第四讲乡村类型 和 城市类型 倾向的注重生态的建筑设计
（二）
纲要? 4.1关注生态和生物多样性的整合设计概念
4.2生物建筑运动的影响
4.3盖娅运动和盖娅住区宪章
4.4城市类型倾向的注重生态的设计理论与实践（一）
关注生态和生物多样性的 整合设计 概念
Integral Design
所谓,整合设计,,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,。
ZHUSHI1,Sim Van der Ryn,Integral
design,In,Crump R W,Harms M J,eds.
The Design Connection,energy and
technology in architecture,New York,Van
Nostrand Reinhold Company,1981.
西姆 ·范 ·德莱恩
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。
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 。,
ZHUSHI2:请注意,西姆针对建筑师提出的论点已经蕴含了朴素的,可持续发展思想,。
如何符合,整合设计,
要求？
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,
废弃物以及其它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 。
ZHUSHI3,Sim Van der Ryn,Integral
design,In,Crump R W,Harms M J,eds,
The Design Connection,energy and
technology in architecture,New York,Van
Nostrand Reinhold Company,1981,29~38,
第 30页。
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。
,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 。
建筑师在设计城市,
城镇,建筑时,从对自然系统的类比中借鉴什么内容呢？
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。
ZHUSHI4,生物圈中的碳循环 (资料来源,根据 E.奥德姆,生态学基础改绘 )
岩石圈动植物 水圈大气层光合作用有机腐烂呼吸作用吸收 CO2
有机腐烂石油形成岩石风化火山气体石油燃烧岩石分解岩石沉淀
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。
在负熵的过程中,西姆更为看重,信息,的作用：自然系统以及它们所蕴含的信息是不可降解的 。 而,人类作为一个物种,很独特地利用抽象和符号
‘ 储藏信息 ’,这使得我们有独特的能力来操纵周围的环境,
而其它物种并不具备这一能力 。,
西姆引用爱德华 ·海亚姆斯在
,土壤与文明,一书中的观点,
认为：,地球上绝大多数地域的生态破坏是由于早期的文化造成：为了获得尽可能多的产出,利用 ‘ 园艺效应 ’ 进行的单一物种耕作,破坏了周围的生态系统,即大多数耕作已经破坏了周围的环境 。,
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
ZHUSHI5:环形模式和线性模式很容易理解,后面讲座将会有详细解释 。
ZHUSHI6:西姆所谓的整合系统实际上就是指完整的生态系统以及周围的环境 。
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 。
自然整合系统特有的四个过程：
第一,能量和物质的流动通过一个封闭的环形和多渠道的网络进行 。
就像生态系统中的食物链所代表的那样：能量和物质经过多种不同的状态,从最初的太阳能,到不同的种群体内,经过生物降解回到无机物的状态,
然后再经过光合作用重新进入循环圈 。 如果在建筑环境的设计过程中,有意识采用这一概念,会有很多裨益 。
第二,为了维持系统内部的自我平衡,维持系统的稳定,通过逐渐增加 小的增量 来释放系统中的能量 。
有机体通过小的增量来利用能量时,利用效率非常高 。 正如生态系统能量金字塔所表示的那样,成熟的自然生态系统是由许多不同能级的物种构成,
其中每一种群都可以长时间地储存能量,并且通过各种路线和路径来输送 。 这种能量和物质的转换方式具有将废弃物缩减到最小的功效 。 因为如果在一个简单系统中,突然释放出较大的能量和物质流,很可能会因为超出了系统的瞬时储存能力而流失 。
第三,利用负反馈,
通过可渗透的边界,
维持自然整合系统的稳定状态 。
各个自然整合系统的边界不是严格限定的,而是相互交织在一起,构成一个网络,而且边界是可以渗透的 。 这样系统网络中能量和物质不会流失到网络之外 。
第四,自然整合系统中的信息储存在分散的基因存储器中 。 正是这些信息促进了系统的进化,使之不会停留在原有的层次和水平上 。
ZHUSHI7,Sim Van der Ryn,Integral
design,In,Crump R W,Harms M J,eds.
The Design Connection,energy and
technology in architecture,New York,Van
Nostrand Reinhold Company,1981,29~38.
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对于有机生命系统而言，进化的信息储存在每个细胞的 DNA
中,DNA是确定有机体的形式和结构的密码。在人类社会中，
信息储存在文化模式中包括建筑环境、交流方式和社会结构等。在能量和物质以时间为参量的持续不断的变化过程中，
信息作为文化中的进化基因被储存起来。由于重要的遗传信息得以保留，自然整合系统才能够不断发展。
整合设计 就是要利用上述四点以及自然整合系统中的能量和物质流动模式,进行设计 。
西姆借用了信息理论的研究,
认为,信息过载,系统中的能量巨浪的涌动,可能成为信息内容的破坏者,那是现代文化的一个范式 。,认为现代社会的单一经营的模式过于迅速地耗尽了能量和物质材料,就像如果使水生系统,过载,—富营养化,很快就会破坏原有的系统结构一样 。
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 。
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 。
ZHUSHI8:西姆采用的有机生活废物的处理模式非常像中国南方,桑基鱼塘,的朴素生态能量和物质循环模式 。
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 。
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 。
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 。
ZHUSHI9:这一点与重视技术的生态建筑相同,存在着一些共同点 。 当然,对于重视技术的建筑师而言,这样的,多样化,
路径,显然过于简单,缺乏挑战：他们象作和正在作的是将各种新的生态技术整合于建筑中,构造全新的,多功能的,建筑元素,概念 。
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 。,
,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,生物降解以及其它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 。,
ZHUSHI10,Sim Van der Ryn.
Introduction,ecology and the commons,In:
Ryn S V der,Calthorpe P,eds,Sustainable
Communities,a new design synthesis for
cities,suburbs,and towns,San Francisco:
Sierra Club Books,1986:8~17.
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 (doing more
with less)。”
适合于西姆整合设计要求的初期实验性设计作品包括位于麻省的新炼金术方舟 (New Alchemy
Ark)和加州伯克利的法拉隆斯学会整合城市住宅 (前面提到的 ),在一个较小的尺度范围中,
将食物和能量生产整合于建筑中 。
生物建筑运动的影响? 大 地 建 筑 师 （ Gaia
architect） 戴维 ·皮尔森在指出,同健康的建筑相关的最先进的运动是生物建筑运动 。
ZHUSHI11,Pearson D,The Natural
House Book,New York,Simon and Schuster
(Fireside),1989.
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 。
ZHUSHI12,鲁道夫 ·斯坦纳 （ Rudolf
Steiner,1861-1925） 德国哲学家,曾经从事歌德关于自然历史著作的编撰工作 。 将自 己 的 研 究 称 为,人 知 学,
（ anthroposophy）,意思是关于人类智慧的学说,同,神知学,（ theosophy） 对立,
主张从人性化自然的角度出发,推导整个自然的发展 。
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,
就象人类的皮肤一样,
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 。
爱德华 ·库里南设计的位于西敏斯特的小屋
盖娅运动和盖娅住区宪章
盖娅运动缘起
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 。
ZHUSHI13,郑师章,吴千红,王海波等,普通生态学：原理,方法和应用,上海：
复旦大学出版社,1994,第 27页 。
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 。
ZHUSHI14,Lovelock J,Gaia and the
balance of nature,In,Ph,Bourdeau,Fasella P M,
Teller A,eds,Environmental Ethics,mans
relationship with nature interactions with science.
Luxembourg,Office for Official Publications of
the European Communities,1989.
ZHUSHI15:参见 Lovelock J,Gaia,a new
look at life on earth,New York,Oxford
University Press,1987.
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,
就象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，盖娅住宅宪章的设计原则有助于认识盖娅运动。
为星球和谐而设计
场地,定位和建设都应最充分保护可再生资源 。 利用太阳能,风能和水能满足所有或大部分能源需求,减少对不可再生能源的依赖 。
使用无毒,无污染,可持续和可再生的,绿色,建材和产品 —具有较低的蕴能量,
较少环境和社会损耗,能生物降解或循环利用 。
使用效率控制系统调控能量,
供热,制冷,供水,空气流通和采光,高效利用资源 。
种植地方性的树木和花草品种,
将建筑设计成当地生物系统的一部分 。 施用有机废物堆积的肥料,不用杀虫剂,利用生态系统控制害虫 。 设计中水循环,
使用低溢漏节水型马桶 。 收集,
储存和利用雨水 。
设计防止污染空气,水和土壤的系统 。
在,自然住宅手册,一书中，皮尔森概述了盖娅住区宪章，盖娅住宅宪章的设计原则有助于认识盖娅运动。
为精神平和而设计
制作与环境和谐的家园 ——
建筑风格,规模以及外装修材料都与周围社区一致 。
每一阶段都有公众参与 ——
汇集众人的观点和技巧,寻找一种整体设计方案 。
和谐的比例,形式和造型 。
利用自然材料的色彩和质感肌理以及天然的染色剂,漆料和着色剂便于创造一种人性,有心理疗效的色彩环境 。
将建筑与大自然的旋律 （ 四时,
时令,气候等 ） 充分联系起来 。
在,自然住宅手册,一书中，皮尔森概述了盖娅住区宪章，盖娅住宅宪章的设计原则有助于认识盖娅运动。
为身体健康而设计
允许建筑,呼吸,,创造一个健康的室内气候,利用自然方法 ——例如建材和适于气候的设计来调整温度,湿度和空气流动 。
建筑远离有害的电磁场辐射源,防止家用电器及线路产生的静电和电磁场干扰 。
供给无污染的水,空气,远离污染物 （ 尤其是氡 ）,维持舒适的湿度,负离子平衡 。
居室中创造安静,宜人,健康的声环境氛围,隔绝室内外噪声 。
保证阳光射入建筑室内,减少依赖人工照明系统 。
盖娅建筑师设计的小住宅
盖娅建筑师设计的小住宅
小结? 注重生态的,乡村类型,的建筑设计没有成为设计主流,所受到的关注,远远不如,城市类型,的建筑设计 。 其中一个非常重要的原因是：各种生态设计原则多由生态学家,生物学家,哲学家和作家等提出,
过于笼统,庞杂,可操作性相对较差 。 但是不可否认,方方面面的研究却为注重生态的建筑设计发展提供了理论框架,
为进一步将注重生态的建筑研究融合在可持续发展的思想背景下奠定了坚实的基础 。
城市类型倾向的注重生态的设计理论与实践
背景分析
同,技术决定论,具有一定的关系 。
ZHUSHI16:所谓,技术决定论,,是指从技术主义和科学主义的立场上来对待社会和自然界相互作用的调整任务,。 Ю,A,什科连科,哲学 ·生态学 ·宇航学,范习新,沈阳：辽宁人民出版社,1987.第 53页 。
从科学技术的观点看来,在可驾驶的宇宙飞船和地球之间进行的类比,是有一定根据的：
独立的生活保障,小型的物质循环,节约利用飞船上的水,
氧气,燃料等物质材料资源,
尽量利用太阳能 。
可以认为,现代宇宙飞船的所有这些规范和要求,不仅是在模拟,小型地球,,而且同生态建筑设计节约和高效利用地球资源的目的非常一致 。 虽然同一般的建筑设计相比较,宇宙飞船的处理方法所采用的技术更为尖端,
但是这并不妨碍一些注重技术的建筑师的设计实践中,
应用类似的原则,采用技术含量高的手段,解决注重生态的建筑设计问题 。
在 60年代 —70年代航天的研究过程中,自然循环和研究建立某些食物自然循环流线的可能性 。
这种封闭自循环的思想,仍然影响和促进了自维持的设计思想,同时导致了生物圈 2号的尝试 。
,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 。
,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 。
ZHUSHI17,这一概念是富勒在 1922年首次形成,并在 1938年的名为,通向月球的 9个环节,中 系 统 阐 述 。 参见 Encyclopaedia
Britannica 98 中 富 勒传 记 [2] R,B,Fuller,
Buckminster Fuller,an autobiographical
monologue(New York,1980)
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,美国或其它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 。
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 。
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。
ZHUSHI18,薛定谔认为,生物不破坏周围环境的秩序,并将负熵不断地吸收到自身体内,就不能生存 。,因此,薛定谔和玻尔兹曼等物理学家直观地认为：生物的生命活动,不过是同熵的生成作斗争的过程 。 同生物体一样,建筑存在着将从外部所吸收到的新能量转化成自身功能需要的能力,同时存在着将建筑内部的废物和废热释放到外部环境的过程 。 这就表明,建筑本身是一个开放体系,而不是封闭体系或孤立体系 。 王维,熵理论的哲学意义,自然辩证法通讯,1987，
9(3),8~16
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 。
,少费多用,思想的实践
可以灵活组装,独立运作的 Dymaxion住宅,
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)。
狄马西昂住宅? 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 。
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 。
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。
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。
ZHUSHI19:肯尼思 ·弗兰姆普敦,现代建筑：一部批判的历史，原山 等译,北京：
中国建筑工业出版社,1988。第 299页
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
张力杆件穹窿 (Geodesic
dome)是在整体协同思想的前提下,应用
,Ephemeralization”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,。
ZHUSHI20:Geodesic dome的翻译存在多种不同的译法,结合相关资料对,Geodesic
dome”的解释,因为赖德霖的译法较为切合实际的含义,故选用此种译法 。
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。
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 。
ZHUSHI21,Yeang K,Designing with
Nature,the ecological basis for architectural
design,New York,McGraw-Hill,Inc.,1995.
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 。,
ZHUSHI22,Brenda and Robert Vale.
The Autonomous House,design and planning
for self sufficiency,New York,Universe
Books,1975,第 7页 。
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个：
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 。
ZHUSHI23:德国,建筑细部,杂志的编辑克里斯帝安 ·施蒂希 认为：,单栋分离式的住宅，无论如何不能称为生态可持续的设计,
因为过度占用土地，而且大量的外墙面积会导致热量的散失，这需要高质量的建材来抵消由此带来的不利影响。因此，不幸的是，
德国近期在这一领域进行的大量研究项目，
例如弗赖堡的零能住宅，不得不依赖联邦的补助。” Schttich C,Thoughts on ecological
building,A+U,1997,5(320),19.
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年代 —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米到数英亩,完全看人这一动物个体要求的复杂性 。 60年代 -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,。
ZHUSHI24:参见 Odum H T,Environment,
Power,and Society,New York,John Wiley &
Sons,Inc.,1971.第 282~284页和第 136页中的
,人生命支持系统每天消耗的能量表,。
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年代 —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 。
ZHUSHI24,Brenda and Robert Vale.
The Autonomous House,design and planning
for self sufficiency,New York,Universe
Books,1975,第 10页 。
自维持住宅的一种简单的低能量系统模型
)(资料来源,Brenda and Robert Vale,The Autonomous House,design and planning for self-sufficiency)
屋顶太阳能集热器热水箱 洗浴用水供热器 沉降池污水池碎石堆池沼气池池沙堆过滤 冲刷回土地堆肥 沼气罐 沼气灶购买的食物等消费雨水 储存水箱 净化处理煮沸人 生活污水牛奶、奶酪、鸡蛋、
蔬菜、水果、蜂蜜、
肉类等特定设计地段周围生产的物品 花园中产生的废弃物质和肥料纸,塑料,
易拉罐等可以利用当地垃圾处理系统回收的废弃物质风力发电机荷载共享设备即时电力需求蓄电池沙堆中的供热盘管驱动风扇,泵,埋入式供热器,灯,
冰箱,电视等设备温室中的植物 沙堆 房间干燥剂利用火炉进行干燥剂的再生处理热量手推车收获、储藏直接排放水管电缆热空气冷空气冷空气热空气传导完热量的空气热空气
（二）
纲要? 4.1关注生态和生物多样性的整合设计概念
4.2生物建筑运动的影响
4.3盖娅运动和盖娅住区宪章
4.4城市类型倾向的注重生态的设计理论与实践（一）
关注生态和生物多样性的 整合设计 概念
Integral Design
所谓,整合设计,,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,。
ZHUSHI1,Sim Van der Ryn,Integral
design,In,Crump R W,Harms M J,eds.
The Design Connection,energy and
technology in architecture,New York,Van
Nostrand Reinhold Company,1981.
西姆 ·范 ·德莱恩
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。
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 。,
ZHUSHI2:请注意,西姆针对建筑师提出的论点已经蕴含了朴素的,可持续发展思想,。
如何符合,整合设计,
要求？
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,
废弃物以及其它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 。
ZHUSHI3,Sim Van der Ryn,Integral
design,In,Crump R W,Harms M J,eds,
The Design Connection,energy and
technology in architecture,New York,Van
Nostrand Reinhold Company,1981,29~38,
第 30页。
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。
,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 。
建筑师在设计城市,
城镇,建筑时,从对自然系统的类比中借鉴什么内容呢？
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。
ZHUSHI4,生物圈中的碳循环 (资料来源,根据 E.奥德姆,生态学基础改绘 )
岩石圈动植物 水圈大气层光合作用有机腐烂呼吸作用吸收 CO2
有机腐烂石油形成岩石风化火山气体石油燃烧岩石分解岩石沉淀
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。
在负熵的过程中,西姆更为看重,信息,的作用：自然系统以及它们所蕴含的信息是不可降解的 。 而,人类作为一个物种,很独特地利用抽象和符号
‘ 储藏信息 ’,这使得我们有独特的能力来操纵周围的环境,
而其它物种并不具备这一能力 。,
西姆引用爱德华 ·海亚姆斯在
,土壤与文明,一书中的观点,
认为：,地球上绝大多数地域的生态破坏是由于早期的文化造成：为了获得尽可能多的产出,利用 ‘ 园艺效应 ’ 进行的单一物种耕作,破坏了周围的生态系统,即大多数耕作已经破坏了周围的环境 。,
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
ZHUSHI5:环形模式和线性模式很容易理解,后面讲座将会有详细解释 。
ZHUSHI6:西姆所谓的整合系统实际上就是指完整的生态系统以及周围的环境 。
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 。
自然整合系统特有的四个过程：
第一,能量和物质的流动通过一个封闭的环形和多渠道的网络进行 。
就像生态系统中的食物链所代表的那样：能量和物质经过多种不同的状态,从最初的太阳能,到不同的种群体内,经过生物降解回到无机物的状态,
然后再经过光合作用重新进入循环圈 。 如果在建筑环境的设计过程中,有意识采用这一概念,会有很多裨益 。
第二,为了维持系统内部的自我平衡,维持系统的稳定,通过逐渐增加 小的增量 来释放系统中的能量 。
有机体通过小的增量来利用能量时,利用效率非常高 。 正如生态系统能量金字塔所表示的那样,成熟的自然生态系统是由许多不同能级的物种构成,
其中每一种群都可以长时间地储存能量,并且通过各种路线和路径来输送 。 这种能量和物质的转换方式具有将废弃物缩减到最小的功效 。 因为如果在一个简单系统中,突然释放出较大的能量和物质流,很可能会因为超出了系统的瞬时储存能力而流失 。
第三,利用负反馈,
通过可渗透的边界,
维持自然整合系统的稳定状态 。
各个自然整合系统的边界不是严格限定的,而是相互交织在一起,构成一个网络,而且边界是可以渗透的 。 这样系统网络中能量和物质不会流失到网络之外 。
第四,自然整合系统中的信息储存在分散的基因存储器中 。 正是这些信息促进了系统的进化,使之不会停留在原有的层次和水平上 。
ZHUSHI7,Sim Van der Ryn,Integral
design,In,Crump R W,Harms M J,eds.
The Design Connection,energy and
technology in architecture,New York,Van
Nostrand Reinhold Company,1981,29~38.
第 33页 。
对于有机生命系统而言，进化的信息储存在每个细胞的 DNA
中,DNA是确定有机体的形式和结构的密码。在人类社会中，
信息储存在文化模式中包括建筑环境、交流方式和社会结构等。在能量和物质以时间为参量的持续不断的变化过程中，
信息作为文化中的进化基因被储存起来。由于重要的遗传信息得以保留，自然整合系统才能够不断发展。
整合设计 就是要利用上述四点以及自然整合系统中的能量和物质流动模式,进行设计 。
西姆借用了信息理论的研究,
认为,信息过载,系统中的能量巨浪的涌动,可能成为信息内容的破坏者,那是现代文化的一个范式 。,认为现代社会的单一经营的模式过于迅速地耗尽了能量和物质材料,就像如果使水生系统,过载,—富营养化,很快就会破坏原有的系统结构一样 。
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 。
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 。
ZHUSHI8:西姆采用的有机生活废物的处理模式非常像中国南方,桑基鱼塘,的朴素生态能量和物质循环模式 。
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 。
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 。
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 。
ZHUSHI9:这一点与重视技术的生态建筑相同,存在着一些共同点 。 当然,对于重视技术的建筑师而言,这样的,多样化,
路径,显然过于简单,缺乏挑战：他们象作和正在作的是将各种新的生态技术整合于建筑中,构造全新的,多功能的,建筑元素,概念 。
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 。,
,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,生物降解以及其它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 。,
ZHUSHI10,Sim Van der Ryn.
Introduction,ecology and the commons,In:
Ryn S V der,Calthorpe P,eds,Sustainable
Communities,a new design synthesis for
cities,suburbs,and towns,San Francisco:
Sierra Club Books,1986:8~17.
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 (doing more
with less)。”
适合于西姆整合设计要求的初期实验性设计作品包括位于麻省的新炼金术方舟 (New Alchemy
Ark)和加州伯克利的法拉隆斯学会整合城市住宅 (前面提到的 ),在一个较小的尺度范围中,
将食物和能量生产整合于建筑中 。
生物建筑运动的影响? 大 地 建 筑 师 （ Gaia
architect） 戴维 ·皮尔森在指出,同健康的建筑相关的最先进的运动是生物建筑运动 。
ZHUSHI11,Pearson D,The Natural
House Book,New York,Simon and Schuster
(Fireside),1989.
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 。
ZHUSHI12,鲁道夫 ·斯坦纳 （ Rudolf
Steiner,1861-1925） 德国哲学家,曾经从事歌德关于自然历史著作的编撰工作 。 将自 己 的 研 究 称 为,人 知 学,
（ anthroposophy）,意思是关于人类智慧的学说,同,神知学,（ theosophy） 对立,
主张从人性化自然的角度出发,推导整个自然的发展 。
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,
就象人类的皮肤一样,
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 。
爱德华 ·库里南设计的位于西敏斯特的小屋
盖娅运动和盖娅住区宪章
盖娅运动缘起
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 。
ZHUSHI13,郑师章,吴千红,王海波等,普通生态学：原理,方法和应用,上海：
复旦大学出版社,1994,第 27页 。
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 。
ZHUSHI14,Lovelock J,Gaia and the
balance of nature,In,Ph,Bourdeau,Fasella P M,
Teller A,eds,Environmental Ethics,mans
relationship with nature interactions with science.
Luxembourg,Office for Official Publications of
the European Communities,1989.
ZHUSHI15:参见 Lovelock J,Gaia,a new
look at life on earth,New York,Oxford
University Press,1987.
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,
就象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，盖娅住宅宪章的设计原则有助于认识盖娅运动。
为星球和谐而设计
场地,定位和建设都应最充分保护可再生资源 。 利用太阳能,风能和水能满足所有或大部分能源需求,减少对不可再生能源的依赖 。
使用无毒,无污染,可持续和可再生的,绿色,建材和产品 —具有较低的蕴能量,
较少环境和社会损耗,能生物降解或循环利用 。
使用效率控制系统调控能量,
供热,制冷,供水,空气流通和采光,高效利用资源 。
种植地方性的树木和花草品种,
将建筑设计成当地生物系统的一部分 。 施用有机废物堆积的肥料,不用杀虫剂,利用生态系统控制害虫 。 设计中水循环,
使用低溢漏节水型马桶 。 收集,
储存和利用雨水 。
设计防止污染空气,水和土壤的系统 。
在,自然住宅手册,一书中，皮尔森概述了盖娅住区宪章，盖娅住宅宪章的设计原则有助于认识盖娅运动。
为精神平和而设计
制作与环境和谐的家园 ——
建筑风格,规模以及外装修材料都与周围社区一致 。
每一阶段都有公众参与 ——
汇集众人的观点和技巧,寻找一种整体设计方案 。
和谐的比例,形式和造型 。
利用自然材料的色彩和质感肌理以及天然的染色剂,漆料和着色剂便于创造一种人性,有心理疗效的色彩环境 。
将建筑与大自然的旋律 （ 四时,
时令,气候等 ） 充分联系起来 。
在,自然住宅手册,一书中，皮尔森概述了盖娅住区宪章，盖娅住宅宪章的设计原则有助于认识盖娅运动。
为身体健康而设计
允许建筑,呼吸,,创造一个健康的室内气候,利用自然方法 ——例如建材和适于气候的设计来调整温度,湿度和空气流动 。
建筑远离有害的电磁场辐射源,防止家用电器及线路产生的静电和电磁场干扰 。
供给无污染的水,空气,远离污染物 （ 尤其是氡 ）,维持舒适的湿度,负离子平衡 。
居室中创造安静,宜人,健康的声环境氛围,隔绝室内外噪声 。
保证阳光射入建筑室内,减少依赖人工照明系统 。
盖娅建筑师设计的小住宅
盖娅建筑师设计的小住宅
小结? 注重生态的,乡村类型,的建筑设计没有成为设计主流,所受到的关注,远远不如,城市类型,的建筑设计 。 其中一个非常重要的原因是：各种生态设计原则多由生态学家,生物学家,哲学家和作家等提出,
过于笼统,庞杂,可操作性相对较差 。 但是不可否认,方方面面的研究却为注重生态的建筑设计发展提供了理论框架,
为进一步将注重生态的建筑研究融合在可持续发展的思想背景下奠定了坚实的基础 。
城市类型倾向的注重生态的设计理论与实践
背景分析
同,技术决定论,具有一定的关系 。
ZHUSHI16:所谓,技术决定论,,是指从技术主义和科学主义的立场上来对待社会和自然界相互作用的调整任务,。 Ю,A,什科连科,哲学 ·生态学 ·宇航学,范习新,沈阳：辽宁人民出版社,1987.第 53页 。
从科学技术的观点看来,在可驾驶的宇宙飞船和地球之间进行的类比,是有一定根据的：
独立的生活保障,小型的物质循环,节约利用飞船上的水,
氧气,燃料等物质材料资源,
尽量利用太阳能 。
可以认为,现代宇宙飞船的所有这些规范和要求,不仅是在模拟,小型地球,,而且同生态建筑设计节约和高效利用地球资源的目的非常一致 。 虽然同一般的建筑设计相比较,宇宙飞船的处理方法所采用的技术更为尖端,
但是这并不妨碍一些注重技术的建筑师的设计实践中,
应用类似的原则,采用技术含量高的手段,解决注重生态的建筑设计问题 。
在 60年代 —70年代航天的研究过程中,自然循环和研究建立某些食物自然循环流线的可能性 。
这种封闭自循环的思想,仍然影响和促进了自维持的设计思想,同时导致了生物圈 2号的尝试 。
,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 。
,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 。
ZHUSHI17,这一概念是富勒在 1922年首次形成,并在 1938年的名为,通向月球的 9个环节,中 系 统 阐 述 。 参见 Encyclopaedia
Britannica 98 中 富 勒传 记 [2] R,B,Fuller,
Buckminster Fuller,an autobiographical
monologue(New York,1980)
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,美国或其它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 。
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 。
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。
ZHUSHI18,薛定谔认为,生物不破坏周围环境的秩序,并将负熵不断地吸收到自身体内,就不能生存 。,因此,薛定谔和玻尔兹曼等物理学家直观地认为：生物的生命活动,不过是同熵的生成作斗争的过程 。 同生物体一样,建筑存在着将从外部所吸收到的新能量转化成自身功能需要的能力,同时存在着将建筑内部的废物和废热释放到外部环境的过程 。 这就表明,建筑本身是一个开放体系,而不是封闭体系或孤立体系 。 王维,熵理论的哲学意义,自然辩证法通讯,1987，
9(3),8~16
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 。
,少费多用,思想的实践
可以灵活组装,独立运作的 Dymaxion住宅,
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)。
狄马西昂住宅? 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 。
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 。
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。
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。
ZHUSHI19:肯尼思 ·弗兰姆普敦,现代建筑：一部批判的历史，原山 等译,北京：
中国建筑工业出版社,1988。第 299页
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
张力杆件穹窿 (Geodesic
dome)是在整体协同思想的前提下,应用
,Ephemeralization”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,。
ZHUSHI20:Geodesic dome的翻译存在多种不同的译法,结合相关资料对,Geodesic
dome”的解释,因为赖德霖的译法较为切合实际的含义,故选用此种译法 。
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。
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 。
ZHUSHI21,Yeang K,Designing with
Nature,the ecological basis for architectural
design,New York,McGraw-Hill,Inc.,1995.
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 。,
ZHUSHI22,Brenda and Robert Vale.
The Autonomous House,design and planning
for self sufficiency,New York,Universe
Books,1975,第 7页 。
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个：
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 。
ZHUSHI23:德国,建筑细部,杂志的编辑克里斯帝安 ·施蒂希 认为：,单栋分离式的住宅，无论如何不能称为生态可持续的设计,
因为过度占用土地，而且大量的外墙面积会导致热量的散失，这需要高质量的建材来抵消由此带来的不利影响。因此，不幸的是，
德国近期在这一领域进行的大量研究项目，
例如弗赖堡的零能住宅，不得不依赖联邦的补助。” Schttich C,Thoughts on ecological
building,A+U,1997,5(320),19.
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年代 —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米到数英亩,完全看人这一动物个体要求的复杂性 。 60年代 -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,。
ZHUSHI24:参见 Odum H T,Environment,
Power,and Society,New York,John Wiley &
Sons,Inc.,1971.第 282~284页和第 136页中的
,人生命支持系统每天消耗的能量表,。
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年代 —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 。
ZHUSHI24,Brenda and Robert Vale.
The Autonomous House,design and planning
for self sufficiency,New York,Universe
Books,1975,第 10页 。
自维持住宅的一种简单的低能量系统模型
)(资料来源,Brenda and Robert Vale,The Autonomous House,design and planning for self-sufficiency)
屋顶太阳能集热器热水箱 洗浴用水供热器 沉降池污水池碎石堆池沼气池池沙堆过滤 冲刷回土地堆肥 沼气罐 沼气灶购买的食物等消费雨水 储存水箱 净化处理煮沸人 生活污水牛奶、奶酪、鸡蛋、
蔬菜、水果、蜂蜜、
肉类等特定设计地段周围生产的物品 花园中产生的废弃物质和肥料纸,塑料,
易拉罐等可以利用当地垃圾处理系统回收的废弃物质风力发电机荷载共享设备即时电力需求蓄电池沙堆中的供热盘管驱动风扇,泵,埋入式供热器,灯,
冰箱,电视等设备温室中的植物 沙堆 房间干燥剂利用火炉进行干燥剂的再生处理热量手推车收获、储藏直接排放水管电缆热空气冷空气冷空气热空气传导完热量的空气热空气
