论建筑空间与其物理环境的生态属性

1、论建筑空间及其物理环境的生态属性周伟 (1),刘加平(2)(1、昆明有色冶金设计研究院股份公司，2、西安建筑科技大学)摘要：本文从建筑的基本问题出发，探索在建筑本质存在中所内涵的、与大自然息息相通”的特殊属性,提出了空间约束及空间缺陷的概念与定义，同时，籍助集合的数学分析，深入讨论了空间在特定环境中的 基本约束、以及可能产生的第一、二类缺陷问题。指出应认真关注空间在特定环境中的基本约束形态、能 流平衡状态以及可能产生的缺陷、生态环境问题，以创造符合时代特征与可持续发展的建筑物理环境以及 满足绿色发展的建筑空间。关键词：建筑空间，建筑物理环境，空间约束，空间缺陷，空间的生态属性1、对建筑基本问题

2、的思考21世纪是关注环境与生存的时代，是人类生态觉悟”的时代，而关注生存环境、节约能源与自然资源，创造健康空间等理念也已渗入建筑体系，成为建筑理论研究与设计创作 实践的重要方面。空间是建筑的本质存在，是人类进行物质与精神活动的重要场所，空间的基本属性决定 了它对上述时代发展的必然映射，而这种影射往往让我们返回到建筑学的基本问题层面上， 如果在建筑体系中，对时代赋予建筑空间的任务与地位模糊不清，我们就至少无法把握建筑 在时代多重特殊要求下的空间特质，因而也就难以准确地描述建筑的绿色”或可持续发展 问题。建筑首要且重要的是创造空间品质。对建筑个性出现的关注有一个前提假设：即建筑有一个具体的实质，对

3、本质的理解，无论对建筑理论还是建筑实践，都是最基本的。建筑作为人类的居所，无论是作为 类型的建筑”、语言的建筑”、还是作为 空间的建筑”,至少有一点是客观的物质反映,具有了生存与繁衍的充分条件，同时也是人类与自然互动关联的基础。维特鲁威在建筑十书中，将建筑的起源描述为一堆无意点燃的篝火所引发的事件(31如图1。火的属性把人与自然关联在一起，空间也由人们的聚议而产生了。由此我们得到一个启示，要在今天人与自然的中间界定建筑空间所关联双 方而具有的属性，应该回溯到人与自然双图-1篝火一建筑的起源方都具有的本原关系上去，而这种关系所2。反映的，正是人与自然的生态联系，或者说，是空间关联二者的生态属性，

4、如图当我们面对建筑对 环境的反思，重新回溯 并审视由篝火引出的 人与自然之间的关联图2人与自然的关联时，我们得到的另一个启示是：如果火失去了它固有的燃烧放热、光照温暖的属性，它就不会是人类与自然之间最 初始而简单的关联，即维特鲁维心中引发空间发生的初始事件。同样地，如果空间失去了对人类健康的护佑作用，或者反过来有害于人的健康，那么空间就失去了它本应该具有的健 康”属性。为了梳理上述建筑空间在时代特征映射下的基本问题，探索在建筑本质存在中所内涵的、 与大自然 息息相通”的特殊属性，我们需要尝试从一种新的、建立在技术思维逻辑关系上 的视野来对空间进行分析研究，探索与时代特征关系密切的解析空间的新途

5、径，寻求空间的 绿色特质与可持续发展之路。2、空间的约束从人类创造空间的进化历程来看，人类对空间初始的基本需要，是原始建筑形式作为人 类生存繁衍的基本条件，也是建筑发展与成熟时期支承建筑空间功能与表现的物质条件，这 些条件在建筑空间日趋复杂的融合与多元化时期已经演变并分离为空间设计的独立因素。为 了形象地描述与分析，我们借助结构力学中关于约束”的概念来说明。在结构力学中，自由度”是描述某一体系在运动时，可以独立变化的几何参数的数目； 而约束可以称为减少该系统自由度的联系数。即体系增加一个约束，就减少了一个在空 间中的自由度（4）o把人对空间的基本需要条件视为空间的约束，反映了空间在构筑中的自

6、由度，如当空间只有第一个单一约束（对冷热的基本需求）时，空间可以置于地下，当空间 增加视觉条件的约束后，必须附加上在地面以上”的条件，即空间减小了可以在地下的自由度，而当再加上 听觉条件”的第三个约束时，空间就必须再加上须设围护与门窗的条件”，即空间减少了可以开敞的自由度。显而易见，人类对空间的三个基本需求条件，可以称作是空间的三个约束，它们是人类 在创造建筑的萌芽时期逐步赋予空间的，并在建筑以后的发展过程中形成了空间内在的一种 稳定结构，如图4。在人类创造建筑的历史时段中，人类自身的生理结构与对外界的生理反应并未发生巨大 的改变，我们对于空间的感知却由于社会文化与科技的进步而发生了复杂的变化

7、。空间的三 个约束也由简单的基本条件发展为可以进行量化与解析研究的复杂环境要素，即热舒适环境、 光环境与声环境。图4空间的三个稳定约束把对热、光、声三种环境的描述用图来简单表示，如图 5、图6、图7,可以得出结论, 无论在现代建筑中人对环境的创造如何发展，无论现代建筑空间的形态如何复杂丰富，空间 中三个基本的核心或者约束是始终不变的，因为它们是基于人的生理结构未发生巨大变化这 一客观事实而赋予空间的基本需要条件，只不过由于构筑技术的进步与人工环境科学的发展， 使基本约束常常隐藏在其它复杂关联的要素之中，或者说在许多设计与创造过程中，它们均 由显式转成了隐式，或者是改变了原有的表现形式。今天，大

8、量建筑中由于人工环境的营造，如人工气候、全封闭空调、人工换气等等， 人类已经可以不完全依赖自然的条件而生存。然而，由于能源危机，生态恶化以及病态建筑 空间的出现，使我们不得不回过头来寻找自然健康的空间，当我们面对现代建筑复杂多变的 空间形态时，不得不思考在不断变化与进化的空间中，究竟什么是始终不变的？而对这一问 题的追寻又往往需要我们重新认识人对于空间的基本需要条件。当这些基本条件不能够得到 满足时，我们便在现代建筑的空间中造成了危及健康与生存环境的缺陷。3、空间的缺陷考察图5,图6,图7,建筑空间中三个简单的基本约束伴随建筑进步而演化成了具有多因素关联的环境约束条件，在建筑创作与实践中，一个

9、特定的建筑空间可能具有合理的功 能布局、交通组织、空间造型以及设计创意等，但如果忽视了对上述约束的考虑与设计，则 可能会导致空间环境出现不良的问题。例如，玻璃幕墙”冬季表面结露、夏季室内过热、声环境质量下降、光环境污染等等，这些问题的产生预示着空间在多因素交织影响下的复杂 性，某一因素的影响，可能会引起空间特质的改变，并对人类的生存造成危害。用绿色建筑的标准来衡量，这种空间至少是不健康、不符合时代发展要求的。对于这类 影响到空间自然属性本质存在的问题，我们把它定义为空间的缺陷。为了简洁地描述这类空 间缺陷，我们借助数学中集合的概念来进行抽象和分析。假定空间中所有物质因素的全体成一个集合，且上述

10、图5、图6、图7中描述的由空间三个基本约束衍生出的各种影响因素分别构成空间中的三个子集。即，具有与热特性相关 的因素构成子集 H,具有与光特性相关的因素构成子集L,具有与声特性相关的因素构成子集S,贝U TOC o 1-5 h z H= 温度T,湿度中，气流V,辐射E,人体散热巳衣服C(3-1)L L= 生理因素、心理因素、颜色、照明、照度分布、气氛 (3-2)S=声压、 心理反应、生理反应、照明时间、噪声 1(3-3) Ec + Eo人工强迫注入能流的采暖空调房来说，这种控制性反馈发生在E与E之间，如图13所示。例如，当房间夏季过热 ic时，我们往往加大注入空间的空调（ E ）,此时亦增加了

11、 i图12E的消耗，同时可以保持 E排出。因此， E与E之间的这种负反馈需要我们在空间中重视对于E的控制与引导，否则，空间可能出现过大的 c咽中l： Ej输小，耽寸，.们Eg认为空间中存在着缺陷，并把这一缺陷定义为空间的第二类缺陷，它表明空间不能满足人对其生态特性的要求。图13 5、结语我国的现代建筑创作与实践已进入多元化时期，由于全球化的影响以及建构技术的飞速发展，建筑在从乡土的原生空间进化为现代复杂空间的过程中，越来越依赖于建筑设备注入人工环境条件，如采暖、空调、室内新风、人工加湿、人工混响、人工降噪、人工净化空气、人工净化水等等，当我们的构筑行为已危及到自然环境中生态系统的良性循环，而环

12、境的恶化又不断反过来制约人类的发展与生存时，在建筑本质存在中所内涵的、与大自然息息相因此，在传统的空间解析中需要加入 约束/健康”特性与 能流/生态”特性，作为空 间解析的附加因素而构成空间的 整体性”，由此出发，综合考虑包括 健康”与生态” 因素在内的一切空间要素来进行建筑创作设计，认真关注空间在特定环境中的基本约束形态、 能流平衡状态以及可能产生的缺陷问题、生态环境问题等，就能够在此基础上创造出符合时 代特征与可持续发展的建筑物理环境以及满足绿色建筑发展的建筑空间。作者简介：周伟，男，1958.6生，博士，总建筑师，昆明有色冶金设计研究院股份公司建筑设计院。参考文献： TOC o 1-5

13、h z 1陈灵芝，马克平主编，生物多样性科学、原理与实践，上海科学技术出版社，200年。2维特鲁威著，高履泰译，建筑十书，知识产权出版社2001年3月3克里斯亚倡著，张磊、司玲译，建筑与个性一对文化和技术变化的回应，中国建筑工业出版社4杨弗康，李家宝主编，结构力学，高等教育出版社，1983年1月5秦湖主编，生态建筑设计，中国建筑工业出版社，2003年6巴赫基著，傅忠诚等译，房间的热微气候 ，中国建筑工业出版社，1985年8清华大学建筑学院编著，建筑设计的生态策略，中国计划出版社，2001年9郑丹星、冯流、武向红编，环境保护与绿色技术，中国环境科学出版社，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