論建筑空間與其物理環(huán)境的生態(tài)屬性

1、論建筑空間及其物理環(huán)境的生態(tài)屬性周偉 (1),劉加平(2)(1、昆明有色冶金設計研究院股份公司，2、西安建筑科技大學)摘要：本文從建筑的基本問題出發(fā)，探索在建筑本質(zhì)存在中所內(nèi)涵的、與大自然息息相通”的特殊屬性,提出了空間約束及空間缺陷的概念與定義，同時，籍助集合的數(shù)學分析，深入討論了空間在特定環(huán)境中的 基本約束、以及可能產(chǎn)生的第一、二類缺陷問題。指出應認真關注空間在特定環(huán)境中的基本約束形態(tài)、能 流平衡狀態(tài)以及可能產(chǎn)生的缺陷、生態(tài)環(huán)境問題，以創(chuàng)造符合時代特征與可持續(xù)發(fā)展的建筑物理環(huán)境以及 滿足綠色發(fā)展的建筑空間。關鍵詞：建筑空間，建筑物理環(huán)境，空間約束，空間缺陷，空間的生態(tài)屬性1、對建筑基本問題

2、的思考21世紀是關注環(huán)境與生存的時代，是人類生態(tài)覺悟”的時代，而關注生存環(huán)境、節(jié)約能源與自然資源，創(chuàng)造健康空間等理念也已滲入建筑體系，成為建筑理論研究與設計創(chuàng)作 實踐的重要方面?？臻g是建筑的本質(zhì)存在，是人類進行物質(zhì)與精神活動的重要場所，空間的基本屬性決定 了它對上述時代發(fā)展的必然映射，而這種影射往往讓我們返回到建筑學的基本問題層面上， 如果在建筑體系中，對時代賦予建筑空間的任務與地位模糊不清，我們就至少無法把握建筑 在時代多重特殊要求下的空間特質(zhì)，因而也就難以準確地描述建筑的綠色”或可持續(xù)發(fā)展 問題。建筑首要且重要的是創(chuàng)造空間品質(zhì)。對建筑個性出現(xiàn)的關注有一個前提假設：即建筑有一個具體的實質(zhì)，對

3、本質(zhì)的理解，無論對建筑理論還是建筑實踐，都是最基本的。建筑作為人類的居所，無論是作為 類型的建筑”、語言的建筑”、還是作為 空間的建筑”,至少有一點是客觀的物質(zhì)反映,具有了生存與繁衍的充分條件，同時也是人類與自然互動關聯(lián)的基礎。維特魯威在建筑十書中，將建筑的起源描述為一堆無意點燃的篝火所引發(fā)的事件(31如圖1?；鸬膶傩园讶伺c自然關聯(lián)在一起，空間也由人們的聚議而產(chǎn)生了。由此我們得到一個啟示，要在今天人與自然的中間界定建筑空間所關聯(lián)雙 方而具有的屬性，應該回溯到人與自然雙圖-1篝火一建筑的起源方都具有的本原關系上去，而這種關系所2。反映的，正是人與自然的生態(tài)聯(lián)系，或者說，是空間關聯(lián)二者的生態(tài)屬性，

4、如圖當我們面對建筑對 環(huán)境的反思，重新回溯 并審視由篝火引出的 人與自然之間的關聯(lián)圖2人與自然的關聯(lián)時，我們得到的另一個啟示是：如果火失去了它固有的燃燒放熱、光照溫暖的屬性，它就不會是人類與自然之間最 初始而簡單的關聯(lián)，即維特魯維心中引發(fā)空間發(fā)生的初始事件。同樣地，如果空間失去了對人類健康的護佑作用，或者反過來有害于人的健康，那么空間就失去了它本應該具有的健 康”屬性。為了梳理上述建筑空間在時代特征映射下的基本問題，探索在建筑本質(zhì)存在中所內(nèi)涵的、 與大自然 息息相通”的特殊屬性，我們需要嘗試從一種新的、建立在技術思維邏輯關系上 的視野來對空間進行分析研究，探索與時代特征關系密切的解析空間的新途

5、徑，尋求空間的 綠色特質(zhì)與可持續(xù)發(fā)展之路。2、空間的約束從人類創(chuàng)造空間的進化歷程來看，人類對空間初始的基本需要，是原始建筑形式作為人 類生存繁衍的基本條件，也是建筑發(fā)展與成熟時期支承建筑空間功能與表現(xiàn)的物質(zhì)條件，這 些條件在建筑空間日趨復雜的融合與多元化時期已經(jīng)演變并分離為空間設計的獨立因素。為 了形象地描述與分析，我們借助結(jié)構力學中關于約束”的概念來說明。在結(jié)構力學中，自由度”是描述某一體系在運動時，可以獨立變化的幾何參數(shù)的數(shù)目； 而約束可以稱為減少該系統(tǒng)自由度的聯(lián)系數(shù)。即體系增加一個約束，就減少了一個在空 間中的自由度（4）o把人對空間的基本需要條件視為空間的約束，反映了空間在構筑中的自

6、由度，如當空間只有第一個單一約束（對冷熱的基本需求）時，空間可以置于地下，當空間 增加視覺條件的約束后，必須附加上在地面以上”的條件，即空間減小了可以在地下的自由度，而當再加上 聽覺條件”的第三個約束時，空間就必須再加上須設圍護與門窗的條件”，即空間減少了可以開敞的自由度。顯而易見，人類對空間的三個基本需求條件，可以稱作是空間的三個約束，它們是人類 在創(chuàng)造建筑的萌芽時期逐步賦予空間的，并在建筑以后的發(fā)展過程中形成了空間內(nèi)在的一種 穩(wěn)定結(jié)構，如圖4。在人類創(chuàng)造建筑的歷史時段中，人類自身的生理結(jié)構與對外界的生理反應并未發(fā)生巨大 的改變，我們對于空間的感知卻由于社會文化與科技的進步而發(fā)生了復雜的變化

7、。空間的三 個約束也由簡單的基本條件發(fā)展為可以進行量化與解析研究的復雜環(huán)境要素，即熱舒適環(huán)境、 光環(huán)境與聲環(huán)境。圖4空間的三個穩(wěn)定約束把對熱、光、聲三種環(huán)境的描述用圖來簡單表示，如圖 5、圖6、圖7,可以得出結(jié)論, 無論在現(xiàn)代建筑中人對環(huán)境的創(chuàng)造如何發(fā)展，無論現(xiàn)代建筑空間的形態(tài)如何復雜豐富，空間 中三個基本的核心或者約束是始終不變的，因為它們是基于人的生理結(jié)構未發(fā)生巨大變化這 一客觀事實而賦予空間的基本需要條件，只不過由于構筑技術的進步與人工環(huán)境科學的發(fā)展， 使基本約束常常隱藏在其它復雜關聯(lián)的要素之中，或者說在許多設計與創(chuàng)造過程中，它們均 由顯式轉(zhuǎn)成了隱式，或者是改變了原有的表現(xiàn)形式。今天，大

8、量建筑中由于人工環(huán)境的營造，如人工氣候、全封閉空調(diào)、人工換氣等等， 人類已經(jīng)可以不完全依賴自然的條件而生存。然而，由于能源危機，生態(tài)惡化以及病態(tài)建筑 空間的出現(xiàn)，使我們不得不回過頭來尋找自然健康的空間，當我們面對現(xiàn)代建筑復雜多變的 空間形態(tài)時，不得不思考在不斷變化與進化的空間中，究竟什么是始終不變的？而對這一問 題的追尋又往往需要我們重新認識人對于空間的基本需要條件。當這些基本條件不能夠得到 滿足時，我們便在現(xiàn)代建筑的空間中造成了危及健康與生存環(huán)境的缺陷。3、空間的缺陷考察圖5,圖6,圖7,建筑空間中三個簡單的基本約束伴隨建筑進步而演化成了具有多因素關聯(lián)的環(huán)境約束條件，在建筑創(chuàng)作與實踐中，一個

9、特定的建筑空間可能具有合理的功 能布局、交通組織、空間造型以及設計創(chuàng)意等，但如果忽視了對上述約束的考慮與設計，則 可能會導致空間環(huán)境出現(xiàn)不良的問題。例如，玻璃幕墻”冬季表面結(jié)露、夏季室內(nèi)過熱、聲環(huán)境質(zhì)量下降、光環(huán)境污染等等，這些問題的產(chǎn)生預示著空間在多因素交織影響下的復雜 性，某一因素的影響，可能會引起空間特質(zhì)的改變，并對人類的生存造成危害。用綠色建筑的標準來衡量，這種空間至少是不健康、不符合時代發(fā)展要求的。對于這類 影響到空間自然屬性本質(zhì)存在的問題，我們把它定義為空間的缺陷。為了簡潔地描述這類空 間缺陷，我們借助數(shù)學中集合的概念來進行抽象和分析。假定空間中所有物質(zhì)因素的全體成一個集合，且上述

10、圖5、圖6、圖7中描述的由空間三個基本約束衍生出的各種影響因素分別構成空間中的三個子集。即，具有與熱特性相關 的因素構成子集 H,具有與光特性相關的因素構成子集L,具有與聲特性相關的因素構成子集S,貝U TOC o 1-5 h z H= 溫度T,濕度中，氣流V,輻射E,人體散熱巳衣服C(3-1)L L= 生理因素、心理因素、顏色、照明、照度分布、氣氛 (3-2)S=聲壓、 心理反應、生理反應、照明時間、噪聲 1(3-3) Ec + Eo人工強迫注入能流的采暖空調(diào)房來說，這種控制性反饋發(fā)生在E與E之間，如圖13所示。例如，當房間夏季過熱 ic時，我們往往加大注入空間的空調(diào)（ E ）,此時亦增加了

11、 i圖12E的消耗，同時可以保持 E排出。因此， E與E之間的這種負反饋需要我們在空間中重視對于E的控制與引導，否則，空間可能出現(xiàn)過大的 c咽中l(wèi)： Ej輸小，耽寸，.們Eg認為空間中存在著缺陷，并把這一缺陷定義為空間的第二類缺陷，它表明空間不能滿足人對其生態(tài)特性的要求。圖13 5、結(jié)語我國的現(xiàn)代建筑創(chuàng)作與實踐已進入多元化時期，由于全球化的影響以及建構技術的飛速發(fā)展，建筑在從鄉(xiāng)土的原生空間進化為現(xiàn)代復雜空間的過程中，越來越依賴于建筑設備注入人工環(huán)境條件，如采暖、空調(diào)、室內(nèi)新風、人工加濕、人工混響、人工降噪、人工凈化空氣、人工凈化水等等，當我們的構筑行為已危及到自然環(huán)境中生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，而環(huán)

12、境的惡化又不斷反過來制約人類的發(fā)展與生存時，在建筑本質(zhì)存在中所內(nèi)涵的、與大自然息息相因此，在傳統(tǒng)的空間解析中需要加入 約束/健康”特性與 能流/生態(tài)”特性，作為空 間解析的附加因素而構成空間的 整體性”，由此出發(fā)，綜合考慮包括 健康”與生態(tài)” 因素在內(nèi)的一切空間要素來進行建筑創(chuàng)作設計，認真關注空間在特定環(huán)境中的基本約束形態(tài)、 能流平衡狀態(tài)以及可能產(chǎn)生的缺陷問題、生態(tài)環(huán)境問題等，就能夠在此基礎上創(chuàng)造出符合時 代特征與可持續(xù)發(fā)展的建筑物理環(huán)境以及滿足綠色建筑發(fā)展的建筑空間。作者簡介：周偉，男，1958.6生，博士，總建筑師，昆明有色冶金設計研究院股份公司建筑設計院。參考文獻： TOC o 1-5

13、h z 1陳靈芝，馬克平主編，生物多樣性科學、原理與實踐，上海科學技術出版社，200年。2維特魯威著，高履泰譯，建筑十書，知識產(chǎn)權出版社2001年3月3克里斯亞倡著，張磊、司玲譯，建筑與個性一對文化和技術變化的回應，中國建筑工業(yè)出版社4楊弗康，李家寶主編，結(jié)構力學，高等教育出版社，1983年1月5秦湖主編，生態(tài)建筑設計，中國建筑工業(yè)出版社，2003年6巴赫基著，傅忠誠等譯，房間的熱微氣候 ，中國建筑工業(yè)出版社，1985年8清華大學建筑學院編著，建筑設計的生態(tài)策略，中國計劃出版社，2001年9鄭丹星、馮流、武向紅編，環(huán)境保護與綠色技術，中國環(huán)境科學出版社，1992年On Ecological F

14、eatures of the Building Space with Its Physical EnvironmentAbstract: Based on the fundamental issue of architecture, the paper explores the meaning and special features within the essence of architecture, which is well linked with the nature, and puts forward new concepts with definitions of space c

15、onstraint and space vitium. At the same time, with the aid of analysis of set theory, it discusses the basic constraint with space in a certain circumstances, the possible arising problems with the first and second species of vitium. The paper then points out that more attention should be paid to these problems