4.1　概述

人、建筑、环境是建筑发展的永恒主题，随着全球环境的恶化，生态问题日趋严重，人们越来越关注人类自身的生存方式。“以人为本”、“以环境为中心”的社会思想认识的转变奠定了当今发展生态建筑的社会思想基础。

在过去几个世纪的发展过程中，我们消耗石油、煤炭的速度为这些能源积聚速度的几百万倍，人类远远高于生存所需的生活方式令大自然付出了惨重的代价。如今全球性气候变暖的程度超过了过去几百万年中的任何一次气候剧变，地球有限的自然资源遭到滥用和破坏，对环境的污染也大大超过了自然界所容纳的限度，特别是20世纪70年代的石油危机将资源与环境问题突出地暴露出来，成为世界问题。

1972年联合国召开了“人类环境大会”，世界各国认识到人类必须在自然环境所提供的能力内发展社会与经济，重新界定了人与自然的关系，确立了“以环境为中心”的发展思想，从而产生了现代生态建筑。

4.1.1　生态建筑的产生

1866年德国生物学家E.海克尔首先提出生态学(Ecology)，把生态学定义为研究有机体及其环境之间相互关系的科学。“Ecology”一词来自于希腊语“oikos”与“logos”。前者为house或household，即为居住地的意思，后者为学科研究的意思。

1935年，英国生态学家坦斯利进一步提出“生态系统”的概念，强调生物间相互依存及其与环境间的关系，而不是研究某一个独立个体。生态系统具有自动调节恢复稳定状态的能力，达到能量流动和物质流动的动态平衡，即生态平衡。

美国景观建筑师麦克哈格(Igan L Mc.harg)在1969年出版的《设计结合自然》(Design with Nature)，标志着生态建筑学的诞生。

生态，是指人与自然的关系，所谓生态建筑就应该是处理好人、建筑、自然三者之间的关系。将建筑视为一个生态系统，通过设计组织建筑内外空间中的各种物态因素，使物质能源在建筑生态系统内部有序地循环使用。获得一种高效、低耗、少废、少污的生态平衡的建筑环境。

4.1.2　国内外生态建筑的理论与实践

回顾建筑史上曾经有过的生态思想萌芽，研究生态建筑理论的发展，对于展望未来发展趋势大有好处。

生态建筑设计中所采用的可持续思想古已有之，人类在漫长的发展历史中，早已意识到必须与生存环境和谐共生，在尊重自然环境的前提下，才能保证自己生存条件不受破坏。20世纪中叶发展并完善的生态学理论，并非全新的理论体系。

4.1.2.1　我国的生态建筑思想与实践

中华民族有着五千年历史文化及其建筑经验，形成了独具一格的建筑体系。其中，建筑与环境的共生关系，以及建筑中的诸多处理手法，都充满朴素的生态学思想，达到了人与自然和谐的境界。我国以“天人合一”为核心的传统哲学思想和古代风水理论中都蕴藏了生态发展观点，对我国传统建筑影响很大。

1.我国的生态建筑思想

1)“天人合一”的自然观

“天人合一”是中国传统哲学思想，所谓的“天”是指大自然，“天道”即是自然规律，而“人”是指我们人类，“人道”是指人类社会的运行规律，天人关系即人与自然的关系。这种观念认为人和自然是相互统一的整体概念，表达了我们祖先追求人与自然和谐相处的思想。

“天人合一”的观念在中国古代人的意识形态中根深蒂固，深深地影响着中国传统建筑。这种自然观被引用到建筑上，是指人工营造的建筑环境与自然环境的协调、融合、共生。由于技术的限制，建筑多应用天然材料，结合自然条件与地域气候建造，这在聚居地与建筑的选址、材料的选用、布局形式上的反映最为具体。

可见，“天人合一”的自然观认为天、地、人之间是一个有机循环与生生不息的整体系统，表达了人与自然自我平衡的理想环境观，这种朴素的生态观与现代生态学的思想不谋而合。

2)中国传统风水理论

风水理论是在传统的人居环境形成过程中发展起来的，虽然掺杂一些虚幻、玄学甚至迷信的成分，但也有其科学部分，强调人与自然和谐，其实质是追求理想的生存环境。对地形、日照、气候、水质等自然因素做出综合考察，作为是否适宜居住的选址依据，再采取相应的措施，营造出适合人们居住的人工环境。

风水理论其宗旨是审慎周密地考察自然环境，顺其自然，有节制地利用和改造自然，创造良好的居住环境，达到天人合一的境界，隐含着古代人对宇宙中天、地、人三者关系模式的理解。

2.我国建筑中的生态实践

1)我国传统民居中的生态实践

我国幅员辽阔，地形多变，气候多样，古代人民因地制宜，对建筑的形式处理、材料运用、通风、热环境等都与地方气候相适应，由此形成独特的建筑特征，在今天看来仍然具有相当的借鉴意义。

我国北方地区气候寒冷，房屋多朝南，以利于冬季吸收阳光，屋顶及外墙较厚，北面开窗少而小，南窗大而通透;南方气候炎热，建筑注重通风及改造室内小气候，房屋多朝南或东南，外墙薄，窗户多，房屋前后门窗对开，形成穿堂风;院内植树成荫，还要设置遮阳设施。

根据气候的差异，在建筑朝向、平面形式、材料选用等方面均采用不同建筑布局和构造。干热地区如藏族民居和黄土窑洞，用泥土、块石等白天大量吸收热量，夜晚再逐渐释放出来，起到降温和保温作用;而在湿热多雨地区如西双版纳，因室外温度高，大多用竹、木结构(如图4.1所示)，屋顶挑檐深远，减少墙体吸收热量，造成的大片阴影使下部房间阴凉，底层架空使较为阴凉的室外空气渗透到室内，以利于自然通风;对于沙漠、干旱地区如新疆，由于气候干燥、少雨、昼夜温差大，故以厚生土墙和厚草泥屋面保温，窗面积很小，不强调空气的对流，这种建筑形式适应了气温和防风沙的需要。

2)我国当代生态建筑探索

我国对生态建筑的认识经历了一个漫长的过程，与世界发达国家相比，我国生态建筑在理论和实践方面还存在一些不足，还没有形成适合我国国情的完整的体系。1982年李道增在《世界建筑》上发表《重视生态原则在规划中的应用》，是我国建筑师第一次全面关注生态问题的开始，1996年国家自然科学基金会正式将“绿色建筑体系研究”列为“九五”的重点资助课题，2001年我国出版了第一部以节约能源、防污染、保护生态为主题的生态住宅评估标准《中国生态住宅技术评估手册》。随着生态建筑思想的发展，在理论探讨的同时，我国也开始了生态建筑的实践探索，如西北地区传统窑洞改造，北方地区的建筑节能，太阳房、掩土建筑等方面都进行了一些有益的尝试，显示了我国在生态建筑理论及实践上的不懈努力，为推动生态建筑的研究和发展提供了有力的支持。

4.1.2.2　国外生态建筑思想与实践

由于工业革命和科学技术的发展，使得工业生产集中于城市，城市人口极度增长，城市建设混乱，有不少人提出了改善城市环境问题和规划方案，如霍华德的“花园城市”，欧文的“新协和村”等。

1.与生态设计相关的现代建筑设计思想

赖特将建筑视为“有生命的有机体”。他所设计的建筑早已体现了深层次生态学的设计原则，即把建筑与当地自然环境融为一体的有机建筑设计原则。

图4.1　西双版纳竹楼

图4.2　简考布斯住宅一层平面(赖特1944年)

他在1944年设计的简考布斯住宅(如图4.2所示)，充分体现了上述原则，通过对建筑造型的精心营造，在建筑物前设计了一个下沉庭院，和建筑正立面共同形成一个风的阴影区，合理地解决了当地冬季主导风向和景观朝向的矛盾。

柯布西耶在《走向新建筑》一书中，也体现出他的生态设计思想:对自由简洁的追求和对自然的关照。1925年提出“新建筑五点”，其中的建筑底层架空和屋顶花园在萨伏伊别墅中得到了体现(如图4.3所示)，底层架空是为了地面绿地的畅通，屋顶花园也是为了充分接触自然。此外，柯布西耶为使别墅适应当地热带高温气候，创造了遮阳构件和凹入的廊子设计语汇。他在1930年至1933所作的阿尔及利亚“奥布斯”规划中，利用一些很长的多层建筑，取代常见的街坊组团，将城市建设在巨大的鸡腿上，保持了大片绿地的畅通，而机动车道占据其中一层，形成一种复式路网体系，减少了道路占用土地的面积。

图4.3　萨伏伊别墅室内屋顶庭院(柯布西耶1930)

2.20世纪60年代后的生态建筑运动

20世纪60年代以来，由于工业化国家的环境污染日益严重，面对日趋恶化的生存环境，全球范围内的绿色运动逐渐兴起。

20世纪60年代美国建筑师保罗·索勒里将生态学(Ecology)与建筑学(A rchitecture)两词合并为“A rcology”，创造了“城市建筑生态学”理论，生态学概念开始被引入到建筑学的理论与实践之中。

(1)人类关心生态环境问题的标志是1962年美国生物学家雷切尔·卡逊(Rachel Carson)所著的《寂静的春天》(Silent Spring)，这是世界上第一部有影响的环境科学著作，对绿色运动的推动起了重要作用，促使人们共同思考和行动，在寻求中解决日益严重的环境问题。

1976年联合国“人类住区国际会议”把建筑住区环境和生态平衡联系在一起，提出了建筑与人和自然和谐发展的问题，随后历届国际环境与住区大会都把建筑与人类社会发展作为生态学和相关学科重点研究的内容。

(2)20世纪80年代中期出现了“盖娅运动”。起因是J.拉乌洛克(James Lovelock)的著作《盖娅:地球生命的新视点》(Gaia:A New Look at Life on Earth)的问世。这本书对生态建筑思潮起了很大的推动作用，盖娅运动的主要观点是:将地球和各种生命系统都视为具备生命特征的实体，人类只是其中的有机组成部分，不是自然统治者，人类和所有生命都处于和谐之中。

在《自然住宅手册》(Natural House Book)一书中，D.皮尔森概述了盖娅住区宪章，盖娅住区宪章的设计原则有助于认识“盖娅运动”(见表4.1)。

表4.1　盖娅住区宪章

续表

(资料来源:Pearson D.the NaturalHouse Book.)

(3)1995年西姆·范·德·莱恩(Sim Van derRyn)和S.考沃(StuartCowan)出版了《生态设计》(Ecological Design)一书，被誉为建筑学、景观学、城市学、技术学方面的一次革命性的尝试。提出了五点设计原则和方法:①设计成果来自环境;②生态开支应为评价标准;③设计结合自然;④公众参与设计;⑤为自然增辉。

1973年爆发石油危机以后，世界各国开始重视可再生能源的利用，如太阳能的开发利用，其中包括太阳能集热器、太阳能温室等技术，以此减少对不可再生能源的依赖。20世纪80年代出现了不少现代覆土建筑，虽然这些建筑采用了一些机械通风和人工照明，但仍然节约了大量的能源。

德国太阳能研究所设计建造了在弗莱堡的零能耗住宅，这幢住宅综合采用了各项措施，如太阳能发电，热泵、氢气储存器以及各种隔热材料和建造方法，实现能源完全自给自足。

在丹麦，1992建成了由丹麦KAB咨询所设计的斯科特帕肯小区，共有100套出租住宅，并设有社区活动室、洗衣房和维修站等。分成6个组团，呈马蹄形分布在一个雨水积成的小湖周围(如图4.4(a)、(b)所示)，在设计中采用了重要技术措施，如外墙、屋顶、楼板均设保温层，使用传热系数较小的门窗玻璃;利用智能系统对太阳能和常规供热系统进行智能调控;用雨水槽将雨水引至住宅中央的小湖里，再渗入地下。这些技术措施的应用不仅节约能源，而且还改善了小区的环境。

20世纪90年代以诺曼·福斯特、理查德·罗杰斯、托马斯·赫尔佐格、伦佐·皮阿诺等为代表的一批建筑师，以高科技来解决建筑的生态环境问题。先后设计了德国国会大厦改建、法兰克福银行、柏林戴姆勒·奔驰办公楼等一大批优秀的生态高科技建筑，他们中的一些人曾以“高技派”蜚声建筑界。但随着人与自然的关系成为全球化的议题，使得他们逐渐改变其创作手段和关注的中心，在建筑设计中注重文化内涵，气候适应，节能再生等诸多手法。

图4.4(a)　斯科特帕肯小区总平面(1992)

图4.4(b)　斯科特帕肯小区外观(1992)

从国外的生态建筑实践来看，他们注重生态环境，利用可再生能源和可循环使用的材料，利用自然采光等，其技术既有低技术的，也有高技术的。低技术手段则包括发掘传统地方的建筑技术，在节能、通风、利用地方材料等方面加以技术改良等。高技术手段如使用太阳能光电板、模糊照明控制系统、废水处理系统、超级绝热材料系统等。

4.1.3　生态建筑设计的理念

以人为本，对自然环境的保护与尊重，对未来发展的充分考虑是生态建筑存在的根本。生态建筑理论认为:设计应以生态学的生态平衡思想和整体有序、循环再生为原则，并把建筑放在自然－社会－经济的复合系统中考察，通过合理规划，构建人类生态系统，追求人工环境与自然环境的最佳结合。

生态建筑理念是将建筑看成是一个生态系统，通过对建筑空间中各种物态因素的设计，使物质、能源在建筑系统中有序地循环运转，获得一种高效、低耗、无污染、健康舒适的、与自然环境相融的和谐建筑环境。

1)建筑与自然共生

注意与自然环境的结合和协作，使人的行为与自然环境的发展取得同等地位，尊重自然、保护自然，尽量减少对自然环境的变动。

2)节约能源和利用可再生能源

在建筑的整个生命周期中，尽可能提高自然资源和能源的利用效率，降低能量消耗，充分利用可再生的自然资源，包括太阳能、风能、水利能、生物能等，减少对不可再生能源，例如石油和煤炭等的依赖。减少废弃物，并实现废弃物的可循环使用。结合当地的气候特点，利用自然通风和采光及被动节能措施达到减少能耗、提高围护结构的保温隔热性能，利用太阳能冬季采暖，夏季降温，降低建筑物能耗。

3)在建筑建造使用过程中，注重材料再生利用，体现节约资源、减少污染

应用减轻环境负荷的建筑节能技术，使用绿色建筑材料，尤其是可循环再生性的建筑材料，减少建筑垃圾。少用或不用天然资源及能源，大量使用工业废弃物或城市废弃物生产无毒害、无污染的材料，提倡使用本地材料，减少运输成本。

4)创造健康舒适的室内环境

改善人居的生态环境，提高建筑的热舒适、光舒适、声舒适、视觉舒适等，使建筑物的舒适度逐步提到新的高度。提高人的生活质量是生态建筑的重要使命。这就要求建筑物有充足的日照，良好的通风，自身能有消除有毒气体、无辐射、防噪声、防沙尘等功能。此外，从心理和社会层面上，生态建筑既要保证建筑物的安全和私密性，又要满足人际交往、对自然景观的向往等。

5)使建筑融入历史与地域的人文环境

生态建筑应该延续地方文化和民俗，充分利用当地的材料，结合地域气候、地形地貌。将传统建筑的精神引入生态建筑设计创作之中，使建筑与自然生态有机结合。