前言
壽命周期是指從事物的產(chǎn)生至消亡的過程所經(jīng)歷的時間。對建筑而言，從能源和環(huán)境的角度，其生命周期是指從材料與構(gòu)件生產(chǎn)(含原材料的開采)、規(guī)劃與設(shè)計、建造與運(yùn)輸、運(yùn)行與維護(hù)直到拆除與處理(廢棄、再循環(huán)和再利用等)的全循環(huán)過程，即建筑的全壽命周期。從使用功能的角度，是指從交付使用后到其功能再也不能修復(fù)使用為止的階段性過程，即建筑的使用(功能、自然)壽命周期。另外，從結(jié)構(gòu)或經(jīng)濟(jì)的角度，還有結(jié)構(gòu)壽命周期和經(jīng)濟(jì)壽命周期。本文是從全壽命周期的視角展開研究的。
壽命周期評價是將某一產(chǎn)品在其壽命周期內(nèi)對環(huán)境的影響進(jìn)行系統(tǒng)的和定量的評價。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在總結(jié)世界先進(jìn)環(huán)境管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1997年制定了壽命周期評價原則與框架，將產(chǎn)品壽命周期中對環(huán)境的影響界定為人類健康、資源利用及生態(tài)后果三個方面。
面向全壽命周期的設(shè)計思想是最近才提出的新的設(shè)計理念，它來源于價值工程。該設(shè)計理念是借助設(shè)計對象全壽命周期中與其相關(guān)的各類信息，利用壽命周期評價、價值分析和系統(tǒng)優(yōu)化等手段進(jìn)行設(shè)計，使所完成的設(shè)計作品具有綠色等特性。面向全壽命周期的設(shè)計理念尚不十分成熟，還處于不斷的發(fā)展階段，但在一般制造工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計實(shí)踐中已經(jīng)得到了運(yùn)用。
本文以“節(jié)能建筑”為對象，用全壽命周期理論作指導(dǎo)，對其“設(shè)計準(zhǔn)則與方法”進(jìn)行研究。
1． 面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計準(zhǔn)則
面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計也就是以“節(jié)能”為核心，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與生態(tài)原則的綠色設(shè)計。因此，應(yīng)從綠色建筑的高度上、結(jié)合節(jié)能建筑的具體要求來制定其準(zhǔn)則。必須同時考慮功能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等傳統(tǒng)設(shè)計因素和節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保、健康等可持續(xù)設(shè)計因素。建筑全壽命周期的節(jié)能設(shè)計準(zhǔn)則如下：
1． 1 功能適用性準(zhǔn)則
功能適用性是面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計的前提。建筑功能包括基本使用功能、建筑物理性能、視覺藝術(shù)效果及室外環(huán)境性能，應(yīng)方便實(shí)用、靈活可變、高效率、無冗余。
1． 2 技術(shù)先進(jìn)性準(zhǔn)則
技術(shù)先進(jìn)性是面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計的條件。全壽命周期的節(jié)能建筑強(qiáng)調(diào)在其全壽命周期中的每一環(huán)節(jié)采用先進(jìn)的技術(shù)，從技術(shù)上保證建筑安全、可靠與高效地實(shí)現(xiàn)其各項功能和性能、保證建筑壽命周期全過程具有很好的節(jié)能特性。
1． 3 環(huán)境協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則
環(huán)境協(xié)調(diào)性是全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計中的關(guān)鍵因素，它主要包括節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保、健康等內(nèi)容，設(shè)計時應(yīng)遵守下列原則：
(1)能源消耗最少原則：有限度地位用常規(guī)能源，盡可能使用太陽能等可再生的綠色能源。在建筑全壽命周期的各個階段中全方位地采用有效的節(jié)能技術(shù)，減少能源的使用量，提高能源效率，使其在全壽命周期中的耗能量最少。
(2)資源利用原則：建筑全壽命周期中，盡可能減少不可替代資源的耗費(fèi)，控制可替代和可維持資源的利用強(qiáng)度，保護(hù)資源再生所需的環(huán)境條件。尤其要注重節(jié)地、節(jié)水，充分使用可循環(huán)、可重復(fù)和可再生材料。
(3)環(huán)境負(fù)荷最小原則：減輕對自然環(huán)境的破壞，減少對環(huán)境的污染。建筑全壽命周期中，產(chǎn)生的建筑垃圾、固體與氣體污染物、污水等廢棄物最少，帶來的環(huán)境負(fù)荷最小。
(4)“零損害”原則：建筑全壽命周期中對生產(chǎn)者、直接和間接使用者的損害趨于“零”。生產(chǎn)條件應(yīng)安全、衛(wèi)生，使用環(huán)境應(yīng)健康、舒適。尤其要選用無害化、無污染的綠色環(huán)保型建材，保證室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)。
1． 4 經(jīng)濟(jì)合理性準(zhǔn)則
經(jīng)濟(jì)合理性是全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計中必須考慮的因素之一，即以最低的壽命周期成本實(shí)現(xiàn)必要的功能，獲得豐厚的壽命周期經(jīng)濟(jì)效益。所謂壽命周期成本是指整個壽命周期過程中研發(fā)生的全部費(fèi)用，包括建設(shè)費(fèi)用、使用維修費(fèi)用、殘值及清理費(fèi)用等。
以上四條準(zhǔn)則相互聯(lián)系、相互制約。只有在設(shè)計過程中將功能適用性、技術(shù)先進(jìn)性、環(huán)境協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟(jì)合理性融合為一個整體，才能創(chuàng)作出面向全壽命周期的節(jié)能建筑系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案。
2．面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計程序
面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計包活確定設(shè)計目標(biāo)、初步方案構(gòu)思、備選方案設(shè)計、壽命周期評價、分析改進(jìn)與確定方案等，如圖l所示，這幾個階段構(gòu)成一個反饋系統(tǒng)，并不斷地互相交換信息。
2． 1 確定設(shè)計目標(biāo)
設(shè)計目標(biāo)為建筑的全壽命周期節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)化、綠色化。具體內(nèi)容要符合上述提出的四條基本準(zhǔn)則。根據(jù)不同類型的建筑制定相應(yīng)的目標(biāo)，體現(xiàn)其特性和要求，確定合理的系統(tǒng)邊界。設(shè)計目標(biāo)指明了設(shè)計的目的和方向。
2．2 初步方案構(gòu)思
根據(jù)節(jié)能設(shè)計目標(biāo)，采用功能分析法和創(chuàng)造性思維法構(gòu)思若干個初步方案。這一階段是一個創(chuàng)作的過程，所產(chǎn)生的結(jié)果是概念式和草圖式的。
2． 3 備選方案設(shè)計
遵循節(jié)能設(shè)計準(zhǔn)則、應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)措施，將這些初步方案具體化，確定實(shí)現(xiàn)初步方案的主要材料、結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)造方案以及初步的施工方案、設(shè)備系統(tǒng)等，形成多個備選建筑方案。
2．4 壽命周期評價
方案設(shè)計的過程是一種系統(tǒng)分析和綜合的過程，也是對設(shè)計系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的過程。因此，應(yīng)對設(shè)計方案進(jìn)行全面、綜合評估。壽命周期評價是解決這一問題的最有力的手段，它主要包括清單分析和影響分析，具體步驟如下：
第一步，詳細(xì)列出建筑全壽命周期各階段的各種輸出輸入信息(包括環(huán)境性、功能性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性等多方面)，根據(jù)設(shè)計的目標(biāo)和準(zhǔn)則確定評價因子。其中主要的評價因子之一為使用耗能。應(yīng)盡量精簡對評價結(jié)果影響小的次要評價因子，以減少評價工作量。根據(jù)壽命周期評價原則和多層次模糊綜合評判模型的要求制定評價指標(biāo)體系，其構(gòu)成如圖2所示。它是由層的目標(biāo)層、中間層的準(zhǔn)則層及指標(biāo)層和最低層的方案層構(gòu)成。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)不同的建筑對象制定具體的評價指標(biāo)。
第二步，采集評價指標(biāo)的有關(guān)數(shù)據(jù)和特征，并對其進(jìn)行定性和定量分析。進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為模糊評價向量，建立評判模糊矩陣“R”。
第三步，選用德爾斐法、專家調(diào)查法或判斷矩陣分析法確定評價指標(biāo)的權(quán)重，并從整體上調(diào)整，形成權(quán)重模糊子集“A”。
第四步，運(yùn)用評價模型對建筑的全壽命周期的能源和資源消耗以及污染物排放等對環(huán)境的影響(環(huán)境性，本方法側(cè)重能源消耗方面)和其綜合性能(將環(huán)境性、功能性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮)進(jìn)行評判，從而得出相應(yīng)的評判結(jié)果。
2．5 分析改進(jìn)、確定方案
分析評判結(jié)果，并據(jù)此對原方案進(jìn)行反饋改進(jìn)，使方案進(jìn)一步優(yōu)化，選擇出方案。
3．結(jié)語
面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計方法可使建筑師運(yùn)用嚴(yán)密推理和定量化評判的現(xiàn)代思維方法制定、修正與改進(jìn)設(shè)計方案。這克服了傳統(tǒng)設(shè)計方法的片面性、不確定性，使其趨向于科學(xué)化、系統(tǒng)化。由此形成的節(jié)能建筑方案具有較大的客觀性和可靠性。從而可指導(dǎo)節(jié)能建筑系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，提升節(jié)能設(shè)計的整體水平，實(shí)現(xiàn)“全系統(tǒng)”、“全壽命”的節(jié)能，以達(dá)到“可持續(xù)的環(huán)境、可持續(xù)的建筑”的綠色生態(tài)要求。
文中所討論的重點(diǎn)是不同類型的建筑共同遵循的設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計程序方法的框架模式．在具體建筑的實(shí)際應(yīng)用中要不斷地深化、完善，增強(qiáng)其針對性、實(shí)用性和可操作性。
壽命周期是指從事物的產(chǎn)生至消亡的過程所經(jīng)歷的時間。對建筑而言，從能源和環(huán)境的角度，其生命周期是指從材料與構(gòu)件生產(chǎn)(含原材料的開采)、規(guī)劃與設(shè)計、建造與運(yùn)輸、運(yùn)行與維護(hù)直到拆除與處理(廢棄、再循環(huán)和再利用等)的全循環(huán)過程，即建筑的全壽命周期。從使用功能的角度，是指從交付使用后到其功能再也不能修復(fù)使用為止的階段性過程，即建筑的使用(功能、自然)壽命周期。另外，從結(jié)構(gòu)或經(jīng)濟(jì)的角度，還有結(jié)構(gòu)壽命周期和經(jīng)濟(jì)壽命周期。本文是從全壽命周期的視角展開研究的。
壽命周期評價是將某一產(chǎn)品在其壽命周期內(nèi)對環(huán)境的影響進(jìn)行系統(tǒng)的和定量的評價。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在總結(jié)世界先進(jìn)環(huán)境管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1997年制定了壽命周期評價原則與框架，將產(chǎn)品壽命周期中對環(huán)境的影響界定為人類健康、資源利用及生態(tài)后果三個方面。
面向全壽命周期的設(shè)計思想是最近才提出的新的設(shè)計理念，它來源于價值工程。該設(shè)計理念是借助設(shè)計對象全壽命周期中與其相關(guān)的各類信息，利用壽命周期評價、價值分析和系統(tǒng)優(yōu)化等手段進(jìn)行設(shè)計，使所完成的設(shè)計作品具有綠色等特性。面向全壽命周期的設(shè)計理念尚不十分成熟，還處于不斷的發(fā)展階段，但在一般制造工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計實(shí)踐中已經(jīng)得到了運(yùn)用。
本文以“節(jié)能建筑”為對象，用全壽命周期理論作指導(dǎo)，對其“設(shè)計準(zhǔn)則與方法”進(jìn)行研究。
1． 面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計準(zhǔn)則
面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計也就是以“節(jié)能”為核心，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與生態(tài)原則的綠色設(shè)計。因此，應(yīng)從綠色建筑的高度上、結(jié)合節(jié)能建筑的具體要求來制定其準(zhǔn)則。必須同時考慮功能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等傳統(tǒng)設(shè)計因素和節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保、健康等可持續(xù)設(shè)計因素。建筑全壽命周期的節(jié)能設(shè)計準(zhǔn)則如下：
1． 1 功能適用性準(zhǔn)則
功能適用性是面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計的前提。建筑功能包括基本使用功能、建筑物理性能、視覺藝術(shù)效果及室外環(huán)境性能，應(yīng)方便實(shí)用、靈活可變、高效率、無冗余。
1． 2 技術(shù)先進(jìn)性準(zhǔn)則
技術(shù)先進(jìn)性是面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計的條件。全壽命周期的節(jié)能建筑強(qiáng)調(diào)在其全壽命周期中的每一環(huán)節(jié)采用先進(jìn)的技術(shù)，從技術(shù)上保證建筑安全、可靠與高效地實(shí)現(xiàn)其各項功能和性能、保證建筑壽命周期全過程具有很好的節(jié)能特性。
1． 3 環(huán)境協(xié)調(diào)性準(zhǔn)則
環(huán)境協(xié)調(diào)性是全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計中的關(guān)鍵因素，它主要包括節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保、健康等內(nèi)容，設(shè)計時應(yīng)遵守下列原則：
(1)能源消耗最少原則：有限度地位用常規(guī)能源，盡可能使用太陽能等可再生的綠色能源。在建筑全壽命周期的各個階段中全方位地采用有效的節(jié)能技術(shù)，減少能源的使用量，提高能源效率，使其在全壽命周期中的耗能量最少。
(2)資源利用原則：建筑全壽命周期中，盡可能減少不可替代資源的耗費(fèi)，控制可替代和可維持資源的利用強(qiáng)度，保護(hù)資源再生所需的環(huán)境條件。尤其要注重節(jié)地、節(jié)水，充分使用可循環(huán)、可重復(fù)和可再生材料。
(3)環(huán)境負(fù)荷最小原則：減輕對自然環(huán)境的破壞，減少對環(huán)境的污染。建筑全壽命周期中，產(chǎn)生的建筑垃圾、固體與氣體污染物、污水等廢棄物最少，帶來的環(huán)境負(fù)荷最小。
(4)“零損害”原則：建筑全壽命周期中對生產(chǎn)者、直接和間接使用者的損害趨于“零”。生產(chǎn)條件應(yīng)安全、衛(wèi)生，使用環(huán)境應(yīng)健康、舒適。尤其要選用無害化、無污染的綠色環(huán)保型建材，保證室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)。
1． 4 經(jīng)濟(jì)合理性準(zhǔn)則
經(jīng)濟(jì)合理性是全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計中必須考慮的因素之一，即以最低的壽命周期成本實(shí)現(xiàn)必要的功能，獲得豐厚的壽命周期經(jīng)濟(jì)效益。所謂壽命周期成本是指整個壽命周期過程中研發(fā)生的全部費(fèi)用，包括建設(shè)費(fèi)用、使用維修費(fèi)用、殘值及清理費(fèi)用等。
以上四條準(zhǔn)則相互聯(lián)系、相互制約。只有在設(shè)計過程中將功能適用性、技術(shù)先進(jìn)性、環(huán)境協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟(jì)合理性融合為一個整體，才能創(chuàng)作出面向全壽命周期的節(jié)能建筑系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方案。
2．面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計程序
面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計包活確定設(shè)計目標(biāo)、初步方案構(gòu)思、備選方案設(shè)計、壽命周期評價、分析改進(jìn)與確定方案等，如圖l所示，這幾個階段構(gòu)成一個反饋系統(tǒng)，并不斷地互相交換信息。
2． 1 確定設(shè)計目標(biāo)
設(shè)計目標(biāo)為建筑的全壽命周期節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)化、綠色化。具體內(nèi)容要符合上述提出的四條基本準(zhǔn)則。根據(jù)不同類型的建筑制定相應(yīng)的目標(biāo)，體現(xiàn)其特性和要求，確定合理的系統(tǒng)邊界。設(shè)計目標(biāo)指明了設(shè)計的目的和方向。
2．2 初步方案構(gòu)思
根據(jù)節(jié)能設(shè)計目標(biāo)，采用功能分析法和創(chuàng)造性思維法構(gòu)思若干個初步方案。這一階段是一個創(chuàng)作的過程，所產(chǎn)生的結(jié)果是概念式和草圖式的。
2． 3 備選方案設(shè)計
遵循節(jié)能設(shè)計準(zhǔn)則、應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)措施，將這些初步方案具體化，確定實(shí)現(xiàn)初步方案的主要材料、結(jié)構(gòu)選型、構(gòu)造方案以及初步的施工方案、設(shè)備系統(tǒng)等，形成多個備選建筑方案。
2．4 壽命周期評價
方案設(shè)計的過程是一種系統(tǒng)分析和綜合的過程，也是對設(shè)計系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的過程。因此，應(yīng)對設(shè)計方案進(jìn)行全面、綜合評估。壽命周期評價是解決這一問題的最有力的手段，它主要包括清單分析和影響分析，具體步驟如下：
第一步，詳細(xì)列出建筑全壽命周期各階段的各種輸出輸入信息(包括環(huán)境性、功能性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性等多方面)，根據(jù)設(shè)計的目標(biāo)和準(zhǔn)則確定評價因子。其中主要的評價因子之一為使用耗能。應(yīng)盡量精簡對評價結(jié)果影響小的次要評價因子，以減少評價工作量。根據(jù)壽命周期評價原則和多層次模糊綜合評判模型的要求制定評價指標(biāo)體系，其構(gòu)成如圖2所示。它是由層的目標(biāo)層、中間層的準(zhǔn)則層及指標(biāo)層和最低層的方案層構(gòu)成。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)不同的建筑對象制定具體的評價指標(biāo)。
第二步，采集評價指標(biāo)的有關(guān)數(shù)據(jù)和特征，并對其進(jìn)行定性和定量分析。進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為模糊評價向量，建立評判模糊矩陣“R”。
第三步，選用德爾斐法、專家調(diào)查法或判斷矩陣分析法確定評價指標(biāo)的權(quán)重，并從整體上調(diào)整，形成權(quán)重模糊子集“A”。
第四步，運(yùn)用評價模型對建筑的全壽命周期的能源和資源消耗以及污染物排放等對環(huán)境的影響(環(huán)境性，本方法側(cè)重能源消耗方面)和其綜合性能(將環(huán)境性、功能性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮)進(jìn)行評判，從而得出相應(yīng)的評判結(jié)果。
2．5 分析改進(jìn)、確定方案
分析評判結(jié)果，并據(jù)此對原方案進(jìn)行反饋改進(jìn)，使方案進(jìn)一步優(yōu)化，選擇出方案。
3．結(jié)語
面向全壽命周期的節(jié)能建筑設(shè)計方法可使建筑師運(yùn)用嚴(yán)密推理和定量化評判的現(xiàn)代思維方法制定、修正與改進(jìn)設(shè)計方案。這克服了傳統(tǒng)設(shè)計方法的片面性、不確定性，使其趨向于科學(xué)化、系統(tǒng)化。由此形成的節(jié)能建筑方案具有較大的客觀性和可靠性。從而可指導(dǎo)節(jié)能建筑系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，提升節(jié)能設(shè)計的整體水平，實(shí)現(xiàn)“全系統(tǒng)”、“全壽命”的節(jié)能，以達(dá)到“可持續(xù)的環(huán)境、可持續(xù)的建筑”的綠色生態(tài)要求。
文中所討論的重點(diǎn)是不同類型的建筑共同遵循的設(shè)計準(zhǔn)則和設(shè)計程序方法的框架模式．在具體建筑的實(shí)際應(yīng)用中要不斷地深化、完善，增強(qiáng)其針對性、實(shí)用性和可操作性。