基于健康建筑理念的南极科考设施环境营造技术要点研究.pdf
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1、Green Building 绿 色 建 筑 绿色建筑2023年 第3期041基于健康建筑理念的南极科考设施环境营造技术要点基于健康建筑理念的南极科考设施环境营造技术要点研究研究宋天一(上海市建筑科学研究院有限公司,上海 201108)摘要:南极科考队员在极端的自然环境和封闭的社会环境下,长期面临生理、心理问题的严峻挑战。目前,南极科考设施建筑的设计以满足科研功能为主,忽略了环境对科考队员健康的影响。从健康建筑理念出发,对空气、水、光环境、声环境、热湿环境、人文与疗愈六个方面展开调研,探讨其对科考设施健康环境营造的重要作用,并结合科考工作及科考队员需求,提出相应的营造技术要点,为今后科考设施的
2、策划、设计与建设提供参考。关键词:南极;科考设施;健康建筑;环境营造中图分类号:TU29 文献标志码:B 文章编号:1674-814X(2023)03-041-050 引 言T/ASC 022021健康建筑评价标准(以下简称“健康标准”)指出,健康建筑是在满足基础建筑功能的前提下,为使用者提供更加健康的环境、设施和服务的优化性建筑。健康建筑可以促进建筑使用者的生理、心理和社会健康,实现全面的健康性能提升。健康建筑的理念首先是关注环保和谐以及健康绿色,通过内部因素和外部因素的有机结合,在建筑规划、设计和运营中进行优化,做到能源科学性利用的最大化、自然环境影响的最小化、健康舒适环境创造的最优化,完
3、成环境效益、经济效益、社会效益三者的结合,既满足用户的使用功能需求,又减少对环境的破坏。健康建筑涉及的学科综合且复杂,其领域除建筑外,还涉及公共卫生学、心理学、营养学、人文与社会科学、健身、医学、环境科学等多个交叉学科1,因此健康建筑的设计及营造需要掌握相关交叉学科的理论基础。目前,学者们对健康建筑各个方面均开展了专项的科学研究工作,涉及建筑通风与室内空气品质、建材污染物散发、健康照明与光环境提升、健康化改造、运动健康、适老等内容,这些支撑健康的基础理论、技术及应用成果,为健康建筑的发展奠定了坚实的理论与应用基础。南极洲区域因其与世隔绝的地理位置、恶劣寒冷的自然条件、原始天然的生态环境等特点,
4、在地震学、地质学、地球物理学、气象学、高层大气物理学、生物学、环境科学、医学和海洋科学等诸多领域有着得天独厚的优势,成为世界各国科学家研究的前沿基地。越来越多的科考队员前往极地进行现场考察,并在极地科考站越冬与度夏2。不过,极地地区积雪、低温、大风、极寒、冰层、极昼极夜的自然环境,以及环境信息单调、色彩和情感剥夺、孤立封闭的社会生活环境,都严重影响着科考队员的身心健康。笔者主要讨论科考设施的健康环境需求与相关设计营造要点,旨在更好地应对极地科考面临的恶劣自然环境和与世隔绝的社会生活环境双重挑战,为科考队员创造更舒适、健康的科考工作和生活环境,为后续以健康为导向的极地科考设施的建设和运维提供参考
5、。1 南极地区健康建筑环境营造的必要性特殊的地理位置造就了南极地区大陆环境与气候的特殊性,极地考察面临着极端严寒、高海拔、干燥、强紫外线、极昼极夜等自然环境的挑战。这些挑战意味着南极科考必须非常谨慎地被规划和执行,以确保科考队伍的安全和研究的成功。南极洲是世界上最冷的大洲,年平均气温约为25,内陆高原平均气温为56 左右,最低温度达89.2。低温对于人类健康有很大影响,因工作需要或其他原因裸露在外的人体部位易发生不可逆性的冻伤,引起肢体供血障碍或坏死,甚至导致低体温等致命性疾病3。极地通常伴有高海拔的环境,缺氧、干燥、寒冷等因素会增绿 色 建 筑 Green Building绿色建筑2023年
6、 第3期042加人体出现高原反应(急性高山病、肺气肿等)的风险,处于该环境的人会产生急性及慢性病理状态,中枢神经系统及心、肺、肾等器官会发生生理改变。随着臭氧层空洞的扩大,极地紫外线的总量远高于地球表面其他地区,强紫外线会导致人体皮肤和眼睛的损伤。极昼和极夜可能会使人体出现昼夜节律紊乱和睡眠障碍问题,从而产生季节性情感障碍,影响人的生活质量和工作效率,给身心健康带来长期风险。与此同时,科考队员面临着较多社会生活环境的挑战,如孤独与压力、生活条件艰苦、缺乏物资保障等。南极洲孤立、闭塞、与世隔绝,导致科考队员缺乏人际交流及与主流社会的联系,他们需要长期适应单调、寂寞和压抑的环境。特别是恶劣气候、事
7、故或紧急情况对生命安全构成极大威胁,导致科考队员承受了巨大的心理压力。此外,南极洲本土缺乏物资支持,会给物资保障带来很大困难,也对物资的储存、维护和分配提出了更高的要求。队员日常生活需要面对极其有限的物质资源,如住宿、饮食、交通等方面,这会影响他们的生活质量和心理状态。科考队员在南极长时间共同生活和工作,需要建立稳定的领导机制和良好的协作关系,这对队员之间的沟通和合作能力也提出了挑战4。因此,营造健康舒适的科考环境对南极科考的成功和可持续发展具有非常重要的意义,其必要性包括:(1)保证队员的身体健康。南极洲的极端气候和隔离环境对人类的身体健康造成很大挑战,如果不能创造舒适、健康的科考环境,队员
8、的身体健康将面临更大的风险。(2)提高队员的工作效率。健康舒适的科考环境能够使队员的工作效率得到提高,使他们更加专注于科学研究,从而提高科考成果的质量。(3)维护队员的心理健康。南极洲孤独、压抑和封闭的环境对队员的心理健康造成很大影响,创造健康舒适的科考环境可以为其提供必要的心理支持和保障,避免产生心理问题。(4)增强科考活动的可持续性。南极科考是一项长期活动,只有为科考队员的安全与健康提供保障,并为科学考察提供必要的支撑平台,才能提高科考活动的可持续性。(5)提升南极科考的形象和影响力。南极科考是世界科学研究的前沿领域之一,创造健康舒适的科考环境可以提升南极科考的形象和影响力,吸引更多科学家
9、和投资者参与其中。2 南极科考设施健康环境营造要点健康标准将健康建筑的指标归为七类:空气、水、舒适、健身、人文、服务及创新。为了说明南极地区科考设施的健康环境理念,笔者在健康标准的指标设定条件中,重点选取了与南极环境联系较为密切的、设计阶段应重点考虑和把控的要点,将指标进一步划分为空气、水、光环境、声环境、热湿环境、人文与疗愈六个方面,并分别调研了相对应的环境指标要求和营造要点,为今后形成有针对性的设计及对策建议提供参考。2.1 空气目前,对于南极空气质量的研究主要集中在颗粒物、二氧化碳(CO2)、大气臭氧层厚度、空气微生物状况等方面。巴西费拉兹站研究人员的检测表明,南极室外颗粒物浓度与其他人
10、员活动频繁的地区相比较低,室内人员长时间停留的工作生活区是颗粒物浓度水平较高的主要因素。从1957年开始,南极大气中CO2的年平均浓度稳定上升,而大气臭氧的变化则与南极臭氧空洞的变化相关联。与室外空气质量相比,室内空气质量与人们身心健康的联系更加密切。最常见的室内空气污染物为燃烧源,如烟草产品、燃气炉灶等,这些燃烧源会向空气中排放诸如一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)和颗粒物等污染物。此外,建筑物中高达40%的污染物来自建筑材料和家具制品向室内空气释放的挥发性有机化合物(VOCs)、氨、氡等。室内空气污染物的吸入和暴露会给人们的健康和福祉带来严重程度各不相同的短期和长期负面影响。根据世界卫生
11、组织(WHO)的报告,空气污染暴露每年将导致数百万人死亡和健康寿命年损失,暴露之后相对不太严重的症状包括头痛、咽干、眼睛刺激感或流鼻涕,严重的健康后果包括哮喘发作、军团菌感染和CO中毒等。因此,笔者建议应通过采取多样化的措施为科考设施营造健康的空气环境,使其在整个生命周期内维持较高的室内空气质量,为科考队员带来良好的健康效益。在设计阶段需重点关注室内颗粒物、挥发性气体(甲醛、苯系物、总挥发性有机物)、无机气体、氡、CO2等室内空气污染物浓度,相关限值可参考GB/T 188832022室内空气质量标准规定的指标,以及WHO基于长期臭氧浓度与总死亡率和呼吸道死亡率之间关联的健康影响证据而建议的臭氧
12、浓度值。由于厨房燃料燃烧造成的空气污染使得厨房与建筑内其他区域的CO浓度较难维持在同一水平,因此对于厨房应考虑单独的污染物控制处理。作为室内空气主要污染源的建筑材料、装修材料和家具制品,在采购和选型时应重点关注有害物质的含量,包括铅含量、挥发性有机物释放率、邻苯二甲酸酯和卤系阻燃剂含量等。考虑到防火要求以及维持室内良好的空气品质,吸烟区域不应设置在室内,可以在室外远离Green Building 绿 色 建 筑 绿色建筑2023年 第3期043建筑入口、可开启窗和建筑新风入口等区域设置吸烟点。因极地医疗条件有限,医务室需保持空气洁净以满足基本的医疗功能。除此之外,还应对建筑围护结构设计进行霉菌
13、滋生风险评估,并控制室内地面尘样中的尘螨密度。2.2 水南极科考设施的水源主要来自附近湖泊或融化的雪水,终端直饮水处理设备过滤后的天然水的水质符合WHO规定的饮用水质量要求,雪水可在开放的地下室内融化成水,再加入其他矿物质成为饮用水5。此外,根据关于环境保护的南极条约议定书(以下简称“南极条约”)的相关规定,各成员方应尽可能减少在南极地区产生或处理废物的总量,以最大限度地降低对南极地区环境产生的影响和对其自然价值、科学研究价值以及其他用途的干扰,污水排放便是其中之一6。如果排水水质、设施未达到既定标准,则会污染极地环境并对人体健康造成负面影响。科考设施建设需为科考队员提供舒适、健康的用水条件,
14、降低因水污染造成的包括肠道感染和呼吸系统疾病在内的健康风险,并通过更好的基础设施设计提供良好的卫生条件。对于生活饮用水水质,根据已公开发表的饮用水水质检测结果,南极地区部分饮用水水质应符合WHO规定的标准。直接使用天然水源的站区水质、总硬度及菌落总数应参考并达到GB 57492022生活饮用水卫生标准的要求;生活饮用水水箱等储水设施也应采取措施以达到卫生要求,保证储水不变质。为了让科考队员获取高质量的饮用水,建议在人员长期停留的楼栋设置直饮水设施,同时应符合现行饮用净水相关水质和设备标准。为了避免污水排放对南极地区的环境、水质产生不良影响,应重点关注科考设施排水的水质,排水处理工艺可采用二级生
15、化处理法,同时排水水质要符合南极条约MARPOL 73/78防污公约等相关规定。当坐便器、蹲便器、小便器和地漏等卫生器具无水封或水封深度不足时,易导致排水管道内的污浊有害气体因蒸发或管道内压力波动进入室内,因此卫生器具应设置深度不小于50 mm的水封。此外,为满足科考队员用水的舒适性,避免用水干扰,可以采取分水器配水、优化供水支管设置、使用消除同时用水压力波动的特殊管件或卫生器具等措施。2.3 光环境极昼、极夜是南极光环境的突出特点,由于南极绝大部分地区在极圈以内,极昼或极夜相对比较漫长,连续的白天和黑夜会对科考队员正常的生命节律和作息时间产生极大的影响。同时,由于南极地区90%以上的土地被积
16、雪和冰川覆盖,在视觉上形成较为单一无变化的景色,因此被称为“白色荒漠”。积雪冰川的地貌特点也导致晴天情况下室外白色积雪反射强烈,积雪的反射使得室外亮度可能是其他地区的10倍以上7。光环境对人的主要影响包括视觉与非视觉两方面。视觉是人对于光环境最直观的感受,光线刺激视网膜内的视锥细胞和视杆细胞形成物象,再通过神经传输到大脑的视觉中枢。南极地区由于光环境比较特殊,在视觉方面更容易引发一些问题。非视觉效应是人体生理节律调节的重要机制,由视网膜中的感光神经节细胞感知光源,再通过神经传递到大脑中的松果体,由松果体控制褪黑素的分泌,进而控制人体的生理节律。非视觉效应的影响因素主要包括光照强度、光谱分布、光
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