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低碳绿色理念下高速公路服务区建筑设计的探讨
一、低碳建筑与绿色建筑
低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量的建筑。因此，以低碳为特征的建筑体系是高能效、低能耗、低污染、低排放的建筑体系。绿色建筑则是强调在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)，保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。
低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量的建筑。因此，以低碳为特征的建筑体系是高能效、低能耗、低污染、低排放的建筑体系。绿色建筑则是强调在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)，保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。
低碳建筑与绿色建筑有重合的地方，也有不同。二者都涵盖了节能，但绿色建筑侧重强调居住的舒适和健康问题，而低碳建筑更多地以减少碳排放为标准，更多地关注建筑在整个寿命周期中的能源消耗，是 “绿色建筑”理念的前沿体现。绿色首先要保证节能、节水、节材，这些都是实现低碳的主要途径，除了固碳和碳捕捉在绿色建筑中没有或很少反应外，很多措施都是低碳措施。但反过来，绿色建筑注重对室内空气品质、噪音、人文生态等要求，是低碳建筑所没有的。
从国际趋势和中国的现实需求来看，以碳来定量是绿色建筑进一步发展的必要条件。国内外的实践证明，仅强调节能往往导致建筑以高强度的碳排放为代价，全面评估后的综合效益往往得不偿失。而随着碳强度控制时代开启，“碳标准”的诞生，意味着未来社会的所有经济行为都会以低能源消耗、低温室气体排放为衡量标准，因此，可以把低碳技术策略和目标打造的绿色建筑称之为低碳型绿色建筑，它们节能减排、环保的特征符合低碳社会的标准，推行低碳型绿色建筑将是经济社会发展的必然选择。
建筑成本和性能有关，低碳型绿色建筑强调资源节约和高效使用，对室内外的环境质量进行提升，因此确实可能会增加造价，但应认识到建设成本的增加，会带来建筑生命周期成本的降低。据国外的资料，如果客户选用低碳建筑要求的全部菜单，增加的投入约占总成本的5%左右，但取得的减排效果却能达到30%—40%，低碳型绿色建筑在使用阶段节水、节电、节气，比普通建筑高出来的建造成本往往5年到7年就能回收。
二、高速公路服务区建筑进行低碳绿色设计的必要性
高速公路是一种封闭式、长距离运输方式，高速公路服务区(Service Area，简称为SA)，是伴随着高速公路的产生而形成的，包括休息、停车和辅助设施三部分，是专门为人、车服务的场所和建筑设施范围的称谓。高速公路服务区一般远离城镇，是一个独立的系统，从这种意义上说，服务区可以看作是城镇的补充和延伸，是一个独特的“小社会”。
高速公路服务区建筑功能具有特定性和多样化特征，其能源与资源系统自成一体，与一般的城市建筑大不相同，作为一种特定类型的交通类建筑，在今天经济、社会快速发展的前提下，不仅要使得建筑能够适应使用者的心理、生理要求，同时又要基于低碳绿色理念在建筑与环境的协调、建筑的可持续性上做到更好。
从国外资料来看，欧洲高速公路发展时间最早，其高速公路服务区的规划建设相当完善。在绿色建筑理念方面，欧洲服务区建筑主要考虑建筑与环境的结合，通过绿化将建筑与环境融为一体；美国是一个高速公路发达的国家，有不同种类的高速公路，美国政府投资的服务区房建设施很简单，没有高大豪华的主楼，大部分没有加油站，美国服务区的设计会综合考虑到污水、垃圾、雨水处理及文物保护等方面；日本高速公路服务区则特别注重服务区与外部环境的融合与协调，其绿化率较高。
我国随着高速公路工作的重点逐渐由建设向经营管理转移，服务区无论从规模、设施、功能、服务质量等各方面，都越来越得到重视。笔者通过对陕西省沪陕高速公路的金丝峡服务区、福银高速公路的乾陵、永寿服务区、包茂高速公路靖边南服务区等多条高速公路服务区的相关调研及环境测试发现，长期以来，服务区仅仅作为高速公路的附属设施，无论在前期的规划、设计，还是在后期的使用上仍存在不少问题，主要表现在：
1、由于我国高速公路服务区隶属于交通部门管理，其规划与单体设计也由该部门设计单位完成。而服务区作为高速公路的附属服务设施，虽然占地大，但建筑规模则较小，其重要性并没有受到足够的关注，这导致目前所规划设计的服务区缺乏整体设计意识，无论从场地规划、单体设计、必要的技术措施等方面都与城市中的民用建筑有一定距离，更谈不上低碳型绿色建筑所要求的高能效、低能耗、低污染、低排放了。
2、服务区场地规划设计存在的问题，一是停车场设计分区不够明确、不利于大小车分流和人车分流，用来分隔停车区的点状绿化不利于停车划分和改善小气候，反而阻碍了有效停车；二是建筑布局没有顺应气候因素，如有的综合服务楼面向冬季主导风向，造成冬季失热严重，有的绿化体系以草坪为主，夏季不能有效降温、冬季不能阻挡寒风，所选树种不能适应当地气候，需要经常补苗，造成不必要浪费（如图1所示）。
3、服务区场地技术层面存在的问题，一是运营中产生的废弃物（包括废水、生活垃圾）缺少必要的配套处理设施，导致服务区周边污染；二是场地排水缺乏设计，由于区内硬质地面多，暴雨时容易造成局地暴雨径流，而雨水本可以充分利用，弥补服务区自打井时常供水不足的问题，这在干旱、半干旱地区尤为重要（如图2所示）。
4、服务区建筑设计存在的问题，一是基本采用平铺式设置， 厕所、餐厅、办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层的较低建筑型式，占地面积大， 不利于土地的节约利用；二是部分服务区一些服务设施的规模偏小， 如餐厅、厕所等， 不能满足高峰时期旅客使用的需求，同时，服务区职工宿舍面积太小， 这对24h连续营业、拥有上百名职工且远离城镇的服务区来说， 是一个非常突出的问题（如图3所示）。
5、服务区建筑设计技术层面存在的问题，就是基本上未考虑“四节一环保”的要求，因此根本上达不到国家《公共建筑节能设计标准》规定节能50%的要求，这从我们在实地调研中对几个服务区综合楼的热工测试结果（如图4所示）可以看得出来。
综上所述，高速公路服务区由于远离城镇，相对封闭，无可以就近利用的外部能源，这就决定了其建立高能效、低能耗、低污染、低排放的建筑体系的必要性以及可能性。如将低碳绿色理念应用于高速公路服务区建筑设计中，不仅可以在缓解服务区资源紧缺、减少建筑能耗方面起到重大作用，同时对拓展我国在建筑节能、环境保护方面的研究领域具有积极意义。
三、高速公路服务区低碳型绿色建筑设计实现途径的探讨
3.1 合理设置规模，有效利用土地
服务区的总体建设规模是由各类单元用地规模(功能空间) 组合与叠加而成的, 各单元的组成原则上是根据规划设计交通量的停车车位来确定, 即根据主线交通量, 计算出服务区的停车位, 以停车位为基础计算出服务区的面积及其他设施的规模, 将各部分汇总起来, 就是总体规模。
服务区规模设计要有发展的意识。高速公路连网后车流量递增速度快，据统计，近10年干线公路的车流量以每年20％～30％的速度递增，甚至有的高速公路通车还不到6年，服务区就已经改造、扩建2～3次，这不仅资源浪费甚大，也影响了整体效益，为此服务区规模设计应考虑10～15年的发展前景，可“一次设计，分期实施”，预留发展空间，在使用中不断完善。
规划应考虑按照不同车辆的停车要求将停车场进行合理划分，较合理的划分应该是：客车区、小轿车区、货车及超长车区及特种车区。根据这四类不同车辆的不同要求，规划停车区和牵出道，严禁客货混停，防止超长车倒车停放。各区之间用绿岛隔离，达到美化遮阳的效果；或者利用地形高差自然分隔，也可以防止不同类型车辆混停，这在我们调研中就有很好的一例（如图5所示）。停车场可尽量做大，隔离岛要少而小，避免影响停车和交通，要尽可能留有发展余地，所需土地可一次征用，分期扩建，初期可暂以绿地替代。
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3.2 优化场地设计，减少环境污染
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受占地空间的限制，服务区内会最大程度地增加建筑面积和停车场面积，如服务区规划设计充分利用原地貌、地物资源，结合周边地理环境进行设计，这实际上将是对自然环境的开发和保护，如图6所示西汉高速公路的秦岭服务区即为一例。
服务区的场地设计应以合理组织车流和人流，满足并便利各类使用者的功能和心理需要为准则。由于服务区是同时为人和车提供服务的，因此，在总体布局上特别要处理好为车服务的设施（如停车场、加油站、修理站等）与为人服务的设施（如休息厅、餐厅、公共厕所），以及室外休息庭院之间的关系，尽可能地避免相互干扰，为人的活动创造一个安全、舒适的环境。总体布局上要有明确的功能分区，让使用者能够清楚地辨识服务设施的各功能要素，并提供便捷清晰的活动流线，避免人流与车流的交叉。
场地排水和污水排放应各自形成独立的系统，不能混用。对于雨水进行收集，经简单处理后作为中水冲厕、浇灌植被、降温、冲洗地面和车辆，可以大大缓解服务区自打井供水不足之需。而对于污水处理，完全可以借鉴生态污水处理系统，例如ETS®生态污水处理系统，它借鉴自然界水体自净原理，加入人工强化技术，在系统中营造了一个平衡的自然生态环境，是传统污水处理技术与先进技术的结合。系统内部具有高程度的生物多样性，同时由于其内部形成了一种自然生态平衡，系统的运行具有较高的稳定性。
ETS®给用户带来的不仅是污水资源化的价值，而且，对于广大服务区无法与市政管线相接，而使周边环境恶化带来了新的转机。ETS®每处理一吨污水费用为0.5元，其低运行费用为用户节省了大笔长期投资，产生了较大经济效益，而景观化的ET®污水处理生态系统则拉近了人与环保的距离。经过处理的日常污水也可用于灌溉，甚至结合景观设计形成生态池塘用水循环。没有污染和废弃物，利用净化的废水形成在半干旱地区难以出现的水景景观，对于整个服务区生态环境的改善和人居环境质量的提高效果显著（如图7所示）。
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服务区内的绿化体系应该不仅起到美化环境、划分功能区划的作用，而且应结合气候设计，例如在寒冷和严寒地区，种植与冬季主导风向垂直的常绿乔木，可阻挡寒风，这对大部分空间为室外的服务区尤为重要。同时，树种选择应倾向于当地树种，便于成活、成长迅速，对地域化的生态环境有利，而立体绿化和乔灌草相结合的种植方式则可改善小气候。
3.3 调整建筑布局，达到人性化与地域化要求
在调研中，发现当前许多服务区建筑布局相似、单调，不节地、不节能，针对此种现状，基于低碳绿色理念，我们提出了以下几点设计思路：
1、各功能空间在组织时尽量缩短交通路线，减少空间浪费；
2、超市在整个平面中的位置尽可能突出或明显，以此来提高识别性，吸引消费者，以便提高经济效益；同时规模要适中，太大太小均不易于经营；
3、平面、立面设计推荐使用非对称格局，以此来打破单调感；
4、建筑设计时可以结合气候考虑庭院布局，以此改善微气候环境，同时美化环境；
5、设置一定数量及规模的灰空间，以达到室外向室内的自然过渡；
6、空间设计时可以考虑“弹性空间”的设计，满足不同时段的需求；
7、可以考虑在建筑南侧使用太阳房，充分利用太阳能。
另外，建筑作为文化之载体，展现人文风采，交通建筑同样需要表达其文化内涵。高速公路的服务区建筑如何在商业吸引力和地方乡土化形式中达到平衡，体现出浓郁的现代风格，并以其简洁舒展的动感吸引旅客和缓解驾乘人员长期旅行的视觉、生理疲劳，也是高速公路服务区设计重要的追求目标。
3.4 推进节能一体化设计，力求高能效、低能耗
服务区地处城市之外的广阔地区，遮挡较少，通过降低太阳辐射、增强建筑的自然通风效果是规划节能的主要方向。由此，在规划设计阶段就要充分考虑建筑与外部环境的关系，充分利用自然资源，从总体上为建筑节能创造先决条件。建筑朝向以及建筑的空间组合关系就是规划节能设计的重点。建筑的主要朝向应迎合当地夏季的主导风向，以南北向或接近南北向布局为宜，减少东西向，利于自然通风。
对建筑师来说，应通过被动式建筑设计手段来实现低碳绿色建筑设计。总体上应立足当地的的人文、气候特征，通过风——自然通风和风能利用，光——自然采光和太阳能利用，影——建筑遮阳、构造遮阳、绿化遮阳和新能源构件遮阳，绿——环境净化、屋面绿化、整体拼装和微藻发电，废——拆迁材料回用、固体废弃物再生、可再循环材料选用和设备高效节能等5种主要“生态”元素的构造，结合技术设施进行一体化设计。主要措施如下：
1、重点要做好外墙节能构造。例如在德国，外保温建筑占建筑总量的80%，其中70%采用发泡聚苯板。为此，我们应坚持采用此类高效成熟的建材，严把质量关，精细施工，确保节能效果。
2、必须采用节能门窗。门窗框要防止“热桥”；玻璃要采用中空玻璃、镀膜玻璃（包括反射玻璃和吸热玻璃）、防火玻璃及智能玻璃。此外就是必须保证门窗有良好的气密性，平开窗的气密性最好，建议优先采用。
3、采用节能屋顶构造及太阳能吸热板屋顶和不用能源的可控制的通风屋顶等。
4、根据情况灵活选用地源热泵、水源热泵、置换式新风系统，地面辐射采暖等新能源采暖和通风技术。
5、少用玻璃幕墙。服务区为追求自身形象，常不顾气候条件采用大片玻璃幕墙，但是玻璃幕墙对于北方地区不仅热损失大，自身清洁难度也大，还易造成光污染。
如能采取上述措施，则定能达到并超过节能50%的要求，这在我们实地调研后的模拟测试中也得到了证实。
四、结语
作为建筑物，无论在时间和空间上，它的碳排放是影响环境的主要来源，我们要树立起先进的低碳文化理念，用低碳标准设计和建造各类建筑物，以有效控制和降低建筑的碳排放，并形成可循环持续发展的模式。构建低碳型绿色建筑代表了当今社会建筑设计领域的发展趋势，即自然、和谐、生态、低碳、宜居，实质上是建筑文化的重大变革和发展，是后现代建筑的新标志，其深远意义不可低估。
近年来，我国高速公路有了迅猛的发展，服务区作为高速公路网络中的配套设施，更日益显示其重要作用。同时，服务区的建筑设计及其功能布置作为建筑设计领域的一个特定类型也凸显出其重要性，服务区建筑的大量出现、服务区成为交通建筑的基本构成要素，这一切都使得基于低碳绿色理念的服务区建筑设计研究成为必然趋势。
本文通过实地调研，从低碳绿色设计的理念出发，指出了当前我国高速公路服务区建筑设计方面存在的问题与不足，并提出了具体的设计思路，作为抛砖引玉，期望为完善我国高速公路服务区规划设计理论、提高高速公路服务水平提供帮助。
参考文献：
1、推行低碳绿色建筑是抢占全球经济制高点优选路径[N]，新华网-经济参考报(北京) ，2010-03-2
2、绿色建筑评价技术细则，住房和城乡建设部科学技术司，2007年6月
3、刘启波、周若祁，绿色住区综合评价方法与设计准则[M]，北京：中国建筑工业出版社，2006.
4、仇保兴副部长在第六届国际绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会上的演讲[N]，中国建筑安全网，WWW.JZAQ.COM，2010-04-27
6、刘东、段晨、信红喜，我国高速公路服务区现状和未来发展建议[J]，交通标准化，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、王文锦朱道明 田启国，论高速公路服务区的设计优化[J]，江苏交通，2003（4）24-25
作者简介：
刘启波（1970-），女，上海市人，工学博士，长安大学建筑学院副教授，硕士研究生导师。研究方向：绿色建筑设计及其理论。
联系地址：邮编：710061，西安市崇业路9号 长安大学朱雀校区北院09-05信箱。电话：029-82337987；手机：13572508860；电子邮箱：LINKA_0@163.COM
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