王 磊

(中鐵建設集團有限公司建筑設計院 北京 100131)

1 前言

隨著城市化進程迅速推進，城市土地開發(fā)逐漸向集約化方向發(fā)展，高密度城市綜合體應運而生，使得城市功能發(fā)揮到極致，也迎合著人們工作、娛樂、消費方式的變革。但隨之帶來的是建筑能耗的急劇增加以及資源的大量消耗，單位面積能耗往往是普通建筑的三倍以上[1]，也容易出現(xiàn)交通擁堵、環(huán)境污染等城市問題。因此，如何將高密度城市綜合體的設計與節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)的綠色建筑技術(shù)相結(jié)合，對實現(xiàn)“五大發(fā)展理念”之綠色發(fā)展具有十分重要的意義。

城市綜合體種類多樣，如城市CBD綜合體、交通樞紐型城市綜合體、城郊商業(yè)綜合體等，通常尺度巨大，能容納眾多的建筑功能空間。隨著城市綜合體數(shù)量的逐漸增多以及綠色建筑評價標準的全面實施，其綠建設計也日益受到人們的重視。任國瑞[2]、張玉石[3]、李振東等[4]對城市綜合體的設計理念、綠建技術(shù)等方面進行了闡述；翟曉軍等[5]分析了可持續(xù)型城市綜合體的設計理念；劉子勤等[6]分析了交通樞紐型城市綜合體的綠色設計；周海峰等[7]分析了城市CBD綜合體的綠色建筑技術(shù)措施。這些研究從多個角度分析了城市綜合體的綠色建筑技術(shù)措施，但由于綠建設計涵蓋的內(nèi)容十分廣泛，行業(yè)內(nèi)越來越提倡從建筑方案設計開始就融入綠建設計的理念，運用“綠色”幫助創(chuàng)作[8]，而不是用后期的模擬來替代綠建設計，注重被動式技術(shù)的應用[9]，實現(xiàn)真正綠色節(jié)能的建筑。

基于上述研究背景，本文以金華信息產(chǎn)業(yè)園為例，從建筑設計的角度分析其綠建設計策略，注重被動式策略的應用，希望能為高密度城市綜合體的綠建設計提供新的思路。

2 項目概況

項目位于金華市開發(fā)區(qū)區(qū)塊，基地總用地面積約為13.55公頃。項目建筑功能為商務辦公、酒店、商業(yè)。項目地上總建筑面積約為48.2萬m2，其中一期地上約為16.7萬m2(已完成)，二期地上約為31.5萬m2，含6幢高層建筑，包括一棟150 m的超高層寫字樓(見圖1)。項目充分運用低碳節(jié)能技術(shù)，突出低碳、生態(tài)、節(jié)能、環(huán)保主題，考慮地下空間的復合利用，充分運用先進的設計理念、手段和節(jié)能技術(shù)，節(jié)能率達到65%，達到二星級綠色建筑標準和LEED金級雙認證(超高層寫字樓達到三星級綠色建筑標準)。

圖1 項目鳥瞰圖

3 綠建設計策略

3.1 整體設計理念

項目依托金華的城市設計和文化底蘊，整合了可持續(xù)的國際花園與生態(tài)城市設計理念，從綠色生態(tài)與城市設計的角度出發(fā)來考慮建筑形態(tài)[10－11]。為了實現(xiàn)綠色生態(tài)的目標，在設計初始就對地區(qū)的氣候特點進行分析，因地制宜地考慮適宜的綠色建筑技術(shù)[12]。

金華地處浙江省中部，屬于夏熱冬冷地區(qū)，亞熱帶季風氣候，四季分明，年溫適中，熱量豐富，雨量豐富，干濕兩季明顯，年總降雨量平均為1 424 mm。春季氣溫回升快，但氣溫變化不定，春末夏初雨水集中，時有冰雹大風；夏季長而炎熱，且雨熱同步，常有干旱；秋季涼爽，空氣濕潤，時間短；冬季晴冷干燥，大氣層結(jié)穩(wěn)定。

金華地區(qū)的年平均氣溫相對適宜，在17℃～19℃，但季節(jié)溫差和晝夜溫差較大。從節(jié)能角度出發(fā)，提高建筑的保溫性能和熱穩(wěn)定性是設計的重點，設計中一方面通過相對規(guī)整的形體減小建筑的體形系數(shù)，另一方面使用斷橋鋁合金中空玻璃幕墻以及性能良好的墻體保溫材料，使建筑達到節(jié)能65%的要求。

根據(jù)金華地區(qū)不同季節(jié)的氣候特點，分別進行了有針對性地設計:金華地區(qū)夏季炎熱，因此在建筑設計中重點考慮建筑的遮陽；在過渡季節(jié)則通過組織自然通風來減少空調(diào)的使用，降低建筑能耗；建筑室外空間的組織錯落有致，通過高層建筑的圍合和立體綠化的使用，形成富有層次感的室外活動環(huán)境；將雨水回收與綠化灌溉和海綿城市設計相結(jié)合，形成綜合性的水資源利用體系。

3.2 采光與遮陽

采光和遮陽是綠建設計中相互關(guān)聯(lián)的兩個方面，充分利用自然采光可以節(jié)省大量的照明能耗，良好的景觀視野也是建筑品質(zhì)的重要體現(xiàn)；但在夏季，過多的日照會引起室內(nèi)過熱，增加空調(diào)負荷，因此有必要對兩者進行綜合權(quán)衡，發(fā)揮最佳的效益。

項目在遮陽方面的設計包括建筑群體組合和單體設計兩個層次。在建筑群體的組合上，通過建筑組團的高低錯落與動靜結(jié)合，創(chuàng)造了豐富多變的城市與建筑空間。同時錯落的高層建筑形成了良好的自遮陽效果，在地塊中央圍合形成開敞的景觀花園，結(jié)合室外豐富的綠化景觀，形成環(huán)境舒適的室外活動空間。設計中使用Ecotect軟件，對室外活動場地的遮蔭效果進行了模擬分析，夏至日的建筑陰影范圍如圖2所示。經(jīng)分析可知，室外活動場地中有23.7%的面積能滿足夏至日遮蔭4 h以上的要求。

圖2 夏至日8:00到16:00建筑日照投影范圍

在建筑單體設計上，綜合采用了多種遮陽手段。超高層寫字樓采用參數(shù)化扭轉(zhuǎn)的形體，各層之間上下錯落，形成一定的自遮陽效果；高層寫字樓立面以石材和玻璃為主要材料，形成多種線條變化的格柵式遮陽；綜合樓采用鋁板與玻璃為主要材料，設計上富于動感；各建筑的玻璃幕墻采用斷熱鋁合金低輻射中空玻璃窗(6＋12A＋6遮陽型)，反射色為深灰色，反射率<0.2，能有效避免大面積玻璃幕墻的光反射對周邊環(huán)境，特別是基地西北部住宅區(qū)的影響。

建筑功能布置中充分考慮了各個房間的自然采光需求，經(jīng)過自然采光模擬分析可知，主要功能房間采光系數(shù)能滿足綠色建筑評價標準中的相關(guān)要求，項目主要功能空間中有78.69%的面積比例能夠達標。此外，建筑室內(nèi)空間均設置了可調(diào)節(jié)的高反射內(nèi)窗簾，一方面能更為有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)采光，另一方面也能避免眩光的影響。

在設計中還考慮了室外視野設計，為建筑中的主要功能空間提供良好的天空和景觀視野，提升建筑使用者的舒適度。通過建筑視野模擬分析可知，各建筑的主要功能房間能通過外窗看到室外自然景觀，無明顯視線干擾。

3.3 風環(huán)境設計

風環(huán)境影響著建筑室外活動場地的舒適性和室內(nèi)使用空間的能源消耗，是綠建設計中的重要方面。充分利用自然通風是建筑節(jié)能的有效措施之一，在室外氣候較為舒適時利用自然通風可帶走室內(nèi)得熱，引入新鮮空氣，改善室內(nèi)環(huán)境。

項目的風環(huán)境設計主要包括建筑群體和室內(nèi)兩個層次。在設計分析中，首先采用CFD方法對建筑室外風環(huán)境進行模擬分析，從而獲取建筑外表面各開口(門、窗)上的壓力分布情況；隨后將外環(huán)境模擬分析的結(jié)果作為室內(nèi)自然通風分析的輸入?yún)?shù)，采用網(wǎng)絡法分析各房間的通風量。

根據(jù)金華市典型氣象年的風向、風頻情況，夏季東北風向頻率最大，其他季節(jié)東北偏北風向頻率最大，風速介于1.96～2.6 m/s之間，以此作為模擬分析的邊界條件，可得出項目不同季節(jié)的室外風環(huán)境情況。

在冬季工況下，項目區(qū)域東北側(cè)為迎風面，來流風經(jīng)過建筑后，由于其自身以及周圍建筑的阻擋，在建筑的迎風面和背風面形成一定壓差。如圖3所示，除迎風第一排建筑外，建筑前后立面的壓差為2.0～4.5 Pa。圖4為冬季工況下，地塊內(nèi)室外1.5 m高度處的速度分布圖，經(jīng)軟件統(tǒng)計，整個參評區(qū)域的最大風速約為3.18 m/s。最大風速出現(xiàn)在9號樓東側(cè)區(qū)域，對應的風速放大系數(shù)為1.98。

圖3 冬季建筑迎風面風壓分布

圖4 冬季1.5 m高處室外人行區(qū)風速分布

在夏季工況下，項目區(qū)域北側(cè)為迎風面，來流風經(jīng)建筑后，在北側(cè)和南側(cè)形成一定壓差，均大于1.0 Pa(見圖5)，在建筑室內(nèi)外能形成大于0.5 Pa的表面壓差，有利于建筑自然通風。圖6為夏季來流風在建筑周圍人行區(qū)的速度分布情況，場地內(nèi)沒有旋渦區(qū)和無風區(qū)，區(qū)域內(nèi)通道及項目建筑周圍的風速曲線流暢，說明考察區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的熱量以及污染物能夠被及時帶走。春季和秋季項目場地通風情況與夏季類似。

圖5 夏季建筑迎風面風壓分布

圖6 夏季1.5 m高處室外人行區(qū)風速度矢量圖

在室內(nèi)風環(huán)境設計方面，合理設置各主要功能空間的可開啟窗扇位置，采用了南北通透的開窗設計，有利于形成穿堂風，增強了自然通風效果，有效地提高室內(nèi)換氣次數(shù)。模擬分析中采用多區(qū)域網(wǎng)絡法對建筑室內(nèi)換氣次數(shù)進行計算，分析結(jié)果表明:過渡季(秋季)工況下室內(nèi)人員活動區(qū)域自然風平均流動速度適中，氣流通暢，換氣次數(shù)大于2次/h的達標面積占比達到76.86%。

在暖通空調(diào)設備方面，項目設置冷卻塔制冷系統(tǒng)，全空氣系統(tǒng)采用可調(diào)新風比或全新風運行，能大幅降低建筑空調(diào)能耗。

3.4 立體綠化

立體綠化包括垂直綠化、屋頂綠化、陽臺綠化等多種形式，層次豐富的立體綠化設計是創(chuàng)造優(yōu)美建筑環(huán)境的重要途經(jīng)，也是綠建設計中的重要策略之一。為了集約用地，高密度城市綜合體中往往很難留出足夠的場地面積用于地面綠化，此時充分利用建筑墻體和屋頂?shù)目臻g設計綠化，可以改善環(huán)境、美化城市，同時對建筑物本身也能起到隔熱降溫和降低噪聲的作用，因此大有裨益。項目地面綠地率為15%，結(jié)合屋頂綠化設計，綠化總面積能達到總場地面積的30%以上，滿足LEED規(guī)范要求。

地下空間的景觀設計為項目的另一特點，通過下沉廣場的設計，將綠化引入地下空間，提供通風采光的同時提升園區(qū)品質(zhì)。

3.5 海綿城市與水資源利用

金華市氣候潮濕多雨，項目結(jié)合場地條件進行海綿城市設計，設計了多種透水地面鋪裝和下凹式綠地，并設置雨水處理系統(tǒng)，有助于充分利用雨水資源并節(jié)約用水。

場地地下設置兩座雨水收集池，有效容積共1 293 m3，雨水回用系統(tǒng)的平均日用水量為288.54 m3，最高日用水量為360.67 m3。收集室外硬化地面、屋面雨水，通過地下雨水管網(wǎng)排到雨水調(diào)蓄池內(nèi)處理回用，部分雨水滲入地下或排入下凹綠地內(nèi)。調(diào)節(jié)池設置溢流排水，重力流排入市政雨水管道中，整體設計能夠降低雨水徑流總量，緩解市政排水壓力，同時涵養(yǎng)水源，可保持生態(tài)平衡和水資源循環(huán)利用。

蓄積的雨水處理后用于車庫沖洗、綠化、道路及廣場澆灑。項目的公共中心處設計為擴大的下沉式景觀廣場，布置中心水池及景觀綠地，園區(qū)的人工5～10 cm景觀薄水面的處理手法與雨水回用系統(tǒng)相結(jié)合，塑造生態(tài)、節(jié)約與安全的景觀水系。

4 結(jié)束語

高密度城市綜合體是城市空間集約化發(fā)展的必然產(chǎn)物，在其設計中引入綠色建筑的理念具有十分重要的意義。本文從建筑設計的角度探討高密度城市綜合體的綠色節(jié)能，根據(jù)具體的地域氣候和場地條件來確定最佳的綠建設計策略，以被動式技術(shù)優(yōu)先，結(jié)合主動式技術(shù)實現(xiàn)綜合節(jié)能的效果，并通過計算機模擬技術(shù)對方案進行量化分析與比較優(yōu)化，希望能為高密度城市綜合體的綠建設計提供新的思路。