史立刚
[摘  要]  通过对建筑设计中全寿命周期经济效益、社会效益和环境效益评价的分析，指出全寿命周期评价方法为建筑设计提供了一个独特视角，可持续发展建筑设计应走出风格、构图等传统艺术范畴的怪圈，探寻更广阔的持续发展的设计天地，并提出了相应的设计策略。
[关键词]  可持续发展；建筑；全寿命周期评价；全寿命费用

Application of Life-cycle-assessment in Design of Architecture
[Abstract]  In this article, on analysis of life-cycle-assessment on economical, social and environmental benefit using in sustainable developmental architecture, we address that life-cycle-assessment provides a unique perspective for architecture designing and sustainable developmental architecture designing should walk out the traditional art-screwball of style and composition of picture to probe a wider designing world. Thereby, we put forward some corresponding strategies.
[Key words]  Sustainable development, Architecture, Life-cycle¬¬ assessment, Life-cycle¬¬ cost

    随着我们一步步走向现实，规范性问题就渐渐地从找到正确的行动路线（本质合理性）转变为找到那一行动路线的方法了（过程合理性）。
——H.A.Simon[1]       
    面对可持续发展的时代大潮，作为耗能和污染大户，建筑业的可持续发展势在必行，其中建筑设计首当其冲，建筑师的设计理念决定着建筑与环境关系的基调。传统建筑学以营造终极性建筑形式为第一目标，而完全忽略了建筑系统作为一个次级系统依存于特定自然环境中，是生态系统中连续的能量和物质流动的一个环节和阶段。如果说这种传统型建筑模式在以前尚能勉强维持的话，在当今地球资源日益枯竭之时已寸步难行。
    所谓“可持续发展建筑”即能减少资源消耗从而延长自然资源的可获得性，同时保护环境少受污染的建筑设计和建设方法。建筑师应遵循“节约化、生态化、人性化、无害化、集约化”原则，贯彻全寿命周期评价思想，对设计方案进行整体优化和综合比较，切实作到“综合用地；多能转换；立体用地；自然空调；立体绿化；生态平衡；弘扬文脉；素质培养；持续发展；美感、卫生、安全”，从对地球环境负责的高度实现对社会、业主和使用者的终极关怀。所谓“全寿命周期评估”，据1997年国际标准化组织（ISO）制定的原则与框架，是指将某一产品在其寿命周期内的（能量和物质）输入输出和潜在环境影响的汇编和评价。对建筑而言，即将材料构件生产，规划与设计，建造与运输，运行与维护，拆除与处理全循环过程中物质能量流动所产生对环境影响的经济效益、社会效益和环境效益综合评价，即ISO界定的资源利用、人类健康及生态后果三方面。
一、全寿命周期经济效益评价
    可持续发展建筑全寿命周期经济效益评价包含两个层次的内涵：（1）实现一定功能需求的投入最小化；（2）相同投入条件下功能效益最大化。其中（1）是从静态的抑制需求角度被动减少资源消耗，与发展经济提高生活水平相矛盾，属于低层次标准；而（2）则是从动态的提高系统资源利用效率和供给质量角度主动可持续发展，属于更高层标准。当人们习惯于把建筑视为第一层次的掩蔽物时，他们所关心的往往只是最大限度的节约一次造价，而如果建筑被视为一种第二层次的功能产品时，它的投入就远不止于一次建造的支出，而还应包括横亘于整个寿命周期内的各项支出，包括使用期间操作运行费用（水、电、暖、空调、管理等）、维修费用、更换及改造费用、税款相关费用，停止使用后的残值。这就是经济学家所称的“全寿命费用”，它在很大程度上取决于设计方案的优劣[1]。建筑产品的后期投入与一次造价的比例随不同时期不同国家不同项目而异，但后期投入始终是非常可观的。这就需要建筑师充分考虑到全寿命周期中各阶段的投入及其在全寿命费用中的比重，运用加权平均法综合平衡一次造价与后期投入的关系，从整体上降低全寿命周期成本，使经济效益评价更为科学化。
（一）建筑材料选择阶段
    “蕴能量”（Embodied Energy）的概念对全寿命费用有重大影响。它最早由Richard Stein和Diane Serber于1979年提出——所谓物质材料的蕴能量包括物质材料从原材料提炼到生产过程完成所消耗的能量，转化为建筑元素所消耗的能量和进行装配所消耗的能量的总和。它表征建筑系统由外到内的能量和物质材料交换量的多少。因目前将各种原材料加工成建筑材料的过程中，主要能源输入为化工燃料，利用蕴能量可估计出建筑系统的输入，从而衡量出材料的经济性能。由表1中可见蕴能量的高低关系总体由砖和石等初级材料到铝材和钢铁等精细材料的蕴能量成倍增长。当然与高蕴能量相对的是较少的维护要求、高回收率和高循环利用率，环型使用模式相对节省了能耗和物质材料。总之,建筑设计选择材料时应针对具体项目实际，全面综合比较做到整体上性而优则用，实现建筑的可持续。
（二）建筑构造设备选择阶段
    根据系统论的等价原理，开放系统可通过不同的输入和不同的系统结构达到同样的目标。T.A.马克斯认为用于维护的能源配额只是对于建造能源的一种延期分配形式[2]。建筑寿命周期中其自身蕴能量只占总能源使用的35%，高达65%的能耗与其运营方式有关。因此直接决定建筑运营方式的构造设备的节能策略是全寿命周期评价的重中之重，我们既不能盲目控制一次造价，造成后期投入的大量增加；但也不能一味追求所谓生态高技术，造成建设投资大幅超标，这同样会导致全寿命费用的增加。如果节能措施增加初期投资5-10%，而其可在预见的期限内收回，就不失为我们所接受的提高经济效益的良策。对于增加的成本，我们应把长期效益按可比价格折算成直观的经济指标以利于比较分析。有学者给德国Schlierberg的能源过剩住宅算过一笔帐：尽管采用PV系统造价昂贵，但德国一个4口之家，一年的基本能耗，包括基本供暖、热水和用电为3400kwh的能源，即每月花费为300~400德国马克，而用了PV系统，每年能制造5700kwh的能源。这样每年就有5700-3400=230kwh的过剩能源。根据德国的能源鼓励政策——每千瓦时过剩能源能卖99芬尼，时间长达20年，这样20年卖过剩能源共能获利2300×0.99×20=45000德国马克。再加上20年每月节省的能源开支最少300×10×20=72000德国马克, 20年PV系统所带来的经济效益至少为45000+72000=117000德国马克。因此从长远看，PV系统的住宅物有所值[3]。当然不同的国情使我国暂时不能推广这种高新技术，但它为我们提供了一种良性运作思想，并能促进国家适时出台能源鼓励政策，以推动建筑节能设计。国内第一个生态能源建筑——科技部综合节能楼设计时全面贯彻全寿命周期评价思想，设计师首先通过运行模拟任一时间建筑物热运动、通风系统及装置运行状况的DOE-2程序，量化推证出北京设计节能办公楼应从夏季制冷和照明角度入手，然后对适应该楼址的矩形、U形、菱形、T形、十字形的制冷效果DOE-2模拟分析计算，得出十字形综合节能效果最佳，因其可最大限度减少太阳辐射，增加自然光照明和通风的潜力，在相同楼层、相同空间、相同窗户面积情况下十字形楼能耗可比方形楼降低4.7%。细部设计中通过节能设备和建筑构件的优化组合，估计可节约能源开支40~42%。通过整体和细部两类措施综合，该建筑预计可节省能源开支45~50%。因此其全寿命费用大大降低[4]。从国内外实践来看，可持续发展建筑设计应理性地对节能策略造成建筑全寿命周期经济效益进行分析并采取应对措施，因其直接影响建筑存在方式，它必将成为科学化建筑设计的必要程序而非形式主义过场。
（三）建筑后期处理阶段
    建筑设备更换及改造费用也是全寿命成本重要组成部分。杨经文认为建筑废弃的四种变化类型包括场地的废弃、功能的废弃、技术的过时和物质性衰退，适应变化的策略是适应性改变、灵活性设计、长寿多适概念、合理废弃概念 [5]。建筑师在设计中应充分预见到建筑改造和设备更换的可能性，并在设计中采取相应策略，预留开放端口，以提高整体资源利用率，动态适应变化的社会生活。笔者参与设计的白城师专体育馆项目中，结合高校体育馆投资少、规模小，上课为主、比赛为辅，兼会堂、剧场、展览馆功能于一体的特点：（1）创造性的在主空间中采取用活动座席取代固定座席的策略，彻底解放了座席空间，为师生提供了最大限度的灵活使用可能性；（2）在紧凑的布局中设计了健美、艺术体操、器械体操、武术、60米跑道等大空间功能用房，为学校体育馆的社会化转型提供适应性。该馆投入使用后受到普遍好评。一座易于改造的建筑才会拥有更长的使用寿命和更高的使用效益。从社会学和生态学角度讲，一项具有良好灵活性的设计延展了社会生活的可持续性。
正如英国建筑经济学家P. A. Stone所言,经济的建筑并不一定是最廉价的建筑，而是一种美观的，而且在建造费用运营管理费用人工费用上都便宜合算的建筑 [4]。全寿命费用作为衡量设计方案高下的经济指标，能使我们更直观预测建筑的经济效益和资源利用率，保证建筑的可持续发展。
二、全寿命周期社会效益评价
    社会是由人与人的沟通与互动而形成的结构系统（迪尔卡姆语）。广义的社会包括政治、经济、文化等子系统，本文建筑的社会效益特指建成环境与使用者、旁观者互动对人类产生的生理、心理健康的影响。G .Williamson认为：健康不应是一种模棱两可、似是而非的东西，而应象疾病一样是一种可以辨认出的现象，如果一种协调的适应的进而富有创造力的状态是健康的，那么那种不适应的不协调的衰退的状况则是非健康的。所谓“不健康”应广义的理解为一种不协调的存在状态[6]。可持续发展建筑应为创造健康的内外环境负责。
（一）使用者健康问题
    现代建筑对使用者健康影响表现在两方面：（1）建造伊始所埋下的建筑和装修材料挥发辐射的祸害。许多建材和涂料散发的有毒物质如氡气、甲醛、重金属微粒及挥发性有机物（VOC）都是使用者健康的杀手，可持续发展建筑设计应选用绿色无辐射或低辐射建材，减少挥发性放射性物质的危害。（2）建筑运行过程中的病态环境。封闭全空调的现代建筑环境看似舒适，但这种过度的人工舒适并不健康，它隔绝了内外环境的联系，产生“容器”负效应，诸如建筑关联症(BRI)、病态建筑综合症(SBS)在现代建筑使用中屡见不鲜。Crowther R提醒人类应该保留一定程度的自我调节和适应能力，而不是完全密封在人工环境中，应该适当考虑人类的生物舒适性，而不是利用各种技术手段达到人工舒适的极至[5]。如果说生理疾患尚能医治，那心理健康问题则无良方可循。人们整天打拼于“挂满了抢救用的输氧管，点滴管与各种仪器的电线，如同一个濒于死亡的重病人似的”现代建筑中，看到的是死气沉沉的人工照明环境，呼吸着人工空调并不新鲜的空气，听到的是电脑、打印机、传真机惹人心烦的声音……这样的人工环境对使用者心理健康有巨大刺激作用。观察一个周期30年的办公整体费用建筑初期投资大约只占总费用的1%，运行和维护费用各占17%和12%，而员工工资却占了70%，因此关注使用者健康在赢利性建筑中又与经济效益联系起来。最近的研究表明：具有良好环境品质的建筑包括有效的通风，天然的或适当水平的照明，室内空气品质及良好的声学环境可将劳动生产率提高6~16%。这意味着创造有益使用者健康的工作环境将使雇主有可能将人力资源的效率和潜力发挥到一个较高的水平。总之新时期建筑师应以关注使用者健康创造良好的建筑环境品质为己任，以实现辩证的“以人为本”。
（二）旁观者健康问题
    建筑对旁观者健康影响是建筑全寿命周期社会效益评价的重要组成部分，而这正是现代建筑所忽略的软肋。主要表现在建成环境对行人心理方面的刺激。由于这方面的投入没有直接的经济效益，以往建筑设计很少关注。随着人们生活品位和自然意识的提高，独善其身的建筑设计模式不再适用，绿色化、景观化的环境设计已渐被推广。人们意识到精良的环境品质对行人心理的积极塑造及其带来的广泛社会效益，如积极充满人情味的空间环境有助于提高空间凝聚力而降低犯罪率，绿树成荫的环境是对行人活动真心的关切和支持及城市空间的积极贡献等。可持续发展建筑设计有责任把旁观者的健康问题纳入建筑师视野，以实现城市空间持久健康地生长。
三、全寿命周期环境效益评价
    建筑全寿命周期环境效益指建筑系统全循环过程中输入输出对宏观和微观环境造成的生态后果，其中包括建材生产阶段、建造阶段、运行阶段及恢复作用阶段。
（一）宏观环境效益
    从宏观环境效益角度而言，现代建筑对地球环境破坏有余建设不足，舒马赫认为作为传统建筑学基础的凯恩斯经济学没考虑自然资源的价值，因为“经济学方法论的固有特点是忽视人对自然界的依赖性”。他认为空气、水、土壤乃至整个现存的自然环境不能用通常意义的价格概念来表示，因为现代经济学不了解它们之间质的差异[6]。自然环境对于包括人类在内的每个物种来说都是独一无二的，可持续发展建筑有责任将自身的环境负荷降至最小。在设计阶段预测并减少建筑系统的输入输出，因为流通一旦完成，附加的能量和物质材料耗费就需利用次级系统来减少输出。从理论上分析，生命系统只有在外部生态系统的吸收能力与输出量相匹配时才能维持自身的稳定性。如果系统的输出得不到有效控制，那美国生物学家G.Hardin60年代预言的“公地的悲剧”就会应验。前面提到的“蕴能量”概念一方面表示建筑系统由外到内的能量和物质材料交换量的多少，还表示建筑系统通过输入过程对周围生态系统造成影响程度的大小，所以在设计初始所选建材就已经对环境造成了负荷。而建筑运行中肆无忌弹得给环境贡献了超负荷的温室气体、酸雨气体、烟尘、CFC、废水、固体废物等，这些输出需要自然吸收，而随着人们改造自然能力的指数式增长，人工环境已大有置换自然环境之势，从而减少了生态系统的自我调节和同化吸收能力。对此，建筑师应从设计上统筹安排，综合节能，并尽可能延长建筑使用寿命，以减少全寿命周期建筑环境负荷，实现建筑可持续发展。据研究，建筑寿命如果从30～60年左右延长到100年,就可以降低寿命期CO2排放量LLCO2至少30%、很可能50%以上。使用耐用的建筑材料、设备产品也是减少寿命期环境负荷的有效办法。
（二）微观环境效益
    从微观环境效益角度而言，现代建筑似乎很重视，殊不知传统建筑师对环境概念简化为系统所在的空间区域，而不会将设计场所视为一个活跃的、具有一定功能的生态系统，生态系统的组成部分应遵循自然过程中的相互作用。追求片面经济效益使现代建筑无视局部环境特殊性，给微观环境景观和生态系统带来巨大压力。可持续发展建筑设计应因地制宜，兼顾景观及生态环境气候敏感性，选择对局部环境破坏最小的施工方式。
四、结  语
（一）认识论层面：关注本体呼唤理性
    如果把建筑模式看作一个整体结构，那传统设计只能算脆弱的静定结构，当建筑系统面临赖以存在的负熵流匮乏的挑战时，它就岌岌可危了——时代呼唤超静定的理性建筑设计程序。全寿命周期评价为可持续发展建筑设计提供了一个有力的支点，使我们认识到建筑设计不应只在风格、构图等传统艺术范畴的怪圈中徘徊，而必须探求更广阔的设计天地，应该在预测建筑全寿命周期环境影响的基础上，在设计中整体综合的对建筑的输入输出进行有效调控，以求从根本上实现可持续发展。
（二）方法论层面：“90%解决原则”
可持续发展建筑全寿命周期的经济、社会、环境效益及单项与整体效益之间往往会发生矛盾和冲突，如当前传统建材对绿色建材价格上的优势，节能构造设备的技术经济壁垒使建筑师和业主经常在经济效益和社会效益、环境效益之间进退维谷。当然建筑师没必要也没能力满足三方面要求，而需要借用阿兰. 兰德尔曾提出的“90%解决原则”，从各个项目的实际出发，突出重点，综合的协调权衡各目标，通过对全寿命周期评价来判别不同设计方案的优劣，并探索改进设计的途径以实现建筑的可持续发展。
参考文献
1．张钦楠. 建筑设计方法学[M]. 西安:陕西科学技术出版社,1995.
2．T•A•马克斯.建筑物•气候•能量[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1990.
3．卢  艳.德国住宅设计中的太阳能利用系统[J]. 建筑学报, 2003（3）: 61-63.
4．叶  炯.可持续发展的城市住区设计研究[J]. 建筑创作, 2002(10)：58-63.
5．宋晔皓. 结合自然 整体设计 注重生态的建筑设计研究[D]. 清华大学大学博士学位论文, 1998.
6．宋海林.中国办公建筑绿色化研究[D]. 清华大学博士学位论文, 2001.