1.1 注重生态的建筑设计思想的演变与发展

1.1.1 早期朴素的注重生态的设计思想和实践

1.1.1.1 与注重生态的设计密切相关的一些现代建筑设计思想

19 世纪的建筑师和理论家曾经通过模仿高效率的自然结构、利用地方材料等表达对自然的尊重。所有这一切都体现在从新哥特复兴到工艺美术运动和新艺术运动，再到有机建筑的各种建筑形式中，体现在从拉斯金、勒杜、莫里斯到赖特和阿尔托等人的理论和实践中。 例如赖特将建筑视为“有生命的有机体”，他所遵循的将作品与其时其地环境融为一体的有机建筑设计原则，就已经体现了深层生态学的设计原则。由于设计过程是一个动态变化的过程，所以赖特认为没有一座建筑是“已经完成了的设计”，建筑始终持续地影响着周围的环境和使用者的生活。在《自然的住宅》（The Natural House）一书中，赖特强调了整体概念的重要性，认为建筑必须同所在的场所、建筑的材料以及使用者的生活有机地融为一体（图 1-1）。

如同柯布西埃在《走向新建筑》关于住宅的论述中，显露出他热衷于户外空气和运动一样 ，他的很多设计思想和实践都体现出两个方面的特点：一方面是对一种斯巴达式然而又充满自由的简捷的追求，另一方面是对自然的关照。

像 1922 年设计的不动产公寓大楼（图1-2），设计灵感源自卡尔特僧侣修行，与新精神展览厅等一系列作品一样，所展示的是一种简捷和节俭，而非消费主义的喧嚣浮躁。 同时通过为每一户保留花园这一构想，使居住者更能深切感受到自然的存在：它们无所不在，伴随着日升日落，从巨大的平台眺望那繁茂的树木和植被，体验着季节更替的旋律。

柯布西埃 1925 年提出了“新建筑五点”，其中两点是建筑底层的架空和屋顶花园。依照他的本意，底层架空保证了地面绿地的通畅，屋顶花园则“恢复被房屋占去的地面”，增加绿化，便于充分接触自然 。

柯布西埃在 1930 年至 1933 年发展的阿尔及尔市“奥布斯”规划中，利用一些绵长的多层建筑，取代了常见的街坊组团（图1-3）。他不仅将城市建设在巨大的鸡腿柱上，保持大片绿地的通畅，而且将机动车道占据其中的一层，形成一种复式路网体系，减少了道路占用土地的面积。“房屋在路面以下有6层，在路面以上又有12层，使‘旱桥城市’的概念活生生地体现出来。各层之间隔为 5 米，形成了一块‘人造场地’，每个单独用户可以在其间‘随心所欲’地建造双层单元” ，这种用户双层单元，在柯布西埃的草图中，就像不动产公寓一样，同样布满了绿化带（图 1-4）。

彼得·贝却能认为18世纪晚期的功能主义建筑——例如维多利亚时期的医院建筑，以及早期乌托邦社会主义的构想——如傅立叶的“法郎西斯”（ phalansteres ）规划方案，都值得建筑师进一步发掘其中的含义，成为注重生态的建筑设计的源泉 。

因为前者异常关注建筑与环境条件之间的关系，特别是重视自然通风的利用，因此现代一些高效利用能源的建筑，像肖特·福特事务所设计的英国德蒙特福德大学“女王馆”——机械和制造学院系馆就从维多利亚时期的建筑中汲取了很多灵感，例如通过组织顺畅的自然通风，排出建筑内部各种热加工设备产生的热量，力争满足室内使用者的舒适要求，建成后的使用情况相当良好 （图1-5）。

后者则体现为不仅关心各种数据指标，而且关注于创造活跃的社区。贝却能认为，许多现代住宅社区设计中延续了这一思想，例如拉尔夫·厄斯金设计的位于纽卡斯尔的“拜克墙”（Byker Wall）居住区规划设计，就很好地将住宅小区边界限定与当地的生活模式结合在一起，同时邀请公众参与，将未来的使用者纳入到设计过程之中 ，从而“较好地解决了战前建筑师与使用者之间较少沟通的问题” （图1-6）。

1.1.1.2 适应气候和地域等条件要求的建筑设计研究

气候和地域是紧密联系的两个概念 。人们从来没有停止过对建筑与气候、建筑与地域关系的研究。与注重生态的建筑设计理论和实践相关的研究主要从利用太阳能和被动式制冷等方面开始，以降低建筑能耗为目的。例如为了充分利用太阳光，保证冬季的日照时间，法国住宅部官员奥古斯丁·雷1913年研究了10个大城市住宅日照间距问题，得出了一些结论，例如“莫斯科南北向21米高的住宅，为了保证冬至日两个小时的日照，间距应为105米；而同样高的住宅在华盛顿间距为 42米的情况下，就可以保证3 小时日照……” 。英国皇家建协1932年在协会期刊上发表了主题为“建筑定位”（The Orientation of Buildings）的研究成果。杰夫里·库克认为：“芝加哥的柯克兄弟1933年发明了太阳房，利用收集太阳能解决住宅采暖供热，同时采用密封的双层玻璃减少冬季室内散热量。”

本世纪20～30年代以来，人们对生物圈的科学理解越来越深入。生物学家们认为除了适应性强的人类以外，没有物种能在地球的所有气候带内生存。这向建筑师提出了挑战：如何针对各种不同气候地域的特点，进行适应于气候的建筑设计。因此气候和地域条件成为影响设计的重要因素。

为了应对挑战，建筑师构想出了很多设计解决方案，其中一个比较典型的例子是柯布西埃创造的“遮阳构架”（图1-7），这是一种“国际式和地方式解决方案的杂交，体现了现代的技术和乡下的智慧” 。

所谓“遮阳构架”，实际上就是指将蜂巢状的遮阳构件与玻璃立面结合在一起，以便遮挡照射在玻璃立面上的阳光，是柯布西埃多次去北非旅行，研究了当地的建筑，尤其是摩洛哥当地的木格屏（mashrabīya）和花窗格（Claustrum） 之后创造的。为了保持自己的框架语汇，柯布西埃将木制的格屏和砖制的花窗格替换为现代的产品，即钢筋混凝土框架，并且经历了一个从简单的外部构件到直接整合于建筑结构的发展过程。

这样，遮阳构架与 1928年柯布西埃设计北非迦太基别墅方案时采用的凹入的廊子，成为适于热带高温气候设计语汇的代表。柯布西埃在自己的“自由立面”体系中，增加了新的元素，并将其应用于南美、北非、印度的很多设计方案中，而这种新元素的创造根源正是基于对气候的适应性 。

到了40～50年代，像美国的理查德·纽特拉、路易斯·康、保罗·鲁道夫等，巴西的奥斯卡·尼迈耶、卢西奥·考斯塔等建筑师的许多作品中都充分考虑了气候和地域这两个因素对设计的重要影响作用，尤其是对太阳直射光线的控制，譬如柯布西埃作顾问，由考斯塔和尼迈耶设计的位于里约热内卢的巴西教育部大楼（资料来源：Curtis WJR. Le Corbusier ：ideas and forms.）（图 1-8）。1957 年，维克多·奥戈雅和阿拉代尔·奥戈雅兄弟出版了名为《太阳光控制和遮荫设备》一书，研究了上述很多建筑师的设计，从科学的角度进行了总结归纳。

一、生物气候设计和生物气候地方主义

1963年，维克多·奥戈雅完成了《设计结合气候：建筑地方主义的生物气候研究》一书，首次系统地将设计与气候、地域和人体生物舒适感受结合起来，提出“生物气候地方主义”这样一种符合生物气候设计原则的设计方法 。80年代以来，吉沃尼对奥戈雅的生物气候设计方法的内容提出了一些改进。

生物气候设计的基本原则是通过建筑设计和构造设计，控制一些气候要素对建筑的影响，这些要素包括：建筑物所吸收的以及透入房间内的太阳辐射量，室内的空气温度，室内的气流速度以及水蒸汽压力等。

奥戈雅认为，设计的出发点是人体生物舒适要求以及特定设计地段的气候条件，应该按照上述二者的特点进行适应气候的建筑设计。通过设计，以自然的而不是机械空调的方式满足人们的生物舒适感觉。

奥戈雅方法的出发点有两个：一是特定场地的气候条件，另一个是在特定的地域条件下人体的生物舒适感觉。奥戈雅认为，空调设计所依据的舒适标准过于敏感，而忽视了人们可以随温度的冷暖变化，酌情增减着装的可能。因此恒定的温、湿度舒适标准并不必然是人们最舒适的感受。

这种方法基于一种“生物气候图”，该图包括与周围的空气温度、湿度、平均辐射温度、风速、太阳辐射强度以及蒸发散热等因素有关的人体舒适区。图表的纵坐标是干球温度，横坐标是相对湿度，图表的中部分别标有冬季和夏季的舒适区范围（人对季节的适应性已经考虑在内）。依照具体的气候条件与舒适区的相对位置关系，确定需要采取的设计策略。例如，如果外温处于舒适水平以上的温度范围内，图中标有恢复舒适所需要的风速（结合湿度条件考虑）（图1-9）。

在图表上，舒适区的低限将气候条件分为两类：在此界限以上的部分称为“过热”期，应采取遮挡太阳等措施；在低限以下的部分为需要日照的“低热”期。这样确定气候类型之后，根据图上的标示就可以判定通风、蒸发散热及遮阳或日照等方面为满足舒适的需要量。

依照此种设计方法进行的一般设计过程是以满足人体的生物舒适感觉（冷、热、干、湿等）作为设计出发点，注重研究气候、地域和人体生物感觉之间的关系，建筑设计应遵循的过程是（图 1-10）：

1.调研设计地段的各种气候条件，例如温度、相对湿度、日照强度、风力和风向等构成地域年平均气候特点的因素。

2.结合人体舒适图中标识的舒适区域，评价每个气候条件对人体生物舒适感的影响。

3.采取技术手段解决气候与人体舒适之间的矛盾，应该在环境气候条件最不利时，能提供一定的补偿。例如建筑的选址和定位、建筑阴影范围评价、建筑形式设计、引导空气流动和保持室内温度近似恒定等。

4.结合特定地段，区分各条件的重要程度，采取相应的技术手段进行建筑设计，寻求最优设计方案。

生物气候地方主义理论系统地对地域气候的通风、日照等因素进行了充分的研究，提出一些策略。遵循这些策略，就可以设计出适合特定地域气候条件，同时又可以满足人体生物舒适感设计方案。这种理论较大地影响了以后注重气候的建筑设计，例如70年代德国适应气候和节能的建筑研究 。

吉沃尼认为奥戈雅的方法存在一定的局限：这种方法对于人体生物感受的分析是基于室外的气候条件，只适用于潮湿地区，因为潮湿地区的白天通风必不可少，因此室内外条件相差不大。 为了正确反应人体室内的生物感受，吉沃尼以炎热气候地域和地中海气候地域为研究对象，采用应用热应力指标（I. T. S）来评价人们对舒适的要求，由此确定相应的设计策略。

吉沃尼改进后的生物气候设计方法的基本过程如下：

1.分析气候条件。根据产生夏季过热、冬季过冷以及雨季期间的潮湿等问题（根据气候特点，在一年的不同时期，设计要求的侧重点会有所不同），分析气候特点。一般而言，室外温度、水蒸汽压力和风速等，均应该按照最热和最冷月的资料拟制。

2.在炎热气候条件下，选择设计方案。首先对于用以下两种方法所得到的室内舒适条件进行对比性检验：其一为采用有效的通风，其二为降低室内的温度，使之低于室外水平，比较的标准是使用者感受到的热应力——以汗蒸发量造成的体重减轻量表示。

如果利用通风可以达到舒适水平，那么建筑设计和构造材料选择的主要目标是提供良好的通风。

如果通风不足以满足舒适要求，或由于某种原因，不希望白天进行通风，则可以采用第二种处理方法使得室内温度降至低于室外的水平，这时建筑设计和构造材料选择的主要目标是降低室内的温度。

3.采用建筑生物气候图选择具体的设计策略。吉沃尼针对不同的温度变化幅度以及水蒸汽压力组合成的环境条件，把凭借通风、降低室温、蒸发散热或空调等方式的适用范围均表示在一个图上，即所谓的建筑生物气候图 （图 1-11）。图中边界线N表示夏季舒适区，边界线N'表示可接受的范围。当水蒸汽压力为20mm汞柱和5mm汞柱时，温度上限分别为26℃和28℃。边界线M和M'分别表示在没有通风的时候，单凭调整室内温度可以达到的舒适范围，其中M和M'两区内的上限温度和水蒸汽压力成反比关系，分别由水蒸汽压力为17mm汞柱时的31℃和33℃，变为5mm汞柱时的37℃和39℃。边界线V和V'表示用通风的方法可以达到的舒适范围，其中V'适用于由中等热阻到高热阻、外表刷白的建筑。此二区所扩展的范围分别是 25mm汞柱时，温度分别为 28℃和 30℃，在 5mm汞柱时分别为 30℃和 32℃。

吉沃尼认为，如果气候条件超出了所有这些可用通风、建筑材料选择或蒸发散热的办法来保证室内热舒适的范围，就必须采用机械制冷或空调措施。

奥戈雅和吉沃尼提出的方法没有本质的差别，都是从人体的生物气候舒适性出发分析气候条件，进而确定可能的设计策略，只是二人采用的生物气候舒适标准有一定的差异。但是正如吉沃尼自己所承认的那样：“建筑生物气候图”本身是不精确的，当实际的气候条件与拟制该图表所假设的气候条件有出入的时候，像其中的温度变化幅度就可能会超出图表中所标示的范围。因此图表上各个区域的界限只是提供各种可能和适用的热控制方法。

实际的生物舒适感受应该与特定气候和地域条件结合起来考虑，同时应该充分兼顾建筑师可能采用的各种被动式制冷或供暖设计策略

对于注重生态的建筑设计而言，这两种方法都值得重新评价和借鉴。已经有人在进行这一工作，例如马来西亚建筑师杨经文就提出了“生物气候摩天大楼”（Bioclimatic Sky scraper）的概念，并且结合热带气候的特点，进行了非常成功的设计实践 。

二、关注气候的不同设计策略

建筑的一个主要目的是改变微气候，建造的目标在于创造适合于人类生物舒适感受以及生存的环境。工业社会来临之前，人类依赖自然的能量资源和可以获得的地方材料，结合个人的生物舒适感受需要，营建自己的住宅，并且已经学会如何适应于周围的气候条件。就如同中国传统的风水理论一样，很多适合于气候和地域条件的设计策略并不是精确科学计算的结果，而是来自数代人的试验，通过试错的方法和类比的设计方法 ，保留设计中的有效部分并流传下来，例如对场地的选择、建筑的定位和材料、建造方法和设计的选择。而如果传统建造方法中的一个元素被改变的话，可能会因此而影响原有解决方案的合理性。

所以对于适应气候的建筑设计而言，必须对各种传统设计解决方案进行科学的评价，没有经过这一过程就放弃传统设计策略是非常不明智的。尤其对于像中国这样一个仍然处于发展阶段的国家而言，要充分利用自然能源，减少对日益紧缺的不可再生能源的利用，获得适宜的居住环境，明显地需要进一步发展传统的、基于自然资源的建筑设计方法和策略。这一方面的研究工作已经取得很大的成就，比如70～80年代很多人从事的生土建筑研究 ，以及夏云教授等人对窑洞民居的改进 ，林其标教授对亚热带气候地域中国传统民居设计的归纳和总结 ，黄薇结合荒漠气候地域的特点对喀什地区民居的研究和发掘等 。

由于地理和气候条件的复杂性，存在多种气候类型的划分方法。为了分析的方便，本书将地球上的地域大致分成四个不同的气候条件类型：干热气候、湿热气候、温和气候和寒冷气候 。其中比较富有挑战性的是干热气候、湿热气候和寒冷气候条件的设计研究，很多建筑师在40～50年代注重气候和地域条件研究的基础上，进行了深入的研究和实践。比较有代表性的是：干热气候地域的埃及建筑师哈桑·法赛，以湿热气候地域建筑研究为主的印度建筑师查尔斯·柯里亚，高寒气候地域的瑞典建筑师拉尔夫·厄斯金。之所以选择他们的设计思想和实践进行分析研究，是基于两个原因：第一，他们的设计思想和实践经验都非常丰富，而且对于气候和地域条件的研究，保持了一定的连贯性；第二，他们分别代表了不同气候地域的设计研究，而且有各自的侧重点：法赛侧重于对传统建筑进行再发现，并结合这些成果修正现代建筑在干热气候地域的一些设计策略，例如前面提到的“遮阳构架”；柯里亚围绕着“开放向天”的空间概念，提出了几种控制气候的设计策略；厄斯金则提出了适应气候的“形式和构造设计”的设计思想。

（一）对当地传统建筑设计方法和策略的再发现和提高

为了科学地评价传统建筑技术和方法的作用，必须引入其他学科如农学、空气动力学等的研究成果。这是法赛进行建筑设计研究的一个根本出发点。

法赛设计研究的另外一个出发点是建筑师必须对周围环境负责，充分考虑周围的“环境脉络” 。因为“人是有机生态系统中的一员，同周围环境不断地相互影响，相互改变”，而建筑像植物一样“处于周围环境的影响之下。当地的气候和周围环境塑造着建筑自身” 。建筑师是将一个新的元素引入周围的环境中，而这个环境本身已经处于长期的平衡之中，因此必须对建筑的周围环境负有责任。

为了说明气候对各种传统建筑形式的影响 ，同奥戈雅一样，法赛研究了屋顶随不同气候地域而产生的变化，认为这是气候造成建筑形式不同的一个主要体现：人字坡屋顶的坡度随着降水量的减少而减小；在北欧或其他需要承载大量积雪的地域，屋顶坡度较大；而在阳光充足的南方，屋顶坡度逐渐下降；在炎热的北非海岸国家，屋顶几乎是平屋顶，可以供人作为睡觉的舒适场所；在热带雨林地域，屋顶重新变得陡斜，以便于排水 。

另外，在埃及、伊朗、印度和巴基斯坦，深深的凉廊（loggia）、保护性的阳台和出挑，都会在墙面上形成大面积的阴影，而木制或石雕的格子窗遮挡了阳光，同时又不阻挡微风的吹入。这样的设计体现了热带建筑的特征，可以满足人们在外部环境过热的条件下的生物舒适感觉。

对于干热和暖湿地域的建筑设计和规划而言，建筑师需要解决两个方面的设计问题：一方面保证建筑防护，减少热量的吸收；另一方面提供足够的制冷。

法赛指出，由于现代形式和材料的方便性，使得很多热带地域建筑放弃了解决当地气候对人体影响的传统设计策略，转而采用一些“国际式”建筑设计策略，例如使用“遮阳构架”这种钢筋混凝土框架加上大面积玻璃窗和通风的遮阳墙（图 1-12） ，在热带气候的现代建筑立面上出现了许多这样的设计 。虽然这种措施比起实墙来说，对气候的调节有所改进，但是调查表明，当遮阳构架处于阳光暴晒之下时，具有较高热容量的混凝土被慢慢加热后，热量会随着空气的流动，传导到建筑室内 。

因此，法赛重新评价了埃及传统建筑中的很多适应气候的设计策略，并得出结论：通常而言，与一些现代技术手段相比，这些设计策略往往能够同人体的生物舒适要求相协调，同生态环境保持协调。

具体设计过程是：

1.在发明和采用新的设备之前，借助于现代物理学和人体科学的成果，如材料技术、物理学、空气动力学、气象学和生理学，充分评价传统建筑解决上述两个问题的设计策略。

2.采用、修改或发展这些策略，保证它们适合于现代的需要 。

法赛从建筑影响微气候的7个方面：建筑的形态、建筑定位、空间的设计、建筑材料、建筑外表面的材料肌理、材料颜色和开敞空间的设计（街道、庭院、花园和广场等），分别对传统建筑设计策略进行了评价，并提出了发展后的设计策略。

例如从建筑材料研究的角度出发，法赛重新评价了土坯砖的价值 。

从建筑细部设计研究的角度出发，法赛重新评价了木板帘（Mashrabīya）、捕风窗（malqaf）和拱顶等传统建筑设计手法的作用。

对于建筑群体的遮阳来说，可以通过在街道上加建屋顶获得。这样的做法在北非一些古老的绿州村落和城市中经常可以发现（图 1-13）。

对于单体建筑而言，附加的阳台、有顶的凉廊或开敞的走廊、游廊都可以起到遮阳的作用。

而建筑细部则可以采用百叶窗、遮阳构架 和传统的木板帘（图 1-14）。法赛深入比较分析了三者的特点（表1-1）。

① Fathy H. Natural Energyand VernacularArchitecture：principles and exampleswith reference to hot arid climates. Chicago：TheUniversityofChicagoPress，1986.45。一般的玻璃允许波长较短的紫外线辐射和可见光的入射，遮挡波长较长的红外线或其他的热辐射，因此暴露在阳光下的房间，玻璃会吸收太阳光线中的辐射热量。法赛认为：如果暴露在阳光下的房间玻璃面积是3×3m ² ，在白天的大多数时间中，每小时吸收的太阳光线中的辐射热量是2000千卡。光线照射室内的物体，包括墙、地板和家具，物体吸热，辐射出玻璃阻挡在室内的红外线，产生积聚热量的作用，产生温室效应。每小时需要2t的制冷剂。Olgyay V. Design with Climate：Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism. Princeton：Princeton University Press，1963.指出了各种不同材料、不同位置和不同形式的遮阳构件的遮阳效率。

在沙特阿拉伯的一座现代别墅中，法赛将木板帘设计在接待男宾的主接待室的上部，其他布置在相邻房间的周围（图1-17），右侧为捕风窗。因为接待室的中央部分较高，高出的部分暴露在阳光下，使屋顶的温度升高。中央部分内温度较高的上层空气，从中央部分高处的传统木板帘中流出。上层气温虽然高，但不会影响人体的舒适感受，因为天花板实在是太高了。低层的空气向上流动，而所有空气的来源是捕风窗。事实上，即使室外没有气流，各种开口的设计同样可以保证室内空气的流动。这种将接待室布置在建筑中央部位，其他房间分布在周围的做法非常重要，它利用气候缓冲区保护中央部位，减少外部热量对接待室中央部分的影响，保证接待室上层和下层空气之间的最大温差，促进了室内空气的循环（图 1-18）。

密集的建筑聚落，会对风的流动产生影响。因此干热和暖湿地域的人们发明了捕风窗（malqaf），这样高于建筑的风可以被捕风窗引导入室内。所谓捕风窗就是利用杆件支撑起高于建筑又迎向主导风向的片状构件，利用片状构件截住高于建筑的气流，因为同地表比较起来，高处气流温度低，流速快。所以捕风窗将风利用风道引入建筑室内，满足了普通窗户通风和保证室内空气流动的功能要求。

捕风窗的另一个价值体现在暖湿气候地域的高密度城市中。在这样的地域，人体的舒适度很大程度上依赖于空气的流动。因为密集的建筑体块在街道层面减弱风的速度，并且互相之间会产生对风的遮挡。在这种条件下，普通的窗户对于通风来说是不够的，使用捕风窗可以修正这种情况。

因为捕风窗的尺寸比建筑立面的尺寸要小的多，因此，高出建筑主体的捕风窗互相遮挡的可能性比建筑主体之间互相遮挡的可能性要小得多（图1-19） 。

为了控制屋顶散热对室内的影响，法赛在对传统建筑的研究中，发展了两种设计策略：

1.屋顶敞廊的利用。轻型屋顶覆盖出一个起居空间，在现代设计中已经发展为利用种植棚架构成屋顶花园 ，而屋顶花园需要进行相关的荷载设计，以便保证结构的安全，另外还要进行防水层设计，对于法赛所关心的“为穷人的建筑”来说，这种做法花费的代价过大 。干热地域的绝大多数人负担不起由此带来的经济负担，因此寻求出一种更为节约和简单的传统设计方法：将屋顶设计成凉廊或开敞的廊子，廊子上面的屋顶是轻型结构。这样就提供了双重功能：遮挡白天的太阳（这是一种垂直方向的遮挡——侧墙，和水平遮挡——轻型屋顶的结合）；为人们在夜间提供舒适的睡觉场所 。

2.拱顶和穹顶的利用。法赛认为在干热和暖湿气候条件下，拱顶和穹顶的优点在于：①室内高度有所增加，人们头顶富裕的空间，可以保证热空气的上升和聚集在远离人体的位置；②屋顶的表面积有所增加，太阳辐射作用在扩大的面积上，平均的辐射强度相对降低，屋顶吸收的平均热量下降，因此对室内的辐射强度有所减少；③在一天的多数时间段，一部分屋顶处于阴影区，可以吸收室内和相对较热的屋顶部分的热量，将其辐射到阴影区内温度较低的空气中。最后一种作用对于穹顶屋顶来说，效果最为明显（图1-20）。

法赛还改进了一些传统的降温设计策略。例如在一些传统设计中，利用气流通过地下室的水池上空而进行降温，但是这种方法的效率很低。法赛的改进策略是借助于发明的一些附属设备，提高空气的流速，既保证卫生，又保证热舒适，例如增加捕风窗的尺寸，同时在导风通道中悬挂浸湿的织物，既可以增加空气的流速，又可以提高冷却效率（图1-21）。

法赛用于降温的另一个设计策略是采用内庭院。在干热和暖湿地域中，内庭院的作用主要是：

1.当夜幕降临时，庭院内的空气由于白天直接受到太阳辐射加热，间接受到建筑的加热而上升，被上空的冷空气所替代。冷空气积聚在庭院中，形成空气的层流。并逐渐渗透到周围的房间中，发挥冷却作用。

2.早晨由于四周墙壁遮挡日照，庭院中的空气和周围的房间升温较缓慢。因此庭院上空的热空气不能进入庭院，只是在庭院中生成涡流。这样庭院被视为“蓄冷的水库” 。

大的庭院所起的作用是“蓄冷的水库”，狭小曲折的街道所发挥的作用同庭院基本相同。正因为狭窄曲折，不仅遮挡了阳光，而且可以保持温度较低的空气。因此法赛的规划设计偏重于外部街道广场、开敞庭院、内部庭院的设计元素体系。

为了保证对流空气的稳定，法赛对庭院概念进行了修正，引入了传统建筑中的凉廊。这是一种位于地面层的有顶室外休息空间，位于庭院和后花园之间。完全向庭院开敞，与后花园之间隔着一层木板帘。由于后花园较大，而且开敞没有遮挡，因此随着后花园热空气的上升，从较为凉爽的庭院中引入空气，创造了冷气流（图1-22） 。

（二）以“开放向天”的空间为中心的适应气候的设计策略

与法赛一样，柯里亚认为过去和现在的很多乡土建筑，体现了对气候的适应 ，他以一种从传统印度建筑中发掘出来的“开放向天”的空间（Open - to - sky space）为中心，形成了很多适应气候的设计策略。“开放向天”的空间一方面是指实体性的露天或半露天的空间，像庭院、阳台、屋顶平台以及内廊等，另外一方面是体现了一种印度特有的利用室外和半室外空间的生活方式。 所以他会在一般人认为庭院具有调节微气候、影响土地利用模式之外，格外重视庭院对人们生活模式的影响，而且会强调“在热带气候条件下，空间就如同钢筋混凝土一样是一种宝贵的资源” 。柯里亚认为，住宅比其他建筑类型更易于受到气候的影响，因为大多数居住者并不能够负担得起办公室建筑和其他建筑类型所采用的空调系统 。

因此，以住宅为研究对象，柯里亚从对传统建筑和印度气候的分析入手，发展了一系列适应于气候的设计策略，而这些策略可以认为是围绕着“开放向天”的空间这一中心，同时又分别适应于不同的气候要求：

1.走廊围绕主空间。这一设计策略适用于干燥而且冬季寒冷、夏季炎热的气候条件地域，主要利用周围的走廊和附属空间，包围中央主要使用空间，为中央的主要空间提供防护，是从印度传统有平台平房（Bungalow）的一些设计原则中抽象出来的（图1-23）。如果从剖面分析，坡屋顶的构造使得中央主空间的天花板高于周围走廊。适应气候的特点是在印度雨季季风性气候条件下，围绕主空间的走廊为建筑提供了气候防护，这样门窗可以保持开敞，利于通风。

在斋蒲尔的住宅设计中，采用了这一概念。主空间分成两个区域：中间的起居空间和稍微外围的卧室和餐厅。外围走廊被3个花园打断，以利于主空间的采光和通风。同时在斋蒲尔干燥气候条件下，利用植物作为天然加湿器。

2.空气对流散热。这一设计策略适用于干燥而且冬季寒冷、夏季炎热的气候条件地域，适用于平行承重墙的建筑体系，例如联排式住宅。

联排式住宅的优势在于：两侧外墙的建筑热交换较少，几乎可以忽略不计。而利用对流通风的作用，可以在一定程度上改善微气候。

例如，1961～1962年为古杰拉尔邦住宅部设计，建造于阿姆拉巴德的低造价住宅。除浴室以外，室内所有的位置都没有设计门窗，而是利用室内高差的变化营造住宅建筑所要求的私密性。这样既可以减少建筑造价，同时可以改善室内通风效果。从剖面可以看出，利用烟囱效应产生的热空气对流，可以加速室内空气的流动（图 1-24）。

1962～1964年建成的莱姆克里那住宅，是应用同一概念的较大的建筑。

1967 年设计的位于科塔镇的东方电缆公司职工住宅方案中，利用棚架遮挡太阳光线，以此减少屋顶吸收的太阳辐射热量。因为厚屋顶被加热的速度较慢，但是蓄热能力较强，一旦被加热，就会缓慢地向室内释放所吸收的热量，造成夜间或者白天的后一段时间，室内温度升高，导致人体产生不舒适感。而太阳光线被遮挡以后，可以大大减少太阳辐射对屋顶蓄热的影响。如果将遮阳棚架架高，可以获得两个适应于气候的特点：①可以利用空气的对流，产生气流，使得人体的舒适区域适当加大；②可以利用架高的棚架构成屋顶上人平台。

在科塔镇住宅的规划和设计方案中，柯里亚发展出两种剖面类型：夏季剖面和冬季剖面。所谓夏季剖面，是指类似金字塔形的室内空间剖面形式，这样室内空间同天空的接触较小，减少室外太阳热辐射对室内空间的直接影响，可以在一年中的夏季使用，或者在一天中的白天使用。所谓冬季剖面，是指类似倒金字塔形的室内空间剖面形式，这样室内空间向天空开放，可以充分接受室外的太阳热辐射，可以在一年中的冬季使用，或者在一天中的夜晚使用（图1-25）。

这些剖面概念在阿姆拉巴德的帕里士住宅设计中得到了实现：为了适合于东西向较宽的场地，夏季剖面夹在冬季剖面和服务空间的中间。在 1968 年设计的位于阿姆拉巴德的建筑师自宅方案中，为了适合南北长，东西短的场地，夏季剖面和冬季剖面呈线性顺序布置。

3.中央空间作为通风管道。这一设计策略适用的气候条件不同于前两种设计策略，而是适用于需要穿堂风的地域。主要是利用建筑的中央部分作为通风管道，可以从布置在周围的主空间中拔风，促进室内空气的流动（图1-26）。

1959～1960年建成的位于古杰拉尔邦白夫那佳的商人住宅和1960年设计的位于阿姆拉巴德的哈金森住宅。在这些设计中，中央空间实际上是次空间，作为交通枢纽存在。从气候控制的角度分析，次空间是利用温度差异促进空气对流的管道。

4.中间区域。这一设计策略适用于湿热气候地域，例如孟买附近的滨海地域。因为在上述滨海区域，建筑朝向以西向为主，因为这是大海的方向，也是主导风向和主要景观的朝向，因此需要朝西开窗。然而西向又是季风的方向，同时受到太阳西晒的影响，因此柯里亚创造了中间区域的概念。

所谓中间区域是指在居住区域与室外之间创造一个具有保护作用的区域，遮挡下午的阳光，阻挡季风的影响，中间区域主要由两层的花园平台构成。

这一概念的发展延续了三代：1958 年设计的宇宙城市公寓，1962～1963 年设计的伯依司住宅，1970 年设计、1983 年建成的孟买干城章嘉公寓 （图1-27）。

5.分散组织。这一设计策略适用于湿热气候，主要是将建筑的各个功能分解成一系列单元，保证通风的顺畅。1958～1963年，甘地纪念博物馆的设计和1967～1969年建造的帕特瓦汗住宅都采用了这一策略（图1-28）。

（三）适应气候的“形式和构造”

厄斯金设计拜克墙小区时，主要策略是设计过程中公众的充分参与。但是，对于注重生态的建筑设计研究而言，更有借鉴意义的是建立在“形式和构造”基础上，适应气候，追求经济和能源的节约。如果对厄斯金的理论和实践进行再发现，那么至少可以发现以下四点，会对今后的研究有所启发：

1.在寒冷气候和干热气候条件下，适应这两种极端气候条件的建筑技术手段应该是相似的 。厄斯金认为，从人们不同季节生活体验的角度看来，寒冷气候地域与干热气候地域之间存在着显著的差别，但是如果从热运动的物理特性、雪或沙的飘移、植被的分布等角度分析，两种气候地域的条件又是极其相似的。对于建筑而言，采取措施减少建筑与外环境之间的热交换，同热量的传递方向没有关系：热量是从内向外传递（寒冷气候），还是从外向内传递（干热气候），没有任何区别。因此，适应上述不同气候的技术手段应该是相同的。厄斯金还认为，通常在传统建筑中，两者的表现是不一样的，原因在于交流不便和两种气候之间种族迁移的不可能性。

厄斯金依据这种方法设计了类似干热气候地区阿拉伯住宅的北欧住区，并且在后来的拜克墙住宅区的设计中将其实现（图 1-29）。似乎可以作为此种论点的一个佐证是鲍罗·索勒里在美国亚历桑那州设计的自宅：在干热的荒漠气候条件下，同样采用了半球形的体量，而且墙壁厚实，由石头筑成，构造以封闭为主（图 1-30）。

2.减少能耗的手段，从控制建筑单体的体形，转向控制形式和设计构造节点。在厄斯金的早期实践中，为了减少建筑能量的对外耗散量，采用了很多人研究过的建筑体形系数的概念：在相同体积下，球体的表面积最小，立方体次之。既然建筑环境中的得、失热发生在与外环境接触的表面，那么在极端的气候条件下，建筑应该采用类似的形式。因此，厄斯金的早期设计采用了半球形设计，类似于爱斯基摩人的冰屋。后期的厄斯金从草图到设计，基本上放弃了这种方法，而是采取了两种策略：针对气候调整建筑设计和构造设计；针对特定地域，规划设计方案，利用空气动力学特点，阻挡不利的冬季风，引导有利的夏季风。

厄斯金所采取的具体设计策略包括：①北侧布置次要房间，同时开小窗或不开窗，南向开适当尺度的窗户，争取入射阳光。而像阳台和挑台这些建筑挑出主体的部分，脱离主体的构造，独立形成体系，防止冷桥现象的出现，减少主体建筑的散热。②将板式高层建筑布置在冬季主导风向，低层布置在夏季主导风向，减轻极端气候的影响（图 1-31）。

3.关注季节旋律的变化。厄斯金是英国人，并非土生土长的北欧人，但是他发现了北欧人的生活随季节的变化：冬季室内活动，秋季和春季在住宅周围活动，而短暂的夏季时节，北欧人则充分享受自然的乐趣，进行各种室外活动。因此，他的设计因应了这种季节的变化，分别在住宅周围为人们设计了不同时节的活动区域（图1-32）。

4.建筑室外空间要适应气候特点。厄斯金以瑞典斯德哥尔摩的市政厅广场同威尼斯的圣马可广场为例，说明建筑室外空间应该充分考虑适应不同的气候特点 。应该说从美学角度来评价，二者都非常出众，但是威尼斯广场适应意大利的气候，人们可以在一年的绝大多数时间里，享受拱廊和室外咖啡座的乐趣；而在斯德哥尔摩市政厅广场，由于一年中人们室外生活的时间本来就有限，深深的拱廊不仅不能够使人们感受到室外休憩的快乐，在绝大多数时间中，反而使人感到阴冷。

同样的外廊和广场空间形式的两种不同结果表明，对于气候的考虑，应该扩大到建筑室外空间的层面。

1.1.2 注重生态的建筑设计的两种倾向

除了朴素的注重生态的建筑设计思想和实践以外，注重生态的建筑设计研究主要存在两种不同的倾向，一种是乡村类型的生态建筑理论与实践，另外一种是城市类型的生态建筑理论与实践 。

乡村类型与城市类型的划分借鉴了吉奥格·西默尔的定义：根据对感官信息的处理方式的不同，他将人分为两种类型：乡村类型和城市类型 。按照勃罗德彭特的划分，两种类型的代表是所谓的“生态学家”和“未来主义者” 。对于注重生态的建筑设计研究而言，他们恰恰分别代表了注重生态的建筑设计理论发展演变初期的两种倾向，与注重生态的建筑理论和实践的发展，存在着密切的关系。

类比于这种划分方式，可以将注重生态的建筑设计理论和实践划分为两种类型：乡村类型和城市类型。需要指出的是，之所以采用“注重生态的建筑设计”这一概念的原因有两个：第一，生态建筑的称谓自60年代以来就已经存在，但是“目前还没有重要统一的生态建筑理论或者被普遍接受的生态建筑的概念定义” ，生态建筑还不具备一种建筑类型所拥有的明确的内涵和外延。第二，论文中列举的很多实例只是在某一个或者某几个方面采取了注重生态的设计策略。

如果从二者设计的基本出发点分析，乡村类型注重生态的建筑设计理论与实践与所谓的“生态决定论”的观点存在着某些一致的地方，城市类型的生态建筑理论与实践与所谓的“技术决定论”的观点亦是如此。这一点与西默尔的观点是相符合的：城市类型注重生态的建筑设计开始的出发点是对“未来所持有的乐观态度”，而乡村类型的生态建筑设计开始的出发点是对“未来所持有的悲观态度” 。当然，随着实践的发展和研究的深化，尤其是由于可持续发展思想的影响，二者正逐渐融合于这一背景之下。

乡村类型注重生态的建筑设计萌芽阶段受到“生态终结论”影响，而对周围的自然环境采取一种“完全保护”的态度，直到现在还有一些人士认为不经改进的原始的游牧民族的蒙古包和黄土高原的窑洞等完美地体现了生态建筑的设计要求。 应该指出，这是一种绝对自然保护的观点，也是一种比较消极的态度，并没有占据“乡村类型”注重生态的建筑设计理论与实践的主流。

“生态终结论”的观点号召“回到自然界”，号召“稳定”地球上的科学和技术。他们的理论同人类对自然界、对自然条件和自然资源的主动性有“极限”、有“限度”的思想有一定的联系，主要受到以罗马俱乐部的名义出版的一些著作中所一贯倡导的“极限”和“限度”思想的影响。

在很大程度上，乡村类型注重生态的建筑理论和实践的发展受到生态学家、生物学家和一些哲学家的影响，因此表现为重视理论研究，从生态学的角度出发，理解建筑设计，因而对注重生态的建筑设计理论的发展与完善作出了较大贡献。但也正是因为如此，很多理论与建筑设计实践的结合不够紧密，表现为提出各种宏观、笼统的设计策略和原则，令建筑师难以把握，无所适从。

1.1.2.1 受60年代以来绿色运动影响的注重生态的设计理论和实践

自20世纪60年代以来，对于未来能源的关注使得人们对可再生能源发生了巨大的兴趣：像太阳能、风能、水利以及对动植物产生的废物的利用。

60年代初期，大多数太阳能建筑只是实验性建筑，只有少数应用太阳能的先驱者设计和使用太阳能建筑，鲍罗·索勒里是其中之一。他最早将生态学同建筑学的概念结合在一起，创造了“城市建筑生态学”（Arcology）的概念和理论，力图用新的符合生态原则的城市模式取代现有模式：设计一种高度综合、集中式的三维尺度的城市，以提高能源、资源利用效率，减少能耗，消除因城市无限水平扩张而产生的各种城市问题的负面影响 。

绿色运动的主要推动力量并不是建筑师，而是一些生物学家、生态学家等，但是归根结底却促成了很多不同文化、不同种族、不同职业的人们的共同思考和行动，促成了观念的转变：从人本中心论转向人与自然的和谐。

将绿色运动推广到世界范围的是一部1962年出版的重要著作：《寂静的春天》，作者是蕾切尔·卡逊 。卡逊是一位为了拯救受到人类社会工业和文明破坏的自然世界，而进行抗争的领导者。作为生物学家、生态学家、教师和作家，在她的四部著作中，着重描述了由于广泛使用像DDT这样的杀虫剂所带来的对生物链的巨大的破坏。由于在环境食物链中的逐步聚集，DDT对于范围很广的生命物种具有毒性，例如，它使得一些鸟类的蛋壳变薄，像金鹰和隼都变得易受伤害。所有这些都会导致一些物种的灭绝。卡逊使许多不同文化的人们认识到，人类共有的自然遗产正面临巨大的危险，全球性的行动对于救护这些共有的自然遗产而言是必需的。1972年，许多国家开始禁用DDT，但是许多种群已经濒于灭绝。有些种群仅仅是刚刚开始恢复中，因为DDT在生物链中的残余，要过许多年才能彻底降解。

生态学的一个基本的原理是：任何事物不能够从与其他事物的关系中分离出去。它们可能会从一组自然的关系中，例如野外自然的环境中，被转移到一组人为的关系当中，例如实验室或其他人为的环境中，但是当这些关系改变后，事物本身亦会发生变化。自然的关系不可能通过实验室条件下的人为关系去研究，因为这种关系的转变，会影响生态系统的变化。因此，研究事物与其固有关系相分离的努力是建立在一种误解的基础之上的，这种误解就是：万物都是作为独立的实体而存在，只是在偶然的情况下，才彼此产生关联。

深层生态学可以视为一种积极的生态世界观 。它强调作为一个整体，地球上的生态系统具有相互依赖和统一的特性。各个生态系统的价值存在于这个完整的体系之中，而不是存在于每一个单个的造物中。个体是作为这个整体的一部分存在的，只有将它们放置在整体复杂的关系网络中，才可能体现个体的价值。

深层生态学另一个观点体现在如何理解人与自然的关系问题上。深层生态学的观点同以往的主流观点截然相反：在西方社会的主流观点是强调人与自然的分离。这种分离的观点是二元论所特别强调的。但是进化论的观点同样赞同人是自然最优越的产物，而正是由于这一高级生物的缘故，其余物种才有可能存在。总之，这些观点认为，人类在一定程度上是凌驾于自然之上，或者至少是凌驾于自然的其他物种之上，并有权力随心所欲地塑造自然。他们对于自身的基本理解局限于如何超越自然，而不是如何与自然融为一体。深层生态学的观点反对上述这一切，认为人类的这种自命不凡不仅是错觉，而且是人类的各种毁灭性行为的祸根。深层生态学的观点认为，人类只不过是世界上诸多物种中的一个，既不比别的更好，也不比别的更坏。在地球的整个生态系中，人类有着自己特定的位置，只有当它有益于这个生态系时，才会有人类自身的价值。但是人类本身并不能体现什么特殊的价值。因为这种以具有特殊价值自居的态度，已经导致了人类利益和所有物种利益赖以生存的生态秩序的大规模破坏。

体现在注重生态的建筑设计和理论中，深层生态学的观点是一种比较积极的观点，认为建筑是整个环境中的一个有机组成部分，人类的建设不应破坏其他物种的生存环境，因此，同绿色运动的观点有很多相似之处。深层生态学强调整体的建筑观点，认为建筑应该同周围的环境相协同，并且应该对周围环境的保持作出一定的贡献，而且应该可以随着周围环境的变化而进行调整。

以赖特为代表的有机建筑理论体系中的建筑设计，就符合深层生态学的很多建筑观点。符合深层生态学理论要求的建筑应该至少满足三个方面的要求：首先是不破坏周围环境；其次同周围环境之间存在着相互影响和作用；第三，应该深入体现建筑和环境之间的整体感。

生物学家约翰·托德1969年在名为《从生态城市到活的机器：生态设计诸原则》的书中阐述了将“地球作为活的机器”的生态设计原则：①体现地域性特点，同周围自然环境协同发展，具有可持续性；②利用可再生能源，减少不可再生能源的耗费；③建设过程中减少对自然的破坏，尊重自然界的各种生命体 。

挪威哲学家阿恩·那伊斯1972年写道：“深层生态学的本质在于质询更为深刻的问题：究竟是何种社会、何种教育、以及何种宗教组织有助于将地球上的各种物种视为一个整体。” 深层生态学的理论重点是探讨人类和自然的分离，以及其他一些关于人类和地球关系的基本的问题。深层生态学家认为传统的环境研究对于受到伤害的地球的帮助就像止血胶条对伤口的作用那样肤浅。尽管受到了许多人士认为其“说得多，做得少”的批评，深层生态学的观点仍然与绿色运动自始至终保持着密切的联系。

此时利用太阳能等可再生能源的思想认识，比起前述柯布西埃等人的朴素思想，已经进步了很多，但是仍然不同于目前注重生态的建筑设计。更多的情况下，利用太阳能只是为了寻找替代能源，而不及现在注重生态的建筑对人工环境的整体关照：不仅是能源，而且同环境的和谐以及自然的融合。

1973年的石油危机引起了兴建太阳能住宅的热潮，尤其在美国，建起了成百上千的太阳能住宅。肯·贝尔在新墨西哥州设计了圆顶簇状分布的住宅，应用了桶装水墙和具有良好隔热性能的天窗结构（图 1-33）。

1.1.2.2 中间技术概念和受其影响的设计实践

1973年，E. F.舒马赫完成了他的著述：《小的是美好的》，首次提出了中间技术的概念，并且为自足性设计提供了一套哲学理论。

舒马赫的中间技术概念是建立在对第三世界国家——印度进行深入研究的基础上，认为真正需要的科学技术具有如下的特点：“价格低廉，基本上人人可以享有；适合于小规模应用；适应人类的创造需要。” 这同样是技术的使用者对技术的三个要求。

首先，在提到“小即美”的哲学思想之前，针对“生产问题”，舒马赫强调了所谓“自然资本”的重要性，认为自然界所提供的资本远远多于人类自身创造的各种科学、技术、复杂的物质基础结构和无数先进的基本设备等人造资本，而“自然资本”例如化石燃料等 正以惊人的速度耗尽。他敏锐地发现：“为什么所有这些名词——污染、环境、生态等等——突然变得这样重要起来了呢？我们拥有工业体系毕竟有相当的时候了，然而就在五年或十年前，这些字眼实际上还没有人听说过。”

舒马赫认为其中一个非常重要的原因是“我们的科学家与技术专家已学会合成自然界所不认识的物质；面对其中许多物质，自然界实际上处于无防卫的地位。” ，另外一个原因就是“我们正在非常迅速地耗尽某类不能更新的固定资产，即温驯的、仁慈的自然界一直提供的容许储备量。”舒马赫将“自然资本”扩展到“人类本身”，认为正是“化石燃料、自然界的容许储备量、人类本身”构成了所谓的“自然资本”。

舒马赫希望通过对这三类资本的剖析，启发人们“看到发展一种新的生活方式的可能性。这种新的生活方式拥有新的生产方法与新的消费形式，是一种为达到持久而设计的生活方式。” 为了说明这一点，舒马赫列举了三个例子：在农业和园艺方面，“把注意力放在使合乎生物学要求的生产方法完善化上，放在增加土地肥力及提供健康，美好与安定的环境上。”在工业方面，“把注意力放在发展小型技术、比较非暴力性的技术、‘具有人性的技术’上”。在与自然的关系方面，“我们还必须学会不仅同人类和平相处，而且同自然界、尤其是同那些创造自然界、创造人类的至高力量和平相处。” 应该承认，这一点与后来形成的“可持续发展思想”的要求存在一定的相似性。

舒马赫认为，凯恩斯经济学没有考虑自然资源的价值，因为“经济学方法论的固有特点是 忽视人对自然界的依赖性 。”

舒马赫反对给每一个产品都标上似乎反应了它们之间真实价值差异的价格，而是强调图1-34所示的四类商品间的不可比性。因为现代经济学不了解它们之间质的差异。舒马赫认为，空气、水、土壤乃至整个现存的自然环境是不能用通常意义的价格概念来表示。这一点表明了舒马赫的立场：倾向于保护自然环境，而这种保护不是建立在技术发展和进步之上的，因为在他眼中，这些进步所带来的损害同利益相比较，似乎更多一些。这与推崇“国际化”的城市类型设计思想存在着明显的差异。

为了与传统西方经济学相区别，舒马赫提出了“佛教经济学”的概念，认为佛教经济学的目的是通过最佳消费方式使人获得最大限度的满足。

舒马赫以服装制造来说明这一点。“衣着的目的既是御寒和美观，那么，任务就应该是花费尽可能少的力量来实现这个目的，即每年耗费最少量的布匹，采用投入劳力最少的款式……比如说，将一块没有裁剪的衣料做成精巧的皱折，可以给人以美得多的感受时，却像现代化西方那样去追求复杂的裁制，那就很不经济了。极其愚蠢的作法是把衣料缝成易于很快磨损的样式” 对于建筑而言，这一块没有裁剪的布料就像是“没有建筑师的建筑”。

建筑具有类似的特点：建筑为人们提供遮风避雨的场所，同时以自身的形式、比例等美学特点吸引着人们的注意，如果遵循《建筑十书》中维特鲁威提出的“建筑还应当保持坚固、适用、美观的原则” ，那么依照舒马赫的观点，建筑设计的任务就应该是花费尽可能少的力量来实现这个目的。如果从这一点来分析，作为乡村类型设计很重要的哲学依据之一，舒马赫提出的这一概念与一些城市类型设计的追求存在相一致的地方：即都是力争用最小的花费，但是二者实现这一目标的手段却截然不同。

舒马赫明确指出，既然物质资源有限，人们应该通过适度使用资源来满足自己的需要，而不是大量耗费资源。正像李道增教授所指出的那样：西方的物质、能量是一种直线型，而传统东方是一种轮回的概念，如果能够将二者结合起来，呈现一种螺旋上升的态势，比单纯的“佛教”观点还更加具有积极意义，非常适合于中国这样一个正在飞速发展的国家 。

从佛教经济学的角度来看，舒马赫的理想是“ 用地方资源生产来满足地方需要 ，是最合理的经济方式，而依靠远地进口，从而也需要为输出给遥远的陌生人而生产，是非常不经济的，只有在特殊情况下才有理由小规模进行这类生产。” 这种地方性思想同样影响了乡村类型注重生态的建筑设计理论和实践，后来很多采用中间技术的设计实践，都紧密地与地方性联系起来，例如地方性材料，地方性技术等。

当然，后来的设计理论和实践虽然都重视地方性，但是支持这种做法的依据得到了进一步的展拓：从单纯的佛教经济学观点，逐渐转变为利用生态系统论的观点，从生态系统地方性特点着手，分析和解释采用地方性材料的优势所在，即由于生态系统的空间置换作用的影响，减少外来特殊物质的引入，有助于减少对原有生态系统的破坏 。

佛教经济学与现代西方经济学不同的另一个特点是如何对待自然资源的利用。舒马赫认为现代经济学不区分再生与不可再生资源，而从佛教经济学的角度分析，非再生资源如煤与石油，再生资源如木材与水力，二者之间存在着本质的差别：“非再生物质只有在必不可缺的情况下才使用，而且必须十分爱惜地使用，特别重视加以保护。” （西方经济学家后来提出了“将自然计入成本”的概念（Taking nature into account））

舒马赫书中引用了《增长的极限》——麻省理工学院梅都斯小组为罗马俱乐部关于人类困境的研究项目所撰写的报告中的数据，并基本上倾向于赞同研究报告对未来的一些看法，认为如果研究小组集中分析不能再循环的一种物质因素——能源，就可以更加明晰地说明问题 。

舒马赫引用甘地关于“大量生产”和“大众生产”的论断，在大众技术的基础上提出了中间技术概念：“这种中间技术与土技术（这种技术往往处于衰退的状况）相比，生产率高得多，与现代工业的资本高度密集的高级技术相比又便宜得多。” 因为这一概念的提出主要是针对第三世界的发展问题，为了解决第三世界的就业问题，舒马赫强调中间技术最终将是‘劳动密集’的。

舒马赫并不认为“中间技术”是普遍适用的，他并不否认现代工业技术的优势所在，只是他所强调的“中间技术”有很多适用的场合，“诸如建筑材料、服装、家用器具、农具等等。”这为后来很多乡村类型的注重生态的建筑设计实践和理论重视“建筑材料”的生产和制作，自制各种建筑材料，例如土坯、砖瓦等提供了一定的依据。

另外，“中间技术的思想并不意味着简单地历史‘倒退’到过时的方法” 。

舒马赫同意加吉尔教授总结的三种发展中间技术的途径 ：

1.利用先进技术改造传统技术；

2.将先进技术加以改革、调整以满足中间技术的需要；

3.进行实验和研究，直接效力于建立中间技术。

正是由于注重生态的建筑设计处于萌芽状态，因此舒马赫的“小即美”的思想才得以为他们提供了一种所谓“自足性设计”的哲学依据。

实际上，后来众多学者提出的替代技术和适宜技术等等概念，都体现出受到舒马赫中间技术概念的影响 。

舒马赫的中间技术观中所贯穿的深刻的生态原则，对绿党的技术主张产生了重要的影响。由于中间技术的影响和重要性，正如卡普拉所评价的那样：“舒马赫实际上是全球绿色运动的预言者” 。

相应时间的建筑设计实践在威尔士，替代技术中心变成了一个展示应用“软”能源和再利用系统技术的自足性社区的场所。使用中间技术的运动也逐渐演化成在第三世界倡导和发展利用当地适宜建筑技术（appropriate building techniques）和应用基于风能、水能、生物能、和太阳能等能源系统的建筑设计 。

1976年，约翰·耐尔完成《为有限的星球而设计》（Design for a Limited Planet），总结回顾了各种使用替代能源的住宅 。大量研究生态住宅的机构和小组此时展开了各种试验性研究，其中两个比较有影响的项目是加拿大多伦多的生态学住宅和美国科罗拉多州斯诺迈斯的洛基山学会。

洛基山学会研究中心由S·康格和阿斯平事务所设计，分为居住、研究和温室三部分。为调节小气候，建筑北侧嵌入小山，部分屋顶覆盖有土层。墙壁厚度约400mm，由两层150mm厚的石墙中间夹着一层100mm厚的聚氨酯泡沫塑料隔热层构成。卧室完全依赖直射入的太阳光，人体、灯具等散发的热量和太阳能蓄热器中储存的热量提供采暖能量。起居室和研究室从中央温室获得太阳辐射的热量，温室北侧的几个圆形小室则利用通风设计引入温室中的热空气，多余热量储存在小室和温室地板中。除起居室、厨房、卧室南向的可开启窗户外，所有的窗户均为中间充有氩气的双层玻璃构造，散失热量仅为单层构造的19 %，可见光透过率为75 %，太阳能透过率为50 % （图1-35）。

这一阶段，也曾经兴起过一段时间的覆土建筑设计研究，澳大利亚建筑师西德尼·巴格斯，英格兰建筑师阿瑟·昆姆比，美国建筑师麦尔科姆·威尔斯以及位于明尼苏达的地下空间中心都进行了一些独特的、非常节约能源的覆土住宅设计实践，他们的研究内容和特点基本一致 ：利用覆土改善建筑的热工性能，以达到节约能源的目的。威尔斯在名为《温和的建筑》的书中指出，由于人类的破坏和城市化的发展，建筑师越来越多地毁坏了自己的家园（图1-36），为此他提倡使用可再生能源的建筑，并大力推广覆土建筑设计，把如何将覆土建筑与更为充分地利用可再生资源紧密联系起来作为研究重点。

1.1.2.3 关注生态和生物多样性的整合设计概念

西姆·范·德莱恩创造了“整合市镇住宅”的概念和建筑模式。 整合市镇住宅的概念是以“整合设计（Integral design）”概念为基础，这一概念对乡村类型的注重生态的建筑理论和实践有着重要的影响 。

西姆认为，由于不可再生能源的紧缺，以及由于利用这些能源造成的环境问题，建筑师适应未来需求的机会是“在有限资源”的条件下进行设计。所谓“整合设计”的概念，是指在建筑设计中充分考虑“和谐地利用其它形式的能量，并且将这种利用体现在建筑环境的形式设计中” 。在设计过程中，建筑师应该研究能量和物质材料使用方面的很多问题，例如建筑生成的各种废弃物如何处置，建筑建造过程中耗费了多少能量，以及在维持建筑运作的过程中所消耗的能量。因为“如果我们所作出的决定是不恰当的，那么这种破坏所带来的后果将会由后来的人偿付。我们的孩子没有从我们这里继承整个世界，正相反，我们是从我们的孩子那儿借来了本应属于他们的东西。”

那么怎样的设计才能算是达到了“整合设计”要求的设计呢？西姆认为建筑师至少应该重视几个问题：

首先，建筑师需要用一种整体的方式观察构成生命支持系统的每一种事物——不只是建筑和各种建筑环境，而且包括食物、能量、废弃物以及其他所有构成这一系统一部分的事物，西姆认为建筑师应该重视研究自然系统是如何工作的。

其次，整合设计的目的是“创造有生命的场所或聚居地”，因此需要“类比于健康的自然系统的各种特征” 。而注重效率和简单正是任何自然系统本身所固有的特征之一，同时自然系统的众多特征是在整合——相互关联或缺一不可的条件下，才可以正常运作的。

第三，整合设计看重设计过程。同样类比于自然系统，与简单的形式或材料相比，整合设计看重的是设计过程的类比。建筑可以设计成类似于自然界物种的形状，例如贝壳等，可以采用各种自然的建筑材料，例如土坯等，但是这并不表明这种仿生的设计就是有机建筑。“尽管与利用各种工业化生产的材料——例如玻璃、钢材或混凝土等——建造的建筑相比，我们倾向于将利用自然材料——例如土坯、石块或者没有经过加工的木材——建造的建筑看成是更为接近于自然的建筑，但是更为重要的是设计过程的类比。” 整合设计的过程采纳自然系统中生物学和生态学的经验，将其应用于为人们设计建筑环境中。

为什么建筑师要进行仿效自然的设计？或者到底建筑师在设计城市、城镇、住屋等时，应该从对自然系统的类比中借鉴哪些内容呢？西姆认为答案就是一个最为基本的事实：“地球上所有的能量都来源于太阳，而地球之所以可以居住完全归功于绿色植物的光合作用。从最低级的藻类植物到矗立的红杉树林，所有植物只是捕捉到太阳能量 1 %左右，并将其转化成有用的能量形式供给所有的生命利用。如果没有这些复杂的自然系统来固定合转换能量形式，所有的太阳能将会作为废热消失掉，而地球上的生命就难以再维持。” 正是出于对自然系统的“感激”，促使西姆重视建筑与生物学和生态学的结合，并借助于“熵”的概念进行分析。

依据热力学第二定律，熵可以作为系统稳定性的描述：熵值越高系统越混乱，此时系统自身蕴含的能量越低，系统状态趋向于稳定。负熵的过程增加系统的有序性，对于自然系统而言，是指“所有生命将捕捉和转换能量变为有用形式能量的总和” ，例如生态系统的自然光合作用是一个负熵的过程：吸收太阳能量，使得系统有序。进化过程同样可以看成是负熵的结果：通过增加自然系统的多样性、复杂性和差异性，来获得稳定性，以此消减不可避免的所有能量分解为不可利用废热的趋势。

人类对自然资源和生态系统的需求，导致了很多生物圈中自然过程的短路。以生物圈中的碳循环为例，由于目前的能量来源以化石燃料为主，这样人类就将生物圈中的一项重要的生物地质化学过程大大加快了，超出了生物圈的再生产能力（图 1-37）。

如果整体地看待建筑系统和生态系统，那么二者总的能量交换符合热力学第二定律。如果孤立地看问题，活的有机体系统本身将会朝向复杂、有序发展，但是这种变化是以消耗氧化能量和通过其他途径所获得的能量为代价。其他的自然过程，例如生长、衰退和死亡等都是在一个稳定状态的范围之内的缓慢的能量交换。热力学第二定律并没有因为考虑建筑环境和生态系统的结合而受到干扰。这一事实进一步强调了研究建筑系统和周围环境的生态整体研究方法。

整合设计中的能量概念类比于整合自然系统中能量和物质材料流动的环形模式。西姆首次关注于能量和物质使用的两种模式：环形模式和线性模式，其中环形模式存在于整合系统中，而线性模式存在于线性系统中。西姆认为，在整合系统 中，系统的各个组成部分的功能存在一定的交叠，而线性系统中，系统的各个部分具有专门化的特点，即系统的每一个组成部分只行使特定的功能。因此，整合系统的能量和物质流动拥有各种起到替代作用的路径，而线性系统的能量和物质流动只有单一路径 。

人类不可能创造一个生态系统，花园和一些农业系统类似于自然系统，人类可以设计生态系统的环境和整个系统——包括食物和废弃物，在整个系统中能量和物质材料的流动路径、环形模式和较小的变化量等，就像自然整合系统一样。通过这种方式设计出来的建筑将会拥有稳定、健康的系统，但是仍然缺乏适应快速波动的文化信息涌浪的冲击。对于信息而言，有机体是更为集中化的，尤其是拥有中枢神经系统的动物，相对来说，它们很少拥有累赘的功能部分 。

住宅就像身体一样，只是组成部分是经过设计的，像器官一样，完成特定的功能要求，而且建筑师同样可以建造备用系统，以便适应各种变化条件的需求，例如损坏或者功能发生变化等。在住宅——有机体中，信息集中于使用者的身上，因为他控制着家居的系统，这是建筑师易于遗忘的另外一点。例如窗户和墙体在住宅中应该灵活，适应于使用者将来可能的需要。西姆以加利福尼亚州政府作为反例，他们为了适应节能法规的要求，强迫所有的窗户玻璃都必须采用三层玻璃，而实际上，针对加利福尼亚州具体的气候特点，同样的节能要求完全可以通过室内挂隔热帘子来实现，没有必要如此僵化 。

法拉隆斯学会（Farallones Institute）1973年由西姆创立，是由一些建筑师、科学家和工程师组成，目的是将上述概念和思想付诸于设计实践。他们所作的第一个设计是遵循上述设计原则，改建伯克利的一幢老式住宅。由此可以看出整合设计的设计过程和特征。

首先，建筑的功能系统采用多种能量和物质流动的路径。其中的供热系统包括三种不同的能量收集路径：①通过窗户的直接太阳辐射得热；②一个太阳能空气加热系统；③烧木柴的壁炉（用于冬季和阴天时候的补充供热）。有机生活废物处理也有多种方式 ：①人的粪便置于堆肥马桶中，待完全分解之后，用于施肥，改良土壤；②小便收集起来作为富氮肥料；③厨房的剩余食物用来喂鸡或转换成可食用蛋白；④鸡肥用在花园中；⑤日常生活垃圾可用于堆肥或者饲养蚯蚓，利用蚯蚓的排泄物等作为花园的肥料；⑥蚯蚓可以喂鸡或池塘中的鱼；⑦池塘中的浮萍属植物净化池塘，干燥后可以喂鸡。所有这些都是整个建筑环境中的能量和物质流动的多种路径。

采用多种路径的原则同健康、自然系统的多样性和稳定性概念紧密相关，而且多种路径存在于任何自然生态系统的食物链中，并发挥着稳定系统的作用。例如，在一个生态系统稳定的花园中，应种植有多种植物，这样可以保证与植物生命密切相关的昆虫种类的多样性 ，由此可以避免某一个昆虫种群成为生态优势种群，最终导致该种群的数量失控，影响到花园生态系统的稳定 。应该认识到，使用杀虫剂是一种正反馈循环：在某一地域，种植单一物种的作物，这样就会有一种主要的害虫，而杀虫剂的使用在一定范围和时间内有利于控制害虫种群数量，但是随着害虫产生抗药性，使用杀虫剂只会刺激种群的扩大：在一定范围内死亡的害虫，反而为生存下来的害虫提供了更为充裕的生活环境和条件，这是一个逐渐增加的正反馈循环。

可以用具有相等能量和物质流动量值的线性系统与整合系统进行比较：在线性模式中只是简单地将垃圾填埋 ，由于城区已经不可能再有大面积的填埋场，因此通常的垃圾填埋场都位于离城市很远的地方。污染和富营养化的废水被倾倒于河流、湖泊或海洋，大量生物在富营养条件下产生微生物和藻类植物的生长高潮，所消耗的氧气量远远超过了自然系统提供氧气的能力，耗光氧气之后，水面变成了被污染的水面。

多样化路径的另外一个优点是系统中的每一个组成部分都倾向于行使相互交叠的功能，即行使多种功能。自然系统整合质量的一种测试方法就是检验各个组成部分整合为多种功能的状况 ：例如电暖器只能用作采暖设备，然而窗户引入阳光，方便使用者观赏窗外的景色，还可以作为太阳能收集器。建筑附加的温室可以作为太阳集热器和热量储存系统，也可以作为冬季植被生长区，甚至可以放置热水桶（装有供浴室使用的太阳能加热的热水）。西姆认为，经过这样的设计，一个种植用的盒子，与堆肥马桶结合在一起，完全可以替代掉臭味四溢的垃圾桶和垃圾车。另外，经过加工，废物中的养分可以用来种植，进而为提供食物创造了条件。

西姆认为，工业社会前期很多使用地方材料的“没有建筑师的建筑”很好地适应了当地设计地段不同条件的要求，例如气候、生态系统等。整合设计的根本目的是“开始为人们再创从自然循环中得到满足的机会。”

西姆认为：“基于集中化、专门化和标准化的工业原则的旧的增长模式，将会让位于新的形式。社会、环境和心理学提出的要求有助于产生一种全新的设计和规划哲学：符号象征和时髦的形式风格将会被忠实于生态学和历史的有目的的形式所替代；短期的市场推动力将会被长期的稳定所替代；最终将会增强每一个场所的独特魅力，而不是将建筑环境标准化。这种转变已经有所体现：自从本世纪 70 年代以来，环境关注已经成为主要的问题，公众开始关注生态学……所有这些趋向都为城市设计提供了一个全新的方向：更加紧凑、多功能的社区，更为重视效率的建筑。” “可持续性意味着城市区域消耗的能量和物质材料与该区域通过光合作用、生物降解以及其他支持生命系统运作的生物化学过程所提供的能量和物质材料相平衡。新城区采用的各种技术将会更多地依赖于信息和与各种生物过程的精心整合，而不是化石燃料。” “可持续社区不必自维持。设计的目标是维持本地的平衡，基于生态学考虑的各个地域的特殊化是与可持续发展相一致的。”

西姆同时非常注意信息的价值，指出：“满足人们的各种要求，例如热舒适要求等，未必非要使用更多的能量和物质材料，而完全可能通过更为智慧的设计——通过高质量的信息替换掉各种物质材料。例如在信息社会，热舒适可能通过对气候作出反应的设计（高技派建筑），利用太阳能和天光来满足，而不是耗费更多的化石燃料。……设计的重点已经从为了耗费而设计转变为为了效率而设计，或者说少费多用（doingmore with less）。”

1.1.2.4 生物建筑运动的影响

大地建筑师（Gaia architect）戴维·皮尔森在《自然住宅手册》中指出，同健康的建筑相关的最先进的运动是生物建筑运动。 生物建筑所要表现的不仅是源自歌德的人文主义哲学以及对自然的热爱，同时还力图表现鲁道夫·斯坦纳 对于整体健康（holistic health）的研究成果。生物建筑运动同前文所述的深层生态学有着千丝万缕的联系，都是从整体的角度看待人与建筑的关系，进而研究建筑学的问题。生物建筑将建筑视为活的有机体，而建筑的外围护结构被比拟为皮肤，就像人类的皮肤一样，提供各种生存所必需的功能：保护生命、隔绝外界环境、呼吸、排泄、挥发、调节以及交流。倡导生物建筑的目的在于强调设计应该以适应人类的物质、生活和精神需要为目的，同时建筑的构造、色彩、气味、以及辅助功能必须同居住者和环境相和谐。建筑建成后室内外的各种物质、能量等的交换依赖具有渗透性的“皮肤”来进行，以便维持一种健康的、适宜居住的室内温度。

生物建筑运动的特点和作用主要表现为以下几点：

1.重新审视和评价了许多传统、自然的建筑材料和营造方法。为保证强度，新的建筑材料经过加工：例如应用坚固的木材框架，掺加了石灰和胶泥的黏土坯砌块，屋顶植有草皮。自然而不是借助机械设备的采暖和通风技术得到广泛利用，借鉴了许多传统的做法，例如德国式的砖砌壁炉。

2.建筑总体布局和室内设计多体现出人类与自然的关系，通过平衡、和谐的设计，提倡和宣扬一种温和的建筑艺术。对于生物建筑而言，人类健康和生态效益是交织在一起的关注点。

体现生物建筑运动特点的作品有爱德华·库里南设计的位于西敏斯特的小屋 （图1-38）。戴复东教授设计的一些作品，像北斗山庄别墅等同样体现了这些特点 （图1-39）。

1.1.2.5 盖娅运动和盖娅住区宪章

1965年，詹姆斯·拉乌洛克在探讨火星是否存在生命的过程中，对地球及其临近的火星、金星大气成分进行了比较分析，发现有生命的地球与没有生命的金星和火星大气成分完全不同，但是如果将地球上的生命完全排除，那么三者的浓度非常近似。而且生命的产生有着一个漫长的历程，而地球上的气体浓度组成等却没有什么变化 。因此他提出了盖娅理论，并且认为：生物对使地球表面环境保持稳定，并适于生物生存的自我调节机制的形成是有贡献的 。在80年代中期，他完成了著述《盖娅：地球生命的新视点》，这本书推进了盖娅运动 。

盖娅运动的主要观点是将地球和各种生命系统视为具备有机生命特征和自持续特点的实体，就像古希腊神话中的大地女神盖娅，其中人类是盖娅的有机组成部分，而不是自然的统治者。盖娅式的建筑是舒适和健康的场所，人类和所有生命都处于和谐之中。

在《自然住宅手册》一书中，皮尔森概述了盖娅住区宪章，盖娅住区宪章的设计原则有助于认识盖娅运动（表 1-3）。

1.1.2.6 “少费多用”思想的影响

从生态建筑设计思想的关注点来看，侧重于技术解决的生态建筑理论和实践明显受到B·富勒“少费多用”思想的影响，甚至可以认为这种思想是现代城市类型的生态建筑设计理论和实践主要的思想源泉。

一、“少费多用”思想的内容和特点

富勒用“Ephemeralization” 这一概念表达的意思是指使用较少的物质和能量，追求更加出色表现的思想，就是“少费多用”的思想。

提出“Ephemeralization”概念的原因是针对工业社会经济的一些经济现象。富勒认为，在这些现象中有两点直接导致这一概念的产生：首先，美国或其他工业国家的经济状况不再像工业革命时期那样，用产量的吨位作为衡量标准，而是发电量，即转换为电能的能量。其次，人们正在使用较少原材料、能量和时间的前提下，付出更多的劳动，并且创造出新的、轻而坚固的合金，新的化学产品和电气产品。

这种思想的前提同普通系统论中的整体协同思想是一致的：整体表现大于部分之和。正是基于这一思想富勒创造了狄马西昂（Dymaxion）住宅和张力杆件穹隆（Geodesic dome），而富勒认为这种整体性原则正是自然界中各种物体的构成原则。整体协同具有负熵的特点，证据就是：穹隆越大越坚固。而富勒认为这种整体性原则正是自然界中各种物体的构成原则，具有负熵的特点。所谓负熵是指系统自身能量的增加，例如植物的光合作用。地球作为一个开放体系（从太阳获得能量），由于整个体系是沿着负熵增加的方向发展，所以，整个地球的组织状态一直是在有规律地复杂和自我完善起来。这种稳定地增加负熵的开放体系就是地壳、生物圈、大气圈、生命物质、人类和人类活动圈等赖以存在的基础。而一旦失去负熵，那么整个地球系统的复杂性和组织性就会丧失，地球以后的发展必然走向熵增，最后导致耗尽内能的“热寂”（heat death）状态 。

这种负熵的获得是借助人类的智慧，通过更加精巧地利用有限的资源实现，因此富勒认为“少费多用”的原则正体现了智慧的负熵职能。

以他作为联合国顾问和许多国家政府顾问的经历，富勒认为从经济角度分析，如果抛弃地理边界和军火工业，整个星球在整体协同的条件下创造的财富是目前由数百个互相竞争的国家经济创造的财富的总和所无法比拟的。正是这种思想，从一定程度上导致了一些注重技术的生态建筑对建筑地域性的重视程度较低。至少可以从大量的注重技术的生态建筑实践中发现，他们追求的是一种全球化趋势。

所以从整体协同的原则出发，城市类型的生态建筑具有以下两个特点：

第一，贯彻“少费多用”的思想：力争使用较少原材料、能量和时间等，通过技术的发展和设计者的创造性劳动，创造出高效利用能量和物质材料的建筑。

第二，具有一定的反地域倾向：这可以说是第一个特点的延续，因为信奉这一条例的设计者为了体现技术的发展和对能量和物质材料的高效利用，在很多设计实践中，曾经将对地域的关注被降到了次一级的地位。唯一的保留的是对特定设计地段气候的考虑。而调节特定气候与人体生物气候感受之间的矛盾，也是通过技术，而是利用计算机、传感器等控制元件，依据外部气候条件的变化，建筑构件作出相应的反应，例如建筑外围护结构的开口大小、遮阳构件的角度等，达到最佳通风、采光和保温的效果，保证室内人员的舒适度。

二、“少费多用”思想的实践

“少费多用”思想在建筑设计中的体现，典型的代表作品是可以灵活组装、独立运作的Dymaxion住宅和用最少的物质材料消耗建造最大容积的建筑物的结构形式张力杆件穹窿（Geodesic dome）。

1927年，富勒设计了狄马西昂（Dymaxion）住宅，设计思想是以“Ephemeralization”概念为前提，建立在“少费多用”思想基础之上的。“Dymaxion”概念是富勒创造的又一个名词，意思是指“动态主义加效率”。

富勒认为：一般的住宅建筑模式早已经过时了，因为自从欧洲中世纪以来，建筑设计并没有本质的发展，住宅被设计成固定的盒子，捆梆在水电管网上。富勒寻求的是设计一种永远比“砖盒子”优越的住宅，而且可以脱离各种市政管网，独立维持运作。该住宅具有以下五个特点：

1.可大量建造，费用低廉：采用工厂制造的方式建造，所有必需的服务设施都布置在位于中央的一根空心八角桅杆中，就像汽车和飞机一样。可以出租和出售，出售的价格相当于一辆豪华汽车。

2.灵活性：可以利用直升机或飞艇空运到世界的任何地点。所有的水电系统都在工厂预装。如果需要，住宅自身可以利用电池和太阳能实现能量自给，同时备有自己的“水库”，并不需要接入城市综合市政管网。拆卸后，所有的住宅构件的重量不超过25kg，一个人就足以完成建造任务。

3.符合模数：可以互相装配在一起，构成社区。

4.高效率：完全采用自动控制，具有保持住宅自身清洁的功能。居住者个人的特殊要求，可以通过工厂订货的方式，将相关的设备预先装配好。住宅设计的一个目的就是减轻使用者的家务劳动量。

5.舒适：室内可以依据使用者的不同风格，方便地重新布置平面。只要调整放射状隔墙的位置，就可以控制房间的数量和大小。

Dymaxion住宅的构想有着三个方面的影响：第一，从生态建筑设计角度分析，减少资源的耗费是有重要意义的，这促使人们在设计中寻求利用高效率的技术替代传统的技术。第二，减少对周围管网的依赖，就可以减少建造过程中对生态环境的破坏，为后来的自维持住宅研究提供了一个基本的出发点——实现住宅运作所需要的能量和物质材料的自给自足。第三，这是一系列中央化结构中的第一个实验性设计，最终的终结是张力杆件穹窿——1959年，他利用这种结构形式建造了位于伊利诺州卡本代尔的自宅 。

张力杆件穹窿（Geodesic dome） 是在整体协同思想的前提下，应用“Ephemeraliza tion”概念和“少费多用”原则的又一创造性发明，被称作是“由人类发明的最坚固、最轻、最高效的围合空间的手段”。

1947 年，富勒获得张力杆件穹窿的专利。他认为自然界存在着能以最少结构提供最大强度的向量系统，由此发明出了一种几何学的向量系统。例如金属和有机化合物的晶格，很多是由四面体聚合而成，非常稳固。在这种系统中，基本单元是四面体，而四面体与八面体聚合后便成为最经济的覆盖空间的结构。富勒用这种结构设计了多面体张力杆件穹窿，它的结构的总强度随着穹窿的体积，按对数比增加，省材料、重量轻。这一点正好与富勒提出的“整体协同符合负熵效应”的原则相一致，即穹窿越大，越坚固。采用张力杆件穹窿的经典之作是1967年蒙特利尔博览会的美国馆。

1.1.2.7 自维持住宅的理论与实践

自维持住宅（Autonomous House）的设计研究自 60年代开始以来，在生态建筑设计中占有一定的地位。其中以剑桥大学约翰·弗雷策和阿力克斯·派克等人的研究为代表，并影响了一些类似杨经文及罗伯和布兰达·维尔夫妇等研究生态建筑的人士。

依据罗伯和布兰达·维尔夫妇的定义，所谓自维持住宅就是“除了接受邻近自然环境的输入以外，完全独立维持其运作的住宅。” 它具有这样的特点：住宅并不与煤气、上下水、电力等市政管网连接，而是利用太阳、风和雨水维持自身的运作，处置各种随之产生的废弃物质，甚至食物也要实现自给。二人将其称为“可以提供适于生命生存的环境的陆基的宇宙空间站——不与现有的任何地球生命支持结构发生联系。” 这种思想直接追随了富勒Damaxion住宅的设计构想。如果利用生态系统的观点进行解释，自维持住宅的设计就是力图将住宅构成一种类似封闭的生态系统，维持自身的能量和物质材料的循环。

自维持住宅的设计思想主要有两点：①认识到地球资源的总量是有限度的，因此寻求一种满足人们生活的基本需求的标准和方式；②认识到技术本身存在着一种矫枉过正的倾向，伴随这种倾向的是追求技术开发和利用而导致地球资源的大量耗费，因为应用很多技术后，所获得结果的精密程度，已经远远超出了人们所能感知到的范围，因此以“足够”满足人体舒适为目标，而不是追求“更多”的舒适要求。

自维持住宅与此相应的两个设计目标是：

1.利用自然生态系统中直接源自太阳的可再生初级能源（例如太阳能、风能等）和一些二级能源（例如沼气等），以及住宅自身产生的废弃物质的再利用等，维持建筑运作阶段所需要的能量和物质材料。

2.利用适当的技术。这些技术的特点是降低了技术层次，利于使用者个人进行维护，包括主动式和被动式太阳能系统的利用、废物的处理（沼气技术等）、能量储藏技术等。

那么如何理解自维持住宅的设计研究呢？针对自维持住宅的两个设计目标，可以从两个方面进行理解。

第一，完全追求住宅系统自我维持的目标过于理想化，虽然有利于设计研究工作的进行，但是必然会给设计的实践带来一些负面影响。

地球上任何一种孤立生态系统完全自维持的构想是难以实现的。借鉴美国 60～70 年代宇航研究中为了维持宇航员生命系统的自维持，对于各种生态系统的组合进行了广泛实验，实验的结论有两个：①小规模的自维持系统是不可能实现的；②对于维持一个人的生存和活动，所需要的太阳光照射面积从数平方米到数英亩，完全看人这一动物个体要求的复杂性。 60～70年代实验的生态系统的范围从单一或少数几个物种构成的生命维持系统，到兵工厂大小的复合生态系统，都没有取得成功。而90年代生物圈 2号实验的失败再一次证明难以完成孤立生态系统的“自维持”。

第二，追求技术进步和随时将最新的“适用技术”应用于设计研究中的态度，正是国外自维持住宅研究的精华所在，不仅完美地体现了“少费多用”这一设计思想，而且推动了生态技术的革新以及这些技术在建筑设计中的实用化过程。

虽然自维持住宅的研究以“利用降低标准和易于使用者维护的技术”为设计出发点之一，并且质疑了技术进步解决资源有限与人口增长等矛盾的潜能，但是设计研究中所偏重的很多技术仍然是高层次的技术，同时以一种不屑的态度看待所谓的“前工业化技术” ：这种局面恰恰是由于“自维持住宅”本身的定义所造成的，因为如果不采用高层次的技术，是根本难以达成自维持住宅所要求的“完全自我维持”这一设计目标的。因此研究中使用的很多技术的原型都是60～70年代发展起来的宇航技术，例如主动式太阳能光电转换技术和高效能的储存风能发电的液体电池技术等。

中国也存在类似的研究，例如以夏云教授为代表，立足于黄土高原的窑洞民居展开的节能节地住宅的研究，与西方自维持住宅的研究既有众多的相同之处，又有些微的差异。

例如节能节地建筑的设计思想的出发点与自维持住宅的研究出发点基本一致，都是力争节约能量和物质资源，实现一定程度的物质材料循环，例如循环利用生活废弃物质等；都是采用“适当的技术”，例如应用太阳能技术和沼气技术等。

二者的差异体现在以下三个方面，正是因为这些差别，使得前者更多地具有“乡村类型”生态建筑设计研究的特点，而后者则更倾向于“城市类型”生态建筑设计研究的特点。这种倾向性与国内外研究所选定的特定设计地段的性质具有相同的特点——一个倾向于立足乡村，一个倾向于立足城市。

1.“适当的技术”的内涵存在着差别。中国节能节地建筑研究中，“适当的技术”的出发点是适宜技术的利用，更为关注的是技术的适用性，体现的是舒马赫倡导的“中间技术”的思想，与追随这种思想的设计实践，存在类似之处。而自维持住宅设计研究的侧重点在于改进技术，提高各种技术的效率，以“少费多用”的思想为出发点。

2.住宅运作过程中，能量和物质材料流动的模式不同。中国节能节地建筑研究中，倾向于“少输入”的能量和物质材料的流动模式。而自维持住宅的构想比较理想化，继承了富勒Dymaxion住宅中的较多设计思想，以完全自成体系为目标，甚至包括正常的市政用电和供水等，也要自己维持，将建筑设想为一种完全自封闭的系统，能量使用以利用生物能、风能、太阳能等可再生能源实现完全的自给自足，力争实现建筑系统自身运作过程中的输入的能量和物质为零；总之，前者更加实用，后者过于理想。

3.对土地资源关注的程度不同。中国节能节地建筑研究中，对土地资源的突出关注是由中国自身的国情所限定。中国节地的设想是通过占用不适于耕种的用地，同时利用覆土技术，在增加建筑热工性能的同时，返还建筑占用的耕地等设计策略来实现的，是研究中的一个关键性的设计问题。自维持住宅的研究对土地资源也非常重视，但是关注的焦点是建筑周围土地生态系统的维持能力，是否能够从能量和物质材料流动的角度支持建筑系统，以便为自维持住宅提供运作过程中的一些输入，例如蔬菜、水果等，同时承担一定数量的经过处理的输出，例如生活废弃物质堆积成的肥料等（图 1-40）。

自维持住宅研究进行的比较广泛，但是真正建造起来的很少，例如在英国，第一座自维持住宅由罗伯和布兰达·维尔夫妇于近期建成，位于索斯维尔市中心 （图1-41）。

住宅的结构形式和外观都是传统形式的英国民居，只是改善了建筑外围护结构的隔热性能。这一住宅基本上体现了自维持住宅的两个设计思想：

第一，住宅的设计者限定了使用者的生活标准。例如为了节约用电，住宅中电器应用的种类和范围是有限的；为了节约用水，只有淋浴设备，没有一般家庭中常用的盆池洗浴设备和花园供水系统等。

第二，采用适当层次的技术条件，满足住宅运作自我维持的需要。例如，利用一个4.5kW烧木材的火炉作为供热设备，目前每年自维持住宅消耗的能量是：9.3kW·h/m ² 的木材所含有的能量和17.7kW·h/m ² 的电力，其中9.2kW·h/m ² 的电力是由朝向正南、坡度为45°的 20m ² 大小的光电板生产。

雨水是唯一的住宅供水来源：从屋顶收集的雨水，储存于地下室的 20 个水桶中，每一个桶的容积是1500L。雨水使用前经过净化处理，使用后产生的废水水质经过处理，达到了可以直接排入土壤的排放标准。通过采用无水堆肥型马桶，减少了生活用水的需求。

住宅运作阶段二氧化碳的排放量是每年6.4kg/m ² ，远远低于英国住宅平均为100kg/m ² 的排放量，主要原因是日常生活热水由一个特殊设计的热泵来供应。

1.1.2.8 重视新技术和效率的设计实践

勃罗德彭特称之为“未来主义者”或肯尼思称之为“先锋派”设计者的关注点是相同的，都是力图通过技术的发展和进步，改善建筑的使用和存在形式。

这些设计构想曾经面对过所畅想的设计方案自身存在的矛盾，例如肯尼思指出：“…他们并不感到有任何义务需要说明为什么人们应当选择生活在这些昂贵而技术超绝，却又是粗鄙且拥挤不堪的硬件之中。…他们所提出的空间标准都远低于那些他们所蔑视的战前功能派所确定的‘最低生活标准’…” 。例如，班海姆所设计的配有高精度收录机和各种设备的“生存气泡”一样（图1-42） 。

虽然他们的追求是一种城市化的表现方式，但是所选取的地段总是位于荒无人烟的穷乡僻壤。所有这一切都导致这些构想永远停留在了构想的阶段，但是需要指出，很多构想虽然没有像生态学者们所期望的那样，以保护自然为主进行设计研究，但是其中很多都涉及到了如何高效率地利用能量和物质材料，“少费多用”等思想一直有所体现，即减少建筑系统从周围生态系统环境中能量和物质材料的输入，并且力争减少输出。因为正如同肯尼思·弗兰姆普敦指出：富勒的影响遍及许多不同手法的建筑师，他的意识形态——即注重技术发展的思想、反地域的倾向和“少费多用”的原则等——的影响范围非常广泛，主要集中于英国和日本。

而在英国，“后富勒”思想的延续线从“建筑电讯”（Archigram）集团的纯粹从设计构想方面进行研究，延伸到诺曼·福斯特事务所的作品和理查德·罗杰斯和伦佐·皮亚诺这一对英——意合伙人的设计作品中 。

由于受到两个方面的影响，这些设计者重视技术的思想本身也发生了一些变化，正是这些变化导致了很多重视技术的生态建筑的设计实践：一方面，受到生态学家们或者建筑学中的生态学思想的影响，开始更多地关注建筑系统对生态系统环境的影响。另一方面，技术发展的关注点也已经从纯粹的“硬技术”转向开发各种利用可再生能量和物质材料的生态技术，包括中间技术、适宜技术和软技术等 。这促进了“适当的技术”在广义的范围中的应用：因为通常意义下，中间技术和适宜技术等概念是和低造价、可再生能源技术等共同存在，多用于发展中国家。而福斯特认为当设计者决定采用某些技术时，乃根据本地和地区条件来判定，而不论其是否“先进”。所有这一切都已经在一些“城市类型”注重技术的生态建筑设计实践中得以实现。

这些注重技术的设计者和他们的追随者构成了一个群体，这一群体中的设计者利用高技术手段，实现生态建筑所关注的很多设计目标的实践：例如资源有限的条件下，高效地利用能量和物质材料，充分利用可再生能量和物质材料，满足人体的生物舒适和要求，寻找与自然和谐共处的一种“城市类型”的表达方式。

一种典型的重视技术的能量和物质材料利用的设计策略是结合一定的被动式或主动式能量利用策略，关注建筑的外围护结构，借助于现代计算机技术，将固定的建筑外围护结构，变成相对于外部气候条件变化和内部使用功能的变化，可以进行“自我调整”（伴随着这些调整，建筑内部的一些构件也可以进行自动调整）。这样外围护结构就成为建筑的“皮肤”，可以进行呼吸，控制建筑系统与外界生态系统环境的能量和物质材料的交换，增强了建筑适应持续变化的外部生态系统环境的能力。

这使得传统的建筑观念产生了一定的变化，因为传统的观念认为任何一个有机生命体都可以不断地调整自己的状态，适应气候的变化，而建筑一旦建设完成，就成为一种固定的结构物，即“建筑所处的环境是持续变化的：压力、风、温度、湿度和云的遮盖度等，而建筑师在这样的环境中设计了固定的建筑” 。而注重技术的生态建筑的特点在于：利用计算机和信息技术的发展，将固定的建筑结构，变成相对于气候可以自我调整的围合结构。

这一类型的建筑有很多的代表作品，大多数都集中在欧洲，例如格林姆肖设计的1992 年塞维利匹世界博览会英国馆、福斯特设计的法兰克福商业银行以及很多他的设计作品、罗杰斯设计的柏林波茨坦 2000 年广场的 3 栋办公楼等。 +5kE4MJN6s5DsB1S02DM0mLBoLioFsMFdJ/PAwTSMG2dQ1xE9LFDSJOo/paIj/oE