副刊

筑一个永续发展的建筑

常听闻建筑设计界不断地在提倡永续发展设计概念,

这当然不是什么新词,



但仍然有不少人觉得这个词很抽象,

理不出一个头绪来。

若要真正理解永续发展设计的涵义,

没有任何解释比透过例子来了解更简单;

简而言之,



就是为人类、为社区、为环境、

为未来而策划的建筑设计概念。

永续未来的建筑设计

一个建筑物的外观固然重要,但若少了对社会的贡献,那只是虚有其表。这里指的贡献并不是建筑物的用途,而是针对科技、环境、社会经济和文化问题作出的回应,这才是现今和未来世界面对的长期挑战;所以,建造业也需要一个真正能解决问题的永续发展计划。

今年迈入第5届的“LafargeHolcim”奖,早前公布了亚太区的得奖者名单。作为一个全球性的永续发展设计竞赛,从创办至今已有超过200个建筑设计项目获奖,且有超过一半的得奖项目已经竣工、即将完成或正在建造中。

今年亚太区的三甲得主将在2018年角逐全球“LafargeHolcim”奖项,届时又一个全球最佳的永续发展设计项目将由此诞生!

金奖:

白色兔子(White Rabbit)——被边缘化儿童之家

建筑师:艾佛奈斯提瓦里(Avneesh Tiwari)和奈哈菈内(Neha Rane)

所属建筑设计公司:印度孟买atArchitecture

预计建设期:2017年12月

菈内(右)和提瓦里夺得2017“LafargeHolcim亚太区域奖”金奖。

儿童之家
解决缺陷营造舒适

这一所儿童之家之所以取名为“白色兔子”,除了符合孩子爱蹦蹦跳跳的形象外,也是因为建筑外观真的就像一只兔子的轮廓。在这个以儿童为主的建设中,建筑师将其对俏皮设计的敏锐度,体现在整体建筑规模以及儿童感知上。

这座建筑可容纳30名儿童,所采用的永续发展设计可解决他们现有的建筑缺陷,如容易引发水灾和通风不良。该建设项目让受限制的地点获得重生,通过在建筑所在的后方空出通风空隙,让空气向上移动,并提供间接照明,可为孩子提供一个端庄和舒适的生活环境。

这是一栋3层楼建筑,整体空间的紧凑感及奇形怪状的建筑形式,通过一个中央垂直空隙发挥循环、光线和通风作用,实现了空间宽大的感觉。此外,该建筑项目涵括的被动式建筑技术、创新设计措施及可行的经济模式,皆已超出了社区永续性的基本准则。

正视图。该设计提出了一个新的趣味高度,透过不同的比例来顺应不同的人体测量需求。

自然光线减少能源负荷

建筑底层的中央供老年人进行社区活动、同时也充当托儿所、女性发展培训中心等。这个空间计划设计成向位于北边的中央庭院开放的阳台,部分空间则向另外3个方向的毗邻小路延伸,并以一楼隔层作为遮阴保护。

儿童起居室设于2楼,比起底层的空间开放,这个部分显得较为封闭,主要是为了提供孩子一个安全的个人环境。在南部的正面,将会安装一个可操作的垂直苗圃红陶百叶窗,东西两侧设为休闲范围,北侧则通向下方的中央庭院。中央庭院具有降温和提供自然光线的功用,有助于减少操作能源的负荷。

顶楼是一个储物空间、学习区和管理员寝室。它也可以避免孩子的起居室受到阳光的直接照射。

底层的社区中心。

东南西北精心设计

艾佛奈斯指出:“在建筑物外壳方面,不论是东南西北都经过精心设计。建筑物的北侧外墙是一道与相邻房屋共用的死墙,所以所有的设计都针对那道墙进行,尽可能利用剩余的外壳维持通风。设在南侧的苗圃具有为起居室缓解炎热的作用,而且种植在红陶百叶窗上的植物也容易生长,并可以维持良好状态。

“红陶百叶窗被设想为绿化的脚手架,不仅可以冷却室内温度,也可以借由绿物收成进展成一个小规模的商业模式。”

延伸另一个空间

菈内说,建于东西侧、由混凝土薄板制成的遮阳墙区域,将通过转换成游戏站、添置家具等用作私人休闲区,这为该中心增添了额外25平方米的可用面积。

“墙内建构材料是由定制的红陶空心砖块组成,有一部分墙则是用架子取代。这些红陶材料是由邻近贫民窟的红陶工厂制造,所以这个新的建筑系统有助于为当地工匠增加工作机会。这个建筑所采用的承重构件(如柱子、石板、楼梯等)皆是由混凝土面板制成,与其他建筑材料相比,这种材料可以免维护,并有助于消耗最少的建筑面积。”

他们以筏取代地基,创造额外的地下容积,以保留周边墙;该地下空间将用作容纳5万5000升的雨水收集池。通往一楼的庭院和楼梯融合在一起,形成一个具趣味性的台阶区,并作为社区空间的另一延伸。

银奖:

微型图书馆(Micro Library):学习中心

建筑师:弗洛利安(Florian Heinzelmann)和达丽娅娜(Daliana Suryawinata)

所属建筑设计公司:印尼万隆SHAU

预计建设期:2017年12月

轻质混凝土结构、绿色屋顶、苔藓天花板和人造草坪的结合,本身就呈现出一个“新自然”概念。公园的绿色表面延续到图书馆的所有水平表面,因此到访者可以在一系列开放式和半开放式的绿色空间进行阅读和社交活动。

微型图书馆
提升学习魅力

微型图书馆可让大众真正体验何谓小而大又多,吸引力不输于大型图书馆。

在2012年,弗洛利安和达丽娅娜发起了微型图书馆建设项目,其最大使命是为印尼和其他地区提供更具吸引力和可及性高的学习管道,以提升读写能力。

弗洛利安表示:“虽然印尼的经济预测颇为乐观,但目前的基础设施却不足以能够改善人类发展指数。比如,渴望学习的学生因缺乏设施而受阻、图书馆不受欢迎等。我们相信,拥有漂亮设计的图书馆可以提升图书馆的魅力和吸引力!”

着重工艺制造

与其将图书馆的地理位置设于市中心,何不让图书馆离家更近?在2016年,2间微型图书馆在万隆成立,目前还有4间正在计划中,其中一间是斐波那契微型图书馆(Fibonacci Micro library)。每间微型图书馆都拥有独特的设计,以适应每个社区和地点潜力的程序化需求。

在建造的初期,先要解决一个问题,即如何在一个简单、手工劳动的建筑环境中进行设计和建造?几经波折,他们找到了一个解决方案,与其注重“工厂制造”,倒不如强调“工艺制造”。

斐波那契微型图书馆在绿景公园之中作为一个城市废墟,其参数化设计及螺旋排列结构的同时融入,非常引人注目。很多人在第一眼无法相信这座雕塑是一间图书馆,直到他们走进去开始拿起一本书、选一个好地方来阅读时,图书馆才真正发挥其功用。

创造无缝绿色空间

这个建筑物的结构依赖于四列螺旋柱,其中央部分较小的封闭空间可用作储物室、洗手间和祈祷室;其余被覆盖的空间则完全向公园开放。

达丽娅娜指出,他们以标准化的建筑元素(肋骨结构),根据肋骨的数量、数目、螺旋空间的方向和布局,让建筑物高度、肋骨尺寸等产生设计变化。

重生城市废墟

在建材方面,他们采用的是喷射混凝土结构绝缘板。混凝土被喷射到包覆在金属网上的模芯里,形成一个轻量级建筑,可减少地基上的负荷,进而减少材料的使用。此外,现浇方式也解决了运送预制肋骨到建筑地点的后勤问题。

在此建设项目中,他们构想出一个新自然概念——绿色景观中建立一座现代城市废墟,以回归自然。在公园内建立一个可以从任何方向进出的全方位开放式建筑,等同向公众表示“无任欢迎”参观和探索,并增加室内空间的自然采光。

首两间微型图书馆已在万隆建成,其余4间正在计划中。每间都有独特的设计。

杜绝文盲新方案

“我们希望把这个建筑看作是一个完全一体化的结构,就像一座几乎被人遗忘的废墟被大自然回收一样。建筑的肋骨柱子被设计成更大的半径长度,以容纳多个规划空间。肋骨柱子将作为图书馆的综合书架。”

“从这个意义上来说,就是螺旋排列的肋骨是结构、功能要求和固定家具的混合体。建筑物的绿色屋顶、苔藓天花板和绿色地毯(人造草坪),主要是让公园的绿景得以延伸至图书馆,创造一个无缝绿色空间的体验。”

透过创造一个小型兼开放式阅读空间,且不重复每一个设计模式,该建设项目构建了一个杜绝文盲和定义社区的新方案。

弗洛利安(左)和达丽娅娜希望皆由设计漂亮的图书馆提升当地人的读写能力。
公园是BRAC大学的公共界面和心脏。坐落于城市湖泊位置,该大学的愿景是成为一个创新和永续发展的城市校园,并针对炎热、潮湿、季风气候作设计,同时也展现自然与建筑的完美结合。

铜奖:

漂浮大学(Floating university):建立跨社区的资源(BRAC)大学校园

建筑师:黄文森(译音)

所属建筑设计公司:新加坡WOHA

建设期:2016年7月

该建设的主要策略是通过让建筑漂浮在湖泊之上,创造两个不同的空间层次。

漂浮建筑物
与自然结合

位于孟加拉达卡的BRAC大学的使命是通过创造适应社会需求的高等教育,以促进国家的发展。有鉴于此,黄文森针对有关环境所做的设计可有利于学习发展和人际交往。

该项建筑设计达到了超高的境界,因为它为城市增加了建设和开放的空间。建筑地点是位于达卡的一个受污染沼泽地。在与该所非盈利大学合作下,建筑设计团队提出了在池塘上建立一个漂浮建筑物的想法。

整个大学校园就是一个社交互动空间,而不同规模和类型的社交空间可迎合不同团体的大小,提供最大的舒适度。建筑的某些部分专为引来习习凉风而设计,让清凉微风可以在团体聚集的空间轻轻吹佛,同时避免日晒雨淋。

首先,池塘先被修复成一个生物保留池。该建筑的整个地面层是向公众开放,而其上的建构也融入永续设计构思,并致力于提高校园的绿植覆盖面。

其建设策略包括:

●自然光与通风,对用户的课室环境直接进行控制;

●全民普及;

●从室内到室外:在没有密封和冷气机之下,仍能提供各种活动空间;

●拥有振奋人心、感官刺激以及与自然环境有着强大联系的景观;

●周遭全是社交互动空间,并与周围邻里融为一体。

把生物带回城市

达卡的快速城市化导致城市的水体、植被、野生动物和公共空间的迁移,造成了尘土飞扬的恶劣环境。新的校园旨在通过以下途径将失去的生物多样性带回城市:

●垂直花园(从地面至第3楼的大型台柱上,覆盖着植物)以及东西侧边缘堆积的花盆(形成内在的遮阳设备),借以吸引昆虫和其他动物,以改善空气质量。

●栽种能够吸引授粉蜜蜂的果树,形成鸟类栖息地,并生产水果供食用。

●善用流水为植物重建生态系统,形成支持生物多样性的栖息地。

●绿地面积占总面积127%。

黄文森设计了一座在湖泊上漂浮的大学建筑,其整体设计有着降低湖泊污染的作用。

冷却通风模式

黄文森指出:“校园内所有的有机垃圾都会做堆肥处理,以保持美好景观。该建筑根据舒适理论,采用7种冷却/通风模式以对建筑物的温度进行微调,并适应当地的气候,包括增强风体、升高空气速度、混合温度、机械通风及优化新鲜空气。”

不仅如此,该建筑外壳的遮阳板、种植表面和屋顶盖的精细热分区等优化系统可减少40%的冷却需求。拥有6900平方米的1600千瓦光伏屋顶遮阳棚贡献了18.5%的所需能源,与一般建筑物相比减少了58.5%。用于景观和洗手间的水体循环加上雨水收集,水的使用量可减少46.5%。

一楼平面图。

反应

 

优生活

国人应居安思危 大马建筑急需防震技术

【马来西亚建筑的防震未来】上篇

报道|陈绛雪

摄影|黄亮晖/部分图片取自本报资料室

专家不止一次警告,得天独厚的马来西亚早已不再是“零地震”国家,近年多次受到余震影响的半岛西海岸地区,东马沙巴自2021年以来更有多达10次的地震纪录!

防震建筑,不再是可有可无的事。原来,雪隆和主要城市地区的高架天桥和槟城大桥,都有装置防震技术。所谓“防震/抗震建筑”(Earthquake Proof-Building)即是指在抗震设防烈度为6级和以上的地区,必须有抗震设计的建筑。

防震抗震建筑主要有3种结构——抗震结构、减震结构、隔震(避震)结构。

在普罗大众的认知里,“防震、抗震、避震、减震”都是同一概念。

避震和防震不同

拉曼大学李光前理工学院土木工程系主任叶俊杰助理教授一开始就先厘清:“避震和防震是两种不同的结构设计,从建材、结构到保护方式都各具特点,根据建筑所处地理环境和所需功能选择合适的结构形式至关重要;有避震和防震设计的建筑,其安全性也不可同日而语。”

★抗震结构(Earthquake Resistance)

在建筑主体上的抗震伸臂体系或抗震支架(Outrigger System),即柱子、房梁、墙体的强度和硬度来抵御地震。因地震能量会直接传递到建筑,引起建筑大幅度摇晃,地震规模也会造成不同程度的破坏。小型住宅到高层建筑广泛采用抗震结构形式。

★减震结构(Earthquake Shock Absorption)

通过在建筑内设置减震构件(阻尼器 damper)吸收地震能量,减少传递到主体框架的地震能量,从而降低地震对建筑的损坏程度。地震后通常不需要更换阻尼装置,若有受损只需根据情况和程度修理或更换,恢复到地震前的状态。阻尼装置的减震效果可在地震时抑制建筑的震动与变形,同时也可抵御强风引起的楼体晃动。

阻尼装置形状多样,可按建筑需求选择,比如小型建筑多使用撑杆式装置,还有用于摩天大楼(比如日本东京晴空塔)的筋混凝土(Precast Concrete,PC)结构的中央支柱。

★隔震/避震结构(Earthquake Isolation)

利用隔离装置将建筑与地基隔离,利用阻尼装置吸收地震能量,减轻建筑受到地震的破坏。简单来说就是在建筑基层装置“避震台”(base isolator),相比抗震和减震结构,能更好低抑制建筑的震动和变形,减缓建筑的摇晃程度,减少家具和固定装置等物件跌落和损坏,从而保护建筑在地震后的功能,近年广泛应用于大规模建筑设计中。

此外,建筑层数越高,避震结构成本也会跟着降低,既能实现较高的抗震等级,建筑规划设计也不会面对高度限制的问题。

国油双峰塔抗震韧性10级

叶俊杰指出,国油双峰塔(Petronas Twin Tower)或可说是大马最早具有抗震设计的摩天大楼建筑,采用的正是隔震/减震技术,抗震韧性可达10级。

“KLCC和后来采用其他防震技术的新建筑,尤其是摩天大楼,一旦发生余震或地震,这些建筑比大部分建筑更为安全。”

他解释,避震台(Base Isolator)是一种橡胶及铁片等复合材料制造的避震装置,当地震发生时,建筑基底的隔震层移动/变形,消耗和缓冲地震时的震动和建筑晃动,不论地震在哪一个方向,都能保护建筑和其中的人。

“每5年必须定期检查避震台的情况是否完好,比如橡胶材质是否硬化。”

高架天桥槟威大桥有防震

他说,雪隆和主要城市地区纵横交错的高架天桥和槟威大桥这些桥梁基建,其实都有装置天然橡胶轴防震技术(Elastomeric Bearing Pad)。

“这是一种类似于避震器的防震装置,但不完全是建筑避震器,没有铁柱芯,它可承受一定的荷载,若这个材质出现问题就无法发挥避震功能。所以工程部每5年会检查一次,因我国环境炎热且潮湿,塑胶容易变质。”

天然橡胶轴防震技术

据了解,大马橡胶局从1976年开始研究、1985年正式推介的这项“天然橡胶轴”防震技术,耐震度预测可达7.5级,至今全球已有2万多座大型建筑和基建使用这项技术,而我国则由英国引进,本地专才开发,而沙巴拿笃的3层式大马棕油局(MPOB)建筑是在2000年第一座使用这项防震技术的建筑物。

他进一步指出,早期的建筑没有避震装置,尤其是一些重要的高楼建筑和设施,后期可装置抗震支架(Outrigger)。

防震铁架系统护118大楼

“118摩天楼所用防震系统就是这种装置在建筑外部的防震铁架系统。一旦地震,这个防震系统会吸收地震能量,抵消对内部建筑的破坏,而之后只要更换或修复损坏的铁架系统即可,成本也低于其他隔震和抗震结构,铁质材料亦可循环使用。”

叶俊杰说,阻尼器(Damper)是美国和台湾最常用的减震系统,用于尚未装置避震器的建筑,可吸收地震能量,通常装置在建筑周边的柱子空间。

抗震建材“钢筋混凝土”

此次的台湾强震中,台北101摩天楼毫发无伤,关键就在于抗震建材“钢筋混凝土”,而外行人看不出门道的金色钢球其实是一个重达600吨的“调谐质量阻尼器”(亦称谐波吸收器),可抵消大部分的剧烈晃动,有助消散潜在的灾难性能量。

同时,整座大楼的钢筋混凝土的抗压强度与钢材的抗拉强度相结合,也使建筑物具有足够的灵活性和足够的刚性,可抵御震晃、强风和台风。

建筑基层是防震关键

万丈高楼平地起,地震(地面震动)冲击影响的也是建筑底层,因此,防震装置的关键就在于建筑基层。建筑底盘的防震系统耐震力越高,上层结构受损几率和程度也会越小。

叶俊杰解释,建筑楼层数越高,若没有避震器等防震和抗震系统,当受到横向载荷(lateral load)冲击,底层必定不堪负荷。

低层建筑能承受5级

目前的建筑防震系统没有建筑高度限制。至于防震建材,主要有木、铁和钢筋混凝,不同材料有不同韧性与作用,而耐震度取决于材料与韧性。

他说,亚洲及全球多数地震风险国家多采用钢筋混凝土(RC),欧洲国家和美国则采用韧性度及耐震度较高的铁质或木质材料,而钢筋混凝土的韧性度低和耐震度较低。

“地震有两种震波,一种是P波(P-waves),即‘地震’而非‘摇’,钢筋混凝土材质坚硬,极易震碎,当第二震波来到,也就是‘地动’时,建筑就会摇晃导致倾斜而坍塌。所以,建筑材料是至关重要的防震元素。”

他透露,我国现有的普通低层建筑可承受5级至6级以下的地震(5级可能出现裂痕,6级可能局部损坏),政府建筑可达6级至7级, 8级以上完全倒塌,只有摩天大楼这类重要且高危的建筑的耐震度可达10级,包括KLCC、敦拉萨国际贸易中心(TRX)和默迪卡118摩天楼。

国会大厦抗震7级

据了解,国会大厦、槟城大桥、第二大桥抗震力可达7级,而吉隆坡塔则是有一定程度的防震设计的早期摩天楼建筑。

没有防震结构的建筑,遭遇5级地震就会出现裂痕,6级地震足以导致局部结构倒塌,而我国的早期建筑,甚至只能抵御4.6级地震。

我国现有的低度建筑,比如双层排屋和5层及4层以下的建筑,一旦发生地震,建筑会出现裂痕,不似台湾此次地震导致建筑倾斜、底楼“消失”的情况。

他补充,目前我国较着重于阻尼器减震系统,以用于此前未有防震建筑的重要建筑,而一座建筑需要采用避震、抗震或减震系统,则视建筑所需。

大马人防震意识低

在马来西亚,东马沙巴早在1976年就有6.2级的地震记录,近年地震频率有增加的迹象,而西马半岛虽然不处于地震带,也未有大地震这类天灾,但半岛西海岸地区多次受到余震影响,一些人也开始担心和关心建筑防震问题。

不过,大部分人的防震意识至今始终偏低,意识不到防震建筑的重要性和实用性,建筑工程设计师对防震建筑设计也缺乏知识和专业。这是土木工程和地质学专家最大的忧虑和呼吁。

叶俊杰说:“板块一直是移动状态,每年会移动2公分,所以50年前的沙巴没有地震,但如今已靠近苏门答腊地震断层,而沙巴神山过去曾是活火山,不代表未来不会‘苏醒’。”

“暗藏”不同防震设计

我国早在1993年兴建国油双峰塔时就已未雨绸缪,成为国内最早具备避震设计功能的摩天建筑,而当时设计师采用的是日本的基础隔震/避震技术(base isolator)。

时至今日,我国其他新建筑甚至高架天桥其实都“暗藏”不同的防震设计,比如2023年11月启用的敦拉萨国际贸易中心同样采用基础隔震、最新的马来西亚国民投资机构(PNB)、默迪卡118摩天楼则采用新型消能伸臂体系(Outrigger);槟城第二大桥、新柔第二通道、巴生谷地区纵横交错的高速大道高架天桥,其实也都有天然橡胶轴(Elastomeric Bearing Pad)抗震消震设计。

不包括旧建筑与学校

自2017年之后,政府也规定所有的政府建筑和基础设必须符合防震标准,比如政府大楼、医院、消拯局,但不包括此前的旧建筑以及学校建筑。

“这也是令人担心的一点。根据记录,地震多数发生在日间,少见于夜间,而学校也属于关键建筑。”

他补充:“新的政府建筑除了有防震系统,内部也有类似于防空洞的安全屋(防灾屋),在地震或其他天灾发生时可避入其中。”

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