本文转载自《城市建筑》2015年第7期
作者：张宇 陈子光
近年来，随着地区产业结构调整及国家科教兴国战略的实施，我国高校校园的规模和数量都呈迅速增长的态势。基于我国全面建设低碳社会以实现可持续发展的宏观背景，绿色校园成为高校设施建设的明确目标。据不完全统计，中国高校数量达3 000多所，在校生总数已逾3 000万人 ； 年能耗近3 000万吨标煤，年水耗近400万吨 ；生均能耗、水耗均大于城镇居民平均值。校园建设普遍存在节能措施不足、能源管理水平低的问题，从规划、设计到运行都缺乏全面系统的可持续发展建设标准，因此亟需树立生态发展观，依据节能、节地、节水、节材和环保的理念推动绿色校园建设。另外，高校校园不仅是城市的重要组成部分，更是培养高水平人才的基地，对于面向社会推广节能理念及技术有重要的辐射作用。因此，在我国开展针对严寒地区高校绿色校园建设设计的研究具有重大意义。
严寒地区高校校园建设面对的特殊问题
《绿色校园评价标准》中将绿色校园定义为 ：在全寿命周期内最大限度地节约资源（节能、节水、节材、节地）、保护环境和减少污染，为师生提供健康、适用、高效的教学和生活环境，对学生具有环境教育功能，与自然环境和谐共生的校园。
高校校园具有建筑类型相对固定、建筑呈组团式布局等特点，其规划结构和外部空间直接影响建筑的节能效果以及环境质量评价。此外，校园建设的影响因素不仅由建筑类型自身特性决定，还受地域性气候、经济、文化等诸多因素的影响，《绿色校园评价标准》中不仅包括建筑设计规程，也包括绿色校园规划、景观设计与运营管理等方面的规程。
目前国内关于绿色校园建设的理论研究大多为针对校园功能的设计原则与针对能耗的评估体系建构，鲜有对于极端气候下相关建设问题的思考。严寒地区具有冬季漫长、昼夜温差大的气候特点，季节变化明显，降水以雪的形式居多，主要分布于北半球北纬45˚以北，在我国主要涵盖东北三省及内蒙古自治区的东北部。在该地区，建筑环境存在冬季室外环境严酷、建筑室内采暖能耗巨大等问题，室内外活动都受到了极大限制。因此，寻求校园建筑低能耗与校园环境高舒适性的可持续协同发展成为严寒地区大学校园绿色建设的重要目标。
根据所在团队基于对于严寒地区高校校园的调研，结合实际工程设计，总结出严寒地区高校校园建设面临的下述制约。
其一，秋、冬季节气温低，室内外温差巨大，采暖能耗高。校园中师生经常更换场所，人流来往频繁，需要营建舒适的物理环境，以减小热交换和人体不适感，因此，严寒气候要求提高校园建筑的能效与资源的利用效率。
其二，冬季室外风雪环境、光环境差，成为营造校园舒适步行环境的障碍。随着气温的降低，师生在室外的驻留时间势必减少，再加上风雪侵袭，师生出行意愿降低，校园正常的教学、生活活动也会受到严重影响。严寒气候提高了对于营造具有适宜性与灵活性的校园室外环境的要求。
其三，冬季冰雪路面湿滑，安全性低。一方面，高校校园规模较大，非机动车及步行交通使用比例较高，导致冬季易滑倒摔伤 ； 另一方面，近年来校园内机动车使用比例也呈增加趋势，冰雪路面使机动车行车困难，并对校园内相对集中的人流造成了极大的交通隐患。因此，严寒气候下要求校园交通系统规划高效、合理。
其四，应对严寒地区严酷气候条件，建筑维护结构必须进行防水、保温、密封等构造层的处理，施工工艺相对复杂，建造成本较高。尤其是高校，建筑规模大、建设投资巨大，因此，严寒气候对于高校校园建设中材料使用合理性、投资预算经济性有严格要求。
综上，严寒地区的气候条件导致高校校园的建造成本与能源消耗较高，同时也为营造舒适的室内外环境和便捷的空间使用带来难度。因此，无论从低碳社会建设的角度，还是提高教学品质的角度，绿色校园都是严寒地区高校良好发展的重要物质基础。对于严寒地区高校绿色校园设计策略的探究迫在眉睫。
严寒地区高校绿色校园建设关键策略
建设绿色高校校园，目的是为广大师生营造舒适、经济、可持续发展的校园环境，达到减少能耗、减少污染、减少资源投入、保护生态环境的目标。基于此，实现高校绿色校园建设，应针对不同地域的气候特征与环境特点，提出不同的设计原则。绿色校园建设的设计策略是一个完整的体系，本文在研究高校绿色校园一般性设计策略的基础上，针对严寒地区高校校园建设面临的特殊问题，归纳出建筑节能、景观节水、规划节地、建造节材四方面适宜设计策略，来指导绿色校园在严寒地区的建设和发展。
建筑技术节能
在严寒地区高校校园建筑中，单纯依靠主动式的节能技术，往往会导致建设成本增加、建筑运营维护困难等问题。对于一般高校而言，被动式建筑技术的推广与应用是极端气候下建筑节能优化的更有效的手段。高校校园存在大量建筑组群，合理地进行建筑组群规划与建筑单体设计，形成与严寒地区地域气候相匹配的建筑空间组织，是实现绿色节能的首要途径。
在严寒地区大学校园中，针对日照时间短、寒风、积雪、湿滑等恶劣的自然气候条件，通过建筑规划布局、围合形态、路径设计、平面形式、屋顶设计、通风等手段实现节能目标，都需要建筑师结合地段实际情况，巧妙地在建筑设计中通过被动式技术进行优化。
通风设计方面，建筑总体布局应功能整合、合理串联 ；各组团间通过外部串联与内部并联相结合的组合形式，实现冬季主导风的缓冲，避免冬季大量气流带来的建筑热损失；室外空间应提供一定的冬季室外活动场所，并通过建立挡风屏障设计、引风梯度设计、弱风院落设计等利风、导风措施提高室外热舒适度。
采光设计方面，自然与人工采光相协调，利用建筑朝向与组团关系，最大化利用自然采光，合理采光、蓄热 ； 应严格控制建筑开窗的窗地比避免使用大面积玻璃幕墙。采暖设计方面，应用保温性能好的新型围护结构材料提高热回收量 ；针对降雪设计排雪屋面，减少室内热损失。
景观生态节水
水资源是校园运转的基本条件，而水体环境的营造是优化校园外部景观的有效手段，基于适应严寒地区自然气候和地域特色的校园水体设计策略，一方面需要构建符合严寒地区大学校园水体功能及情感需求的空间，另一方面需要解决严寒地区大学校园水体空间建设中所遇到的技术困难，从而提高水体空间的使用效率。节水方案的确定，可分为以下方面。
其一，雨水资源利用。将校园内雨水资源，通过简易处理达到再利用的目的，用于喷洒绿地、冲洗道路。虽然严寒地区雨季较短且雨量不大，但通过雨水回收还是能达到一定的节水效果。
其二，排水系统优化。针对校园中教育建筑、办公建筑、居住建筑等公共建筑的用水特点，分别设计管控方案，合理控制水压限流，布控节水器具，达到节水效果。
其三，景观水体设计。水体在空间环境中对于气候调节、丰富景观都起到积极作用。然而，在严寒地区大学校园中水体应用极少且维护成本极高，缺乏普及技术，并且水体冬季结冰往往致使设备产生冻胀问题。因此，校园景观的水体设计是严寒地区高校绿色校园发展的关键问题之一。笔者所在的科研团队通过对严寒地区高校校园水体空间进行考察调研后，提出8000m 2 ～20000m 2 水面最为适宜的结论。具体设计中，水岸处理顺应高校校园文化氛围，提升校园景观环境质量 ；水体形态对地域气候客观条件因势利导，弱化气候不利因素对环境的影响 ； 水体布局贴合主观感受，丰富校园功能 ； 同时，结合严寒地区大学校园水体冻融，宜将水体的调节温度、蓄热功能与热网管道结合，建立多层级系统复合设计，实现能源效率的提高（图1）。
图1 严寒地区高校校园水体复合设计示意图
建造减量节材
在节材性能方面，以往的研究大多着眼于顺应地势进行规划布局以减少土方量，这对于地势起伏的地段环境起到明显的节材作用。严寒地区高校校园的建筑必须满足结构、保温等性能，所以通过建筑结构的合理运用、建筑材料性能的提升等手段可在一定程度上减少建设用材的使用，这种针对建筑单体建造的节材技术与一般类型建筑无异，本文不做赘述。进一步挖掘严寒地区高校校园建造节材潜力，我们发现文体活动类建筑有极大的节材可能，节能策略分为两个方面。
其一，提高利用效率，开放共享。我国的高校校园都配有较大规模及较高等级的文体建筑，高校的功能使用时间安排，往往导致这些大型公共建筑常处于闲置状态，利用率极低。严寒地区秋、冬季节室外环境恶劣，文体活动更多选择在室内进行，高校文体建筑在假期中可以提供活动空间的补充，因此，高校文体活动类建筑在考虑校园中辐射半径的同时，还应注重对城市区域内的开放共享（表1），从而提高其全年的利用率，避免城市中相同功能建筑的重复建设。
表1 我国严寒地区大学校园文体区布局类型表
其二，功能空间复合化，灵活可变。高校文体建筑内部功能多样，空间应弹性设计，实现功能的复合化配置，以取得整合共用、有机协调的设计效果，最终达到节约建筑成本、建筑材料，营造适宜的寒地高校体育活动空间的目标。虽非直接减少某个建筑的材料使用，却从建筑功能弹性设置的角度，提高了使用率，避免了建筑的过度建设。
规划集约节地
严寒气候影响着高校校园规划组织方式，而校园规划直接塑造校园的外部空间环境，同时也关系到整体校园的占地规模。严寒地区高校绿色校园的建设和发展，一方面有着回应地域气候特色的建筑自身集约化的诉求，另一方面，也有经济、社会等因素对于节约建设成本、运营费用的外在要求。因此，校园规划集约节地是严寒地区高校绿色校园建设的重要部分。
针对严寒地区气候，高校校园规划应保持整体的概念。
其一，校园分区建筑组群集约化。高校校园规模较大，功能组成复杂，建筑多呈组团式布局。在严寒地区高校校园规划中，交通流线应尽量简洁，功能分区间联系紧密，减少冬季不利气候的影响。因此，建筑组群分区应集约处理，增加土地的多功能复合利用，实现资源最大化共享 ； 遵循路网设计快行慢行系统复合化、室内外交通立体化、室外场地季节性适宜化等原则，应对严寒气候，充分利用土地资源。
其二，建筑布局占地最优化。针对高校校园组团内的建筑布局，笔者所在的科研团队从对体量尺度的分析中，得出严寒地区校园建筑在保证高度20 m、进深18 m的适宜体量前提下，应保证间距40 m来创造合理的空间尺度的结论 ； 而三面围合的方式可以更好地协调各方面制约，解决不良气候所带来的环境问题，是寒地高校校园中最适宜的建筑布局形式。
结语
基于我国严寒地区的气候特点、能源结构、经济水平和资源条件，在大学校园规模不断扩大并且功能逐步提升的背景下，要实现严寒地区高校绿色校园建设将面临巨大的挑战，必然要走集约型、环境友好型的可持续发展道路，在建筑设计中应用被动式节能技术，以及与主动式的新技术、新设备相结合的办法促进建筑节能效果的提高 ；在景观设计中利用节水策略提升严寒地区景观环境的灵动性与感官体验 ；在校园建设中遵循节材策略促进建设减量节约 ；在校园规划中协同集约化节地策略提高土地利用效率，是实现严寒地区高校绿色校园建设、发展的关键策略，也是实现绿色城市发展的重要环节。当然，严寒地区高校校园在学校规模、专业特征上有所区别，因此，有必要建立绿色校园评价体系以及针对各类型校园的设计手段，希望在今后的研究中不断进行深化、融合，以推动我国绿色校园的发展。
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