现代建筑设计中集成理念的应用-建筑设计论文

现代建筑设计中集成理念的应用
汪瑞廷
摘要：“集成设计”是现代建筑设计的重要原则。本文对建筑集成化设计进行了概述，然后主要对集成理念在智能建筑和生态建筑中的应用进行了较为详细的探讨。
关键词：建筑设计；集成化；集成设计

0 引言
建设活动是人类社会最基本的活动之一。远古时代，人类的祖先在建造自己居住的巢穴或住所时，他们是不自觉的完成设计到施工的一系列过程的。在那个生产力极其低下的年代，建设活动处于一种原始的集成状态。之后，随着社会生产力的不断发展，经过几次生产力革命和相应的社会分工，到19世纪，建筑的各个专业逐渐分离开来。到了20世纪后半叶以后，伴随着信息技术革命的到来，计算机在各类行业中的应用越来越普及。在建筑行业，对计算机的应用经历了从计算机辅助计算到计算机辅助设计、计算机辅助分析、计算机辅助建造的分散应用再到系统化的提出虚拟建设以及集成建造、智能建设的过程。建设活动由分离走向了更高层次的集成。
1 基于集成理念的建筑设计的提出
建筑集成化设计是一个要求不同专业的设计人员紧密配合，在形式、功能、性能和成本上与绿色建筑设计策略紧密结合，以较低的成本获得高性能和多方面的效益，最终实现建筑的可持续发展的一种设计方法。在加拿大的一个小型、高性能示范项目——“C2000”项目中运用了建筑集成化设计方法，不同专业的设计师共同参与，并在现有的建筑技术基础上，综合考虑能源利用、环境影响、室内环境、使用功能等一系列技术方面的要求，建造高水平的生态节能建筑，实现建筑的可持续发展。随后在国际能源机构（IEA）主持的太阳能供暖制冷建筑项目Task 23中，建筑集成化设计又被成功地运用，并在此项目中改进和发展，最终获得了实用的建筑集成化设计方法。集成化设计的过程不再是传统设计的流线性模式，它是一个不断重复的过程，是将建筑与其技术系统进行同时、同步设计，将设计发展成为一个从最初的概念设计到最终的施工图设计不断重复的过程。
这一方法相对于传统建筑设计方法来说，是一全新的设计方法。它是基于信息的，是许多信息的集合体，并不是一个单一的建筑模型或者一栋建筑的建造，关注的是一栋房屋的整个生命周期，从方案的初步设计到建造以及整个运行和维护过程。
2 集成理念在智能建筑中的应用
智能建筑设计是一个综合性过程。在集成设计中存在替多个专业的配合，以建筑专业为例，包括：①层高与吊顶高度的确定；②电竖井的位盆、形状、尺寸、路由；中控室、电话机房、消防控制室及电视监控室等机房的位工大小；安排弱电桥架、管线的空间位置等；③建筑设计专业提供建筑的平面布置图、防火分区、电动卷帘门及房间使用性质等资料。作为系统设计的根据。
智能建筑设计工作中，建筑师的一项重要职资是在既定空间内恰如其分地进行规划，并按符合逻辑的次序安排好每一项受其他条件约束和牵制的设计内容。除建立信息库外。还需把在建筑设计过程中所遇到的大量表面互不想干的内容建立联系，形成一个有科学依据、按其重要程度排列起来的、可供比较的系统。通过建立联系，下一步就是约束建筑设计的各种限制，即确定工程所允许的空间和范围，从中确定一条解决问题的途径—建立目标函数。在智能建筑中。这些约束可以是基地或建筑现状图，也可以是人员流置、设备控制、管网布置、经济造价等因素的分析图。可通过软件编程输入这一系列参数。
一般进行系统最优化设计时须准备：①设计变量；②设计约束条件；③最优的设计目标。在设计过程中，设计变量选择不同，方案性能也就不同。因此，设计的目的就是如何选择一组合适的变使设计的性能最优。
整个优化过程可以用软件去控制，通过建筑硬件和相关软件因素位置。自动调出并计算各因素平均联系值。建立各固定点间绝对联系的相关矩阵。按相关值渐减顺序。列举所有需要安置的项目，自动在坐标网格的相应可供选择空间尝试布里新的设计内容。并与先前方案进行比较，最终取最优化元素规划方案。由于存在一系列可行最优解，褥出的结果就不是唯一解而是一个范围，是一个最终适应紧凑流程而重新定型的设计。
通过几种目标关系和区别等决策因素和途径分析可以看出：建筑集成设计是一个多目标、多维的决策过程。一切作为手段提出的子目标，都是在试图对目标原型进行深化处理中发展起来的。而在高层次上。智能建筑各目标之间优序关系应根据具体条件，由各方面共同确定。
根据这样确定的优序关系，针对不同的决策目标选定相应的录取线。并不断调整。求出满足各目标的交集，即为综合决策解。建筑师深入考察综合设计中各个部分的联系与制约关系，综合反馈信息，进行有的放矢的处理，把握智能建筑工程设计的方向，这已成为智能建筑创作的主宰。
3 集成理念在生态建筑设计中的应用
生态建筑集成设计的基本出发点是对建筑全寿命周期的关注。“建筑全寿命周期”是指建筑从产生至消亡的过程所经历的时间，它包括了从材料与构件生产（含原材料的开采）、规划与设计、建造与运输、运行与维护直到拆除与处理（废弃、再循环和再利用等）的全循环过程。
从生态建筑设计的“可持续性”目标出发，为了便于建筑师设计生态建筑，我们用系统整合的方法综合分析建筑全生命周期的各个环节，结合环境效益、社会效益、经济效益的综合评价，初步提出了生态建筑集成设计体系的六大系统：建筑设计优化、能源设计优化、材料节约及废弃物处理系统、环境优化设计、智能控制系统以及经济平衡系统，其中每个系统中又包含不同的子系统、技术体系和具体技术手段。
建筑设计优化系统是生态建筑集成设计的先导，它是被动式生态建筑得以实现的主要手段，且是其它系统得以顺利实施的基本保证。通过场地优化、功能优化、结构与构造体系优化、设备优化、装饰优化和施工方案控制等子系统的实施，它可以帮助建筑在一定程度上实现节能、节材、节地。建筑师可以通过使用Ecotect等软件对建筑形态的各项表现进行模拟计算并做出判断，以调整设计。
能源设计优化系统主要分为节约能源消耗和清洁能源使用两大部分。建筑师应在降低建筑物能耗的前提下，全面考虑建筑所在基地所能采用的各项可再生能源资源。例如，可通过太阳能采光、集热、发电，微型风力发电等模式，结合基础设施构建安全、稳定并且便宜的能源供应系统。
建筑材料选择、材料节约及废弃物处理系统将为建筑师进行建筑设计时提供依据。建筑材料的生产制造运输过程以及建筑施工过程中所消耗的能量，构成了建筑物建造期的内含能量（Embodied Energy），这部分的能量需求需要结合建筑的全寿命周期能源使用情况来进行考量。该系统提倡尽量减少不必要的原材料使用，加强对固液废弃物的合理循环利用等。在集成设计中，3R建材使用和各种废弃物的回用不应走极端，应尽可能地从整体上考虑消耗与产出的平衡性。
环境优化设计系统主要包括室内环境中的声、光、气环境友好和室外环境中的周边绿化环境优化等方面。在大多数情况下，建筑师应尽可能考虑采取被动式方式进行室内、外环境调节，少量高效率（比如地源热泵、热回收、地暖等）系统可以被用来应付极限气候条件下的室内气候调节。
智能控制系统是许多高技术生态技术手段得以实施的必要保证。建筑师可以将复杂的生态建筑系统操控实现电子化控制，即通过各种传感器的读数，判断出建筑所处室外环境的变化，并据此做出相应调节，以达到可再生能源的最佳利用效果。
经济平衡系统将考率生态建筑建造、使用过程中的经济合理性，也为其它系统的实施给予经济性方面的评估，以决定不同的项目对各项技术的取舍。对于生态建筑的经济评估，必须从建筑全寿命周期的角度来考虑。采用集成设计体系的生态建筑，其在经济上的可持续性，应该达到合理可执行的程度。
4 结语
依托集成设计的模式，建筑师可以有更全面的视野，能更合理地运用各项建筑技术、材料和设备，使建筑能在全寿命周期成为一个具有环境友好型、智能化等特征的建筑。集成设计将使建筑变得不再神秘，不再奢侈，也将使建筑师能更主动、有效地进入建筑设计。
参考文献：
[1]徐峰,张国强,周晋.建筑集成化设计[J].大众用电,2007（8）:36-38
[2]林然,孙凯莉.数字化时代的建筑设计——建筑信息模型[J].福建建筑,2007（5）:16-17
 

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