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低碳綠色理念下高速公路服務(wù)區建筑設計的探討

新聞時(shí)間：2019-06-20 文章來(lái)源： 文章作者：ztcjjt
一、低碳建筑與綠色建筑
    低碳建筑是指在建筑材料與設備制造、施工建造和建筑物使用的整個(gè)生命周期內，減少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量的建筑。因此，以低碳為特征的建筑體系是高能效、低能耗、低污染、低排放的建筑體系。綠色建筑則是強調在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)，保護環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。
   
    低碳建筑與綠色建筑有重合的地方，也有不同。二者都涵蓋了節能，但綠色建筑側重強調居住的舒適和健康問(wèn)題，而低碳建筑更多地以減少碳排放為標準，更多地關(guān)注建筑在整個(gè)壽命周期中的能源消耗，是 “綠色建筑”理念的前沿體現。綠色首先要保證節能、節水、節材，這些都是實(shí)現低碳的主要途徑，除了固碳和碳捕捉在綠色建筑中沒(méi)有或很少反應外，很多措施都是低碳措施。但反過(guò)來(lái)，綠色建筑注重對室內空氣品質(zhì)、噪音、人文生態(tài)等要求，是低碳建筑所沒(méi)有的。
 
    從國際趨勢和中國的現實(shí)需求來(lái)看，以碳來(lái)定量是綠色建筑進(jìn)一步發(fā)展的必要條件。國內外的實(shí)踐證明，僅強調節能往往導致建筑以高強度的碳排放為代價(jià)，全面評估后的綜合效益往往得不償失。而隨著(zhù)碳強度控制時(shí)代開(kāi)啟，“碳標準”的誕生，意味著(zhù)未來(lái)社會(huì )的所有經(jīng)濟行為都會(huì )以低能源消耗、低溫室氣體排放為衡量標準，因此，可以把低碳技術(shù)策略和目標打造的綠色建筑稱(chēng)之為低碳型綠色建筑，它們節能減排、環(huán)保的特征符合低碳社會(huì )的標準，推行低碳型綠色建筑將是經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的必然選擇。
 
    建筑成本和性能有關(guān)，低碳型綠色建筑強調資源節約和高效使用，對室內外的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行提升，因此確實(shí)可能會(huì )增加造價(jià)，但應認識到建設成本的增加，會(huì )帶來(lái)建筑生命周期成本的降低。據國外的資料，如果客戶(hù)選用低碳建筑要求的全部菜單，增加的投入約占總成本的5%左右，但取得的減排效果卻能達到30%—40%，低碳型綠色建筑在使用階段節水、節電、節氣，比普通建筑高出來(lái)的建造成本往往5年到7年就能回收。
 
二、高速公路服務(wù)區建筑進(jìn)行低碳綠色設計的必要性
    高速公路是一種封閉式、長(cháng)距離運輸方式，高速公路服務(wù)區(Service Area，簡(jiǎn)稱(chēng)為SA)，是伴隨著(zhù)高速公路的產(chǎn)生而形成的，包括休息、停車(chē)和輔助設施三部分，是專(zhuān)門(mén)為人、車(chē)服務(wù)的場(chǎng)所和建筑設施范圍的稱(chēng)謂。高速公路服務(wù)區一般遠離城鎮，是一個(gè)獨立的系統，從這種意義上說(shuō)，服務(wù)區可以看作是城鎮的補充和延伸，是一個(gè)獨特的“小社會(huì )”。
    
    高速公路服務(wù)區建筑功能具有特定性和多樣化特征，其能源與資源系統自成一體，與一般的城市建筑大不相同，作為一種特定類(lèi)型的交通類(lèi)建筑，在今天經(jīng)濟、社會(huì )快速發(fā)展的前提下，不僅要使得建筑能夠適應使用者的心理、生理要求，同時(shí)又要基于低碳綠色理念在建筑與環(huán)境的協(xié)調、建筑的可持續性上做到更好。
    
    從國外資料來(lái)看，歐洲高速公路發(fā)展時(shí)間最早，其高速公路服務(wù)區的規劃建設相當完善。在綠色建筑理念方面，歐洲服務(wù)區建筑主要考慮建筑與環(huán)境的結合，通過(guò)綠化將建筑與環(huán)境融為一體；美國是一個(gè)高速公路發(fā)達的國家，有不同種類(lèi)的高速公路，美國政府投資的服務(wù)區房建設施很簡(jiǎn)單，沒(méi)有高大豪華的主樓，大部分沒(méi)有加油站，美國服務(wù)區的設計會(huì )綜合考慮到污水、垃圾、雨水處理及文物保護等方面；日本高速公路服務(wù)區則特別注重服務(wù)區與外部環(huán)境的融合與協(xié)調，其綠化率較高。
 
    我國隨著(zhù)高速公路工作的重點(diǎn)逐漸由建設向經(jīng)營(yíng)管理轉移，服務(wù)區無(wú)論從規模、設施、功能、服務(wù)質(zhì)量等各方面，都越來(lái)越得到重視。筆者通過(guò)對陜西省滬陜高速公路的金絲峽服務(wù)區、福銀高速公路的乾陵、永壽服務(wù)區、包茂高速公路靖邊南服務(wù)區等多條高速公路服務(wù)區的相關(guān)調研及環(huán)境測試發(fā)現，長(cháng)期以來(lái)，服務(wù)區僅僅作為高速公路的附屬設施，無(wú)論在前期的規劃、設計，還是在后期的使用上仍存在不少問(wèn)題，主要表現在：
    
    1、由于我國高速公路服務(wù)區隸屬于交通部門(mén)管理，其規劃與單體設計也由該部門(mén)設計單位完成。而服務(wù)區作為高速公路的附屬服務(wù)設施，雖然占地大，但建筑規模則較小，其重要性并沒(méi)有受到足夠的關(guān)注，這導致目前所規劃設計的服務(wù)區缺乏整體設計意識，無(wú)論從場(chǎng)地規劃、單體設計、必要的技術(shù)措施等方面都與城市中的民用建筑有一定距離，更談不上低碳型綠色建筑所要求的高能效、低能耗、低污染、低排放了。
    
    2、服務(wù)區場(chǎng)地規劃設計存在的問(wèn)題，一是停車(chē)場(chǎng)設計分區不夠明確、不利于大小車(chē)分流和人車(chē)分流，用來(lái)分隔停車(chē)區的點(diǎn)狀綠化不利于停車(chē)劃分和改善小氣候，反而阻礙了有效停車(chē)；二是建筑布局沒(méi)有順應氣候因素，如有的綜合服務(wù)樓面向冬季主導風(fēng)向，造成冬季失熱嚴重，有的綠化體系以草坪為主，夏季不能有效降溫、冬季不能阻擋寒風(fēng)，所選樹(shù)種不能適應當地氣候，需要經(jīng)常補苗，造成不必要浪費（如圖1所示）。
    
    3、服務(wù)區場(chǎng)地技術(shù)層面存在的問(wèn)題，一是運營(yíng)中產(chǎn)生的廢棄物（包括廢水、生活垃圾）缺少必要的配套處理設施，導致服務(wù)區周邊污染；二是場(chǎng)地排水缺乏設計，由于區內硬質(zhì)地面多，暴雨時(shí)容易造成局地暴雨徑流，而雨水本可以充分利用，彌補服務(wù)區自打井時(shí)常供水不足的問(wèn)題，這在干旱、半干旱地區尤為重要（如圖2所示）。

    


    4、服務(wù)區建筑設計存在的問(wèn)題，一是基本采用平鋪式設置， 廁所、餐廳、辦公用房等不同功能的建筑在同一平面上布置， 通常采用1～2層的較低建筑型式，占地面積大， 不利于土地的節約利用；二是部分服務(wù)區一些服務(wù)設施的規模偏小， 如餐廳、廁所等， 不能滿(mǎn)足高峰時(shí)期旅客使用的需求，同時(shí)，服務(wù)區職工宿舍面積太小， 這對24h連續營(yíng)業(yè)、擁有上百名職工且遠離城鎮的服務(wù)區來(lái)說(shuō)， 是一個(gè)非常突出的問(wèn)題（如圖3所示）。

 

      

    5、服務(wù)區建筑設計技術(shù)層面存在的問(wèn)題，就是基本上未考慮“四節一環(huán)保”的要求，因此根本上達不到國家《公共建筑節能設計標準》規定節能50%的要求，這從我們在實(shí)地調研中對幾個(gè)服務(wù)區綜合樓的熱工測試結果（如圖4所示）可以看得出來(lái)。

    綜上所述，高速公路服務(wù)區由于遠離城鎮，相對封閉，無(wú)可以就近利用的外部能源，這就決定了其建立高能效、低能耗、低污染、低排放的建筑體系的必要性以及可能性。如將低碳綠色理念應用于高速公路服務(wù)區建筑設計中，不僅可以在緩解服務(wù)區資源緊缺、減少建筑能耗方面起到重大作用，同時(shí)對拓展我國在建筑節能、環(huán)境保護方面的研究領(lǐng)域具有積極意義。
 
三、高速公路服務(wù)區低碳型綠色建筑設計實(shí)現途徑的探討
    3.1 合理設置規模，有效利用土地
    服務(wù)區的總體建設規模是由各類(lèi)單元用地規模(功能空間) 組合與疊加而成的, 各單元的組成原則上是根據規劃設計交通量的停車(chē)車(chē)位來(lái)確定, 即根據主線(xiàn)交通量, 計算出服務(wù)區的停車(chē)位, 以停車(chē)位為基礎計算出服務(wù)區的面積及其他設施的規模, 將各部分匯總起來(lái), 就是總體規模。
    
    服務(wù)區規模設計要有發(fā)展的意識。高速公路連網(wǎng)后車(chē)流量遞增速度快，據統計，近10年干線(xiàn)公路的車(chē)流量以每年20％～30％的速度遞增，甚至有的高速公路通車(chē)還不到6年，服務(wù)區就已經(jīng)改造、擴建2～3次，這不僅資源浪費甚大，也影響了整體效益，為此服務(wù)區規模設計應考慮10～15年的發(fā)展前景，可“一次設計，分期實(shí)施”，預留發(fā)展空間，在使用中不斷完善。
    
    規劃應考慮按照不同車(chē)輛的停車(chē)要求將停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行合理劃分，較合理的劃分應該是：客車(chē)區、小轎車(chē)區、貨車(chē)及超長(cháng)車(chē)區及特種車(chē)區。根據這四類(lèi)不同車(chē)輛的不同要求，規劃停車(chē)區和牽出道，嚴禁客貨混停，防止超長(cháng)車(chē)倒車(chē)停放。各區之間用綠島隔離，達到美化遮陽(yáng)的效果；或者利用地形高差自然分隔，也可以防止不同類(lèi)型車(chē)輛混停，這在我們調研中就有很好的一例（如圖5所示）。停車(chē)場(chǎng)可盡量做大，隔離島要少而小，避免影響停車(chē)和交通，要盡可能留有發(fā)展余地，所需土地可一次征用，分期擴建，初期可暫以綠地替代。

 

    3.2 優(yōu)化場(chǎng)地設計，減少環(huán)境污染

 

 

    受占地空間的限制，服務(wù)區內會(huì )最大程度地增加建筑面積和停車(chē)場(chǎng)面積，如服務(wù)區規劃設計充分利用原地貌、地物資源，結合周邊地理環(huán)境進(jìn)行設計，這實(shí)際上將是對自然環(huán)境的開(kāi)發(fā)和保護，如圖6所示西漢高速公路的秦嶺服務(wù)區即為一例。

 

    服務(wù)區的場(chǎng)地設計應以合理組織車(chē)流和人流，滿(mǎn)足并便利各類(lèi)使用者的功能和心理需要為準則。由于服務(wù)區是同時(shí)為人和車(chē)提供服務(wù)的，因此，在總體布局上特別要處理好為車(chē)服務(wù)的設施（如停車(chē)場(chǎng)、加油站、修理站等）與為人服務(wù)的設施（如休息廳、餐廳、公共廁所），以及室外休息庭院之間的關(guān)系，盡可能地避免相互干擾，為人的活動(dòng)創(chuàng )造一個(gè)安全、舒適的環(huán)境?？傮w布局上要有明確的功能分區，讓使用者能夠清楚地辨識服務(wù)設施的各功能要素，并提供便捷清晰的活動(dòng)流線(xiàn)，避免人流與車(chē)流的交叉。
    
    場(chǎng)地排水和污水排放應各自形成獨立的系統，不能混用。對于雨水進(jìn)行收集，經(jīng)簡(jiǎn)單處理后作為中水沖廁、澆灌植被、降溫、沖洗地面和車(chē)輛，可以大大緩解服務(wù)區自打井供水不足之需。而對于污水處理，完全可以借鑒生態(tài)污水處理系統，例如ETS®生態(tài)污水處理系統，它借鑒自然界水體自?xún)粼?，加入人工強化技術(shù)，在系統中營(yíng)造了一個(gè)平衡的自然生態(tài)環(huán)境，是傳統污水處理技術(shù)與先進(jìn)技術(shù)的結合。系統內部具有高程度的生物多樣性，同時(shí)由于其內部形成了一種自然生態(tài)平衡，系統的運行具有較高的穩定性。
    
    ETS®給用戶(hù)帶來(lái)的不僅是污水資源化的價(jià)值，而且，對于廣大服務(wù)區無(wú)法與市政管線(xiàn)相接，而使周邊環(huán)境惡化帶來(lái)了新的轉機。ETS®每處理一噸污水費用為0.5元，其低運行費用為用戶(hù)節省了大筆長(cháng)期投資，產(chǎn)生了較大經(jīng)濟效益，而景觀(guān)化的ET®污水處理生態(tài)系統則拉近了人與環(huán)保的距離。經(jīng)過(guò)處理的日常污水也可用于灌溉，甚至結合景觀(guān)設計形成生態(tài)池塘用水循環(huán)。沒(méi)有污染和廢棄物，利用凈化的廢水形成在半干旱地區難以出現的水景景觀(guān)，對于整個(gè)服務(wù)區生態(tài)環(huán)境的改善和人居環(huán)境質(zhì)量的提高效果顯著(zhù)（如圖7所示）。

 

    服務(wù)區內的綠化體系應該不僅起到美化環(huán)境、劃分功能區劃的作用，而且應結合氣候設計，例如在寒冷和嚴寒地區，種植與冬季主導風(fēng)向垂直的常綠喬木，可阻擋寒風(fēng)，這對大部分空間為室外的服務(wù)區尤為重要。同時(shí)，樹(shù)種選擇應傾向于當地樹(shù)種，便于成活、成長(cháng)迅速，對地域化的生態(tài)環(huán)境有利，而立體綠化和喬灌草相結合的種植方式則可改善小氣候。

 

    3.3 調整建筑布局，達到人性化與地域化要求
    在調研中，發(fā)現當前許多服務(wù)區建筑布局相似、單調，不節地、不節能，針對此種現狀，基于低碳綠色理念，我們提出了以下幾點(diǎn)設計思路：
    1、各功能空間在組織時(shí)盡量縮短交通路線(xiàn)，減少空間浪費；
    2、超市在整個(gè)平面中的位置盡可能突出或明顯，以此來(lái)提高識別性，吸引消費者，以便提高經(jīng)濟效益；同時(shí)規模要適中，太大太小均不易于經(jīng)營(yíng)；
    3、平面、立面設計推薦使用非對稱(chēng)格局，以此來(lái)打破單調感；
    4、建筑設計時(shí)可以結合氣候考慮庭院布局，以此改善微氣候環(huán)境，同時(shí)美化環(huán)境；
    5、設置一定數量及規模的灰空間，以達到室外向室內的自然過(guò)渡；
    6、空間設計時(shí)可以考慮“彈性空間”的設計，滿(mǎn)足不同時(shí)段的需求；
    7、可以考慮在建筑南側使用太陽(yáng)房，充分利用太陽(yáng)能。
 
    另外，建筑作為文化之載體，展現人文風(fēng)采，交通建筑同樣需要表達其文化內涵。高速公路的服務(wù)區建筑如何在商業(yè)吸引力和地方鄉土化形式中達到平衡，體現出濃郁的現代風(fēng)格，并以其簡(jiǎn)潔舒展的動(dòng)感吸引旅客和緩解駕乘人員長(cháng)期旅行的視覺(jué)、生理疲勞，也是高速公路服務(wù)區設計重要的追求目標。
 
    3.4 推進(jìn)節能一體化設計，力求高能效、低能耗
    服務(wù)區地處城市之外的廣闊地區，遮擋較少，通過(guò)降低太陽(yáng)輻射、增強建筑的自然通風(fēng)效果是規劃節能的主要方向。由此，在規劃設計階段就要充分考慮建筑與外部環(huán)境的關(guān)系，充分利用自然資源，從總體上為建筑節能創(chuàng )造先決條件。建筑朝向以及建筑的空間組合關(guān)系就是規劃節能設計的重點(diǎn)。建筑的主要朝向應迎合當地夏季的主導風(fēng)向，以南北向或接近南北向布局為宜，減少東西向，利于自然通風(fēng)。
    
    對建筑師來(lái)說(shuō)，應通過(guò)被動(dòng)式建筑設計手段來(lái)實(shí)現低碳綠色建筑設計?？傮w上應立足當地的的人文、氣候特征，通過(guò)風(fēng)——自然通風(fēng)和風(fēng)能利用，光——自然采光和太陽(yáng)能利用，影——建筑遮陽(yáng)、構造遮陽(yáng)、綠化遮陽(yáng)和新能源構件遮陽(yáng)，綠——環(huán)境凈化、屋面綠化、整體拼裝和微藻發(fā)電，廢——拆遷材料回用、固體廢棄物再生、可再循環(huán)材料選用和設備高效節能等5種主要“生態(tài)”元素的構造，結合技術(shù)設施進(jìn)行一體化設計。主要措施如下：
 
    1、重點(diǎn)要做好外墻節能構造。例如在德國，外保溫建筑占建筑總量的80%，其中70%采用發(fā)泡聚苯板。為此，我們應堅持采用此類(lèi)高效成熟的建材，嚴把質(zhì)量關(guān)，精細施工，確保節能效果。
    2、必須采用節能門(mén)窗。門(mén)窗框要防止“熱橋”；玻璃要采用中空玻璃、鍍膜玻璃（包括反射玻璃和吸熱玻璃）、防火玻璃及智能玻璃。此外就是必須保證門(mén)窗有良好的氣密性，平開(kāi)窗的氣密性最好，建議優(yōu)先采用。
    3、采用節能屋頂構造及太陽(yáng)能吸熱板屋頂和不用能源的可控制的通風(fēng)屋頂等。
    4、根據情況靈活選用地源熱泵、水源熱泵、置換式新風(fēng)系統，地面輻射采暖等新能源采暖和通風(fēng)技術(shù)。
    5、少用玻璃幕墻。服務(wù)區為追求自身形象，常不顧氣候條件采用大片玻璃幕墻，但是玻璃幕墻對于北方地區不僅熱損失大，自身清潔難度也大，還易造成光污染。
　
    如能采取上述措施，則定能達到并超過(guò)節能50%的要求，這在我們實(shí)地調研后的模擬測試中也得到了證實(shí)。
 
四、結語(yǔ)
    作為建筑物，無(wú)論在時(shí)間和空間上，它的碳排放是影響環(huán)境的主要來(lái)源，我們要樹(shù)立起先進(jìn)的低碳文化理念，用低碳標準設計和建造各類(lèi)建筑物，以有效控制和降低建筑的碳排放，并形成可循環(huán)持續發(fā)展的模式。構建低碳型綠色建筑代表了當今社會(huì )建筑設計領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，即自然、和諧、生態(tài)、低碳、宜居，實(shí)質(zhì)上是建筑文化的重大變革和發(fā)展，是后現代建筑的新標志，其深遠意義不可低估。
    
    近年來(lái)，我國高速公路有了迅猛的發(fā)展，服務(wù)區作為高速公路網(wǎng)絡(luò )中的配套設施，更日益顯示其重要作用。同時(shí)，服務(wù)區的建筑設計及其功能布置作為建筑設計領(lǐng)域的一個(gè)特定類(lèi)型也凸顯出其重要性，服務(wù)區建筑的大量出現、服務(wù)區成為交通建筑的基本構成要素，這一切都使得基于低碳綠色理念的服務(wù)區建筑設計研究成為必然趨勢。
    
    本文通過(guò)實(shí)地調研，從低碳綠色設計的理念出發(fā)，指出了當前我國高速公路服務(wù)區建筑設計方面存在的問(wèn)題與不足，并提出了具體的設計思路，作為拋磚引玉，期望為完善我國高速公路服務(wù)區規劃設計理論、提高高速公路服務(wù)水平提供幫助。
 
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3、劉啟波、周若祁，綠色住區綜合評價(jià)方法與設計準則[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.
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5、崔洪軍、劉孔杰，國外服務(wù)區建設及研究現狀[J]，交通世界，2008（12）138-139
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7、王文錦朱道明 田啟國，論高速公路服務(wù)區的設計優(yōu)化[J]，江蘇交通，2003（4）24-25
 
作者簡(jiǎn)介：
劉啟波（1970-），女，上海市人，工學(xué)博士，長(cháng)安大學(xué)建筑學(xué)院副教授，碩士研究生導師。研究方向：綠色建筑設計及其理論。
聯(lián)系地址：郵編：710061，西安市崇業(yè)路9號 長(cháng)安大學(xué)朱雀校區北院09-05信箱。電話(huà)：029-82337987；手機：13572508860；電子郵箱：LINKA_0@163.COM
 

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