可持續住宅設計綜合策略研究

黃滔　張曦

【摘要】可持續住宅的設計需要最大限度地提高居住者的福祉，最大限度地減少環境負荷。將這兩個不同的方面結合起來實現可持續性是一項目標導向的任務?？刂瓶茖W可以應用于所有目標導向的任務。因此，應用控制科學，我們在可持續住宅設計的研究中不斷取得進展。本研究全面可視化了可持續設計指南和可持續性清單的制作和修訂過程。根據這一可視化過程，本研究也具體展示了可持續設計指南的制作和修訂過程。研究結果表明，全面的可視化可以使這些過程更易于管理，并幫助系統設計者更有效地生成和修改指南。

【關鍵詞】可持續住宅;控制系統;全面可視化

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.14.035

1、可持續住宅簡介

住宅是保障人民福祉最重要的場所。住宅主要為居民提供住宿、備餐、飲食、衛生等方面的場所和設施，以躲避惡劣氣候和天氣。人們還在家里進行其他活動，如兒童保育、護理、交流、娛樂和學習。此外，信息技術的進步正在增加在家工作的人數。

同時，住宅與各種環境問題密切相關。通常，家庭能源使用和房屋的建造和拆除是氣候變化、自然資源消耗和浪費的重要原因。此外，氣候變化造成的當前和未來影響正成為對人類活動和人民福祉的嚴重威脅。因此，這種新出現的威脅要求住宅設計加強住宅的功能。

可持續住宅的設計需要最大限度地提高居民的福祉，最大限度地減少環境負擔。將這兩個不同的方面結合起來實現可持續性是一項目標導向的任務?？刂瓶茖W可以應用于所有目標導向的任務，并在許多領域產生了非凡的成果，特別是工程。因此，應用控制科學，我們在可持續住宅設計的研究中不斷取得進展。利用這些研究成果，清晰地展示出可持續設計指南和可持續發展清單的制作和修訂過程。此外，根據這一演示過程，對設計指南進行了最新的修訂[1]。

2、促進可持續住宅設計的控制系統

控制的目的是實現“可持續性”?？沙掷m性模型表明，可持續性既需要內部穩定，也需要基本穩定，才能在有限的全球環境和自然資源或絕對限制下實現全人類的長期福祉或最終目標。內部穩定意味著社會和經濟的穩定;內部穩定的條件是“健康”、“安全”、“相互幫助”和“自我實現”，這對人類的福祉至關重要。另一方面，基本穩定意味著環境穩定和必需品的穩定供應;基本穩定的條件是“環境保護”和“自然資源的可持續利用”。

在現實中，受控對象既是“新家園”也是“現有家園”?！皡⑴c設計的人”，如業主、建筑師、室內設計師和房屋施工方，通過利用“可持續設計指南”和“可持續發展清單”，將控制變量調整為他們想要的值。設計指南和檢查表都具有幾乎相同的結構，即元素、變量及其所需值。然而，創建檢查表是為了方便地將測量或估計的變量與期望值進行比較，并搜索控制變量[2]。

當對象是新住宅時，首先，通過“可持續設計指南”，“參與設計的人”可以獲得所需價值的信息。相關人員制作“圖紙和規范”，這樣房屋元素的變量就可以盡可能地達到他們想要的價值。

當現有的住宅是對象時，設計過程從“檢查”作為對象的住宅開始?！皡⑴c設計的人”通過參考“可持續性檢查表”來衡量或估計房子的每個元素的變量。檢查完成后，參與人員通常會做出“圖紙和規范”進行改進，使控制變量盡可能滿足其期望值。

3、設計指南和檢查表的制作和修改過程

首先，系統設計者通過三個階段的過程產生或修改指導方針和檢查表。接下來，系統用戶利用指南和檢查表。在此之后，居民們使用按照指導方針和檢查清單設計的實際住宅[3]。

3.1設計指南和檢查表的制作過程

設計指引及檢查表的制作過程包括三個階段：（1）確定與住宅相關的環境、社會和經濟問題;（2）確定可持續住宅設計的要求;（3）確定設計指南和清單中的要素、變量及其期望值。

3.1.1查明與住宅有關的問題

指導方針的編制首先要查明與住宅有關的環境、社會和經濟問題。觀察與住宅相關的問題的理解趨勢，系統設計師尋找應該被識別的問題。確定的基礎是，這些問題影響到六種穩定條件，即健康、安全、互助、自我實現、環境保護和自然資源的可持續利用。在識別問題時，系統設計師要同時考慮他們所在地區或國家的全局/一般性問題和局部/特殊問題。全球性/一般性問題的例子是全球變暖和氣候變化、自然資源耗竭和浪費。同時，地震造成的破壞也屬于局部/特殊問題。

3.1.2確定可持續住宅設計的要求

第二階段，系統設計師根據所發現的與住宅相關的問題，確定可持續住宅設計的要求。例如，如果“自然資源耗竭”和“浪費”在第一階段被確定為問題，那么“延長住宅壽命”和“使用節約資源或防止浪費的材料”通常被確定為要求。這兩項要求與“自然資源的可持續利用”有關，“自然資源的可持續利用”是六個穩定條件之一。同樣，“地震造成的破壞”需要“更高的抗震能力”，這與另一個穩定條件“安全”有關。此外，觀察“對可持續住宅的理解趨勢”也有助于系統設計師識別此類需求[4]。

3.1.3元素、變量及其期望值的確定

第三階段，將可持續住宅設計的要求轉化為指南和清單的“要素-變量-期望值”結構。這種轉換的目的是方便實際世界中的用戶?！霸?變量-期望值”的結構顯示了住宅各部分的設計目標;因此，用戶可以很容易地理解應該設計什么以及設計的過程。

3.1.3.1元素

以往的一些學術研究提出了一種選擇住宅重要元素的方法，基于兩個主要因素：“材料”和“空間”?！安牧稀睂⒎课菀暈榭蚣?、外墻、保溫、門窗、室內、管道、利用自然能源的設備等材料要素的集合體?！翱臻g”認為住宅是房間、區域等空間要素的集合。此外，材料元素和空間元素相當于房屋的實際部分。因此，在設計、檢查、評估或檢查房屋時，系統用戶可以很容易地將指導方針和檢查清單與實際房屋或圖紙進行比較。

3.1.3.2變量

在選擇要素之后，系統設計師會檢查各個要素之間的關系以及相關的穩定性條件，以及可持續住宅設計的相關要求。隨后，他們確定了可以表示穩定程度的元素變量。

只選擇一個元素，即“框架”，本部分的其余部分將展示如何確定變量。系統設計者研究“框架”和“自然資源的可持續利用”之間的關系，相關的穩定性條件，以及“房屋壽命的延長”和“資源節約或防止浪費材料的使用”的相關要求。因此，他們可以確定“耐久性”和“材料”，“自然資源的可持續利用”的指標，作為“框架”的變量。此外，如果該國家或地區處于地震易發區，系統設計人員會考慮“框架”與“安全”之間的關系，以及相關的穩定條件，以及“更高的抗震能力”的相關要求。隨后，他們可以確定“抗地震”，一個“安全”的指標，作為一個額外的變量[5]。

3.1.3.3所需的值

在確定變量后，系統設計者設置這些變量的期望值，使其滿足相關的穩定性條件。設置變量的期望值需要觀察現實世界中的兩個項目：“與住宅相關的技術趨勢”和“與住宅設計相關的系統趨勢”。觀察技術的發展趨勢對于確定物質元素的期望值具有重要意義。同時，觀察與房屋設計相關的系統的趨勢對于設置大多數變量的期望值是必要和有用的。在這方面，與住宅設計有關的制度包括強制性制度和自愿性制度。強制性制度是建筑規范和規章;自愿系統是典型的評估和評級系統、標準和設計指南。

同時，如果“抗地震”被確定為“框架”的一個變量，那么期望的值是一個足夠的防止地震造成的破壞的水平。在地震多發的國家，抗震標準通常在建筑規范中規定。但是，如果系統設計人員認為建筑規范中規定的標準值不夠，則會對標準值進行補充，以達到期望值。另一方面，如果他們認為標準值適合于期望值，他們就可以按原樣使用。在后一種情況下，變量及其期望值可以從指導方針和清單中省略，因為人們自然會遵守強制性的建筑規范。

3.2設計指南和檢查表的修改過程

“可持續發展設計指引”和“可持續發展清單”需要修訂，以適應不斷變化的情況，并提高準確性和方便使用。修正過程可分為三個方面：第一，理論世界的變化;第二，實踐世界的變化;第三，用戶反饋。從以上三個角度進行準備后，系統設計人員對指南和檢查表進行了修改。

3.2.1理論世界的變化

隨著時間的推移，理論界的顯著變化有必要反映在指導方針和檢查表中。首先，在搜索穩定性條件的問題的最近變化后，系統設計者可以修改問題列表。根據修改后的問題清單，系統設計者還可以修改可持續住宅設計的要求清單。在修改這兩份清單時，還需要觀察“對住宅相關問題的認識”和“對可持續住宅的認識”的最新趨勢。之后，系統設計者考慮對指南和檢查表的“元素-變量-期望值”結構的修改。

3.2.2現實世界的變化

除了理論世界的變化，實踐世界的變化也需要反映?，F實世界中的變化包括“與住宅相關的技術變化”和“與住宅設計相關的系統變化”。

為了尋找“與住宅相關的技術變化”，系統設計師需要關注住宅行業，定期觀察與住宅相關的產品。與房屋相關的產品與指南中的材料元素緊密相連。因此，如果住宅相關產品出現顯著的技術變化，通過安排相關物質要素的變量及其期望值，這些變化可以在指南中順利進行。

與此同時，與住宅設計相關的現有系統也發生了變化。這些變化包括對強制性系統（包括建筑規范）和自愿系統（如評估和評級系統和標準）的修訂或變更。系統設計者可以在指導方針中包含這樣的更改，通常是通過修改相關變量的期望值。

3.2.3用戶反饋

其次，“系統用戶反饋”和“居家居民反饋”也是需要考慮的。系統用戶的反饋是關于對指南和檢查表的反應的信息，包括對這些系統的有效性和用戶友好性的評論。這些資料被用來作為改進這些系統的基礎。與此同時，住宅居民的反饋是關于人們對按照指導方針和清單設計的住宅的反應。這些信息，包括對住宅的便利設施和可持續性表現的評論，對系統的改進也很有用。

4、 制作和修改設計指南的插圖

4.1生產的設計指南

我們制定了可持續設計指南，并考慮到在當前國情狀況下的應用。

4.1.1查明與住宅有關的問題

制訂指導方針的過程從查明與住宅有關的環境、社會和經濟問題開始。全球性、一般性問題包括全球變暖和氣候變化、自然資源耗竭、浪費，以及人口老齡化導致的醫療和護理費用增加。另一方面，考慮到當地/特殊的主要問題是房屋壽命短，室內熱性能差，地震造成的破壞，以及糟糕的景觀。此外，這兩種類型之間的界限也不是很明顯。

4.1.2確定可持續住宅設計的要求

在確定了與住宅相關的問題后，我們確定了可持續住宅設計的要求。例如，“全球變暖和氣候變化”要求“節能”、“使用可再生能源”和“保護綠色空間”，這是可持續住宅設計的要求。同樣，“室內熱性能差”要求“提高室內熱性能”。

4.1.3元素、變量及其期望值的確定

根據住宅材料和空間元素的選擇方法，以及可持續住宅設計的要求，我們首先確定了設計指南中的元素。元素總數為26個，由14個物質元素和12個空間元素組成。材料元素包括框架、外部、保溫、門窗、室內、浴缸、管道、熱水器、電器、照明燈具、利用自然能源的設備、雨水利用設備、水利用設備和戶外設施?？臻g元素包括總樓層、指定的臥室、與水使用和熱水供應有關的區域、窗戶的位置和面積、衛生間、浴室、樓梯、門廊、走廊、通往入口的主要通道、斜坡和花園區域。以及相關的穩定性條件。通過減少供暖和空調的能源使用，更高的隔熱性能有助于居住者更好的“健康”、“環境保護”和“自然資源的可持續利用”。

4.2設計指南的最新修訂

設計指導方針，其生產過程已在上面說明，最近修訂。這個最新的修訂已經處理了前面提到的三個視角：（1）理論世界的變化，（2）實踐世界的變化，（3）來自用戶的反饋。

4.2.1理論世界的變化

首先，觀察最近有關住宅問題的理解趨勢，我們尋找影響穩定條件的問題。因此，我們確定了四個需要處理的額外問題。其中兩個是全球性的問題;另外兩個是局部的/特殊的問題?；谶@四個問題，還確定了可持續住宅設計的其他要求。在那之后，這些額外的需求被合并到“元素-變量-期望值”的結構中。下面根據每個需求描述了標識和合并過程的要點。

4.2.1.1電力的儲存

2015年的《巴黎協定》旨在將全球氣溫控制在“遠低于工業化前水平2℃以內”，并繼續努力將氣溫升幅限制在1.5℃以內。根據政府間氣候變化專門委員會2018年的最新報告，將全球變暖限制在1.5℃，而不是℃，將減少對生態系統、人類健康和福祉的挑戰性影響。在這種最近的情況下，可再生能源，特別是太陽能和風力發電的使用在許多國家正在迅速增長。然而，太陽能和風能產生的電量隨著時間、季節和包括天氣在內的隨機因素而波動。相應地，太陽能和風力發電的急劇增加也增加了電力系統的故障風險。為了應對這種變化的情況，我們增加了“儲電”作為可持續住宅設計的要求。隨著成本的不斷下降和性能的不斷提高，蓄電池儲能系統發展迅速。此外，儲存電力還可以確保應急電源，這是應對氣候變化的適應措施之一。

4.2.1.2家庭工作、遠程辦公和終身學習的考慮

最近，住宅作為工作場所變得越來越重要。信息技術的發展和互聯網的普及促進了居家企業的發展。與此同時，越來越多的公司開始采用遠程辦公。在家工作的一大優勢是與兒童保育或護理兼容。此外，在家工作也有利于環境，因為它可以減少能源的通勤。

與此同時，壽命的延長增加了終身學習的必要性。根據研究，越來越多的人會從事多種職業，而不是傳統的單一職業，并不可避免地繼續學習?，F在人們不僅要在空閑時間重新創造自己，而且還要在不同的地方“重新創造”自己。

4.2.1.3適合居民溝通的樓層規劃

許多社會學和住宅方面的研究都指出，不適當的房間規劃與社會問題有關。在當前的住宅市場中，有很多住宅平面讓孩子們很容易在沒有看到其他家庭成員的情況下進入他們的私人房間，可以被隔離。因此，缺乏溝通會導致溝通技能不發達，進而導致曠課。曠課和社會退縮與家庭暴力、升學和就業困難密切相關。因此，為了防止這些社會問題，我們確定了“適合居民之間良好溝通的樓層規劃”作為可持續住宅設計的額外要求。

居民交流的關鍵空間是“客廳、餐廳和廚房區”;因此，我們將這個區域作為一個新的空間元素添加到設計指南中。之后，我們確定了這個元素的兩個變量，即“在家里的位置”和“廚房的類型”?！熬蛹椅恢谩钡睦硐胫当淮_定為“入口處和私人房間區域之間”，因為許多專家建議這種位置用于更頻繁的交流。同時，“廚房式”的期望值被設定為“開放式或半開放式”。最近，開放式和半開放式廚房在我們住宅市場很受歡迎，因為與封閉式廚房相比，這種類型的廚房更利于溝通。

4.2.2現實世界的變化

觀察到最近技術和系統的變化，我們修訂了兩個方面的期望值：（1）保溫性能標準，（2）節能熱水器。此外，我們對雨水設備的期望值進行了修改，相關系統的描述略有變化。

4.2.2.1保溫性能標準

我國住宅的熱性能一直很低。然而，由于與住宅有關的技術的變化以及對節能和居住者健康的要求，這種狀況正在逐步改善。因此，最近出現了一種新的國家自愿體系，即“凈零能耗住宅（ZEH）認證標準”，并顯示出比通常標準更高的熱性能標準。

認識到實際世界中的這些變化，我們提高了指南中關于熱性能的期望值。具體來說，我們將“保溫”和“門窗”兩種材料元素的“保溫性能”期望值修改為ZEH認證標準中規定的相關標準。根據“平均傳熱系數（UA）”評價ZEH絕熱性能標準?！癠A”的標準值因氣候分類而異。

4.2.2.2節能熱水器

隨著一種新型節能熱水器在市場上的興起，我們修改了“熱水器類型”的期望值。與此同時，修訂后的版本采用了一種方式，提供節能類型的選擇，所提供的選擇有以下四種：太陽能、電動熱泵、電動熱泵與瞬時燃氣聯合、燃料燃燒潛熱回收即時供電。第三種類型，通常被稱為“混合型”，是前面提到的新型節能熱水器。

結語：

先前的研究為促進可持續住宅設計提供了控制系統，其中包括可持續設計指南和可持續發展清單。在此基礎上，本研究對設計指南和檢查表的制作和修改過程進行了全面的可視化分析。根據這一過程，本研究也說明了設計指南的制作和修訂過程。研究結果表明，全面的可視化可以使這些過程更易于管理，并幫助系統設計者更有效地生成和修改指南。

此外，本研究還指出了如何根據不同和變化的情況來調整指導方針。它包括一種查明與住宅有關的問題的方法，其中除查明全球、一般問題外，還查明當地、特殊問題。如果在一個國家或區域采用這種方法，預期編制和修訂的準則將適合該國家或區域的情況。同時，該指南的修改過程及其具體實例的提供，有助于系統設計者對指南進行調整以適應隨時間變化的情況。

由于采用了可持續性模型，指南和清單具有全面性的特點。這種模式除了通?？紤]的健康、安全、環境保護等因素外，還包括相互幫助和自我實現。因此，在最新修訂的指導方針中，考慮到居民之間的溝通，以及在家工作和學習。

本文利用“促進可持續住宅設計的控制系統”和“可持續發展模型”，闡述了“設計指南和清單的制作和修改過程”。這些方案形成了促進可持續住宅設計的綜合策略。這一全面的住宅戰略預計將被用于最大限度地提高人民的福祉和最大限度地減少環境負荷。

參考文獻：

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