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嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用研究(建筑)
夏 雷,程 文
(哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱150001)
[摘 要]嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫是以村鎮(zhèn)建筑基本信息為基礎(chǔ),內(nèi)置嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施導(dǎo)則關(guān)鍵技術(shù),為綠色建筑設(shè)計與建設(shè)提供指導(dǎo)和幫助。本研究結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色化發(fā)展的實(shí)際需求,探討嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫的基本框架、數(shù)據(jù)類型、主體功能與拓展應(yīng)用,以期為綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計提供依據(jù),促進(jìn)綠色建筑
使用管理規(guī)范化發(fā)展,為全壽命周期綠色建筑項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)分析、決策支持等服務(wù)。
[關(guān)鍵詞]嚴(yán)寒地區(qū);村鎮(zhèn)綠色建筑體系;數(shù)據(jù)庫;功能應(yīng)用 [中圖分類號]TU984
0 引 言
綠色建筑體系是人工建筑環(huán)境與自然生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境之間相互作用、相互促進(jìn)所產(chǎn)生的相對穩(wěn)定的系統(tǒng)。嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)建筑能耗量大、資源浪費(fèi)嚴(yán)重,大部分農(nóng)村居民的節(jié)能環(huán)保意識淡薄,對綠色建筑沒有明確的概念。因此,建立功能完備、操作性強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫來輔助綠色建筑的推廣與建設(shè)、構(gòu)建綠色建筑體系,對于嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本文嘗試應(yīng)用My SQL等軟件搭建嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫,以建筑信息的儲存、維護(hù)、管理為基礎(chǔ),將嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施導(dǎo)則等相關(guān)要求與技術(shù)落實(shí)在數(shù)據(jù)中;通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提取與計算,將結(jié)果與數(shù)據(jù)庫內(nèi)置的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析,輔助建筑設(shè)計、施工管理與使用運(yùn)營維護(hù),促進(jìn)信息化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)在綠色建筑項(xiàng)目中的應(yīng)用,加強(qiáng)嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)建筑信息數(shù)據(jù)的管理與積累,為綠色建筑的設(shè)計、建設(shè)與管理
提供技術(shù)支持,為嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色化、信息化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
1 嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫設(shè)計
1.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計的總體目標(biāo)
嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫以推進(jìn)嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑發(fā)展,實(shí)現(xiàn)村鎮(zhèn)信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化建設(shè)為基本目標(biāo),以定量分析為技術(shù)依托,服務(wù)于綠色建筑設(shè)計、建設(shè)與管理,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的總體目標(biāo)包括如下幾個方面:
1)嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施導(dǎo)則應(yīng)用。為配合綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施導(dǎo)則的推廣與落實(shí),將指導(dǎo)村鎮(zhèn)綠色建筑實(shí)踐的技術(shù)與設(shè)計要點(diǎn)裝入數(shù)據(jù)庫內(nèi),為村鎮(zhèn)綠色建筑項(xiàng)目的實(shí)施、綠色建筑的設(shè)計與評價提供技術(shù)支持。
2)村鎮(zhèn)建筑數(shù)據(jù)積累與綠色建筑研究。對村鎮(zhèn)建筑信息進(jìn)行收集、整理、編碼、儲存管理,便于綠色建筑研究的數(shù)據(jù)查詢、提取與分析,為綠色建筑研究提供分析數(shù)據(jù)。
3)全周期綠色建筑管理。對嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑的設(shè)計、施工、運(yùn)營等環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存管理與評價分析,支持嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑建設(shè)工作的開展。
1.2數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組成
數(shù)據(jù)采集、輸入和更新維護(hù)是數(shù)據(jù)庫運(yùn)行、計算與分析評價的基礎(chǔ),也是數(shù)據(jù)庫的核心部分。嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系發(fā)展目標(biāo)基礎(chǔ)與應(yīng)用數(shù)據(jù)庫是整合建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動態(tài)管理數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)、評價模型數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫平臺,其主要數(shù)據(jù)包括:預(yù)先儲存在數(shù)據(jù)庫中的嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系實(shí)施導(dǎo)則數(shù)據(jù)、村鎮(zhèn)綠色建筑設(shè)計范例,以及需要用戶輸入的氣候、自然環(huán)境、人文環(huán)境、村鎮(zhèn)現(xiàn)狀建筑特征數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 .
1.3數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)框架
嚴(yán)寒地區(qū)不同基質(zhì)村鎮(zhèn)綠色建筑體系發(fā)展目標(biāo)基礎(chǔ)與應(yīng)用數(shù)據(jù)庫以建筑信息的儲存、維護(hù)、管理為基礎(chǔ),通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提取與計算,將結(jié)果與數(shù)據(jù)庫內(nèi)置的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析,輔助建筑設(shè)計評價、建設(shè)管理與使用維護(hù)(見圖1)。
1.4數(shù)據(jù)庫的技術(shù)架構(gòu)
本數(shù)據(jù)庫基于Node.js平臺,后臺采用Express框架和ORM2框架,使用node. js語言編譯,前臺操作界面使用Coffee Script語言編譯,采用Jade模板生成HTML,并通過JSON與后臺交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫使用XAMPP集成環(huán)境的My SQL開發(fā),通過PhpMy A dmin進(jìn)行數(shù)據(jù)查看與編輯(見圖2)。
2嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行流程與主要功能
2.1數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行流程
1)定義數(shù)據(jù)庫首先要選定數(shù)據(jù)庫的各類主要參數(shù),如建筑風(fēng)貌信息包含的結(jié)構(gòu)形式、層數(shù)、高度、風(fēng)格、建造年代、屋頂、墻體、門、窗等參數(shù)。利用My SQL所提供的數(shù)據(jù)定義語言和命令,定義數(shù)據(jù)庫名、數(shù)據(jù)模式、索引,通過phpMy Admin搭建的操作平臺為數(shù)據(jù)分析與評價計算方法的內(nèi)嵌等應(yīng)用提供接口。
2)準(zhǔn)備和裝人數(shù)據(jù) 定義數(shù)據(jù)庫僅僅建立了數(shù)據(jù)庫的框架,要建成數(shù)據(jù)庫還必須裝入大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),通過XAMPP、phpMyAdmin構(gòu)建WEB框架,采用CoffeeScript語言、JSON等作為數(shù)據(jù)庫前端開發(fā)工具,搭建基于互聯(lián)網(wǎng)的操作平臺(見圖3),并對嚴(yán)寒地區(qū)不同基質(zhì)村鎮(zhèn)建筑與環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入。為了使建筑信息便于錄入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)理分析,數(shù)據(jù)庫依據(jù)建筑特征將建筑信息進(jìn)行編碼,用戶可以根據(jù)調(diào)研收集的資料與數(shù)據(jù)庫中已設(shè)定的信息參數(shù)進(jìn)行比對,選擇能正確描述現(xiàn)狀信息的一項(xiàng)。例如對某建筑的屋頂信息進(jìn)行錄入,在數(shù)據(jù)庫錄入界面中找到“屋頂”一項(xiàng),在各子項(xiàng)下拉菜單中選擇對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息(見圖4),以此類推將該建筑所包含的各項(xiàng)信息錄入數(shù)據(jù)庫并保存。
3)應(yīng)用與計算模組的嵌入 將評定分析標(biāo)準(zhǔn)與計算公式與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對接嵌入,在對計算方法與評判參數(shù)的設(shè)定后,數(shù)據(jù)庫對儲存的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取與計算分析,得出既定目標(biāo)的分析結(jié)果。數(shù)據(jù)庫可以針對嚴(yán)寒地區(qū)不同基質(zhì)村鎮(zhèn)現(xiàn)狀建設(shè)情況,針對現(xiàn)狀建設(shè)較差的項(xiàng)給出建議與設(shè)計參考范例。根據(jù)建筑風(fēng)貌信息屬性的不同,由數(shù)據(jù)庫所得的評定分析結(jié)果分為評分性內(nèi)容、控制性內(nèi)容、一般統(tǒng)計內(nèi)容3類。評分性內(nèi)容是采用數(shù)理統(tǒng)計分析的方法對定量信息參數(shù)的提取與分析,并與已設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對,得出相應(yīng)的得分?刂菩詢(nèi)容是指民俗與傳統(tǒng)文化、村莊活力等定性信息參數(shù)滿足或不滿足其對應(yīng)的評價指標(biāo)內(nèi)容。一般統(tǒng)計內(nèi)容是對定性信息參數(shù)的歸納總結(jié),即通過對建筑群體布局模式、建筑風(fēng)格、建筑色彩、特色構(gòu)件等要素的抽象和概括,得出建筑要素的模式特征及所占樣本比例。
綜上所述,數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行流程如圖5所示。
2.2數(shù)據(jù)庫的主要功能
1)嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)建筑信息管理 對村鎮(zhèn)自然環(huán)境信息、人文環(huán)境信息、開敞空間信息、街道信息、建筑室內(nèi)外特征信息等進(jìn)行收集、整理、編碼、儲存管理,便于綠色建筑研究的數(shù)據(jù)查詢、提取與分析。用戶在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫操作操作界面中,通過選擇與輸入的方式將建筑信息逐項(xiàng)錄入。
2)嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑設(shè)計指導(dǎo) 數(shù)據(jù)庫為設(shè)計人員提供街道、開敞空間等建筑群體環(huán)境設(shè)計,建筑風(fēng)格、色彩、裝飾構(gòu)件等建筑風(fēng)貌設(shè)計,聲環(huán)境、熱環(huán)境、光環(huán)境、空氣品質(zhì)等室內(nèi)環(huán)境設(shè)計等技術(shù)支持。通過對已輸入的村鎮(zhèn)基本信息、建筑外部環(huán)境信息、建筑外部特征與室內(nèi)環(huán)境信息等進(jìn)行統(tǒng)計與評價,評價原則參考嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn),針對評價結(jié)果較差的項(xiàng)結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑實(shí)施導(dǎo)則相關(guān)內(nèi)容給出符合不同基質(zhì)村鎮(zhèn)建設(shè)需求的指導(dǎo)建議與參考案例(參考案例需預(yù)先儲存于數(shù)據(jù)庫中)。
由于嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)居住建筑大多由村民自主設(shè)計建造,村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫主要為農(nóng)村居民提供范例性、標(biāo)準(zhǔn)化的建筑設(shè)計方案,供村民選擇參考。此外,用戶在設(shè)計過程中可根據(jù)需要查看村鎮(zhèn)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容,對方案進(jìn)行評價,詳盡的評價結(jié)果可以幫助設(shè)計者更準(zhǔn)確的了解整個項(xiàng)目的技術(shù)導(dǎo)向和經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向。
3)嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑施工與運(yùn)行管理輔助 綠色建筑施工作為規(guī)劃設(shè)計的實(shí)現(xiàn)過程,是實(shí)現(xiàn)綠色建筑的重要環(huán)節(jié)。建筑在施工過程中會對環(huán)境產(chǎn)生污染并影響人類健康,對建筑施工的管理十分重要,因此數(shù)據(jù)庫提供了對施工過程中降塵措施、降噪措施、廢棄物管理等方面的影響評價。數(shù)據(jù)庫通過對施工能耗檢測、施工用水檢測、預(yù)拌混凝土與現(xiàn)場加工鋼筋損耗等方面的評價,為建筑施工在資源節(jié)約方面提供幫助。另外,嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色化發(fā)展以大量即有建筑綠色化改造為主,因此村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫在建筑施工上更多的是對建筑改造的施工指導(dǎo)與過程管理,注重施工過程中的檢測。
綠色建筑的全生命周期包括了建筑的使用管理階段,此階段也是綠色建筑的重要組成部分。嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫通過建立建筑使用管理和能源與資源利用評價模塊,為節(jié)能監(jiān)管、技術(shù)管理環(huán)境管理以及決策支持等管理業(yè)務(wù)提供信息服務(wù),以實(shí)現(xiàn)綠色建筑運(yùn)營“四節(jié)-環(huán)保”的要求。
4)多平臺綜合應(yīng)用與拓展數(shù)據(jù)庫可以將數(shù)據(jù)內(nèi)儲存的建筑基本信息、評價標(biāo)準(zhǔn)與建設(shè)目標(biāo)、建筑建設(shè)情況統(tǒng)計分析等數(shù)據(jù)導(dǎo)出SQL、CSV、La Tex、XML等不同的格式,可將其應(yīng)用于其他綠色建筑分析軟件與平臺上,在仿真平臺上進(jìn)行可視化表達(dá),為設(shè)計與管理人員提供綠色建筑設(shè)計輔助服務(wù)。
3 嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用分析
選擇黑龍江省海林市新安朝鮮族鎮(zhèn)作為數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用案例,選取新安鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)、光明屯、西安村作為調(diào)研對象,通過問卷調(diào)查與拍照的方式獲得建筑與環(huán)境特征信息,將獲得的資料進(jìn)行整理與編碼,錄入數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分析。
3.1 新安鎮(zhèn)建筑體系相關(guān)數(shù)據(jù)整理與分析
通過對調(diào)研數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理,在數(shù)據(jù)庫分析界面中可以直觀的得到新安鎮(zhèn)建筑體系相關(guān)統(tǒng)計信息(見圖6)。對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行提取與總結(jié),新安鎮(zhèn)現(xiàn)狀建設(shè)特征主要有:
1)建筑外部環(huán)境嚴(yán)寒地區(qū)冬季寒冷干燥,西北風(fēng)盛行,因此新安鎮(zhèn)村莊建筑的規(guī)劃布局多為行列式、大間距、南北單一朝向,以獲取最大日照。街道空間信息中,主要道路路面寬度為6~10 m,高寬比(H:D)介于1:3~1:4之間,空間感受較為開敞,居民往往會更多的體會空間的細(xì)部,如村委會、廣場、標(biāo)牌、路燈、雕塑等。次要道路路面寬度為4~6m,高寬比多為1:2。宅間道路高寬比接近1:1.空間感受私密性強(qiáng),路面寬度為3~·4 m,常為近端路(見圖7)。所調(diào)研的村莊內(nèi),主要道路和次要道路的路面硬化率達(dá)到81. 67%,宅間道路的路面硬化率僅為9. 33%。開敞空間面積在1 000~2 000m2.高:寬為1:3~1:4,能形成良好的空間界定;新安鎮(zhèn)農(nóng)村居民對廣場使用活動主要為休閑交往、文體娛樂、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)三大類。
2)庭院 庭院與建筑的布局關(guān)系大致分為前院式、后院式、內(nèi)院式、前后院式、側(cè)院式5種,主要功能有種植、儲物、交往活動等。圍墻是圍合庭院空間、形成街道空間的主要界面,材質(zhì)、高度與形式是數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計的主要信息。新安鎮(zhèn)村莊庭院圍墻材質(zhì)主要包括石材、磚、木材、金屬等,高度往往不超過1.5 m,以便于采光與通風(fēng)。
3)建筑新安鎮(zhèn)建筑具有鮮明的朝鮮民族特色,其中建筑屋頂形式最具代表性(見圖8)。建筑立面上,南向窗戶開口大,窗墻面積比多為40%~60%;北向開口小,窗墻面積比多為20%~40%。建筑色彩上,由于暖色的視覺與心理效應(yīng)有助于營造溫暖的環(huán)境氛圍,因此新安鎮(zhèn)建筑色彩多以暖色為主,如紅屋頂搭配黃色墻面。由于自組織建設(shè)的模式,新安鎮(zhèn)缺乏對建筑的施工管理與運(yùn)行管理。受經(jīng)濟(jì)條件的限制,建筑內(nèi)對節(jié)水器具、太陽能設(shè)備的使用和對生物質(zhì)能源利用、資源的再利用等方面也很不到位。因此,對于建筑的能源與資源利用、施工與運(yùn)行管理方面的數(shù)據(jù)匱乏。
3.2 新安鎮(zhèn)綠色建筑設(shè)計與建設(shè)指導(dǎo)
通過內(nèi)置的評價標(biāo)準(zhǔn)與各評價項(xiàng)目權(quán)重的設(shè)置,數(shù)據(jù)庫可以對新安鎮(zhèn)現(xiàn)狀建筑外部環(huán)境、建筑室內(nèi)環(huán)境、能源與資源利用、施工管理、運(yùn)行管理5個方面分別進(jìn)行評價分析以及對5個方面進(jìn)行綜合評價(見圖9),并根據(jù)現(xiàn)狀建設(shè)情況給出綠色化設(shè)計與改造的建議。評價得分設(shè)定為1~5分,評價結(jié)果依次設(shè)定為“很差、較差、一般、良好、優(yōu)秀”,數(shù)據(jù)庫通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與計算,將得分直接轉(zhuǎn)換成評價結(jié)果顯示在界面上(見圖6)。在對新安鎮(zhèn)建筑各項(xiàng)性能的評價結(jié)果中可以看出,能源與資源利用(0.8分)、施工管理(0.6分)、運(yùn)行管理(0.9分)3個方面很差,建筑室內(nèi)環(huán)境(1.4分)現(xiàn)狀較差,這與嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)建筑多由村民自發(fā)建設(shè)、缺少相關(guān)管理與指導(dǎo)密切相關(guān)。針對上述新安鎮(zhèn)建設(shè)現(xiàn)狀較差與很差的項(xiàng),數(shù)據(jù)庫能夠以文字與圖相結(jié)合的形式有針對性地給出設(shè)計指導(dǎo)與建議,以幫助建筑綠色
化改造、指導(dǎo)新建建筑的設(shè)計、施工與管理。如通過建筑設(shè)計的優(yōu)化來改善室內(nèi)環(huán)境中,坡屋頂?shù)脑O(shè)計在避免屋頂積水、積雪的同時,有效的增加室內(nèi)可用空間,更利于建筑的保溫;在能源與資源的利用改進(jìn)方面,嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)建筑可充分利用日照充足的優(yōu)勢,采取被動式太陽能利用技術(shù),滿足冬季建筑室內(nèi)供暖的要求,降低成本的同時減少供暖對環(huán)境的污染(見圖10)。
4結(jié) 語
嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫的建設(shè),嘗試了對農(nóng)村建筑信息的歸類、提取、編碼,直觀的反映出農(nóng)村建筑特征,通過分析與評定方法的嵌入設(shè)定,為信息的處理與應(yīng)用提供支撐;實(shí)現(xiàn)了綠色建筑設(shè)計施工、運(yùn)營維護(hù)的全生命周期建筑信息數(shù)據(jù)和資源的整合,對嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化建設(shè)具有重要的推動和促進(jìn)作用;形成了適用于嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)發(fā)展的信息平臺,為嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑的設(shè)計與研究、提升改造、建設(shè)與管理提供了信息服務(wù)與技術(shù)支持。
嚴(yán)寒地區(qū)村鎮(zhèn)綠色建筑體系數(shù)據(jù)庫的開發(fā)與應(yīng)用目前處于起步階段,在軟件平臺與數(shù)據(jù)管理維護(hù)上仍需要進(jìn)一步的完善,與其他綠色建筑分析系統(tǒng)的接口研究還需繼續(xù)探索。隨著數(shù)據(jù)庫平臺開發(fā)的不斷成熟與完備,數(shù)據(jù)庫將最大的滿足不同使用功能要求,不斷更新與拓展,為綠色建筑項(xiàng)目提供更全面的服務(wù)。