節能條件下高層辦公建筑設計理念新趨勢

余 森 顧紅男

1 高層辦公建筑的發展趨勢和面臨的能源問題

隨著中國經濟的起飛,區域內的建筑工程也加快進行。每年全球一半以上的新建筑在亞洲興建,而中國是全球最大的工程市場。中國境內現有的建筑面積共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所之一,將在信息社會之中獲得巨大的發展。據預測,至21世紀的中期,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世紀稱為“辦公樓的世紀”。而2009年世界摩天大樓排名前77名當中,中國有60座大樓在內,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境持續發展的一面,其中最重要的因素便是超高層建筑可以節約大量的土地,能在有限的地面空間之中爭取到更多的辦公面積,并有利于市政設施的節約和辦公效率的提高。在現有技術條件下的高層、超高層建筑是一種較為行之有效的節地形式,對于用地緊張的大城市具有突出的意義;同時,智能化的超高層辦公建筑造型挺拔,經妥善處理后還可豐富城市景觀,提供標志性建筑,所以超高層辦公建筑在中國的發展還是大有前景。

而20世紀70年代走向表面化的能源危機為人類敲響了警鐘,能源問題已成為當今世界所面臨的嚴重挑戰。根據社會和經濟趨勢分析,經濟增長、人口爆炸、城市化進程、生活水平的提升和生活方式的改變將持續下去,中國的建筑市場會不斷的發展,并需要更多能源來滿足空間和水源、保溫/冷卻裝置、照明燈具、電器、設備等種種能源需求。統計表明,超高層辦公建筑的能耗則有可能高達普通公共建筑的6倍～8倍,與此同時現代化的設計一般采用的玻璃外墻和中央空調設備其能源開支也相對提高,目前已建成的和興建中的大部分項目并沒有加入節能設計或技術來降低昂貴的能源開支,建筑節能問題亟待解決。

2 高層建筑設計理念的發展

高層建筑設計理念主要有兩種:工業主義建筑設計理念和工業主義建筑人文化設計理念。工業主義建筑設計理念主要表現為以適應大工業生產為基本出發點,講究建筑功能,在建筑設計中注重對材料和結構的率真表達。工業主義建筑人文化設計理念,是工業主義建筑設計理念的補充與完善,建筑形體在強調對材料和結構的率真表達的同時,也重視建筑的語義表達;不單單關注建筑本身的純粹形式或理想的秩序,更強調建筑與周圍環境和城市文脈的整合。

從1853年到20世紀30年代,是高層建筑設計的曲折探索階段,工業主義建筑設計理念雖處于支流地位,但對后來高層建筑設計的影響最大。20世紀30年代～60年代,現代主義風格的高層建筑風靡全球,工業主義建筑設計理念得到了完美詮釋。從1909年開始到20世紀30年代,工業主義建筑設計人文化設計理念處于萌芽階段,60年代以后逐漸深入人心,它豐富了高層建筑創作手段和方法,極大地促進了高層建筑呈現多元化、個性化的趨勢。

工業主義建筑人文化設計理念主要體現在20世紀60年代以后的高層建筑設計中。60年代后期,人們開始對工業主義建筑設計理念進行反思,并意識到工業主義建筑設計理念以適應大工業生產為目標,強化“以物為中心”,缺乏對人性的關懷,因此,許多設計也暴露出嚴重的缺陷。如密斯式的方盒子建筑在世界范圍流行,地方特色受到嚴重沖擊;世界貿易中心大而失度的形體,導致曼哈頓繁華區的空間尺度失去平衡等等。正是基于對這些問題的反思,人們開始認識到建筑設計的核心問題是為“人”服務。60年代以后,高層建筑設計理念發生了巨大轉變,建筑形體在強調對材料和結構的率真表達的同時,也重視建筑的語義表達;同時注重強調建筑與周圍環境的和諧和與城市文脈的整合,工業主義建筑人文化設計理念開始深入人心。高技派、后現代主義、晚期現代主義、生態建筑、可持續性建筑等各種建筑流派和思潮,都是工業主義建筑人文化設計理念某些觀念的具體體現。

諾曼福斯特事務所設計的法蘭克福商業銀行總部大廈在強調象征意義和功能的同時,又引入生態的概念,是世界上第一座“生態型”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作用,同時還為建筑內部創造了豐富的景觀。

3 節能條件下高層辦公建筑設計理念的新趨勢

近30年來,從能源危機向環境危機的漸進轉化過程中,人類對建筑節能概念的認識大體上經歷了三個階段:1)“建筑節能”(energy saving in building)——節省能耗,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)——不再是消極被動的節省能源,而是積極的提高能源效率,高效的滿足舒適要求。

這三個階段可以在現在正在建造的建筑和已建的建筑節能改造上反映。紐約地標性建筑帝國大廈擬斥資5億美元進行翻新,其中1億美元用于綠色改造。據了解,此次帝國大廈實施的綠色環保工程自始至終突出可持續特色。1)將改裝6 500扇窗戶,安裝三層隔熱玻璃,以提高能效。所有窗戶全部在現場制作,原有玻璃和窗框則繼續使用,省卻了新窗戶運送環節,減少了運輸污染。2)安裝的新式空調和取暖系統,可根據需求調節室溫,既改善了空氣質量,又降低了空調能耗。3)在散熱器與外墻之間鋪設隔振墊,以防止冷暖氣流失。4)改用節能照明設備并配備移動傳感器,走廊和公共區域無人時燈光會自動關閉。5)更新現有大樓控制系統,監測所有系統的能源使用和需求狀況,確保空調系統運行最優化,并提供詳細的分攤計量數據。6)能源消費實行網絡化管理,租戶可通過網絡跟蹤能源使用情況,及時采取措施提高能效等。但我們可以從改造的措施上看出,節能措施的落腳點只是在建筑的熱工性能和使用管理上,節能效果顯著,但對于節能的建筑設計來說總有不盡人意之感。

這一感覺的轉變在2006年開始施工的位于廣州的珠江城體現無余,71層的建筑總高310 m,建筑總面積超過了214 000 m2。該建筑充分利用高能效建筑設計并通過太陽和風力發電提供能源。渦輪機是該建筑的一大特色,它可以將風力轉為暖通空調系統所使用的能源。根據Skidmore,Owings&Merrill建筑事務所解釋,建筑外墻的設計是為了使風可以快速通過建筑開口。建筑師起初估計該設計可將四周風速加快1.5倍,但模型試驗發現在某些情況下四周風速可加快2.5倍。若正式投入使用后卻能達到此效果,那么建筑物的發電量將會是獨立式渦輪機的15倍。而實際上渦輪機不僅是為了發電而設,它也能降低風荷載對摩天大樓的影響。

如今建筑節能的中心意義是降低人工舒適氣候的環境支持成本,即在獲得最佳的舒適氣候的同時,使自然環境為此付出小的代價。因而當今的“建筑節能”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,以最小的環境負荷獲得舒適環境,基于生態理念的建筑節能還必須加強對可再生能源的開發利用,從節流轉向開源,建筑節能概念含義的變化折射出人類對人與自然關系認識的逐步深入。

[1] 國家計劃委員會,國家科學技術委員會.中國21世紀議程——中國21世紀人口、環境與發展白皮書[Z].1994.

[2] 西安建筑科技大學綠色建筑研究中心.綠色建筑[Z].1999.

[3] 中國建筑業協會建筑節能專業委員會.建筑節能技術[Z].1996.