節(jié)能條件下高層辦公建筑設(shè)計(jì)理念新趨勢(shì)

余 森 顧紅男

1 高層辦公建筑的發(fā)展趨勢(shì)和面臨的能源問(wèn)題

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的起飛,區(qū)域內(nèi)的建筑工程也加快進(jìn)行。每年全球一半以上的新建筑在亞洲興建,而中國(guó)是全球最大的工程市場(chǎng)。中國(guó)境內(nèi)現(xiàn)有的建筑面積共400億m2,加上每年增加2億m2的樓面,大約占了全球總樓面面積的1/2。

辦公建筑作為收集和處理信息的主要場(chǎng)所之一,將在信息社會(huì)之中獲得巨大的發(fā)展。據(jù)預(yù)測(cè),至21世紀(jì)的中期,將有1/2以上的人口在辦公建筑中工作,所以日本建筑師林昌二將21世紀(jì)稱為“辦公樓的世紀(jì)”。而2009年世界摩天大樓排名前77名當(dāng)中,中國(guó)有60座大樓在內(nèi),而天津有14座位居第一,重慶有 7座位居第二。

在大城市中,高層辦公建筑有利于人居環(huán)境持續(xù)發(fā)展的一面,其中最重要的因素便是超高層建筑可以節(jié)約大量的土地,能在有限的地面空間之中爭(zhēng)取到更多的辦公面積,并有利于市政設(shè)施的節(jié)約和辦公效率的提高。在現(xiàn)有技術(shù)條件下的高層、超高層建筑是一種較為行之有效的節(jié)地形式,對(duì)于用地緊張的大城市具有突出的意義;同時(shí),智能化的超高層辦公建筑造型挺拔,經(jīng)妥善處理后還可豐富城市景觀,提供標(biāo)志性建筑,所以超高層辦公建筑在中國(guó)的發(fā)展還是大有前景。

而20世紀(jì)70年代走向表面化的能源危機(jī)為人類敲響了警鐘,能源問(wèn)題已成為當(dāng)今世界所面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。根據(jù)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)分析,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口爆炸、城市化進(jìn)程、生活水平的提升和生活方式的改變將持續(xù)下去,中國(guó)的建筑市場(chǎng)會(huì)不斷的發(fā)展,并需要更多能源來(lái)滿足空間和水源、保溫/冷卻裝置、照明燈具、電器、設(shè)備等種種能源需求。統(tǒng)計(jì)表明,超高層辦公建筑的能耗則有可能高達(dá)普通公共建筑的6倍～8倍,與此同時(shí)現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)一般采用的玻璃外墻和中央空調(diào)設(shè)備其能源開(kāi)支也相對(duì)提高,目前已建成的和興建中的大部分項(xiàng)目并沒(méi)有加入節(jié)能設(shè)計(jì)或技術(shù)來(lái)降低昂貴的能源開(kāi)支,建筑節(jié)能問(wèn)題亟待解決。

2 高層建筑設(shè)計(jì)理念的發(fā)展

高層建筑設(shè)計(jì)理念主要有兩種:工業(yè)主義建筑設(shè)計(jì)理念和工業(yè)主義建筑人文化設(shè)計(jì)理念。工業(yè)主義建筑設(shè)計(jì)理念主要表現(xiàn)為以適應(yīng)大工業(yè)生產(chǎn)為基本出發(fā)點(diǎn),講究建筑功能,在建筑設(shè)計(jì)中注重對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的率真表達(dá)。工業(yè)主義建筑人文化設(shè)計(jì)理念,是工業(yè)主義建筑設(shè)計(jì)理念的補(bǔ)充與完善,建筑形體在強(qiáng)調(diào)對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的率真表達(dá)的同時(shí),也重視建筑的語(yǔ)義表達(dá);不單單關(guān)注建筑本身的純粹形式或理想的秩序,更強(qiáng)調(diào)建筑與周圍環(huán)境和城市文脈的整合。

從1853年到20世紀(jì)30年代,是高層建筑設(shè)計(jì)的曲折探索階段,工業(yè)主義建筑設(shè)計(jì)理念雖處于支流地位,但對(duì)后來(lái)高層建筑設(shè)計(jì)的影響最大。20世紀(jì)30年代～60年代,現(xiàn)代主義風(fēng)格的高層建筑風(fēng)靡全球,工業(yè)主義建筑設(shè)計(jì)理念得到了完美詮釋。從1909年開(kāi)始到20世紀(jì)30年代,工業(yè)主義建筑設(shè)計(jì)人文化設(shè)計(jì)理念處于萌芽階段,60年代以后逐漸深入人心,它豐富了高層建筑創(chuàng)作手段和方法,極大地促進(jìn)了高層建筑呈現(xiàn)多元化、個(gè)性化的趨勢(shì)。

工業(yè)主義建筑人文化設(shè)計(jì)理念主要體現(xiàn)在20世紀(jì)60年代以后的高層建筑設(shè)計(jì)中。60年代后期,人們開(kāi)始對(duì)工業(yè)主義建筑設(shè)計(jì)理念進(jìn)行反思,并意識(shí)到工業(yè)主義建筑設(shè)計(jì)理念以適應(yīng)大工業(yè)生產(chǎn)為目標(biāo),強(qiáng)化“以物為中心”,缺乏對(duì)人性的關(guān)懷,因此,許多設(shè)計(jì)也暴露出嚴(yán)重的缺陷。如密斯式的方盒子建筑在世界范圍流行,地方特色受到嚴(yán)重沖擊;世界貿(mào)易中心大而失度的形體,導(dǎo)致曼哈頓繁華區(qū)的空間尺度失去平衡等等。正是基于對(duì)這些問(wèn)題的反思,人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到建筑設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是為“人”服務(wù)。60年代以后,高層建筑設(shè)計(jì)理念發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變,建筑形體在強(qiáng)調(diào)對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的率真表達(dá)的同時(shí),也重視建筑的語(yǔ)義表達(dá);同時(shí)注重強(qiáng)調(diào)建筑與周圍環(huán)境的和諧和與城市文脈的整合,工業(yè)主義建筑人文化設(shè)計(jì)理念開(kāi)始深入人心。高技派、后現(xiàn)代主義、晚期現(xiàn)代主義、生態(tài)建筑、可持續(xù)性建筑等各種建筑流派和思潮,都是工業(yè)主義建筑人文化設(shè)計(jì)理念某些觀念的具體體現(xiàn)。

諾曼福斯特事務(wù)所設(shè)計(jì)的法蘭克福商業(yè)銀行總部大廈在強(qiáng)調(diào)象征意義和功能的同時(shí),又引入生態(tài)的概念,是世界上第一座“生態(tài)型”超高層建筑。其建筑平面呈三角形,宛如三葉花瓣夾著一支花莖:花瓣部分是辦公空間,花莖部分為中空大廳。中空大廳起自然通風(fēng)作用,同時(shí)還為建筑內(nèi)部創(chuàng)造了豐富的景觀。

3 節(jié)能條件下高層辦公建筑設(shè)計(jì)理念的新趨勢(shì)

近30年來(lái),從能源危機(jī)向環(huán)境危機(jī)的漸進(jìn)轉(zhuǎn)化過(guò)程中,人類對(duì)建筑節(jié)能概念的認(rèn)識(shí)大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段:1)“建筑節(jié)能”(energy saving in building)——節(jié)省能耗,減少能量的輸入。2)“在建筑中保持能源”(energy conservation in building)——保持建筑中的能量,減少建筑的熱工損失。3)“提高建筑中的能源利用效率”(energy efficiency in building)——不再是消極被動(dòng)的節(jié)省能源,而是積極的提高能源效率,高效的滿足舒適要求。

這三個(gè)階段可以在現(xiàn)在正在建造的建筑和已建的建筑節(jié)能改造上反映。紐約地標(biāo)性建筑帝國(guó)大廈擬斥資5億美元進(jìn)行翻新,其中1億美元用于綠色改造。據(jù)了解,此次帝國(guó)大廈實(shí)施的綠色環(huán)保工程自始至終突出可持續(xù)特色。1)將改裝6 500扇窗戶,安裝三層隔熱玻璃,以提高能效。所有窗戶全部在現(xiàn)場(chǎng)制作,原有玻璃和窗框則繼續(xù)使用,省卻了新窗戶運(yùn)送環(huán)節(jié),減少了運(yùn)輸污染。2)安裝的新式空調(diào)和取暖系統(tǒng),可根據(jù)需求調(diào)節(jié)室溫,既改善了空氣質(zhì)量,又降低了空調(diào)能耗。3)在散熱器與外墻之間鋪設(shè)隔振墊,以防止冷暖氣流失。4)改用節(jié)能照明設(shè)備并配備移動(dòng)傳感器,走廊和公共區(qū)域無(wú)人時(shí)燈光會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。5)更新現(xiàn)有大樓控制系統(tǒng),監(jiān)測(cè)所有系統(tǒng)的能源使用和需求狀況,確保空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)化,并提供詳細(xì)的分?jǐn)傆?jì)量數(shù)據(jù)。6)能源消費(fèi)實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化管理,租戶可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)跟蹤能源使用情況,及時(shí)采取措施提高能效等。但我們可以從改造的措施上看出,節(jié)能措施的落腳點(diǎn)只是在建筑的熱工性能和使用管理上,節(jié)能效果顯著,但對(duì)于節(jié)能的建筑設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)總有不盡人意之感。

這一感覺(jué)的轉(zhuǎn)變?cè)?006年開(kāi)始施工的位于廣州的珠江城體現(xiàn)無(wú)余,71層的建筑總高310 m,建筑總面積超過(guò)了214 000 m2。該建筑充分利用高能效建筑設(shè)計(jì)并通過(guò)太陽(yáng)和風(fēng)力發(fā)電提供能源。渦輪機(jī)是該建筑的一大特色,它可以將風(fēng)力轉(zhuǎn)為暖通空調(diào)系統(tǒng)所使用的能源。根據(jù)Skidmore,Owings&Merrill建筑事務(wù)所解釋,建筑外墻的設(shè)計(jì)是為了使風(fēng)可以快速通過(guò)建筑開(kāi)口。建筑師起初估計(jì)該設(shè)計(jì)可將四周風(fēng)速加快1.5倍,但模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在某些情況下四周風(fēng)速可加快2.5倍。若正式投入使用后卻能達(dá)到此效果,那么建筑物的發(fā)電量將會(huì)是獨(dú)立式渦輪機(jī)的15倍。而實(shí)際上渦輪機(jī)不僅是為了發(fā)電而設(shè),它也能降低風(fēng)荷載對(duì)摩天大樓的影響。

如今建筑節(jié)能的中心意義是降低人工舒適氣候的環(huán)境支持成本,即在獲得最佳的舒適氣候的同時(shí),使自然環(huán)境為此付出小的代價(jià)。因而當(dāng)今的“建筑節(jié)能”的含義為:在建筑中合理使用和有效利用能源,不斷提高能源利用效率,以最小的環(huán)境負(fù)荷獲得舒適環(huán)境,基于生態(tài)理念的建筑節(jié)能還必須加強(qiáng)對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)利用,從節(jié)流轉(zhuǎn)向開(kāi)源,建筑節(jié)能概念含義的變化折射出人類對(duì)人與自然關(guān)系認(rèn)識(shí)的逐步深入。

[1] 國(guó)家計(jì)劃委員會(huì),國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì).中國(guó)21世紀(jì)議程——中國(guó)21世紀(jì)人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書(shū)[Z].1994.

[2] 西安建筑科技大學(xué)綠色建筑研究中心.綠色建筑[Z].1999.

[3] 中國(guó)建筑業(yè)協(xié)會(huì)建筑節(jié)能專業(yè)委員會(huì).建筑節(jié)能技術(shù)[Z].1996.