适宜于我国可持续性校园建设的生态化节能技术初探

摘要：通过总结国内外在可持续性大学校园建设过程中的经验，结合我国高校的规划特点，提出适宜于我国高校建设规律的生态化节能技术，并对其优缺点、适用范围以及实施要点进行扼要的分析。

关键词：高校校园 可持续性建设 生态化节能技术

一、绪言

在城市化进程不断加速的过程中，过度开发建设给我们的生活环境带来了一系列恶劣的环境问题，因此对建设过程进行生态化的研究与设计，不仅能够改善人们的生活环境，更有利于整个城市自然生态系统的稳定和发展，具有十分重大的经济效益和社会意义。

而对于大学校园而言，由于其用地在整个城市的土地配置上较其他类型的建筑分布更为均匀、广泛，故其生态环境系统在整个城市的生态环境系统中占有十分重要的一环。同时，大学校园中具有十分优质的绿化、水系、生物多样化的生态条件，若能充分利用并将其通过技术手段进行改造，对于改善城市生态绿网结构、提升环境质量和丰富生物多样性将有十分显著的效果。

本文目的和意义在于通过分析国内外可持续性校园建设的发展现状，同时结合我国高校的规划发展特色，寻求适宜于我国高校建设规律的可持续性生态化节能技术。

二、国内外对于可持续性校园的研究现状及发展概况

（一）国外研究现状及发展概况

在校园可持续发展规划设计方面，国外的研究起步较早，尤以美国、英国、日本、加拿大等发达国家为甚，特别是在校园总体生态规划与设计方面，已经形成了比较全面深入的研究体系，其成功推行的经验对于我国而言是可资借鉴的。例如，目前大部分高校都面临的既有校舍的改扩建、新校区的大规模建设、甚至是异地搬迁等建设过程中所带了的生态化影响问题，如何去平衡生态与发展的关系，我们都可以在上述国家的研究中找到很多实现可持续发展的生态化设计理念。

国外的可持续性高校设计理念主要可以分为两大类，即：针对某一生态化问题所提出的改造设计和多层面协同作用的设计。以第一类理念为导向的国家主要有美国、日本，英国。具体而言：美国能源机构所推行的“绿色学校计划”，通过鼓励学校在规划、设计方面严格遵守《能源与环境设计导则》 （LEED）的框架和标准，从而达到节能的目标。其比较突出的例子有佛罗里达大学，该大学是佛罗里达州历史最悠久且规模最大的大学，目前该校园由一个主校区和多个分部组成，总占地面积为810hm2。该校2000～2010年总体规划的中心任务就是发展可持续的校园和建设可持续的建筑，且其规划完全遵照《能源与环境设计导则》 （LEED）的框架和标准来进行，同时每栋单体建筑无论是新建或改扩建，其方案都是以绿色环保为主题思想进行设计，并向美国绿色建筑委员会（USGBC）申报、注册，参加评奖，目前该校获奖的建筑项目已达到30个[1]。日本的可持续性高校建设计划则更多的关注于市政系统的节能改造，其在1997～2001年间选出了147所示范性高校，分别进行了太阳能（光电）系统、太阳能（热水）系统、风力发电系统、生态绿化系统、中水系统、外墙节能系统的改造工程，并取得了显著的效果。英国，作为老牌的资本主义发达国家，其对大学校园的可持续性建设的起步相对更早，英国的生态学校运动是根据英国可持续发展策略推动的“迈向绿色”，一个政府支持的国家级运动，其目的是从基层推动可持续发展。该奖项每两年一次，奖励的方式是对获奖学校授旗（Green Flag），该旗帜可在校园里悬挂[2]。这其中，最著名的例子当属朱比麗新校区的规划设计，该方案是由著名的迈克霍普金斯建筑师事务所中标设计，并经过两年九个月的时间将原来废旧的工业用地变换成为一个享誉全球的生态化公园式校园。该设计主要是从基地策略、采光策略、通风策略和材料策略等四个方面开展等低能耗策略（LowEnergy Strategies）的研究，从而达到建设可持续性校园的目标[1]。以第二类理念为导向的国家主要有加拿大、瑞典、德国等欧盟国家。例如：加拿大的“种子学校计划”（Seeds），该计划主要是按照学校的需求来决定生态改造与生态教育的方向，即通过“硬体”与“软体”相结合的方式来多层面的推行校园的可持续性发展，并制定相应的“种子学校”审核认证方法来鼓励高校参与“种子计划”。瑞典政府则通过在建筑方案前期尤其是在项目立项、可行性研究评估和设计方案阶段强调可持续性的方式，强制推动整个建筑市场的节能降耗，从而将生态保护与获取社会发展有机的结合起来，真正达到“双赢”。德国，早在上世纪90年代就已经在全国推行生态化的住区政策，并号召欧盟国家加入由欧洲环境教育基金（Foundation ofEnvironment Education inEurope）倡导的“生态学校（eco.campus）”计划，该计划主要是通过加强大学生对生态环境的认知度，进而达到自觉保护高校校园环境的目标[2]。

（二）国内研究现状及发展概况

可持续发展的理念早在上世纪90年代就已经引入我国，但自90年代中期以来，高等教育经历了前所未有的“扩招潮”，这无形中拉动了高校基建建设的需求，使得高校校园成为了中国许多城市建设的重点甚至是核心点。在政治性显著的建设过程中，领导往往只注重建设的结果，却忽略了建设过程中造成的生态环境破坏以及后期运行管理维护的高成本高能耗。经过十多年的大建设后，越来越多的专家学者意识到校园生态化的必要，从而开始对大学校园的可持续性规划设计进行研究。由于起步较晚，相关研究人员主要局限于少数以建筑规划见长的高校或研究所，研究内容也仅着眼于校园建筑的单体节能设计或整体规划的生态化布局，对具体的生态化技术的研究相对较为缺乏。进入21世纪后，由教育部组织的“建设可持续发展校园研讨会”2008年1月30日至31日在同济大学召开。该会议的主要内容是对大学校园的发展提出了“建设节约型、可持续发展校园”的新目标，并将高校的可持续性建设发展作为整个国家实施可持续发展战略的重要环节予以明确，会上一致通过并发表了《建设可持续发展校园宣言》。

随着人们对“景观”的需求意识的增强，越来越多的学者将其与大学校园的规划进行结合，提出了“生态校园”、“山水校园”、“园林校园”的概念，但这些概念的实质只是强调了对已有的校园自然生态环境进行规划整合，通过有机的组织使其具有动态可变性，但对具体的生态化改造技术的研究仍显不足[3]。

与我国大陆的研究情况相比，台湾地区对可持续性高校校园的研究起步更早，推行力度也更大。早在20世纪90年代初期，台湾的学者就针对可持续性建筑进行了一系列的研究，如Sam C M Hui发布的《可持续发展建筑设计》（SustainableArchitecture and Building Design）一文，其中从建筑的角度系统的阐述了建筑的可持续发展观点。如由汤志民所作的“高校可持续发展的世界趋势”一文中，其就谈到了但是全球已经出现的生态、绿色高校设计，该文已经开始从可持续发展的“社会”、“环境”和“经济”方面分析可持续发展高校校园规划设计.但并没有对于如何实现可持续发展高校规划设计做具体阐述，内容过于简单[1]。从1999年开始，台湾当局发出了“台湾绿色学校计划书”，该计划书强调了“知行合一”的重要性，同时从生活、空间、教学、行政四个方面来规范大学校园的管理，即：要求学校生活上节省资源、降低能耗、减少污染物与废弃物的排放量、降低噪音量;要求学校在新建、改扩建校舍的过程中必须考量生态节能的设计;鼓励学校以实际体验的教学方式来对学生进行可持续性校园的理念教育;同时要求学校以规章制度的方式来强调学校的生态环境管理[4]。

三、适宜于我国可持续性校园建设的生态化节能技术

高校校园的生态系统是整个城市生态体系中的重要一环，如何通过生态化改造的技术手段来达到节能降耗的目标，已经成为保证校园建设的可持续性发展的重要组成部分。由于我国目前在综合国力、社会教育基础等方面都与发达国家有较大差异，生搬硬套国外的生态化节能技术并不能完全适应我国高校的基本情况，因此探索出符合我国现代教育理念及高校自身特色的生态化节能技术才能真正保证我国可持续性校园的发展建设。

在研究生态化节能技术之前，我们必须了解“生态校园”的内涵。辽宁大学的臧树良等人从工程建设的角度对生态校园进行了定义“生态校园就是运用生态学的基本原理与方法规划、设计、建设、管理及运行的人与自然关系和谐，各物种布局、结构合理且环境质量优良，物质、能量、信息高效利用且对环境友好的集学习、工作、活动、休闲功能于一体的人工生态系统” [5]。高校校园的生态系统是一个由自然生态系统与人类生态系统有机组合而成的生态系统，但与城市中其他生态系统所不同的是，高校自身所具有的社会教育性职责决定了它的生态系统是以人为主体的生态体系，其规划改造都必须是以满足学生的身心发展为目标的[6]。因此，高校校园的生态化节能技术的应用必须要结合学校的总体发展规划，且充分考虑节能技术推行过程中的人性化、艺术化，在设计与建设过程中融入生态与环保节能的思想，不断与时俱进对景观设施进行完善，从而最终实现整个大学校园的可持续发展。

本文主要是从生物多样性设计、绿化景观设计、生态水景设计这三个方面提出适宜于我国可持续性校园建设特色的生态化技能技术。

3.1 校园生物多样性设计

自1992年在巴西里约热内卢召开的世界地球高峰会议中所制订的《生物多样性公约》推行以来，“生物多样性”一直都是全世界环保的最高指导原则，因此高校的生物多样性设计也应该是其可持续性发展的最高目标。然而，我国的高校建设者通常会将校园中的人工水景、人工草地、假山园林、整齐划一的行道树等误认为是生态多样性的设计标准，殊不知这正是伤害生物多样性发展的错误范例。真正的生物多样性设计应该是不以人类休闲、运动、娱乐为核心思想的设计，而是以自然界中的原生态土壤、植被、水体、气候、空间等元素的有机组合为手段的改进设计，从而创造更优良的生物栖息环境，并最终达到整个校园生态环境的可持续性发展。

3.1.1 绿地系统网络型规划设置

我国的大学校园具有丰富的绿地资源，且其均匀稳定的分布特征使其容易与校内的其他生态因子串联形成生物基因交流的生态网络系统，因此绿地系统的生态化设计对于整个校园的可持续性建设具有十分重要的影响。基于上述分析，对我国大学校园而言，生物多样性设计的核心原理应该在于“提高绿地的多样化配置水平”，即通过改造绿地的群落、面积、形状、空间分布等来达到有效提高生态多样化配置的目的。

根据德国学者Wildermuth H.的研究结论，多数动物都不喜欢离开绿地栖息地太远，并指出了各种生物离开绿色棲息地的最大移动半径[7]，据此理论我们不难看出，过于分散的绿地系统是不利于生物的栖息与繁育的。因此在设计绿地系统时，我们应该统筹考虑校园内的绿地，将其视为一个系统，规划设置出网络型的生态绿地系统。具体而言应该注意一下几点：

1.尽量采用形状完整的绿地，在绿地面积相同的情况下，绿地外缘界限越短越好。即：相同绿地面积条件下，圆形优于细长形，正方形优于长方形。

2.同一类型生物的绿色栖息地的间距尽量小，最好做到生态分区甚至，这将有利于生物间的物种移动，对植物群落的生长也有一定的好处。

3.建立校园内平面及垂直绿地系统的生态网络，并注重将两者连贯设置。例如：通过道路绿化的带状绿化走廊设计将各校园中单体建筑的外场绿化、停车场等公共绿地予以串联，从而构建成平面的生态走廊网络。亦或是通过在建筑物的阳台、屋顶、露台、墙面等进行绿化，使其与建筑物的外场绿化有机组合，形成垂直的生态走廊网络。

3.1.2 引入多样化的植物种类与绿地配置方式

在校园绿化设计的过程中，除了要讲求绿化的“量”，更应该追求的是绿化的“质”。根据台湾学者林宪德对台湾成功大学三大校区的绿地分布与野鸟种类关系进行调研的结果中[4]，可以明显看出丰富的树种种类和绿地形式，对于生物群落的发展是有利的。另外，将大型化、人工化的绿地配置方式转变为多样化、小型化、具有连贯性的绿地配置方式以及将整齐排列、对称布置的园艺配置方式转变为自然错落、闲暇幽静的园艺配置方式都可以极大的提高整个校园的生物多样性。

在植物种类的选择方面，应注意以下三个方面：

1.尽量采用本地的原生植物和具有一定诱蝶诱鸟功能的植物。

2.同时栽种不同树种、不同高度的乔木、灌木、蔓藤等能够净化空气的植物。

3.适当考虑通过摆设石头等来创造多孔性的生态栖息空间。

3.2绿化景观设计

生态化设计的物质基础在于绿化量，因此要想提高校园的生态化设计水平，保证绿化量的稳定与增长是十分必要的。由于近年来高校学生规模的不断扩大，导致校园内越来越多的绿地被作为建设用地进行开发，因此如何弥补绿地量的不足就成为亟待解决的问题。本文提出的建筑单体垂直绿化系统的模式，一方面能够从根本上通过增加校园“绿化点”的方式来解决绿化量不足的问题，另一方面也能够提升单体建筑本身甚至整个校园景观效应，同时还能达到起到为建筑物内部遮阳降温，获得较好的节能功效。

3.2.1 绿墙设计

“绿墙”作为一种新型的绿化景观设计模式，因其具有良好的景观美化效应和隔热遮阳作用，已经成为许多发达国家的市政景观设计“新宠儿”。由于我国大学校园内公共建筑密度较大，且大多数的校园建筑在外墙设计时没有充分考虑到“节能”，因此“绿墙”设计模式的引入能够有效降低校园内建筑物外墙表面温度及室内温度的，从而达到降低校园空调用电量的目的。同时，绿墙也可以作为校园内的生态走廊的重要组成部分，为校园内的鸟类、昆虫类生态种群建立其栖息、繁育以及迁徙的生态网络。

在设计“绿墙”时，应注意选择适合攀爬生长的植物，且尽量在种类配置上多元化，这更符合“生态多样化”的可持续发展理念。同时应该将“结构安全性”作为绿墙设计的最首要的考量因素，即：首先要仔细检查墙面，对裂损出予以修补。尽可能将帮助植物攀爬生长的辅助设施远离墙面，以免墙壁被植物根部所破坏。根据其种植方法的不同，绿墙可以分为以下几类：

1.画素式植生墙：以一盆绿色植物为单元，通过多个单元组合成一片绿墙。其种类主要有单槽式、区块式、开放式、织布式四种。此类植生墙的优点在与能够较快的达到设计效果，同时通过增加单元数有效提高绿墙的精细美观程度。其缺点也相对较为明显，由于其各单元相对独立，后期维护管理成本高，保活率低。

2.藤蔓綠墙：以一条条的藤蔓自由式生长组合形成的一片绿墙。其种类主要有吸附式、气根式、卷须式、茎旋式四中。此类植生墙的优点是维护管理成本低，但由于生长情况不易人为控制故导致其绿墙的绿覆率和精细美观度难以把握，另外其根部的自由生长易对墙体结构产生破坏性的影响。

3.2.2 绿色屋顶设计

“绿色屋顶”的概念对于我国而言并不陌生，但在实践应用中却缺乏科学性、系统性的研究，相对于我国而言，发达国家已经形成了相对成熟和先进的设计、施工以及管理体系。例如：新加坡的绿色屋顶占有率是全世界最高的，且该国的设计理念在于“休憩”，以空中花园的设计形式为主，单纯的绿化较少。放眼欧洲国家，各国都出版了适宜于本国国情的相关书籍，尤以德国为甚，其绿色屋顶的建设面积已经超过三亿平方米。而我国自2006年以来，也逐渐意识到绿色屋面在节能方面的重要性，在上海、北京、成都等大城市积极推广，也初显成效。

针对不同形状或材质的屋顶，其采用的绿色屋面技术的种类也有所不同，具体而言有以下几种方式适宜于在我国的大学校园内进行推广[8]：

1.薄层绿化：该技术主要是指覆土深度低于300cm的绿色屋顶，一般多用于平屋面，为了保证植物在烈日下能够顺利生长，其最小的覆土深度为100cm。而对于南方地区，其日照强度较高，故最小覆土深度应该相应加大，本文建议以150cm为宜。根据整个屋面是否完全被绿植覆盖又可分为全绿式薄层绿化屋顶和半绿式薄层绿化屋顶，前者隔热及节能的效果较好，后者的景观多样性更为出色。对于我国的大学校园而言，若是可上人且有景观功能的屋顶建议采用半绿式，可以更好地体现人性化的设计理念，将节能与景观、休闲等功能予以有机结合，若是设置有室外机或水箱等大型设备的屋顶则建议采用全绿式，其隔热节能的同时还可以起到一定的降噪功能。

2.斜屋顶的绿化：一般来说，坡度大于5°的屋顶就容易出现土石滑落与水土保持的问题，因此斜屋顶较平屋顶而言不适宜采用绿色屋面技术。但在我国，大学校园的建筑有很大一部分是采用了斜屋面的设计方案，因此本文针对斜屋顶的特点提出引入日本的“导流法”来进行绿化施工。

3.铁皮屋顶的绿化：在我国大学校园内有少数老建筑采用的是铁皮屋顶，这种类型的屋顶老化速度快、承载能力差、水土保持性低，因此在设计时不宜采用绿化带的植栽方式而应采用盆栽拼接的方式。

3.2.3 特殊绿化空间设计

随着我国大学校园内建筑密度的飞速增加，不透水面积的占有率也相应提高，导致校园内出现了内涝、干旱以及“热岛效应”等不良环境现象。如何在保证校园建设发展的同时减少不透水面积的总量就成为解决这些环境问题的核心要素，对此本文提出了在特殊的不透水空间内进行绿化改造，例如：大型公共建筑的广场、中庭;公共停车场、单体建筑的阳台、露台等。

由于校园内车辆数量急剧增加，导致校园内的尾气排放量超标，同时建筑工程在建设期所产生的粉尘、CO2等排放量对整个校园的空气质量产生了不良的影响，因此考虑在地下停车场、施工打围范围内进行绿化改造也是十分必要的。

3.3生态水景设计

“水景”作为景观设计中最为重要的设计类型在我国大学校园的规划建设中其地位不言而喻，然而在许多大学的设计规划中，仅仅是将水景作为校园文化的载体，更多的是考虑其景观价值的体现，往往忽略了“水景”本身的涵养水分、蓄积雨水的生态价值。本文以此为切入点，提出下述适宜于我国大学校园实际情况的生态水景设计模式，提高水景的环保性。

3.3.1 生态水池设计

在以往的水池设计中，许多高校通常将重点放在考察水池的人为景观性方面，而忽视水池本身的净化功能是否能够得以可持续性的发展，因此导致不少水池出现了富营养化严重、水质恶、蚊虫滋生的现象，最终沦为一潭死水，其最初设计时的美好景观性能也大打折扣。本文通过生态性的改造模式，即通过在池岸边用石头堆砌成缓坡并种植多样性的水生植物，将水池转变成动植物丰富的生态栖息场所，同时创造人工浮岛等生态型栖息地以丰富整个水池的生态性，从而获得更加优质、不易受人文因素干扰且有机串联水陆生态系统的水池景观。在具体设计时应注意以下几个方面的问题：

1.位置的选择：最好能够选择在具有活水水源交换的水域，能够有效缓解“富营养化”;另外许多大学校园将生态水池建造在树木茂盛的地区，这种做法会严重影响水生植物的生长，尤其要避免建造在大型乔木的周围。

2.水池底部的防水设计：为了保证有效水深，其池底构造必须具备一定的持水性。最环保节能的选址地点其土质的渗透系数应低于黏土，若达不到此标准，则以防水布、皂土毯或黏土回填夯实等方法来人工构造不透水的池底。

3.池岸设计：生态水池的护岸应考虑一定的生态缓冲区，在缓冲区范围内采用较为高大的水生植物作为人类活动的分割区，尽量降低人类活动对生态环境的冲击，确保水池的生态多样性。另外，采用缓坡设计的方式，将有利于爬虫类、两栖类、鸟类等动物的栖息，同时在岸边采用石块层叠、植草砖铺砌等方式构造出多孔的环境，更加利于生物的繁衍。

3.3.2 透水性铺砌面的设计

该设计是最直接解决大学校园硬化率逐年上升问题的方法，其设计目標就是恢复校园路面涵养水分及储存雨水的能力。根据原理的不同，其模式可以分为直接渗透设计和储存渗透设计两种。

1.直接渗透设计模式：该模式的原理就是通过增加下垫面的孔隙率来提高渗水性能。在我国大学校园内，可以考虑将人行道的铺面改用透水型混凝土、将停车场的铺面改用HDPE格框拼砌搭配碎石、大型广场非车行道的部分铺面改用植草砖等方式来增加校园内路面的渗水功能。

2.储存渗透模式：该模式的原理是利用先储存后渗透的方式达到一定的削峰回灌作用，从而达到提高生态可持续发展的目的。针对我国校园绿化景观的设计特点，本文建议可在绿地设计时考虑设置浅草沟、在设计景观水池时考虑设置渗透水池，即：池底为不透水层，池岸为自然渗透性土壤，并在池岸种满水生植物、抑或是在设计停车场、广场、运动场等大型不透水空间时将一部分地面下沉式设计，且该部分采用渗水性较好的铺面，使之兼具防洪的功能。

四、结语

本文以校园建设的可持续发展为设计原则，以绿色建筑的“生态节能”为设计理念，同时结合我国高校的实际情况对生态化改造技术进行探研。通过分析国内外相关技术的研究现状与发展趋势，我们不难看出技术的研发是基础，但建立健全系统化的管理制度才是让技术能够发挥其效益的重要因素。另外，在我国高校的建设过程中，将生态化技术融入前期规划、方案设计是十分必要的，同时在后期的改扩建时期继续贯彻“生态可持续性发展”的思想应该是更为重要的，因此在校园建设的“全生命周期”中都充分应用生态化节能技术才能真正达到校园可持续性建设发展目标。

参考文献

[1]北京工业大学工学硕士学位论//可持续发展高校校园规划设计探研、宋焱

[2]东南大学 硕士学位论文 可持续发展的校园环境及其规划设计策略研究 朱道焓

[3]西安建筑科技大学 博士学位论文 论中国高校生态可持续校园模式陈洋

[4]林宪德 永续校园的生态节能计划书

[5]臧树良，陶 飞.生态校园探析[J].辽宁大学学报（哲学社会科版），2004，32（4）：21-25.

[6]王俊秀.永续校园与永续校员：环境社会学的想象[EB/OL].环境信息电子报，http：//e-info.org.tw，2001-07-13.

[7]绿色建筑设计指南 林宪德

[8]绿屋顶技术手册 蔡厚男

作者简介：曹宇，1977年生，男，汉族，湖北武汉人，现任中南财经政法大学校园建设部工程师，研究生学历，研究方向为电气自动化。