论新加坡滨海南花园的室内生态可持续设计—— 以“云雾森林”Cloud Forest园为例①

罗子荃 lUO Ziquan

1.华中科技大学，武汉（Huazhong University of Science and Technology，430074 Wuhan）

2. University of Florida，32611 Gainesville, Florida（佛罗里达大学，32611盖恩斯威尔，佛罗里达，美国）

一、背景介绍

1.滨海南花园的历史

图1 滨海南Cloud Forest和Flower Dome花园鸟瞰②

坐落于新加坡河入海口的滨海南花园（见图1[1]），与后续正在建设中的滨海东花园及滨海中花园构成了新加坡乃至世界上最大的热带主题花园——滨海湾花园组团。昔日由英国殖民时期开始的填海工程促使新加坡南部的海岸线不断延伸，并为滨海湾花园这一超大型的热带公园群落提供了土地，如今的滨海湾花园紧邻新加坡新兴金融中心，连同附近的几大著名地标如鱼尾狮像公园、滨海艺术中心和金沙酒店等共同组成了当今新加坡对外展示的窗口。

2.滨海湾花园的设计源起

为了更好地体现“花园中的城市”这一主题，同时对外展现当今21世纪的新加坡民众在这座几近完美的热带花园城市中工作和生活的质量，新加坡政府于2006年1月举办了一场国际级别的总体规划设计大赛，针对滨海湾地区进行整体的规划设计。这一比赛吸引了来自24个国家超过170家大型国际设计公司的参与。同年9月，Andrew Grant和Gustafson Porter这两位来自英国的景观建筑师最终凭借其独到的设计理念成为了滨海南花园和滨海东花园的主设计师。

3.滨海南花园的现状

正如詹姆士·科纳所说：“在建筑景观中，景观建筑师提供一种在自然和文化之间的实践的探索，因而产生建构现实的基本元素。”[2]自2011年11月正式对外开放之日起，滨海南花园作为首个已经完成的公园组团吸引了来自世界各地超过几百万游客的观赏，其精妙绝伦的仿生建筑造型和色彩鲜艳、种类繁多的热带植物展示无疑是花园的最大亮点。除此之外，花园内部充分应用生态可持续能源循环系统连接几大主要景观建筑，因此为整个花园的持续运作和保养维护节省了大部分能源。这其中，尤以2012年中旬正式对外开放的贝壳造型湿冷型玻璃温室（cooled conservatories）“云雾森林”最为突出。当然这一设计案例也让我们深切地意识到，由于“建筑消耗了地球60%的资源，现在人类面临着被迫使用生态型建筑材料和设计方法的压力。”[3]

二、“云雾森林”的建筑构成

1.总体规划定位——从“兰花”到建筑

在滨海南花园总体54公顷的平面布局上，我们可以清晰地看到一丛兰花的生长脉络：从“根茎”（水体，能源，通讯系统中心）开始，由北向南逐渐弥漫，代表着叶子的绿地，连接着兰花的枝条（园内交通系统）到每一朵“兰花”（印度，中华，马来，殖民主题花园等），徐徐绽放在这片土地之上，而占据着新加坡国花“兰花”根茎这一重要位置的大型玻璃和钢结构景观建筑“云雾森林”及“花穹”③在视觉上和功能上都充分体现了建筑本身的准确定位（见图2[4]）。

图2 Grant Associates设计规划方案草图④

2.“云雾森林”的设计理念——微缩高地云雾林

湿冷型玻璃温室“云雾森林”占地0.8公顷，高58m，容量1200人，外墙面积12 000m2，内部温度常年维持在23℃到25℃之间，湿度控制在80%到90%左右，如此严格的数据指标是为了维持园林内部的微缩高地云雾森林生态系统。高地云雾森林主要生长于马来西亚、南美洲和非洲山地区域，海拔在1 000m到3 500m之间，来自海面的湿冷雾气常年笼罩着山峰，植物通过凝结的水汽吸收水分，并将之导回溪流、山地和湖泊之中，最终回归大海，行成水体循环。“云雾森林”温室内部将野外热带高地雨林的生态循环系统进行了数据分析和模拟，在巨大的贝壳造型温室花园内部构成相应的微缩山地雨林地形，在水体和气体的循环原理上实现了了高仿真模拟。

3. “云雾森林”的建筑构成

（1）“云雾森林”的内外结构。“云雾森林”外层由光谱性选择玻璃构成的贝壳型玻璃温室以及起辅助稳定结构作用的弧形钢结构网组成，温室内部有依附着环形建筑结构而修建的植物丛，种植着包括落羽杉和针叶树在内的生长于高海拔地区的乔木及各种蕨类植物，温室的中心是“竹荪”造型的多孔人造中空假山，假山外部由壁面绿化表皮覆盖，呈壳形菌菇状结构（见图3[5]），内部是占据了六层楼的五大主题区域，壳的顶端一条瀑布飞流直下，汇入地面一层池内，再通过旋转的水池蜿蜒流入地底一层的“秘密花园”主题区（见图4[5]），其形象逼真的仿生建筑造型非常贴近于温室植物园主题。

图3 设计师手稿④

图4 为山体建模④

（2）墙体构造。被设计师称之为“Living Skin”的园内假山壁面栽种着大量蕨类和兰科类附生植物，颜色艳丽的花朵隐藏在枝叶之中，丰富了假山的绿化表皮。为了建构不规则“竹荪”结构的绿化表皮墙壁，结构设计师通过柔韧性和抗拉强度高的Geotextile Reinforced Earth Walls（GREW）合成材料的加筋土档墙定义了墙面造型，创造出具有自由弧度的混凝土壳状结构，依附于墙面的立面种植板能够固定植物并沿着不规则形态的外墙进行精确度极高的网状植物覆盖框架，从而创造出了极为自然的绿化覆盖表皮。多孔的“竹荪”混凝土表皮结构为了给附生植物生根和成长提供更好的条件，施工人员在混凝土墙面材料合成中加入了一定比例的有机材料，使墙面可以滞留大量水分，从而创造出了潮湿的仿高山土壤环境⑤。

在植物的选择上，墙面植物以可以脱离土壤生长的附生植物为主，不需要大量的培养土壤，植物可以依附着立体植物固定板生长，从水汽和腐殖质中吸收营养。翠绿的墙面被松萝、石斛和苔藓地衣以及各种蕨类植物所覆盖，这些植物能够在较短的生长周期内依次开花结果，维持着假山外层丰富的视觉效果（见图 5、图6）。

图5 园内中空假山⑥

图6 园内兰花⑥

（3）立体交通流线设计。“云雾森林”从山顶至山底分为内部和外部两个立体行走路线。一条是内部贯穿五个主题空间的竖向电梯和螺旋形防火走道，一条是外部连接顶层“迷失世界”和第四层“洞穴”的“云雾廊”悬空螺旋钢架走廊，以及第三层环绕内部全场的“树顶漫步”走廊（见图7）。为了维持高地云雾林的生长环境，园内定时进行冷汽喷雾，模拟由海洋而来的偏冷雾气，从山顶开始弥漫的雾气被玻璃结构包裹、覆盖了内部整片假山区，位于顶层空中走廊行走的游客能够在俯瞰整个内部园林时雾里看花，寻香溯源。

图7 园内树梢走廊③

（4）山体结构的内部设计。山体内部将由上至下从高山物理环境的模拟到可持续信息的展示全部囊括其中，可以分为三大主题区域。顶层的“迷失世界”展示了从海面而来的雾气在山顶积聚行成云雾的过程；横贯第二到第四层的“岩洞”部分展示了地球的历史和生物的多样性以及与高山云雾林直接相关的信息；地面一层到地底一层的“山谷”部分作为教育和信息交流的空间，通过地球环境恶化对人类环境带来的危害充分说明了可持续发展的重要性——信息丰富而且含义深远（见图8）。

迷失世界

位于山顶部分的迷失世界，代表着在地球暖化过程中渐渐消逝的云雾林，山顶部分由覆盖各色花卉的弧形墙壁围合，中央是一方静谧的水池，小型的假山置于其中，被鲜花和枝条围绕，极具马来特色的小木舟隐藏在假山之后，雾气从水池边上缓缓弥漫，很快覆盖了整个区域，人行走在其中，仿佛置身于云雾林中（见图9）。

图8 园内鸟瞰图

图9 迷失世界⑥

岩洞和晶石峰

位于山壳第四层的“岩洞”及瀑布廊道和占据地上二到三层空间的晶石峰，是专门为游客设置的信息展示空间，顺着内部电梯向下，我们能够从不同造型的“岩石”信息提示板上了解到高山植物链的组成和生长环境，野生动物的种类和地球的形成历史；位于晶石峰部分的区域，上下两层贯通，竖立的钟乳石和石笋记录着地球的历史，为了营造石洞的真实气氛，顶层的天花悬挂着镜面，通过各种角度折射着倒立的钟乳石，创造出三维钟乳石的镜面幻象；立面的墙壁成为了地球历史进化的时间线展示区，记录了各种各样的矿石种类。

岩洞和晶石峰内部空间为半开放式，游客可以从墙壁上的空洞看到外部的植物以及逐步弥漫向下的潮湿雾气，也可以通过连接内外空间的园内走廊俯瞰园内植物的冠层。从顶层直下的瀑布发出震耳的轰鸣声，由4层的瀑布廊道经过，飞跃的水珠不时溅入廊内，营造了极为逼真的山地环境。整个山体内部动静结合，具有极为丰富的视觉、声觉、触觉和嗅觉效果，为游客提供了丰富的现场体验机会（见图10）。

图10 岩洞和晶石峰⑥

地球检验室和+5℃秘密花园

图11 地球检测室⑥

位于地面一层的地球检验室（见图11）是一个半封闭型的多媒体影像室，投影在墙壁上的图表数据展示着世界各个国家二氧化碳的排放量和能源的消耗值，海平面上升对城市的危害以及全球变暖的整个形成过程；森林的覆盖率的降低和南极冰山融化对生物带来的各种影响都是以数据的方式投影在墙面，能引人深思。地底一层的冷水池一侧是+5℃温度升高体验室，大屏幕上循环放映着冰川融化、海平面上升带来的各种自然灾害对人类居住环境的影响，海啸之后被摧毁的人类家园被一张张显示在屏幕上。与此同时，室内温度被逐渐升高，坐在模仿南极冰山环境的座椅上，游客仿佛感受到了冰川融化带来的直接后果。

三、可持续的花园

1.内部能源和外部能源循环再利用的完美结合（见图12⑦）

图12 冷却冷室能量循环图②

（1）玻璃穹顶对室外阳光的过滤和降温。为了维持园内高地云雾林气候环境以及各种附生植物的蓬勃生长，整个玻璃温室被设计成湿冷型温室，即在外部气候炎热的环境中，保持室内部分的潮湿与低温环境。新加坡地处热带雨林气候区，常年高温多雨，日照强烈，为了在低能消耗的前提下维持内部气温，建筑本身就需要从热量来源部分开始进行调节。

在构成贝壳型温室表面结构的材料上，设计者采用了特殊的双层低辐射涂膜（low-E coating）玻璃，通过低辐射涂膜对红外光的过滤吸收及反射有效地减少了来自太阳光的多余热量，在引入65%日光的同时只吸收其中35%的热量。这个结构既保证了园内植物进行光合作用的日光，又减少了进入室内的多余的热量[6]。同时，位于玻璃结构外部的三角造型特殊织物材料遮光板（shading fabric）能够自动地根据室内亮度进行伸展调节，从而有效地控制了温室内部光量的吸收。

（2）园内空气局部冷却和节能。湿冷型玻璃温室的容积共计153 000m3，可以装满60个奥林匹克游泳池，在如此巨大的空间内进行完全冷气覆盖所需要消耗的额外能量是难以估计的。为了节省能源，园内使用了局部冷却的方式进行降温，在需要湿冷空气的假山植物表层和一层环形植物圈部分进行局部冷空气的释放。设置于地底的吸收冷却器和电冷却器通过管道提供冷冻水，冷冻水流被提取到地板以下的管道进行循环流动以达到降低地表温度的目的。与此同时，底层一层至地面一层的地表冷水池也对园内低层降温起到了实际的作用⑧。贯穿整片假山区域的竖向瀑布带动了园内整体的空气循环，促进冷热空气的对流速度，因此产生了冷锋效应，不仅降低了假山内部区域的温度，同时由冷空气推动热空气上升，通过建筑顶层的自动温度控制系统——通风口释放多余的热气。

（3）合理的冷却循环系统。“云雾森林”内部动用了最新的氯化锂溶液型干燥除湿技术，从玻璃结构底部引入室外高温潮湿的自然空气，进行液体除湿剂冷却后，成为干燥冷气而被导入室内，由此产生余热将被管道引导和同从屋顶导入的热空气相结合，再同地底生物燃料机在向电冷却器和吸收冷却器供能中所产生的余热合并，通过管道导入园外的液体干燥剂池中，进行干燥剂更新，产生的新液体干燥剂将被管道循环送回地底干燥剂储藏处，持续不断地为建筑底部的液体除湿装置供应除湿剂。

（4）生物燃料供能。维持整个建筑内部电力系统的三联供生物燃料锅炉Combined Heat Power（CHP），是建筑的能源核心，它通过燃烧生物废料产生的能量推动蒸汽涡轮机发电，为电冷却室提供电力，产生降温用的水流，同时为发动机热水吸收冷却剂提供热水。两种冷水仪器产生的冷水通过管道引入山体内部，汇入地板冷水循环降温系统管道和地底地表一层的冷水池，实现了温室内部全面降温的效果。

有别于空调需要电力消耗实现持续运作的原理，三联供生物燃料炉产生能量的主要来源是生物废料的燃烧，这些废料来源于园内及国家公园局从新加坡其他园林调运来的园艺废弃物，通过生物废料的燃烧降低了温室对于空调的依赖，同时也降低了大量的能源消耗。

2.内部可持续之旅

（1）内部的解说“坐标”。从山顶到山底一层，山体内部的墙壁都被合理而有效地用作了信息展示空间，应景的岩石造型说明台，展示了土壤、阳光和植物之间的关系，资料丰富而图示详尽的解说标识，吸引游客去浏览，除了对生物植被种类的讲解、地球发展历程的解析，墙壁上也会提出许多和可持续发展相关的问题，如人在环境中的作用、经济与环境发展间的协调、即将灭绝的生物群、正在消失的森林、日渐污染的水体以及脆弱而超负荷运作的地球生态系统，对于不太了解可持续发展问题与生物圈具体组成的游客而言，这是一次很好的与生态环境信息直接接触的机会（见图13）。

图13 园内负一层的说明标识⑥

（2）了解、体验和反思。在体验“游山”之旅的过程中，游客将通过对各种珍稀高山植物的欣赏和了解，产生对自然环境的喜爱之情。从顶层的迷雾花园，到步行下楼的过程中通过对墙壁和信息栏所列环境问题的了解，到最终建筑出口部分的全球变暖体验，整个旅程带给人以直观的现场感受。

园中所有我们欣赏和拍摄的植物正在从地球上逐步消失乃至灭绝，而其根源是全球变暖造成的海洋云层形成海平面的不断上升，导致山顶植物圈迅速缩小，而人类社会燃烧燃料所产生的废气和污染物则是带来全球灾害的直接原因，植物种类的快速灭绝只是一个小的层面，全世界沿海城市圈所面临的直接威胁则是设计师最终给我们的提示与警告。

设计师选择将全园最值得反思和最充满疑问的部分放在了温室的出口处，也许是希望游客在这趟内容丰富的可持续生态之旅的最后环节带着问题离开。

四、结语

“云雾森林”（cloud forest）这座矗立在新加坡河入海口的贝壳形温室，代表着城市温室园林又一新的发展方向——创造可持续的大型温室景观，从设计思路的兰花到内部节能系统的采纳，处处都体现着生态建筑的基本特征：“生态建筑应当表现生态设计，生态设计应当表现可持续发展”[7]，充分体现了新加坡人民对环境保护和文化的高度重视。从花园城市到花园里的城市，在人口如此高密度集中的国家，新加坡依旧坚持着提高城市绿化率、创造高质量生活的高标准城市发展理念，很是值得我们深思。

从另外一个层面来讲，该园林的设计目的在于创造一次可持续体验之旅，设计师将园林本身作为一种教育媒介，让受众从全方位的角度了解、接收和深思可持续的意义及影响，这一点使其区别于了普通的园林，在具备观赏性的同时，更具有教育意义和让民众参与的价值，通过与游客的互动向其传达了一种新的生活方式和生活理念，即如何在维持高质量生活水平的同时，做到资源的循环利用、人与环境的友好共处和谐发展。

注释

① 作者现就读于美国佛罗里达大学设计、建造与规划学院（University of Florida,College of Design, Construction and Planning）。本文是作者2013年5月间随导师William Tilson受新加坡国家发展部门（MND）之邀，赴新加坡进行“新加坡环境可持续问题研究”学术活动期间完成的研究项目.

② 照片为Shinkenchiku-sha拍摄.

③ http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4778-competition.aspx First the garden takes root on a piece of new garden infrastructure and grows out towards the City. Leaves (earthworks)and roots (water, energy, communication systems)and shoots (paths, roads and links)create an integrated network across the space and beautiful flowers (feature/theme gardens)occur at key intersections or nodes.

④ 2013格兰特合作有限公司制作.

⑤ http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4800-allin-the-detail.aspx Green Walls and Vertical Planting The project includes extensive use of green walls both internally and externally. They are of three main types.Geotextile Reinforced Earth Walls (GREW)help to define spaces and offer a way of softening steep slopes that might otherwise be developed as concrete walls.Vertical planting panels offer a more refined framework for planting on vertical surfaces including the ‘Supertrees’ and selected walls. ‘Living Render’ provides a porous and roughly textured concrete surface that incorporates a proportion of organic material in the concrete mix to create moisture retention and rooting zones for epiphytes. The Mountain in the Cloud Forest Dome Conservatory will be a major display of this technique.

⑥ 照片为罗子荃拍摄.

⑦ Meredith Davey, Gardens by the Bay:Ecologically Reflective Design [J].Experimental Green Strategies: Redefining Ecological Design Research, Volume81,Issue 6, November/December 2011: 108–111.The facade design is based on a highly selective double-glazed unit that allows approximately 65 percent of the incident daylight to pass through with only 35 per cent of the solar heat. Low-e coating on the glazing acts as an infrared light reflector filtering unwanted heat from the daylight spectrum.

⑧ Meredith Davey, Gardens by the Bay:Ecologically Reflective Design [J].Experimental Green Strategies: Redefining Ecological Design Research, Volume81,Issue 6, November/December 2011: 108–111.Integrated displacement ventilation is to be the primary temperature conditioning method of both biomes, coupled with chilled water being circulated through pipes in the flooring.

[1]https://www.japlusu.com/news/gardens-bay.

[2]詹姆士·科纳.论当代景观建筑学的复兴[M].吴琨，韩晓晔，译.北京：中国建筑工业出版社，2008 ：序言vii.

[3]米格尔·鲁亚诺.生态城市——60个优秀案例研[M].吕晓惠，译.北京：中国电力出版社，2007：9.

[4]http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4778-competition.aspx

[5]http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4800-allin-the-detail.aspx

[6]http://www.grant-associates.uk.com/projects/85-gardens-by-the-bay/4778-competition.aspx incident daylight to pass through with only 35 per cent of the solar heat. Low-e coating on the glazing acts as an infrared light reflector filtering unwanted heat from the daylight spectrum.

[7]布赖恩·爱德华滋.可持续性建筑[M].周玉鹏,宋晔皓，译.北京：中国建筑工业出版社，2003：253.