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低碳綠色理念下高速公路服務區建筑設計的探討
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，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。綠色建筑則是強調在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)，保護環境和減少污染，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，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。綠色建筑則是強調在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)，保護環境和減少污染，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。二者都涵蓋了節能，但綠色建筑側重強調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。綠色首先要保證節能、節水、節材，這些都是實現低碳的主要途徑，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空氣品質、噪音、人文生態等要求，是低碳建筑所沒有的。
從國際趨勢和中國的現實需求來看，以碳來定量是綠色建筑進一步發展的必要條件。國內外的實踐證明，僅強調節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，它們節能減排、環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濟社會發展的必然選擇。
建筑成本和性能有關，低碳型綠色建筑強調資源節約和高效使用，對室內外的環境質量進行提升，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水、節電、節氣，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(Service Area，簡稱為SA)，是伴隨著高速公路的產生而形成的，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。高速公路服務區一般遠離城鎮，是一個獨立的系統，從這種意義上說，服務區可以看作是城鎮的補充和延伸，是一個獨特的“小社會”。
高速公路服務區建筑功能具有特定性和多樣化特征，其能源與資源系統自成一體，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，在今天經濟、社會快速發展的前提下，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境的協調、建筑的可持續性上做到更好。
從國外資料來看，歐洲高速公路發展時間最早，其高速公路服務區的規劃建設相當完善。在綠色建筑理念方面，歐洲服務區建筑主要考慮建筑與環境的結合，通過綠化將建筑與環境融為一體；美國是一個高速公路發達的國家，有不同種類的高速公路，美國政府投資的服務區房建設施很簡單，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則特別注重服務區與外部環境的融合與協調，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營管理轉移，服務區無論從規模、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、福銀高速公路的乾陵、永壽服務區、包茂高速公路靖邊南服務區等多條高速公路服務區的相關調研及環境測試發現，長期以來，服務區僅僅作為高速公路的附屬設施，無論在前期的規劃、設計，還是在后期的使用上仍存在不少問題，主要表現在：
1、由于我國高速公路服務區隸屬于交通部門管理，其規劃與單體設計也由該部門設計單位完成。而服務區作為高速公路的附屬服務設施，雖然占地大，但建筑規模則較小，其重要性并沒有受到足夠的關注，這導致目前所規劃設計的服務區缺乏整體設計意識，無論從場地規劃、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、服務區場地規劃設計存在的問題，一是停車場設計分區不夠明確、不利于大小車分流和人車分流，用來分隔停車區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地氣候，需要經常補苗，造成不必要浪費（如圖1所示）。
3、服務區場地技術層面存在的問題，一是運營中產生的廢棄物（包括廢水、生活垃圾）缺少必要的配套處理設施，導致服務區周邊污染；二是場地排水缺乏設計，由于區內硬質地面多，暴雨時容易造成局地暴雨徑流，而雨水本可以充分利用，彌補服務區自打井時常供水不足的問題，這在干旱、半干旱地區尤為重要（如圖2所示）。
4、服務區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， 不利于土地的節約利用；二是部分服務區一些服務設施的規模偏小， 如餐廳、廁所等， 不能滿足高峰時期旅客使用的需求，同時，服務區職工宿舍面積太小， 這對24h連續營業、擁有上百名職工且遠離城鎮的服務區來說， 是一個非常突出的問題（如圖3所示）。
5、服務區建筑設計技術層面存在的問題，就是基本上未考慮“四節一環保”的要求，因此根本上達不到國家《公共建筑節能設計標準》規定節能50%的要求，這從我們在實地調研中對幾個服務區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，高速公路服務區由于遠離城鎮，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建筑設計中，不僅可以在緩解服務區資源緊缺、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能、環境保護方面的研究領域具有積極意義。
三、高速公路服務區低碳型綠色建筑設計實現途徑的探討
3.1 合理設置規模，有效利用土地
服務區的總體建設規模是由各類單元用地規模(功能空間) 組合與疊加而成的, 各單元的組成原則上是根據規劃設計交通量的停車車位來確定, 即根據主線交通量, 計算出服務區的停車位, 以停車位為基礎計算出服務區的面積及其他設施的規模, 將各部分匯總起來, 就是總體規模。
服務區規模設計要有發展的意識。高速公路連網后車流量遞增速度快，據統計，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，服務區就已經改造、擴建2～3次，這不僅資源浪費甚大，也影響了整體效益，為此服務區規模設計應考慮10～15年的發展前景，可“一次設計，分期實施”，預留發展空間，在使用中不斷完善。
規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、小轎車區、貨車及超長車區及特種車區。根據這四類不同車輛的不同要求，規劃停車區和牽出道，嚴禁客貨混停，防止超長車倒車停放。各區之間用綠島隔離，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 優化場地設計，減少環境污染
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受占地空間的限制，服務區內會最大程度地增加建筑面積和停車場面積，如服務區規劃設計充分利用原地貌、地物資源，結合周邊地理環境進行設計，這實際上將是對自然環境的開發和保護，如圖6所示西漢高速公路的秦嶺服務區即為一例。
服務區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，為人的活動創造一個安全、舒適的環境。總體布局上要有明確的功能分區，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，不能混用。對于雨水進行收集，經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自打井供水不足之需。而對于污水處理，完全可以借鑒生態污水處理系統，例如ETS®生態污水處理系統，它借鑒自然界水體自凈原理，加入人工強化技術，在系統中營造了一個平衡的自然生態環境，是傳統污水處理技術與先進技術的結合。系統內部具有高程度的生物多樣性，同時由于其內部形成了一種自然生態平衡，系統的運行具有較高的穩定性。
ETS®給用戶帶來的不僅是污水資源化的價值，而且，對于廣大服務區無法與市政管線相接，而使周邊環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省了大筆長期投資，產生了較大經濟效益，而景觀化的ET®污水處理生態系統則拉近了人與環保的距離。經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池塘用水循環。沒有污染和廢棄物，利用凈化的廢水形成在半干旱地區難以出現的水景景觀，對于整個服務區生態環境的改善和人居環境質量的提高效果顯著（如圖7所示）。
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服務區內的綠化體系應該不僅起到美化環境、劃分功能區劃的作用，而且應結合氣候設計，例如在寒冷和嚴寒地區，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尤為重要。同時，樹種選擇應傾向于當地樹種，便于成活、成長迅速，對地域化的生態環境有利，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 調整建筑布局，達到人性化與地域化要求
在調研中，發現當前許多服務區建筑布局相似、單調，不節地、不節能，針對此種現狀，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，以便提高經濟效益；同時規模要適中，太大太小均不易于經營；
3、平面、立面設計推薦使用非對稱格局，以此來打破單調感；
4、建筑設計時可以結合氣候考慮庭院布局，以此改善微氣候環境，同時美化環境；
5、設置一定數量及規模的灰空間，以達到室外向室內的自然過渡；
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，展現人文風采，交通建筑同樣需要表達其文化內涵。高速公路的服務區建筑如何在商業吸引力和地方鄉土化形式中達到平衡，體現出濃郁的現代風格，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設計重要的追求目標。
3.4 推進節能一體化設計，力求高能效、低能耗
服務區地處城市之外的廣闊地區，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劃節能的主要方向。由此，在規劃設計階段就要充分考慮建筑與外部環境的關系，充分利用自然資源，從總體上為建筑節能創造先決條件。建筑朝向以及建筑的空間組合關系就是規劃節能設計的重點。建筑的主要朝向應迎合當地夏季的主導風向，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低碳綠色建筑設計?？傮w上應立足當地的的人文、氣候特征，通過風——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——環境凈化、屋面綠化、整體拼裝和微藻發電，廢——拆遷材料回用、固體廢棄物再生、可再循環材料選用和設備高效節能等5種主要“生態”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，確保節能效果。
2、必須采用節能門窗。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，建議優先采用。
3、采用節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等。
4、根據情況靈活選用地源熱泵、水源熱泵、置換式新風系統，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能50%的要求，這在我們實地調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，并形成可循環持續發展的模式。構建低碳型綠色建筑代表了當今社會建筑設計領域的發展趨勢，即自然、和諧、生態、低碳、宜居，實質上是建筑文化的重大變革和發展，是后現代建筑的新標志，其深遠意義不可低估。
近年來，我國高速公路有了迅猛的發展，服務區作為高速公路網絡中的配套設施，更日益顯示其重要作用。同時，服務區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，服務區建筑的大量出現、服務區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建筑設計研究成為必然趨勢。
本文通過實地調研，從低碳綠色設計的理念出發，指出了當前我國高速公路服務區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規劃設計理論、提高高速公路服務水平提供幫助。
參考文獻：
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3、劉啟波、周若祁，綠色住區綜合評價方法與設計準則[M]，北京：中國建筑工業出版社，2006.
4、仇保興副部長在第六屆國際綠色建筑與建筑節能大會暨新技術與產品博覽會上的演講[N]，中國建筑安全網，WWW.JZAQ.COM，2010-04-27
6、劉東、段晨、信紅喜，我國高速公路服務區現狀和未來發展建議[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，論高速公路服務區的設計優化[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。
聯系地址：郵編：710061，西安市崇業路9號 長安大學朱雀校區北院09-05信箱。電話：029-82337987；手機：13572508860；電子郵箱：LINKA_0@163.COM
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