏季主导风向；建筑总体分布南低北高；针对风环境计算机模拟结果进行局部调整。 
5．小区能源系统配置。利用基地有利因素减少建筑运作能耗；提高建筑外围护结构保温隔热性能，减少能耗；使用太阳能等可再生能源提供住宅生活热水；使用地源热泵系统提供住宅夏季冷源和冬季热源。 
;昆明“家天下.－滇池畔湾”生态别墅区规划 
该生态住区位于昆明市官渡区，用地范围约67公顷，是新规划开发的城市发展区。该区发展目标是成为昆明城市的商贸物流中心区，新型工业创业区。其中地段所在六甲乡和另外三个现有乡镇将成为房地产业开发重点，建设目标为“南部新城区”。地块内地势平坦，均为农田、大棚，中部有一南北方向河渠，宽3-6米，水质较差，主要用于农业灌溉和周边自然村的排污。 
该规划设计的目标是：在不增加能耗的前提下提高室内居住环境的舒适度，并消除对环境的不利影响，建设节材、节能、节水、环保、健康、舒适的生态住区。 
规划中所采用的生态策略有： 
1、 建立一个以公共绿地系统为基础的住区生态安全网络。 
2、 以绿量指标为指导配置植物类型,实现绿地系统生态效益的最大化。 
3、利用“毛管渗滤”生物床技术处理生活污水提供景观水源。 
4、 保护和恢复原生态环境的特点，结合现状水系设计人工湿地。 
住宅设计中所采用的生态策略有： 
1、 夏季；外遮阳+自然通风（风压或热压）。 
2、 冬季；阳光房+相变蓄热地板，高性能围护结构+热回收新风装置。 
3、 全年；太阳能生活热水，植被屋面，垂直绿化和立体绿化，中水回用等。
建筑尺度的生态设计案例
清华大学超低能耗楼 
清华大学超低能耗示范楼贴建于清华大学建筑馆东侧，建设用地约560平方米，建筑面积3000平方米。用地为一个南北长、东西短的长方形，朝南面短，西侧被建筑舘遮挡，用地局促，设计难度大。 
设计目标：超低能耗的绿色建筑，复合的实验装置。 
设计理念：注重生态，被动式优先；重内涵轻形式，形式跟随解决问题；在限制中求创造，促进人居环境积极化；问题导向，互动式设计；学科交叉，使用者参与。 
设计中采取了五方面的生态策略： 
1、在建筑与环境的关系上，深入分析了周围环境和气候的特征，充分挖掘场地的积极因素，转化其消极因素。考虑到建筑对环境的空间置换影响，采用微型园林、人工湿地、植被屋面等技术，对自然环境作出生态补偿。 
2、在结构体系选择上，考虑到钢结构比钢筋混凝土结构自重軽，排放CO2少，便于材料的回收再利用以及实验功能的需要，选用了钢结构。 
3、在建筑围护结构方面，重点是强调其高性能、应变性和智能化。 
建筑南向，采用两项建筑节能技术：高性能真空玻璃幕墙+可变水平外遮阳。窄通道双层皮通风玻璃幕墙（内循环、外循环）。 
建筑东向，采用两项建筑节能技术：高性能真空玻璃幕墙+可变垂直外遮阳。宽通道双层皮通风玻璃幕墙。 
建筑的北向和西向，采用高保温隔热墙体。 
楼层架空地板采用相变蓄热地板。四层设置生态舱。屋面采用植被屋面，除对室外环境增加绿量、加强生态功能外，对改善屋面的保温隔热性能，减少建筑能耗，具有积极作用。 
4、在室内环境控制方面，被动式节能策略（自然通风、自然采光等）优先，主动式节能策略（室内温湿度独立控制空调系统等）优化。 
室内楼梯间由疏散楼梯和三个通风竖井组成多功能综合装置，同时满足了使用功能、通风功能及消防的要求。 
温度控制系统的冷热源，冬天采用22－24℃低温热水，夏天采用18－20℃高温冷水，末端则采用干式空调末端（毛细管式辐射板、贯流型干式风机盘管、改进型干式风机盘管）。 
在湿度控制中，由溶液除湿全热回收新风机组提供干燥新风。新风系统采用置换通风形式、工位置换通风、个性化送风末端等。 
5、在能源系统方面，一是高效利用石化能源；二是积极开发可再生能源。 
示范楼采用燃气热电冷联产系统，液体除湿技术与烟气冷凝技术相互配合。 
示范楼共有四种发电机组：微型燃气轮机、内燃机、斯特林发动机与燃料电池，用于研究和展示各类动力装置的应用特点。四种制冷设备：电动制冷机、双效余热吸收式制冷机、溶液制冷机、溶液除湿系统。三种供热热源：热网热量、热电联产热量、烟气冷凝热量。 
太阳能应用有四种方式：真空管太阳能集热器，；太阳能光伏电池板；太阳光收集传输系统，；生态舱，即被动式阳光房与空中花园的结合。 
清华大学超低能耗示范楼的生态设计理念、生态策略和节能技术，构成生态建筑设计的技术支持平台，但在实际应用中，必须结合实际，因地制宜。 
邯郸地税局数据处理中心 
邯郸市地方税务局数据处理中心位于邯郸市高新技术开发区的西南部，南临为民路，东临新园街，北侧与正在建设的工商局办公楼相邻，西侧为即将建设的国税局办公楼。用地范围约11860平方米，建筑面积约14960平方米，其中主楼面积约11317平方米，附楼面积约3643平方米。主楼的主要用途为信息数据处理和市局机关办公，附楼的主要用途为干部培训、系统会议接待、内部工作人员就餐等。 
在建筑设计中考虑了一些生态设计原则和相关的生态技术，使其成为一个节能、健康、环保的生态办公建筑。在设计中所采用的生态策略有： 
1．建筑布局与场地设计中的生态策略。在建筑布局上，充分利用场地中好的朝向，尽量多地争取到阳光和风向的有利条件。建筑体形也要有利于减少能耗，有利于自然通风，有利于充分利用阳光。 
2．内部空间的空中庭院设计。通过分层交错的空中庭院布局，创造出健康宜人的办公环境，使建筑内的工作人员充分地接触自然，增加绿视率，改善室内空气质量，促进室内自然通风。 
3．建筑外围护设计。通过外围护系统优化，减少了建筑能耗，减轻了供热和空调的负荷，提高了室内环境的舒适度。 
4．水系统设计。用毛管渗滤“生物床”技术处理部分建筑中的生活污水，使水质达到景观用水的要求，提供场地内的景观水源。 
5．植物的选择与配置。在场地内的植物选择与配置上，以绿量指标为指导，结合邯郸地区的气候特征，尽可能地以乔、灌、草相结合的方式，实现叶面积指数的最大化。
生态环境设计观念引入教学和国际交流
“生态－技术－建筑”是建筑学院近年的一个重要的科研课题。将科研成果引入教学，使学生在学习期间就能树立起牢固的生态意识，对他们的成长和生态事业的发展是十分重要的。 
在三年级的建筑设计课教学中，学院组建了生态建筑设计STUDIO，向学生普及生态观念，讲授生态技术，鼓励学生在调研和分析中选题，激发学生的创造力。学生的积极性得到充分发挥，设计出不少有创意的作品，尤其在过程中收获更多。 
近几年，组织学生参加了中、法、意、韩四国五校合作的国际学生生态建筑设计竞赛交流活动。设计主题是注重生态的建筑设计。2002年选址在法国北部海边一个小半岛上，利用当地的气候条件，设计一个有十户人家注重生态的艺术家村。2003年选址在北京中关村科学城，题目是注重生态的高层建筑设计。2004年选址在韩国汉城景福宫附近，题目是注重生态的博物馆。过程中，各国学生对用地现场做了详细的踏勘和调研，各国指导教师向学生们作了有关生态设计的学术报告，最后共同参加评图评奖活动。这些活动不但使各国学生在生态设计方面做了有意义的学术交流，同时为学生提供了一次难得的境外参观体验城市环境的机会，这也是建筑教育国际化的重要实践。
学习国外生态环境建设经验
为深入了解国外生态环境建设的进展，学习它们的经验，我们组织有关的教师和研究生，对国外一些生态环境建设实例进行了实地考察。 
2002年夏，我们先后考察了奥地利维也纳的百水屋和煤气厂改造项目；林茨市的日光城和被动式节能综合楼；德国弗莱堡的生态站、沃邦生态村、旋转节能别墅；法兰克福的商业银行和生态方舟；盖森克申的日光能科技园和日光能矿工村；汉诺威的生态社团村；柏林的波茨坦广场、国会大厦、东柏林大板楼节能改造；波茨坦城的能源中心；汉堡的伯拉姆菲尔德生态村等。这次考察的成果，在《世界建筑》2002年第12期上作了专题介绍。2003年2月，我们考察了澳大利亚摩尔顿岛国家公园和唐格鲁玛野生海豚度假村。2004年1月，我们考察了日本横滨港北NT大厦和福冈ACROS综合楼。2004年7－8月，我们又考察了英国伦敦的贝丁顿零能耗工程项目和诺丁汉大学朱比丽分校生态校园。通过考察给我们很大启发，深深认识到：生态观念的普及，生态优先的政策导向，多学科的交叉合作，生态技术的产业化，是推动我国生态环境建设的基本条件。 
为了进一步发挥国内外生态设计之所长，达到优势互补、提升质量的目的，最近，我们清华规划院城市与建筑生态设计研究所与北京比尔邓斯特（英）建筑技术有限公司合作，共同创建“清华-零能耗国际生态建筑设计研究中心”。我们相信，通过双方的努力，一定会对我国的生态环境建设做出更大的贡献。