謝斌，胡青蓮

（1.上海城建物資有限公司，上海 200438；2.上海匯綠電子商務(wù)有限公司，上海 200438）

0 引言

在針對(duì)綠色建筑的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，綠色建筑的全生命周期長(zhǎng)期受到關(guān)注，只有運(yùn)營(yíng)階段的效果能全面反映綠色建筑的綠色性。GB/T 50378—2019《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的改版呈現(xiàn)了不同的創(chuàng)新點(diǎn)，其中較為突出的一點(diǎn)是運(yùn)營(yíng)期間評(píng)價(jià)的比重增加。在建筑的全生命周期中，建筑材料是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)主要包括設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑材料的選取、施工階段對(duì)建筑材料的應(yīng)用實(shí)施、運(yùn)營(yíng)階段對(duì)建筑材料的維護(hù)以及拆除階段對(duì)建筑材料的回收利用。綠源天地項(xiàng)目的業(yè)主為建筑材料的生產(chǎn)服務(wù)企業(yè)，因此在本項(xiàng)目的實(shí)施過程中需重點(diǎn)關(guān)注建筑材料，特別是新型建筑材料在綠色商業(yè)辦公建筑上的研究和應(yīng)用。同時(shí)，建筑中空間的創(chuàng)造是為了內(nèi)部活動(dòng)人員的使用，可通過智能化的環(huán)境監(jiān)控來提升人員的便利性和舒適性。

1 項(xiàng)目綜述

1.1 項(xiàng)目概況

綠源天地是上海城建物資有限公司開發(fā)的大型商業(yè)、辦公綜合體項(xiàng)目，位于上海市楊浦區(qū)五角場(chǎng)鎮(zhèn)。項(xiàng)目分北區(qū)和南區(qū)2 個(gè)地塊，由2 棟高層商業(yè)辦公建筑和1棟多層配套建筑組成，地下2 層，地上11 層，總建筑面積為88 705 m2，其中地上部分建筑面積為62 255 m2，地下部分建筑面積為26 450 m2。圖1 為綠源天地項(xiàng)目效果圖。

1.2 項(xiàng)目榮譽(yù)

該項(xiàng)目于2015 年取得二星級(jí)綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)，同年入選國(guó)家資源再生利用重大示范工程，2019 年獲得WELL 健康建筑金級(jí)認(rèn)證，并獲得上海市勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)一等獎(jiǎng)，目前正在進(jìn)行二星級(jí)綠色建筑運(yùn)營(yíng)標(biāo)識(shí)的認(rèn)證工作。

2 基于全生命周期考量的建筑材料選材研究

在設(shè)計(jì)之初，綠源天地項(xiàng)目就以綠色建筑二星級(jí)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)標(biāo)識(shí)為目標(biāo)（參考GB/T 50378—2014《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》）。該項(xiàng)目以因地制宜、整合設(shè)計(jì)為原則，在建筑能源性能和節(jié)水性能、全生命周期選材和節(jié)材、室內(nèi)外環(huán)境控制以及運(yùn)營(yíng)管理等方面均按照綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)施，以保證能夠?qū)崿F(xiàn)綠色建筑二星級(jí)的建設(shè)目標(biāo)。在項(xiàng)目二次裝修階段，業(yè)主又提出了WELL 健康建筑的目標(biāo)，在內(nèi)裝階段充分考慮空間與員工健康之間的關(guān)系，進(jìn)一步提升了項(xiàng)目健康、綠色的性能。

2.1 結(jié)構(gòu)材料

在該項(xiàng)目1 號(hào)樓的主體結(jié)構(gòu)材料中，再生混凝土（RC）的使用比例較大，其強(qiáng)度等級(jí)為C30～C50，再生骨料取代率為10%～30%，最高泵送高度為49.2 m（屋面層）。

研究表明[1]，在上海地區(qū)，強(qiáng)度等級(jí)為C20～C30 的再生混凝土的單位產(chǎn)品總碳排放量低于市內(nèi)預(yù)拌混凝土行業(yè)水平的30%～35%。上海城建物資有限公司聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)開展了關(guān)于高性能再生混凝土制備成套技術(shù)和抗震性能的研究，并通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)與有限元分析相結(jié)合的方法，建立了基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算模型。本項(xiàng)目選用該研究成果作為主體結(jié)構(gòu)材料并進(jìn)行示范應(yīng)用，應(yīng)用方案如表1 所示[2]。

表1 再生混凝土應(yīng)用方案（Tab.1 Recycled concrete application scheme）

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，通過在1 號(hào)樓和2 號(hào)樓（2 號(hào)樓使用普通混凝土）中預(yù)埋傳感器，對(duì)2 棟樓進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能監(jiān)測(cè)對(duì)比分析，在項(xiàng)目的全生命周期中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。經(jīng)過3 年的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)在合理的設(shè)計(jì)條件下，高強(qiáng)度（C30 以上）再生混凝土可用于高層混凝土主體工程。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料

在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用方面，本項(xiàng)目人員也進(jìn)行了相關(guān)研究和創(chuàng)新，包括成功采用標(biāo)準(zhǔn)化的裝配式外掛墻板和裝配式光伏一體化墻板技術(shù)，從預(yù)制外墻板標(biāo)準(zhǔn)化和建筑光伏一體化（building integrated PV，BIPV）的角度進(jìn)行了應(yīng)用性研究。從商業(yè)建筑的全生命周期角度來看，無論是經(jīng)濟(jì)性還是綠色度，標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制裝配式技術(shù)的優(yōu)勢(shì)均較為明顯[3]。近年來，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)針對(duì)裝配式構(gòu)件在全生命周期各個(gè)階段的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究[4-5]。

2.2.1 裝配式外掛墻板

本項(xiàng)目的2 號(hào)樓采用了裝配式外掛墻板，4 層及以上部分外墻采用預(yù)制外掛墻板，外墻板與板之間采用螺栓連接的施工技術(shù)。2 號(hào)樓的單體預(yù)制率約為9.3%，外墻采用預(yù)制構(gòu)件（precast concrete，PC）墻板部分的建筑面積約占地上總建筑面積的66.9%。圖2 為預(yù)制PC外墻板立面布置圖（以1 號(hào)樓為例）。圖2 中1 個(gè)PC 標(biāo)準(zhǔn)段為1 塊預(yù)制外掛墻板，根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，每塊板之間的板縫寬度為26 mm，具體預(yù)制PC 外墻板尺寸見圖3。

圖3 預(yù)制PC 外墻板尺寸（Fig.3 Prefabricated PC exterior panel dimensions）

PC 板外立面主要采用仿石涂料和仿金屬涂料，以達(dá)到豐富的立面效果。PC 板室內(nèi)面平整，表面通過模具形成豐富的凹凸效果，立面造型豐富，見圖4。

圖4 預(yù)制PC 板展示圖(Fig.4 Prefabricated PC wall panel display drawing)

2.2.2 光伏一體化預(yù)制墻板

該項(xiàng)目采用了光伏發(fā)電與預(yù)制外墻一體化技術(shù)，以提供清潔環(huán)保的綠色電力，并且安裝簡(jiǎn)便，無需破壞外墻立面和搭設(shè)腳手架。該墻板采用壓條滑槽式安裝方式，在混凝土墻體內(nèi)預(yù)埋鋼板和預(yù)留螺釘孔，滑槽由螺釘和預(yù)埋件固定。壓條滑槽式安裝示意圖見圖5。光伏組件通過上、下2 個(gè)滑槽卡牢固定，安裝后整個(gè)外墻能基本保持平整和協(xié)調(diào)。

圖5 壓條滑槽式安裝示意圖（Fig.5 Layering chute installation diagram）

該項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)后，按設(shè)計(jì)壽命25 年，光伏板發(fā)電總量可達(dá)63.8×104kW·h，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量226.35 t，減少二氧化碳排放量為830.15 t，減少粉塵量為170.54 t，說明其經(jīng)濟(jì)性良好，節(jié)能效果顯著。

2.3 健康內(nèi)裝建材

以該項(xiàng)目A 座3 樓綠智匯辦公空間為案例，室內(nèi)打造了健康空間，并因此獲得了美國(guó)WELL 建筑金級(jí)認(rèn)證?？臻g內(nèi)部使用的建材均按照WELL 標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行嚴(yán)選。項(xiàng)目墻面均采用硅藻泥，與傳統(tǒng)的涂料相比，硅藻泥不僅具有低醛、低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的優(yōu)點(diǎn)，還具備分解甲醛的凈化作用[6]。水吧由透光混凝土筑成，見圖6（a）。在透光混凝土中添加了大量的光學(xué)纖維和精致混凝土，在不失素雅的同時(shí)又增強(qiáng)了觀感。地面均采用無機(jī)藝術(shù)地坪，色彩亮麗，且耐磨度和潔凈度均較高，如圖6（b）所示。

圖6 健康建材應(yīng)用實(shí)景圖（Fig.6 Health building materials application reality）

通過健康建材的使用，在項(xiàng)目裝修完成后的第2天即已通過室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果顯示可直接入住使用。同時(shí)，在運(yùn)營(yíng)期間，在空間內(nèi)設(shè)置的傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)外PM2.5、PM10，以及室內(nèi)CO2、甲醛、VOC 等相關(guān)參數(shù)。這反映了健康建筑的理念。

3 智能綠色健康模塊化空間產(chǎn)品探索

3.1 智能綠色健康模塊化空間產(chǎn)品的需求分析

隨著大型商業(yè)建筑的發(fā)展，辦公室變成更為寬敞的空間場(chǎng)所，由弗蘭克·勞埃德·賴特在1906 年為L(zhǎng)arkin Soap Company 建造的拉金大廈以及于1939 年為Johnson Wax 公司設(shè)計(jì)的辦公室深刻體現(xiàn)了這種演變。由此，工作的物理空間定義由“工作站”轉(zhuǎn)變?yōu)椤伴_放式辦公空間”。隨著建筑材料科技和建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，在開放式辦公空間中可以使用更加多變的模塊化空間，使其成為多種功能需求的載體。當(dāng)空間作為整體可拆疊、移動(dòng)和臨時(shí)構(gòu)造時(shí)，材料設(shè)備也逐漸向規(guī)?；?、自動(dòng)化方向發(fā)展。模塊化空間是通過集裝箱技術(shù)生產(chǎn)、組合成尺寸規(guī)格相同的構(gòu)件，在環(huán)境中進(jìn)行拼裝組合，其結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)、剛度大、密閉性好，可適應(yīng)于不同環(huán)境下的各種場(chǎng)地，其依托的技術(shù)方式體現(xiàn)了“機(jī)器美學(xué)”[7]。

（1） 模塊化辦公功能型空間

開放式辦公空間中相對(duì)封閉的空間（如會(huì)議室、高管辦公室等）往往固定在某一特定區(qū)域。當(dāng)辦公空間使用主體或功能需求變更時(shí)，往往需要采用二次裝修的方式，通過破壞原有隔墻、重新分隔新的空間來進(jìn)行調(diào)整。為此，智能綠色健康模塊化辦公功能型空間提供了一種新的技術(shù)和方法，見圖7。當(dāng)空間如同設(shè)備或家具可以整體移動(dòng)，且不會(huì)對(duì)地面、墻體和頂部造成破壞性改變時(shí)，空間的再次排列變得更便捷和環(huán)保。

圖7 模塊化辦公功能型空間（Fig.7 Modular functional office space）

（2） 模塊化輔助功能型空間

人們?cè)絹碓街匾曓k公區(qū)域的健康問題，如上班族希望辦公場(chǎng)所能提供健身區(qū)域，女性希望得到更多的特色服務(wù)，因此辦公場(chǎng)所的輔助功能型空間越來越多。這些輔助功能型空間同時(shí)承載了健康需求和空間隔離需求，智能綠色健康模塊化輔助功能型空間可在滿足基礎(chǔ)空間需求的同時(shí)，進(jìn)一步滿足不同輔助功能型空間的特色化需求，并為此提供了工廠化實(shí)施的可能性。模塊化輔助功能型空間見圖8。

圖8 模塊化輔助功能型空間（Fig.8 Modular auxiliary functional space）

3.2 智能綠色健康模塊化空間產(chǎn)品的健康指標(biāo)分析

通過建筑材料和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備的綜合運(yùn)用，采用物聯(lián)網(wǎng)（IOT）方式，模塊化空間可達(dá)到空間綠色健康化實(shí)時(shí)控制和查看的效果。

考慮到辦公功能型空間和輔助功能型空間可能同時(shí)受到室內(nèi)和室外空氣質(zhì)量的影響，根據(jù)GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的空氣標(biāo)準(zhǔn)以及環(huán)境分類標(biāo)準(zhǔn)來確定傳感器的監(jiān)控指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。表2 給出了環(huán)境空氣污染物基本項(xiàng)目的濃度限值。其中，SO2的主要來源為工業(yè)污染，在城市環(huán)境中暫不作考慮；O3為由NO2導(dǎo)致的二次污染物，也不作為直接監(jiān)控的參數(shù)。

表2 環(huán)境空氣污染物基本項(xiàng)目的濃度限值（Tab.2 Basic item concentration limits for ambient air pollutants）

環(huán)境空氣功能區(qū)分為2 類：一類區(qū)為自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其他需要特殊保護(hù)的區(qū)域；二類區(qū)為居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，確定智能綠色健康模塊化空間的健康指標(biāo)為顆粒物（PM2.5與PM10）、溫度、濕度、一氧化碳（CO）和二氧化氮（NO2）這6 項(xiàng)參數(shù)，并選取二類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為監(jiān)控調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 智能母嬰室應(yīng)用案例

如圖9 所示，在綠源天地的二樓會(huì)議區(qū)設(shè)置智能母嬰室，以供綠源天地2 樓～11 樓辦公區(qū)域的女性使用。表3 給出了智能母嬰室所用綠色化部件。

表3 智能母嬰室所用綠色化部件（Tab.3 Green components used in intelligent mother and baby room）

圖9 綠源天地智能母嬰室（Fig.9 Lüyuan square intelligent mother and baby room）

圖10 為智能母嬰室小程序界面，通過手機(jī)微信小程序，可實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、通風(fēng)調(diào)節(jié)和門鎖開關(guān)等功能。

圖10 智能母嬰室小程序(Fig.10 Intelligent mother and baby room)

4 結(jié)語(yǔ)

隨著綠色建筑的飛速發(fā)展，建筑材料在全生命周期內(nèi)的“綠色化”是建材行業(yè)未來的發(fā)展方向，符合世界發(fā)展趨勢(shì)和人類發(fā)展需要。從選材、生產(chǎn)到應(yīng)用全階段，綠色化的建筑材料才是符合建筑全生命周期需求的綠色建材，具體如下：

（1）“綠色化”建筑材料是全生命周期綠色建筑的基石。只有在對(duì)項(xiàng)目需求進(jìn)行分析后，在設(shè)計(jì)之初選擇適宜的新型材料，才能順利達(dá)到綠色建筑的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（2） 建筑材料的全生命周期分析應(yīng)從材料的技術(shù)選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)應(yīng)用和循環(huán)利用等方面進(jìn)行多階段全方位考量。

（3） 在選擇合適的綠色建材后，如何科學(xué)、綠色化地將建材應(yīng)用在項(xiàng)目上也是保證項(xiàng)目全生命周期綠色化的不可或缺的步驟。通過應(yīng)用場(chǎng)景模擬、應(yīng)用技術(shù)研發(fā)等方式，使項(xiàng)目所使用的綠色建材能最大限度地發(fā)揮作用，進(jìn)而有效提升項(xiàng)目的綠色化程度。

（4） 再生混凝土、圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、健康內(nèi)裝建材等新型材料分別對(duì)應(yīng)資源節(jié)約型綠色建材、能源節(jié)約型綠色建材和環(huán)境友好型綠色建材。新型材料的研發(fā)及其綠色化應(yīng)用技術(shù)可有效匹配綠色建筑發(fā)展的需求，有助于環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源和提高人類的居住環(huán)境水平。

（5） 隨著工作的物理空間定義由“工作站”轉(zhuǎn)變?yōu)椤伴_放式辦公空間”，多變的模塊化空間得到發(fā)展。同時(shí)，在模塊化空間的使用中，綠色建材、智能化設(shè)備和IOT智能控制得到綜合性應(yīng)用，這能夠在一定應(yīng)用場(chǎng)景中滿足高效、高質(zhì)、多元、韌性的特色需求。