数字技术背景下基于系统理论的生态建筑设计模式

数字技术背景下基于系统理论的生态建筑设计模式

吴青泰

华北科技学院     河北省三河市  065201

摘要：随着我国社会经济的快速发展，城市规模也在不断扩大，建筑工程行业在一定程度上给城市环境造成了一定的压力，所以城市建设部门需要根据城市的实际情况制定相应的建筑设计方案，并针对建筑设计中出现的问题采取相应的解决措施，进而提升城市建筑环境质量。基于此，本文将针对数字技术背景下基于系统理论的生态建筑设计模式进行深入研究，希望可以有效提高生态建筑设计水平，促使城市发展与人们生活环境得到改善。

关键词：数字技术；系统理论；生态建筑；设计策略

前言：随着建筑技术的发展，生态建筑的设计理念也发生了变化。传统的生态建筑设计侧重于满足人们生活需求，而现在生态建筑更多地是基于环境友好和绿色可持续发展。数字技术背景下的生态建筑设计在设计过程中更多地关注人、环境和社会因素，并借助数字化工具，建立可持续发展的空间模式。因此，对生态建筑系统进行分析，将系统理论与生态建筑设计相结合，以系统理论为基础提出数字技术背景下的生态建筑设计策略是非常必要的，能够有效促进建筑行业的可持续发展。 

一、数字技术对生态建筑设计的影响

随着我国经济的快速发展，建筑业成为了我国国民经济的重要支柱产业，并且正在向精细化、高质量和多元化的方向发展。目前，建筑业已经由粗放式发展向集约式转变，对资源和能源的消耗越来越大，对环境造成的污染也越来越严重。而数字技术可以有效减少建筑材料的使用，提升资源的利用率，在一定程度上实现了可持续发展。以数字技术为基础，将绿色建筑设计理念融入到建筑工程中，不仅可以提高建筑物的质量和美观度，而且可以实现建筑工程与环境和谐共生、有效节能、减少资源消耗等。目前，数字技术在生态建筑设计中已经得到了广泛应用。数字技术不仅可以将自然环境融入到建筑物中，而且还可以利用数字技术对建筑物进行分析和评估。例如，在生态建筑设计中可以运用数字技术对建筑物进行三维建模，从而使设计人员能够更好地了解建筑物的实际情况。

二、基于系统理论的生态建筑设计模式研究

（一）数据采集与整合

数据采集与整合是整个生态建筑设计过程的基础和关键环节，直接决定了生态建筑设计的水平。数据采集与整合涉及到方方面面，包括建筑环境信息数据、建筑结构信息数据和建筑材料信息数据等。这些数据是生态建筑设计的基础，也是对设计结果进行分析和评估的依据。在这一阶段，需要运用相关软件对采集到的大量信息进行分析、整理、统计和计算，从中提取有用的信息。同时，为了提高效率并保证结果的准确性，还可以利用数字技术对采集到的数据进行处理，如建立数据库、可视化分析等，以便于后期对其进行存储和调用。这样不仅能够提高生态建筑设计效率和质量，还可以将生态建筑设计成果更好地应用到实际工程中去。

1.建筑环境信息数据

在生态建筑设计过程中，建筑环境信息数据主要包括自然采光、通风、隔热、隔声等方面的信息。这些数据对于生态建筑的节能、节地等设计目标的实现至关重要。传统的信息采集主要通过现场测量的方式，这样会受到一些主观因素的影响，如天气变化等。而数字技术可以将采集到的信息进行数字化处理，并通过相关软件进行处理，这样不仅可以保证采集到的数据更加准确，而且还能够通过计算机模拟获得更加接近实际情况的结果。此外，数字技术还能够将采集到的数据存储在数据库中，这样在后期利用相关软件进行分析时可以直接调用所需数据。同时，为了更好地进行数据分析和评估，还可以将这些数据通过可视化技术制作成三维模型。

2.建筑结构信息数据

建筑结构信息数据主要包括建筑的平面信息和空间信息，是生态建筑设计的基础。在设计初期，需要对建筑的平面信息进行提取和整理，并将其存储在数据库中。这样能够方便后期对其进行调用和分析，进而得出相应的结论。同时，将平面信息进行处理也是为了能够更好地对建筑空间进行分析，这样能够更好地发现建筑空间中存在的问题。在建筑空间分析中，可以采用 BIM技术来解决这个问题，将整个设计过程以三维形式呈现出来，这样可以直观地展示出建筑各个部位之间的空间关系。然后再将建筑空间与其环境进行整合，从而得出最佳的设计方案。

（二）模型建构与分析

基于系统理论的生态建筑设计模式将整个生态环境看做一个开放的系统，其中不仅包含建筑自身，还包含其他外部环境。因此，需要建立一个动态的模型来对整个系统进行分析。所谓动态模型，是指将建筑所处的环境看做一个整体，不能仅仅从单一要素或某一层面进行分析，而是需要从系统整体出发对建筑进行研究。具体而言，动态模型将从三个方面对生态环境进行分析。首先，建筑与周边环境的关系。建筑周边环境是指其所处的地理位置和环境条件等因素，比如是否位于城市中心或城市郊区等。此外还包括周围建筑物、道路等因素。在确定了周边环境后，需要将其作为一个系统来看待。其次，建筑与自然环境的关系。自然环境是指其所在的地理位置和气候条件等因素，比如气候类型、地形地貌、土壤条件等。在确定了建筑与自然环境后，还需要从整体角度出发对二者进行分析，如日照、通风、采光等方面。最后，建筑与社会经济的关系。社会经济是指人们生活水平和社会发展程度等方面的因素，如人们的生活方式、生产方式以及居住条件等。

（三）效果模拟与验证

数字技术能够模拟和分析自然条件下的生态系统，因此本文采用基于系统理论的生态建筑设计模式进行效果模拟与验证，并且考虑了在不同气候条件下的适应性。具体而言，为了模拟该地区在不同气候条件下的环境适应性，我们采用了不同的气候模拟软件，如 EnergyPlus、 GEOWorks、 Ecotect等，在设计阶段就可以根据这些软件对气候进行模拟分析，以确保在设计阶段就可以提前考虑各种可能的不利因素。我们还根据设计阶段收集到的数据，对地区气候特征进行了分析，得出了该地区的基本气候条件：冬季温度为0~5℃；夏季温度为25~27℃；年平均湿度为60%~80%。在此基础上，我们分别将该地区设计阶段获得的数据与实际情况进行对比分析，验证了设计方案的合理性。研究结果表明，该地区设计阶段获得的数据与实际情况基本吻合。虽然设计方案存在一些不足之处，但从整体上来看，该方案是可行的。因为在实际设计中，还存在一些不确定性因素：如在设计前期无法获得准确的数据来进行分析、验证；又如在进行多目标优化时无法获得一个合理的优化目标。因此，要想使该地区生态建筑设计达到最优效果需要更多地考虑自然条件和技术条件。在气候模拟软件中可以设置各种不利因素及模拟结果来模拟该地区可能出现的情况，从而可以提前作出应对措施。同时还可以采用多种生态节能技术来优化该地区生态建筑设计方案。例如利用自然通风技术和遮阳技术来改善室内环境；利用太阳能热水器来提高室内温度；利用空气源热泵技术来降低采暖和制冷能耗；利用自然光来提供照明等。

（四）评价优化

通过设计的前期、中期、后期三个阶段，对生态建筑进行评价和优化，可以避免设计阶段的盲目性和滞后性，能够有效提高生态建筑设计质量和效率。设计前期评价阶段主要是在规划阶段完成对生态建筑的整体规划和功能定位。通过对该地区的自然环境、人口数量、经济发展水平等进行分析，明确该地区是否具备发展生态建筑的条件。在此基础上，结合地区发展规划目标和未来发展方向，确定该地区的生态建筑类型。然后再根据生态建筑类型及功能要求，对其进行初步评价，并记录下来。设计中期评价阶段主要是在初步评价结果的基础上进行修正和完善，包括对初步评价结果进行统计分析、信息提取和模型构建等工作。在此基础上对生态建筑进行评估和优化。设计后期评价阶段主要是在后期评价结果的基础上，通过数据分析和模型构建等工作对生态建筑进行效果评估和优化。这一阶段需要运用相关软件对生态建筑的整体效果进行模拟分析，并结合项目实际情况提出改进方案。通过多次评估优化，可以有效提高生态建筑设计质量和效率，使其更加符合使用者的需求。

总结：建筑行业是我国国民经济的重要组成部分，在促进经济发展、提高人民生活水平方面发挥着重要作用。近年来，我国城市化进程不断加快，城市建设规模不断扩大，建筑行业迎来了发展的新机遇。与此同时，随着人们生活水平的提高，人们对居住环境和舒适度要求也越来越高。建筑行业要想取得更好的发展，必须要积极转变发展观念和思维方式，适应新时代下人们对建筑的要求。在数字技术背景下，生态建筑设计不仅是一种理念和方法，更是一种新的设计理念和技术手段。如何在数字技术背景下充分利用数字技术提高生态建筑设计水平、实现生态建筑设计目标是未来生态建筑设计的重点研究方向之一。

参考文献：

[1]申纪创.生态建筑设计理念在房屋建筑中的运用研究[J].产业创新研究,2022(20):121-123.

[2]张辰辰.生态建筑学在建筑设计中的应用[J].安徽建筑,2022,29(09):18-19+77.

作者简介：

姓名：吴青泰

出生年月：1977年7月

性别：男，民族：满族，籍贯：辽宁北镇，单位：华北科技学院，学历：硕士研究生，

职称：副教授，研究方向：生态建筑设计系统论，室内设计系统论，景观设计，艺术设计