驿文:早期设计决策-可持续低成本建筑之路

原文作者:Luís Bragança, Susana M. Vieira, and Joana B. Andrade

翻译:涂洪亮

校对:高培华

摘要:

建筑部门尝试建造大厦时尽可能减少对环境的影响,然而建造过程又不可避免严重影响环境。因而,在考虑实用性的基础上,需要有一个可持续性的項目方法。可持续性是建筑设计中重要的问题,不仅仅是因为环境要求,还有经济性,社会关注,提高建筑质量和节约优势等原因。本文旨在通过项目分期设计中,强调早期决策的重要性,可行性,因为这些将影响项目使用功能,可持续性营运和寿命期成本。这里选了几个可持续性的重要指标,能够在概念设计期预先处理大厦使用环境的可持续性问题。本文目的是让设计师基于初始数据,方便客户,股东之间的沟通合作,比较评估不同设计方案产生的效果,使其在建筑的整个全生命周期中,最终达成一个可持续的、高性能标准的建筑。

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1.简介

取代过去"被动适应"地将可持续原则纳入现有且通常不可接受的建造项目。从相反的方向接近主题可能是有用的,并考虑如何设计和建造功能对象时兼容可持续发展原则。

可持续性是设计中重要的议题,不仅有环境问题,而且有经济、社会问题,它有助于提高建筑质量和经济效益。可持续性的设计,除了有助于宜居、舒适性、空间外,通过有效设计,可以减少对环境的影响,提高经济效益。在设计期间,考虑可持续的重要性,满足长期解决方案的要求,可以保障财富、减少自然资源消耗,如土地、生物多样性、水、空气、能源等。如果一个项目规划得好,可持续性标准在前期已纳入进去,减少负面影响的可能性就会大幅提高,执行标准时成本会大幅降低,如图1所示。提高楼宇的可持续性使用,必须在设计期就开始,因为在项目早期时,优化的潜在的能力比较高,但施工和变更产生的成本比较低。


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图1,寿命期内设计决策的影响与成本

项目设计通常遵循的标准允许后续变更。一般的标准主要针对功能、经济性、社会、时间等要求,然而,这些不足以达到项目最优化而创造可持续性的基础,最终有利于改进,降低成本的创新标准,新方法经常没有考虑到。项目的标准越清晰,新标准集成越好,建筑的可持续使用就越高。

在项目前期设计时,为了建筑的分析和可持续性使用预估,需要确认并且选用几个指标。2004年起,明尼奥大学建工学院的研究小组为满足这些需求,已经开始运用并公开发表了这些分析方法。B&M发表的论文展示了作者研究团队以前的工作,符合新的CEN可持续性建筑标准、欧洲能源指导条例,以及主要的欧洲完美研究项目如SuPer Building和Open House。况且前期设计中,使用的新一代建筑可持续性评估工具,所用的指标体系也可以在后期评估中继续使用。

有两类指标体系可以使用:核心指标和附加指标。核心指标用于概念设计期;而附加指标仅用于概念设计之后,即预设计期。如图2所示,核心指标表示了概念设计期的最佳解决方案,量化了建筑规模的计算单位(平方,立方米等),这些数据在最初设计时还无法确定。并且核心指标可以快速、简便评估; 同时,这两类指标-核心/附加指标,确保给出更完备,准确的估算,从而保证可持续性设计走在相关工作前面。


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图2核心指标和附加指标

本文目的是划分不同设计时期,从而推动设计深入,强调前期设计的重要性,以及对可持续性、使用和寿命期内成本的影响。接下来,需要选用一套可持续性指标体系来检验在前期的设计是否恰当。文章架构分成二个步骤: 1,界定并表示项目设计的不同时期,明确各期的主要任务。2,在项目前期设计时,有用信息较少,需要分析建筑可持续性指标的准确性和适应性。本文讨论范围仅限于核心指标,专注于建筑设计刚开始时期-概念设计期。附加指标体系另文再介绍。

本文的结果是使设计师可以利用初始数据,沟通不同的股东,比较并预测不同设计方案对环境的可持续性使用。对建筑的评估,不包含建筑地点特征,也不考虑周边的情况。分析范围包括各个时期,从组织物料生产开始到寿命终结期

2,设计期

可持续性设计是一个系统集成的设计过程,相较于常规设计,需要融入更多的方法。为了保证设计高质量,需要以大厦的使用性为基础,集成互相彼此独立且不同的项目团队,配合制定整体计划,确保项目达到最佳效果。因而设计过程至关重要,原因是这一时期大多数决定关系到大楼的实际使用。

一个楼建项目可以分成前后不同的时期。不同设计期段的概念,对应一系列连续的的工作,并指导下一步的进程。这些工作决定了项目的分期并根据优先级别分成不同期段。重点考虑各不同目的、目标、工作的价值,预先了解以后使用时的重要性,以及对最终成本的影响,确保有足够的时间完成这些工作。HUOVILA展示了在构思过程中,绩效方法对于管理建筑物的生命周期要求至关重要。

尽管不同的作者叫法不同,但楼建项目的不同分期和他们的目的基本一样。

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项目在客户约见设计团队并表达楼建想法和目标时即开始了。在开始初期,客户和设计团队互相分享搜集的信息,用于大楼的概念设计。建筑规划要确认主要需求和约束,强化项目质量。关于建筑类型和室内外质量,常规功能性方面,要和业主讨论清楚。现场位置信息应足够完备,如果不适合建造,应该建议另选别处出。关于房间、大楼功能、环境、空间使用、舒适性、能耗要求等议题应该相应讨论。其它关切如大楼的使用性、供暖、照明、通风、水、废物处理、工作间,物料等也一样。除此之外,这一时期,因考虑招标问题,项目可持续性程序,大楼设计使用寿命,组织架构图,维护和项目费用以及时间进度表。

下一步是执行以前制定的目标。有几篇文章强调了此期对大厦建成时使用的重要性。可是,决策工具还是不够。这时设计团队,如建筑师,工程师,特殊专家等应参与进来,考虑客户的爱好。项目开始期,要充分考虑业主的指导,釆纳项目团队的建议。这些前期的设计决策还是是暂时的,可以变更,但对项目至关重要。

本文讨论的范围及前述任务汇成一个单一的设计期-概念设计期,因而这里明确确定为大楼的初步设计期,期内大厦全方位系统配置、示意图、布置图勾画出早期项目的轮廓,如图3所示。期间可使用的数据非常有限,任何预计不得不基于假设。此设计阶段,没有任何施工图纸和大楼的具体细节。唯一的信息是关于大厦的形状,建筑面积和楼高。根据这些元素,所有的其他基数需要估算。鉴于输入的数据的可用性,此阶段应完成以下几个方面:超级建筑构造类型,建材物料单(估算),装修物料单如内外墙、过道、楼顶等,

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图3,概念设计后的示意图例。a,空间构思图/现场施工示意图,b,集成各种可持续性方法/外观初版。

项目下一步是草图模型的审批,设计团队开始出项目使用的施工图。此阶段各种不同的设计再次开始,发展期、预前设计、基础设计和深化设计期。同样可以分为两个阶段:先期设计期或预先设计期、基础设计基。

此时大楼的总体形状已经细化成不同的平面图、截面图和标高图,前面临时用的数据信息已经经过确认或修正。实际使用的方案必须同时考虑到前面的要求,而且符合不同的规范,例如,空间、体积等不同因素而又互相关联的数据必须再次核实,满足业主和设计团队的修改。

建筑类型和材料在业主沟通会上,通常已经确定。其他方面,如内外墙,精装,地面,上下水,硬件设计,石材类型,屋面材料等,也应在此阶段确定。建筑设备与门窗及生产厂家,电梯类型及生产厂家,机械系统,电气设备等同样也应在此期间落实。以上信息录用后,应汇总便于建筑成本的预算。而且各方面的技术专家应充分协作咨询相关当局确保以前调研的舒适性和环境方面满足要求。

根据这些工作的要求,此阶段应称为预前设计。

这个时期的可用数据能够更好地界定结构系统,应含有相关大厦的平面和标高信息,楼层标高具体后,可以更准确的给出物料清单,以这些数据为基础,此阶段应完成以下方面:一份完整的结构覆盖物建材清单和大厦朝向。

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图4总结项目顺序图,时间及进度数据从现在起,可以投入施工,图4 项目设计期图

每期各有特征,有一系列关键的任务,有助于需求信息的汇集及大厦建设及特征深化。

在传统的设计过程中,这些步骤可以理解为线性过程,但是顺序工作程序可能无法在各个分离阶段期间支持任何适当的设计优化工作,这当然导致更高的花费。在这种方法中,建筑师和客户就设计概念达成一致,除了基本材料之外,还包括一般的体量模式,方向,开窗和(通常)一般的外观。然后要求结构,建筑物理,机械和电气工程师实施设计并建议适当的系统。尽管这种过程非常简单,但绝大多数通用设计公司都遵循这种过程。

另一方面,可持续性设计是一个整合的设计过程,他要求设计团队融合不同的设计阶段的迭代重复工作。所以设计团队在整个设计过程中必须保持高水准的沟通,且需要互相配合好并解决此项目中出现的各种问题及关切,因而设计团队的态度很关键,成员之间应在互相合作的大框架下通力协作。

虽然概念设计期和预设一期已经确定,文中仅仅在概念设计时切入了可持续性的议题,尽管因为数据不足,但此阶段被认为设计创新可能性最关键的时期。

3. 指标体系选取,

如前文所述核心指标的目的是为了在概念设计数据不完备时预测大厦可持续性绩效,有关指标的选用关乎环境影响、能耗、寿命期内成本,这些主要影响可持续性作用,而且可以在概念设计阶段预估出来。

3.1 环境影响

环境影响种类由一个单一的指标组成,环境影响综合值,他依次包含七个EN156432:2011分指标。

Table 1: Subindicators describing environmental impact indicator.

IndicatorUnit

Global warming potential, GWPkg CO2 equiv
Depletion potential of the stratospheric ozone layer, ODPkg CFC 11 equiv
Acidification potential of land and water; APkg SO2− equiv
Eutrophication potential, EPkg (PO4)3− equiv
Formation potential of tropospheric ozone photochemical oxidants, POCPkg ethene equiv
Abiotic resource depletion potential for elements; ADP_elementskg Sb equiv
Abiotic resource depletion potential of fossil fu


表1中有列举。这些分指标分别以特征因子或输入流量为基础计入评估,表1是环境影响的分指标.正常寿命估算软件(如SimaPro或Gabi)可以用于估算这些值。在项目概念设计期,准确的数量,或采用建筑技术有待确认中,大厦外墙因素的数据库和寿命期环境影响需要清楚。B&M发表的论文中有可以完成此意图的数据库,它展示了几种建筑因素、材料,对环境说明期的影响,目的是支持设计决策时对大厦环境影响有更好的表现。通过比较,设计师能够确立对环境影响或资源使用较少的方案。

3.2 能源

一次能源总需求描述了运营阶段预测的能源消耗,总结在表2中。


能源消耗指南强调了能源效率的提高和消费的减少[38,39]。因此,应尽量减少对一次能源的总需求,并最大限度地利用可再生能源的份额,同时在建筑物的生命周期中减少不可再生能源的份额。该指标用于估算(i)空间供暖的能源使用,(ii)空间制冷的能源使用,(iii)生活热水生产的能源使用,以及(iv)其他能源使用。为了评估能量性能,需要使用在早期设计阶段计算运行能量的算法。有关热行为和能效的国家,地区或当地行为准则通常是简单的计算程序,可以很容易地用于估算运行阶段的能耗。


Table 2: Indicators describing energy impacts.

IndicatorUnit

Total primary energy demands and share of renewable and nonrenewable primary energy resources (in operation phase)

表2:描述能源影响的指标

3.3 寿命周期成本

描述寿命期成本的指标如表3,建筑成本包含大厦建设期内各阶段成本,这个指标包括,1.物料采购,运输成本,2.建筑设备成本,3.人力成本。通常这些成本以物料、设备清单为基础录入计算,一般发生在建筑寿命期的第一年或第二年。然而,从长期分析出发,可以假定发生在第一年,即项目启动的元年。

表3 描述寿命期成本的指标

Table 3: Indicators describing life cycle costs.

IndicatorUnit

Construction costs/m2
Operation costs/m2
End-of-life costs/m2


维护成本包括发生在大厦服务期内,保证功能正常使用的所有成本。寿命终期是指如果大厦全部或部分拆除,废物搬运到最终目的地成本,这些可以按大纲或实用要求估算。

因而作者将优先使用他以前团队的做法,并采用PulIer和P的方法,用他们的方法进行成本量化估算。

3.4 选用核心指标总结,

为了便于理解,表4总结了文中提出的核心指标。如上图。在项目启动期,共选用了11个指标,前面7个关于环境影响类,如全球变暖或非生物资源消耗等,这些可以通过数据库或建筑要素LCA目录估算出来。第8个指标考察初次能源需求,尽管在设计早期这项指标看起来难以确定,但利用当地热力使用惯例和能源利用效率可以容易计算出。最后3个指标互相关联,3个都表示大厦寿命期内成本预估,这个成本是前期设计期需要主要考虑的事情。一般股东仅仅关注初期投资,而忽略项目整个寿命期内其他导致成本增加的意见。


表4,概念设计期选用指标一览

Table 4: List of selected indicators for conceptual phase.

Environmental indicators

Environmental impact(1) Global warming potential
(2) Depletion potential of the stratospheric ozone layer
(3) Acidification potential of land and water
(4) Eutrophication potential
(5) Formation potential of tropospheric ozone photochemical oxidants
(6) Abiotic resource depletion potential for elements
(7) Abiotic resource depletion potential of fossil fuels

Energy(8) Total primary energy demand

Economic indicators

Life cycle costs(9) Construction costs
(10) Operation costs
(11) End-of-life costs

  (1)全球变暖潜力

(2)平流层臭氧层的消耗潜力

(3)土地和水的酸化潜力

(4)富营养化潜力

(5)对流层臭氧光化学氧化剂的形成潜力

(6)元素的非生物资源枯竭潜力

(7)化石燃料的非生物资源枯竭潜力

(8)一次能源总需求经济指标

(9)建设成本

(10)运营成本

(11)报废成本


4.结论

本文只在项目设计先期确定可持续性评估指标,因而项目设计早期应进行前期研究,确定具体内容。尽管不同文献对这些分期叫法不同,但归根结底,内容基本差不多。经过完成这几个不同期间的任务,以下几点在工作中分析如下:1.概念设计期,客户和设计团队沟通项目目标时即开始,它表示项目初期设计,确定全面系统框架,提供项目前期建筑类型、示意图、平面布置图、正式使用功能。此阶段缺乏具体数据。2.预设计期,开始出施工图,大厦总轮廓细化成不同的平面图、截面图和标高图。概念设计期的假定信息得到确认或修正。一些方法、标准和研究项目一起分析确定最后一套核心的指标。它们从方法上支持,在前期设计的预算和管理。

概念设计期数据模糊,缺少相关信息,这些无法用相关几个指标衡量,特别是从大厦的社会或功能性方面综合考虑,下面建立两组指标:1.核心指标,2.附加指标,。核心指标可以用于概念设计阶段,而附加指标仅用于后期(预设计期)

核心指标考虑到概念设计期信息较少的方面,而另一方面附加指标综合了其他指标。这么说来核心指标由环境影响、能源消耗、成本构成,这些数据可以通过大厦因素数据库得到正常营运时的能耗简单估值,建筑成本估算数据库。

总而言之,通过研究为了项目保证更好的使用功能,在项目设计的一开始即考虑可持续性问题是非常必要的,环境影响和寿命成本通常在概念设计期很容易估算,因为这些要求大厦的信息不多,而社会关注需求考虑一些具体的问题才可以。


原文链接:https://www.hindawi.com/journals/tswj/2014/365364/?from=timeline&isappinstalled=0


文章分类: 酒店
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