行業(yè)資訊
低碳綠色理念下高速公路服務區(qū)建筑設計的探討
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生命周期內(nèi)，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(diào)在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)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生命周期內(nèi)，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(diào)在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)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(jié)能，但綠色建筑側重強調(diào)居住的舒適和健康問題，而低碳建筑更多地以減少碳排放為標準，更多地關注建筑在整個壽命周期中的能源消耗，是 “綠色建筑”理念的前沿體現(xiàn)。綠色首先要保證節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材，這些都是實現(xiàn)低碳的主要途徑，除了固碳和碳捕捉在綠色建筑中沒有或很少反應外，很多措施都是低碳措施。但反過來，綠色建筑注重對室內(nèi)空氣品質、噪音、人文生態(tài)等要求，是低碳建筑所沒有的。
從國際趨勢和中國的現(xiàn)實需求來看，以碳來定量是綠色建筑進一步發(fā)展的必要條件。國內(nèi)外的實踐證明，僅強調(diào)節(jié)能往往導致建筑以高強度的碳排放為代價，全面評估后的綜合效益往往得不償失。而隨著碳強度控制時代開啟，“碳標準”的誕生，意味著未來社會的所有經(jīng)濟行為都會以低能源消耗、低溫室氣體排放為衡量標準，因此，可以把低碳技術策略和目標打造的綠色建筑稱之為低碳型綠色建筑，它們節(jié)能減排、環(huán)保的特征符合低碳社會的標準，推行低碳型綠色建筑將是經(jīng)濟社會發(fā)展的必然選擇。
建筑成本和性能有關，低碳型綠色建筑強調(diào)資源節(jié)約和高效使用，對室內(nèi)外的環(huán)境質量進行提升，因此確實可能會增加造價，但應認識到建設成本的增加，會帶來建筑生命周期成本的降低。據(jù)國外的資料，如果客戶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(jié)水、節(jié)電、節(jié)氣，比普通建筑高出來的建造成本往往5年到7年就能回收。
二、高速公路服務區(qū)建筑進行低碳綠色設計的必要性
高速公路是一種封閉式、長距離運輸方式，高速公路服務區(qū)(Service Area，簡稱為SA)，是伴隨著高速公路的產(chǎn)生而形成的，包括休息、停車和輔助設施三部分，是專門為人、車服務的場所和建筑設施范圍的稱謂。高速公路服務區(qū)一般遠離城鎮(zhèn)，是一個獨立的系統(tǒng)，從這種意義上說，服務區(qū)可以看作是城鎮(zhèn)的補充和延伸，是一個獨特的“小社會”。
高速公路服務區(qū)建筑功能具有特定性和多樣化特征，其能源與資源系統(tǒng)自成一體，與一般的城市建筑大不相同，作為一種特定類型的交通類建筑，在今天經(jīng)濟、社會快速發(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，同時又要基于低碳綠色理念在建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)、建筑的可持續(xù)性上做到更好。
從國外資料來看，歐洲高速公路發(fā)展時間最早，其高速公路服務區(qū)的規(guī)劃建設相當完善。在綠色建筑理念方面，歐洲服務區(qū)建筑主要考慮建筑與環(huán)境的結合，通過綠化將建筑與環(huán)境融為一體；美國是一個高速公路發(fā)達的國家，有不同種類的高速公路，美國政府投資的服務區(qū)房建設施很簡單，沒有高大豪華的主樓，大部分沒有加油站，美國服務區(qū)的設計會綜合考慮到污水、垃圾、雨水處理及文物保護等方面；日本高速公路服務區(qū)則特別注重服務區(qū)與外部環(huán)境的融合與協(xié)調(diào)，其綠化率較高。
我國隨著高速公路工作的重點逐漸由建設向經(jīng)營管理轉移，服務區(qū)無論從規(guī)模、設施、功能、服務質量等各方面，都越來越得到重視。筆者通過對陜西省滬陜高速公路的金絲峽服務區(qū)、福銀高速公路的乾陵、永壽服務區(qū)、包茂高速公路靖邊南服務區(qū)等多條高速公路服務區(qū)的相關調(diào)研及環(huán)境測試發(fā)現(xiàn)，長期以來，服務區(qū)僅僅作為高速公路的附屬設施，無論在前期的規(guī)劃、設計，還是在后期的使用上仍存在不少問題，主要表現(xiàn)在：
1、由于我國高速公路服務區(qū)隸屬于交通部門管理，其規(guī)劃與單體設計也由該部門設計單位完成。而服務區(qū)作為高速公路的附屬服務設施，雖然占地大，但建筑規(guī)模則較小，其重要性并沒有受到足夠的關注，這導致目前所規(guī)劃設計的服務區(qū)缺乏整體設計意識，無論從場地規(guī)劃、單體設計、必要的技術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、服務區(qū)場地規(guī)劃設計存在的問題，一是停車場設計分區(qū)不夠明確、不利于大小車分流和人車分流，用來分隔停車區(qū)的點狀綠化不利于停車劃分和改善小氣候，反而阻礙了有效停車；二是建筑布局沒有順應氣候因素，如有的綜合服務樓面向冬季主導風向，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，所選樹種不能適應當?shù)貧夂颍枰?jīng)常補苗，造成不必要浪費（如圖1所示）。
3、服務區(qū)場地技術層面存在的問題，一是運營中產(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，導致服務區(qū)周邊污染；二是場地排水缺乏設計，由于區(qū)內(nèi)硬質地面多，暴雨時容易造成局地暴雨徑流，而雨水本可以充分利用，彌補服務區(qū)自打井時常供水不足的問題，這在干旱、半干旱地區(qū)尤為重要（如圖2所示）。
4、服務區(qū)建筑設計存在的問題，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(jié)約利用；二是部分服務區(qū)一些服務設施的規(guī)模偏小， 如餐廳、廁所等， 不能滿足高峰時期旅客使用的需求，同時，服務區(qū)職工宿舍面積太小， 這對24h連續(xù)營業(yè)、擁有上百名職工且遠離城鎮(zhèn)的服務區(qū)來說， 是一個非常突出的問題（如圖3所示）。
5、服務區(qū)建筑設計技術層面存在的問題，就是基本上未考慮“四節(jié)一環(huán)保”的要求，因此根本上達不到國家《公共建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定節(jié)能50%的要求，這從我們在實地調(diào)研中對幾個服務區(qū)綜合樓的熱工測試結果（如圖4所示）可以看得出來。
綜上所述，高速公路服務區(qū)由于遠離城鎮(zhèn)，相對封閉，無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區(qū)建筑設計中，不僅可以在緩解服務區(qū)資源緊缺、減少建筑能耗方面起到重大作用，同時對拓展我國在建筑節(jié)能、環(huán)境保護方面的研究領域具有積極意義。
三、高速公路服務區(qū)低碳型綠色建筑設計實現(xiàn)途徑的探討
3.1 合理設置規(guī)模，有效利用土地
服務區(qū)的總體建設規(guī)模是由各類單元用地規(guī)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(jù)規(guī)劃設計交通量的停車車位來確定, 即根據(jù)主線交通量, 計算出服務區(qū)的停車位, 以停車位為基礎計算出服務區(qū)的面積及其他設施的規(guī)模, 將各部分匯總起來, 就是總體規(guī)模。
服務區(qū)規(guī)模設計要有發(fā)展的意識。高速公路連網(wǎng)后車流量遞增速度快，據(jù)統(tǒng)計，近10年干線公路的車流量以每年20％～30％的速度遞增，甚至有的高速公路通車還不到6年，服務區(qū)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，為此服務區(qū)規(guī)模設計應考慮10～15年的發(fā)展前景，可“一次設計，分期實施”，預留發(fā)展空間，在使用中不斷完善。
規(guī)劃應考慮按照不同車輛的停車要求將停車場進行合理劃分，較合理的劃分應該是：客車區(qū)、小轎車區(qū)、貨車及超長車區(qū)及特種車區(qū)。根據(jù)這四類不同車輛的不同要求，規(guī)劃停車區(qū)和牽出道，嚴禁客貨混停，防止超長車倒車停放。各區(qū)之間用綠島隔離，達到美化遮陽的效果；或者利用地形高差自然分隔，也可以防止不同類型車輛混停，這在我們調(diào)研中就有很好的一例（如圖5所示）。停車場可盡量做大，隔離島要少而小，避免影響停車和交通，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。
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3.2 優(yōu)化場地設計，減少環(huán)境污染
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受占地空間的限制，服務區(qū)內(nèi)會最大程度地增加建筑面積和停車場面積，如服務區(qū)規(guī)劃設計充分利用原地貌、地物資源，結合周邊地理環(huán)境進行設計，這實際上將是對自然環(huán)境的開發(fā)和保護，如圖6所示西漢高速公路的秦嶺服務區(qū)即為一例。
服務區(qū)的場地設計應以合理組織車流和人流，滿足并便利各類使用者的功能和心理需要為準則。由于服務區(qū)是同時為人和車提供服務的，因此，在總體布局上特別要處理好為車服務的設施（如停車場、加油站、修理站等）與為人服務的設施（如休息廳、餐廳、公共廁所），以及室外休息庭院之間的關系，盡可能地避免相互干擾，為人的活動創(chuàng)造一個安全、舒適的環(huán)境。總體布局上要有明確的功能分區(qū)，讓使用者能夠清楚地辨識服務設施的各功能要素，并提供便捷清晰的活動流線，避免人流與車流的交叉。
場地排水和污水排放應各自形成獨立的系統(tǒng)，不能混用。對于雨水進行收集，經(jīng)簡單處理后作為中水沖廁、澆灌植被、降溫、沖洗地面和車輛，可以大大緩解服務區(qū)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(tǒng)，例如ETS®生態(tài)污水處理系統(tǒng)，它借鑒自然界水體自凈原理，加入人工強化技術，在系統(tǒng)中營造了一個平衡的自然生態(tài)環(huán)境，是傳統(tǒng)污水處理技術與先進技術的結合。系統(tǒng)內(nèi)部具有高程度的生物多樣性，同時由于其內(nèi)部形成了一種自然生態(tài)平衡，系統(tǒng)的運行具有較高的穩(wěn)定性。
ETS®給用戶帶來的不僅是污水資源化的價值，而且，對于廣大服務區(qū)無法與市政管線相接，而使周邊環(huán)境惡化帶來了新的轉機。ETS®每處理一噸污水費用為0.5元，其低運行費用為用戶節(jié)省了大筆長期投資，產(chǎn)生了較大經(jīng)濟效益，而景觀化的ET®污水處理生態(tài)系統(tǒng)則拉近了人與環(huán)保的距離。經(jīng)過處理的日常污水也可用于灌溉，甚至結合景觀設計形成生態(tài)池塘用水循環(huán)。沒有污染和廢棄物，利用凈化的廢水形成在半干旱地區(qū)難以出現(xiàn)的水景景觀，對于整個服務區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善和人居環(huán)境質量的提高效果顯著（如圖7所示）。
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服務區(qū)內(nèi)的綠化體系應該不僅起到美化環(huán)境、劃分功能區(qū)劃的作用，而且應結合氣候設計，例如在寒冷和嚴寒地區(qū)，種植與冬季主導風向垂直的常綠喬木，可阻擋寒風，這對大部分空間為室外的服務區(qū)尤為重要。同時，樹種選擇應傾向于當?shù)貥浞N，便于成活、成長迅速，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(diào)整建筑布局，達到人性化與地域化要求
在調(diào)研中，發(fā)現(xiàn)當前許多服務區(qū)建筑布局相似、單調(diào)，不節(jié)地、不節(jié)能，針對此種現(xiàn)狀，基于低碳綠色理念，我們提出了以下幾點設計思路：
1、各功能空間在組織時盡量縮短交通路線，減少空間浪費；
2、超市在整個平面中的位置盡可能突出或明顯，以此來提高識別性，吸引消費者，以便提高經(jīng)濟效益；同時規(guī)模要適中，太大太小均不易于經(jīng)營；
3、平面、立面設計推薦使用非對稱格局，以此來打破單調(diào)感；
4、建筑設計時可以結合氣候考慮庭院布局，以此改善微氣候環(huán)境，同時美化環(huán)境；
5、設置一定數(shù)量及規(guī)模的灰空間，以達到室外向室內(nèi)的自然過渡；
6、空間設計時可以考慮“彈性空間”的設計，滿足不同時段的需求；
7、可以考慮在建筑南側使用太陽房，充分利用太陽能。
另外，建筑作為文化之載體，展現(xiàn)人文風采，交通建筑同樣需要表達其文化內(nèi)涵。高速公路的服務區(qū)建筑如何在商業(yè)吸引力和地方鄉(xiāng)土化形式中達到平衡，體現(xiàn)出濃郁的現(xiàn)代風格，并以其簡潔舒展的動感吸引旅客和緩解駕乘人員長期旅行的視覺、生理疲勞，也是高速公路服務區(qū)設計重要的追求目標。
3.4 推進節(jié)能一體化設計，力求高能效、低能耗
服務區(qū)地處城市之外的廣闊地區(qū)，遮擋較少，通過降低太陽輻射、增強建筑的自然通風效果是規(guī)劃節(jié)能的主要方向。由此，在規(guī)劃設計階段就要充分考慮建筑與外部環(huán)境的關系，充分利用自然資源，從總體上為建筑節(jié)能創(chuàng)造先決條件。建筑朝向以及建筑的空間組合關系就是規(guī)劃節(jié)能設計的重點。建筑的主要朝向應迎合當?shù)叵募镜闹鲗эL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。
對建筑師來說，應通過被動式建筑設計手段來實現(xiàn)低碳綠色建筑設計。總體上應立足當?shù)氐牡娜宋摹夂蛱卣鳎ㄟ^風——自然通風和風能利用，光——自然采光和太陽能利用，影——建筑遮陽、構造遮陽、綠化遮陽和新能源構件遮陽，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(jié)能等5種主要“生態(tài)”元素的構造，結合技術設施進行一體化設計。主要措施如下：
1、重點要做好外墻節(jié)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高效成熟的建材，嚴把質量關，精細施工，確保節(jié)能效果。
2、必須采用節(jié)能門窗。門窗框要防止“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窗有良好的氣密性，平開窗的氣密性最好，建議優(yōu)先采用。
3、采用節(jié)能屋頂構造及太陽能吸熱板屋頂和不用能源的可控制的通風屋頂?shù)取?/div>
4、根據(jù)情況靈活選用地源熱泵、水源熱泵、置換式新風系統(tǒng)，地面輻射采暖等新能源采暖和通風技術。
5、少用玻璃幕墻。服務區(qū)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(qū)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，則定能達到并超過節(jié)能50%的要求，這在我們實地調(diào)研后的模擬測試中也得到了證實。
四、結語
作為建筑物，無論在時間和空間上，它的碳排放是影響環(huán)境的主要來源，我們要樹立起先進的低碳文化理念，用低碳標準設計和建造各類建筑物，以有效控制和降低建筑的碳排放，并形成可循環(huán)持續(xù)發(fā)展的模式。構建低碳型綠色建筑代表了當今社會建筑設計領域的發(fā)展趨勢，即自然、和諧、生態(tài)、低碳、宜居，實質上是建筑文化的重大變革和發(fā)展，是后現(xiàn)代建筑的新標志，其深遠意義不可低估。
近年來，我國高速公路有了迅猛的發(fā)展，服務區(qū)作為高速公路網(wǎng)絡中的配套設施，更日益顯示其重要作用。同時，服務區(qū)的建筑設計及其功能布置作為建筑設計領域的一個特定類型也凸顯出其重要性，服務區(qū)建筑的大量出現(xiàn)、服務區(qū)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區(qū)建筑設計研究成為必然趨勢。
本文通過實地調(diào)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區(qū)建筑設計方面存在的問題與不足，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區(qū)規(guī)劃設計理論、提高高速公路服務水平提供幫助。
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6、劉東、段晨、信紅喜，我國高速公路服務區(qū)現(xiàn)狀和未來發(fā)展建議[J]，交通標準化，2008（10）23-27(Liu Dong, Duan Chen, Xin Hongxi, Present Conditions and Future Development Suggestions of Expressway Service Area in China [J], Communications Standardization, 2008（10）23-27(in Chinese))
7、王文錦朱道明 田啟國，論高速公路服務區(qū)的設計優(yōu)化[J]，江蘇交通，2003（4）24-25
作者簡介：
劉啟波（1970-），女，上海市人，工學博士，長安大學建筑學院副教授，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 長安大學朱雀校區(qū)北院09-05信箱。電話：029-82337987；手機：13572508860；電子郵箱：LINKA_0@163.COM
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